高速大功率柴油机技术发展与创新
柴油机关键技术其发展论文
柴油机关键技术及其发展[摘要]随着世界性石油资源的日益枯竭和大气污染日益严重，柴油机的发展越来越受到环境的影响。
在所有热机中，柴油机的效益最高、co2排放量最少，加之先进技术不断引入，使其技术水平不断提高，可适应愈来愈严格的排放法规。
因此，柴油机在今后几十年内仍将是交通运输和固定动力装置的主要动力。
本文对柴油机关键技术进行了介绍和剖析，介绍了高压喷射技术、废气再循环技术、排气后处理技术和多气门及可变技术，探讨未来柴油机的发展趋势可能是柴油的改性和燃烧系统的改进。
[关键词]柴油机关键技术未来发展中图分类号：tk421 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）04-0216-021、前言目前内燃机的发展主要受来自环境方面的影响。
全球气候变暖备受关注，众所周知，地球变暖是由于co2造成温室效应的缘故。
柴油机广泛应用于车用和固定动力装置，其热效率是各种热机中最高的，柴油机的燃烧消耗比汽油机低15-30%，从而使co2排放量也大幅度降低。
柴油发动机以其经济性、耐久性和优异动力性能，成为一种国际新趋势。
如今在燃油最为昂贵的欧洲，路上跑着的汽车50%以上装着柴油发动机。
不过在中国，目前汽车使用柴油机的比例（2008年）还只有23.18%，且这部分采用柴油机的汽车几乎全部都是商用车，而2008年乘用车的柴油机采用率仅为6.3%[1]。
随着世界各国排放法规日益变严，nox和pm的降低已成为柴油机发展的主要挑战。
2、柴油机关键技术排放法规不断严格推动了柴油机技术进步：对于柴油机结构，从自然吸气到涡轮增压，再到涡轮增压加中冷，到废气再循环；在控制策略上，从机械控制过渡到电子控制；燃烧过程也从两气门到多气门，并提高燃油喷射压力；油品水分和含硫量也得到改善。
2.1 高压喷射技术在技术路线方面，有高压共轨、单体泵、泵喷嘴和电控直列泵+ egr 4种，从国外发展来看，共轨和单体泵是比较成熟技术。
2.1.1 共轨系统（cr）共轨电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制装置（ecu）组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管，通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度。
船舶柴油机技术发展现状与趋势探索
内燃机与配件0引言船舶用柴油发动机是船舶承载最重要的动力源。
伴随着新的排放规定的实施和石油资源的削减。
作为船舶最大的排放能源消耗机器，为了满足节能削减排放的需要，技术开发和新能源的开发利用对策是必需的。
船舶用柴油发动机核心关键部件的研发技术、高品质燃料技术、高效废气净化技术、可再生能源技术的应用等，可为满足海洋运输的高效、节能和减排的需要作出巨大贡献。
1国内船舶柴油机技术分析①工业基础经过多年的努力，我国船用柴油机的开发从无到有，迄今已取得了丰硕的成果，除此之外国家还建立了船用柴油机研究机构和相应企业。
最近几年，大多数已被列为国家高新技术项目，所以，我国柴油机的生产及自主研发、制造水平得到了的大大提高[1]。
②在引进新的技术和改革开放之前，我国引进了多种船用柴油机，通过引进外国先进技术，培养高水平技术人才，目前，已经取得一些科研成就，同时也具备了和世界发达国家竞争力的能力，如今与国外的先进技术相比，我国与发达国家之间船用柴油机的制造技术差距越来越小。
2船舶柴油机技术的发展现状船舶用柴油发动机是船舶用辅助装置的核心，是中国造船产业可持续健康发展不可缺少的组成部分。
近年来，随着世界造船中心向亚洲转移，中国船舶用柴油发动机产业迅速发展。
通过引进国外先进技术，形成了中高速船舶用柴油发动机可设计、制造、开发的产品群，部分产品达到国际先进水平。
甚至为中国船舶用柴油发动机产业的发展奠定了坚实的基础。
但是，中国的船舶用柴油机的开发，现在的综合开发的条件无法满足，产品设计、研究开发、生产技术等领域，国内的柴油机制造企业与国际先进企业之间的差距还有很大。
目前，国内柴油机在中国造船业的匹配率还不到40%，远远落后于与制造业相关的其他产业。
船舶用柴油发动机已经成为影响中国造船行业进一步发展的瓶颈。
在国际上，欧洲造船业中低速船舶用柴油发动机依然被发达国家垄断，manb&w 、WNS 等知名企业的市场份额超过70%[2]。
大功率高速船用柴油机主要技术参数的发展
注 重 提 高柴 油机 可靠 性和 耐 久性 ，提 出 了全 寿 命成
本 的设计 概念 并 实施 ；
（） 油机 结 构型 式均 为 ｖ 型 ， 以往 的 ｗ 型 、 １柴
Ｘ 型等 结构 型式均 已停产 ； （）为适 应 功率 需求 ，气 缸 数 以 ｌ 、１ 、１ ２ ２ ６ ８缸 居 多 ，也有 少 量 的 ２ ０缸和 ８缸 机 ； （）气 缸 直 径 在 １ ５ ３ ｍｍ 之 间 ，分 别 为 ３ ６ ￣２ ０ １ ５ ７ 、１ ５ ９ 、２ ０ ０ 和 ２ ０ ６ 、１ ０ ８ 、１０ ０ 、２ ５ ３ ｍｍ 等 七种 ， 但 缸 径在 １ ５ ０ ｍｍ 之 间的较 为 密集 ； ６ ￣２ ０ （）各机 型燃 油消 耗 率 的差 别较 大 。开发 较 早 ４ 的机 型 由于 受结 构参 数 、工 作过 程组 织等 的限制 ，
ｙ ａｓＳｒｎ ｔｅ ｉｇｉｄｘ ｍｅｎｅ ｅｔ ｅ ｒｓｕｅａｄｏｈ ｒ ｊｒｅｈ ｏｏ ｙｐｒｍｅｅｓ ｅ ｉ ｕ ｓｄｓｒ ｕｌ ａ ｄ ｅｒ． ｔ ｇｈｎｎ ｅ ， ａ ｃｉａ ｓ ｓｅ ｉ ｓ ｎ ｅ ｎ ｆ ｖｐ ｅ ｍａ ｔ ｄｃ ｒ ｅｏ ｙ
的控制 。 目前 ， 国外 先进 柴 油机 研发 机 构开 展 的技 术工 作主 要有 以下 四个方 面 ： （）在逐 步 提 高柴 油 机 强化 指 标 的 同时 ， 更加 １
２ 大功 率 高 速 船 用 柴 油机 发展 的总 体 概 况
国外 先进 大 功率 高速 柴油 机 生产 厂家 主要 有 ９ 家 大的 公司 ，主 要机 型共 计 ３ ０多种 ，详见 表 １ 。从 总 体上 看 ，这 些生 产 厂的大 功 率 高速 船 用柴 油机 具 有 以下 几项 特征 ：
１ 概 述
柴油机发展历史及趋势
柴油机发展历史及趋势内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。
一百多年以来，内燃机的巨大生命力经久不衰。
目前世界上内燃机的拥有量大大超过了任何其它的热力发动机，在国民经济中占有相当重要的地位。
现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、无一与之匹敌的的最重要的热能机械。
现代内燃机的最大功率一般小于4万千瓦。
1860年，法国发明家莱诺制成了第一台实用内燃机（单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，输出功率为0.74—1.47KW，转速为100r/min，热效率为4%）。
1862年法国工程师德罗沙认识到，要想尽可能提高内燃机的热效率，就必须使单位气缸容积的冷却面积尽量减小，膨胀时活塞的速率尽量快，膨胀的范围（冲程）尽量长。
在此基础上，他在提出了著名的等容燃烧四冲程循环：进气、压缩、燃烧和膨胀、排气。
1876年，德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机（单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为2.21KW、180r/min）。
在这部发动机上，奥托增加了飞轮，使运转平稳，把进气道加长，又改进了气缸盖，使混合气充分形成。
这是一部非常成功的发动机，奥托把三个关键的技术思想：内燃、压缩燃气、四冲程融为一体，使这种内燃机具有效率高、体积小、质量轻和功率大等一系列优点。
在1878年巴黎万国博览会上,被誉为“瓦特以来动力机方面最大的成就”。
等容燃烧四冲程循环由奥托实现,也被称为奥托循环。
煤气机虽然比蒸汽机具有很大的优越性,但在社会化大生产情况下,仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。
因为它以煤气为燃料,需要庞大的煤气发生炉和管道系统。
而且煤气的热值低(约1.75×107～2.09×107J/m3),故煤气机转速慢,比功率小。
到19世纪下半叶,随着石油工业的兴起,用石油产品取代煤气作燃料已成为必然趋势。
1883年，戴姆勒和迈巴赫制成了第一台四冲程往复式汽油机，此发动机上安装了迈巴赫设计的化油器，还用白炽灯管解决了点火问题。
把握方向,推进柴油机制造技术转型升级
４ ．国 内船 用柴油 机发展 瓶颈
一
高要求 。国内现有 的工 艺制造 技术 和 管理 水平 已
不能满足要求 。
是 自主品牌 缺失 ，具 有 能 力生 产 大功 率 柴
油机的规模企业 为数不多且生产能力不足。 二是 曲轴 、增压 器、燃 油系 统 等船 用柴 油 机
二、中高速大功率柴油机关键 零部件工
一
、
国内外船用中高速大功率柴油机技
术发展现状与趋势
１ ．国外 技术 发展 现状 与趋 势
１９ ８ ７年 ，德 国研 制成 功 首 台柴 油机 ，经过 百 余年的发 展 ，柴 油机 因其 具 有功 率 范 围大 、效 率
大功率 、低排 放 等趋 势 发展 ，在 设 计 与制 造领 域
高 、能耗低 、使用维修方便 等特点 ，被广泛应用于
国外 柴 油 机 制 造 企 业 通 过 持 续 的 工 艺 研 究 和
机零部件 配套 厂 商 为辅 助 ，构 成完 整 的配 套 、供
应 、生 产 、组 织 体 系 。如 ，德 国 Ｍ Ｕ公 司 与 Ｂ ｓｈ Ｔ ｏｃ 公 司 （ 泵 ） ＩＡ （ 瓦 ） Ａ Ｌ Ｒ公 司 （ 油 、Ｍ Ｂ 轴 、Ｍ Ｈ Ｅ 活
塞 ）等构成 自己的柴油机研 发组织体 系。
某 型 柴 油 机 剖 面 图
平顶 网纹珩 磨及 刷珩 技术 ；连 杆表 面及 连 接 面喷 丸强化处理 ；大量采 用管 道胀 接 和复合 深 孔加 工
技术等 。同 时 ，生 产 集成 制造 对 加工 和检 验设 备 及刀具也 提 出 了新 需求 ，模 块 化装 配 、清 洁度 控 制 、智能控制 技术 的应 用等对 装 配试 验也 提 出更
要 集 中在 德 国 Ｆ Ｖ 发 动 机 研 究 所 、 奥 地 利 的 Ａ Ｌ Ｅ Ｖ
我国船用大功率柴油机产业现状及发展趋势分析
瓦锡 兰
１ ３ １ ５
曼恩
８５ ８１
三菱
２ ４
瓦锡兰
３ ４ ３ ７
曼恩
２７ ２ ４
卡特彼勒
２５ ２ ０
其他
１ ５ １ ８
２０ ０ ９年
２１ ０ ０年
２ １正 ０１
ｌ ２
１ ３
２２
８ ５
８ ４
７６
３
３
ｌ
３ ２
船 舶推 进 动力装 置 和船舶 电站 ，在船 舶 总成本 中各
１ 产 业 发 展 现 状
１ １ 产 业 区域 分布 ．
占 １ ％ 一１ ％ 和 ３ ～ ％ ¨ ，其 中船 用 柴 油 机 主 ０ ５ ％ ５ 机被称 作船 舶 “ 心脏 ” 。近 年来 ，随着 我 国新 造 船
２０ ０ ５年前 ，我 国船 用 大 功 率 柴 油 机 主 要 生 产 商为两 大 船舶集 团 （ 国船舶 重 工 集 团公 司 和 中 国 中 船 舶工 业集 团公 司 ） 下属 企业 。２ ０ ０ ５年 以来 ，我 国
４ ２
４６
３ １
２ ５
２２ Biblioteka ８ １ ５１ ２２ ９
１ ８
２０
数 据 来 源 ： 瓦锡 兰 公 司年 报 ２０ ２ １ 年 。 ０７— ０ １
近年来 ，我 国船 用大 功率柴 油机企 业通 过 消化
吸收 引进 的专利 技术 进行 国产化 研制 ，已具 备 了生 产 各 型专利 船用 柴油 机 的能力 ，形成 了较 为完善 的
不 明显 ，技 术壁 垒较低 ，所 以技术 品牌 众 多 ，生 产
表 １ ２０ ２ １ ０ ７— ０ １年全 球 船 用 主 机市 场份 额 分 布 年 份
世界两大船用柴油机巨头MAN和瓦锡兰公司发展情况
世界两大船用柴油机巨头MAN和瓦锡兰公司发展情况MANSE是一家总部位于德国的跨国工程制造企业，是世界两大船用柴油机巨头之一、公司成立于1758年，是全球领先的商用车制造商和柴油发动机制造商之一、MANSE在船用柴油机领域具有很高的声誉和市场份额。
MAN的船用柴油机业务主要由其子公司MAN Diesel & Turbo（MAN DT）负责。
MAN DT是全球领先的船用柴油发动机供应商之一，其产品包括主发动机、辅助发动机、推进系统和其他相关设备。
公司提供的主机功率范围从450 kW到97,300 kW，适用于各种类型的船舶，包括货船、客船、军舰和游轮等。
MANDT一直致力于提供高效、可靠的船用柴油机解决方案。
公司注重技术创新，不断推出新产品和解决方案以满足客户的需求。
MANDT的柴油机采用先进的燃烧技术和低排放设计，具有节能环保的特点。
公司还提供全面的售后服务和维修支持，确保客户获得最佳的使用体验和性能。
瓦锡兰公司（Wärtsilä Corporation）是芬兰一家全球领先的能源解决方案和技术服务供应商，也是世界两大船用柴油机巨头之一、瓦锡兰公司成立于1834年，具有悠久的历史和丰富的经验。
公司主要业务涵盖船舶和海洋市场、能源市场及工业市场。
瓦锡兰公司在船舶市场上的表现非常出色。
公司提供全面的船用柴油机解决方案，包括主发动机、辅助发动机、推进系统和相关设备。
公司的柴油机产品拥有广阔的功率范围，适用于各种类型的船舶。
瓦锡兰公司注重技术创新和研发投入，不断推出高效、环保的柴油机产品。
公司还提供全球化的销售和售后服务网络，以满足客户的需求。
MAN和瓦锡兰公司在船用柴油机市场上的竞争非常激烈。
两家公司都在不断提高产品性能和质量，以满足客户需求。
两家公司都注重技术创新和研发投入，在提高燃油效率和减少排放方面取得了显著成果。
两家公司还积极发展全球市场，拓展销售网络和客户基础。
总的来说，MAN和瓦锡兰公司作为世界两大船用柴油机巨头，在船用柴油机市场上具有很高的竞争力和影响力。
国内大功率车用柴油机及其发展分析
１ ０～ １ ２Ｌ柴 油机 是 国 内大 功 率 车 用 柴 油 机 的 主 １ 自主 品牌 主 要包 括 潍 柴 、重 汽 、锡柴 、玉 柴和 上 柴等 ，排 力机 型 ，随着 车 辆性 能提 高 ， １ ２Ｌ以上柴 油 机 的需 求
３Ｌ 将 逐渐 增 加 ，文 章 对 国 内的 ９～ １ ６Ｌ车 用 柴 油 机 技 量 覆盖 ９～ １ 。和 国外 同类 产 品 比较 ，大 功率 车用 术特 点及 发 展趋 势 做 了简要 分 析 。 柴 油机 性 能差 距 较 小 ，功率 、油耗 等 指标 均 达到 国际
通 过 引进技 术 和 自主 开 发 ， 国 内大功 率 车 用柴 油 水 平 ，但 国 外 在 排 放 控 制 稳 定 性 、产 品 寿 命 及 ＮＶＨ
机 的落后 状 况 已根 本 改善 ，新机 型 不 断增 加 ，市 场 竞 等 方面 仍优 于 国内 。
争 日趋 激 烈 ，为满 足 未 来 重 卡 需 求 ， 开 发 １ ３～ ｌ ６Ｌ 柴油 机将 是 必然 趋 势 。
２１（ ００６ ）
Ｅ 汽 工 Ｉ 车 程币 Ｊ
摘要 ： 文章简要分析 了国内主要 大功 率车用柴 油机 （ 排量 ≥ ９Ｌ）的性 能指标和 结构特点 ，重点总结 了燃 油 系统的 特 点和 产品的不 同技 术路 线 ，对 国 内大功 率车 用柴油机 生产厂 家 目前产品 的市场情 况及发展进 行 了阐述 ，介绍 了
中国船用柴油机技术发展历程
中国船⽤柴油机技术发展历程中国船⽤柴油机技术发展历程⼀、案例简介本案例以科技含量⾼、技术复杂的船⽤柴油机为例，通过分析我国船⽤柴油机从主要依赖进⼝到技术引进再到部分⾃主研发的历程来阐述国际技术贸易对我国科技发展的影响。
从我国船⽤柴油机依赖进⼝，在船⽤柴油机领域没有话语权完全任⼈宰割，到合理的利⽤技术贸易引进技术依靠⾃⾝的劳动⼒优势产⽣微弱的利益再到⾃⼰开发拥有⾃主知识产权的产品以在国际船⽤柴油机领域有⼀定的地位，我们将在这样的历程中看到国际技术贸易对我国的科技进步、国防建设以及在我国强国之路上的作⽤。
⼆、船⽤柴油机发展概述1. 船舶柴油机的发展1876年，德国⼈奥托(N.A.Otto)第⼀次提出了四冲程循环(即进⽓、压缩、膨胀、排⽓)原理，并发明了电点⽕的四冲程煤⽓机。
之后，在1880年⼀些⼯程师，如英国的D.Clerk和J.Robson，以及德国⼈K.Benz等成功地开发了⼆冲程内燃机。
1892年德国⼯程师Rudolf Diesel申请了压缩发⽕内燃机专利，并于1897年在MAN公司制成第⼀台实际使⽤的柴油机(压燃式、空⽓喷射、定压燃烧)，其效率因可采⽤较⼤的压缩⽐⽽⽐煤⽓机有显著提⾼。
1904年柴油机⾸次⽤于船舶推进装置(29.4 kW,260 r/min)。
从此在船舶领域⾥开始了与蒸汽推进装置的竞争局⾯。
在此后40多年中，柴油机在⾃⾝逐步完善中有了很⼤发展。
1926年瑞⼠⼈Alfred Buechi设计了⼀台废⽓涡轮增压柴油机，当时由于增压器制造⽔平的限制，此项技术未能迅速推⼴。
但总的来看在与蒸汽推进装置竞争中⽆突破性进展，在船舶使⽤中，蒸汽推进装置仍占据领先地位。
从第⼆次世界⼤战到50年代中后期，由于社会⽣产⼒的迅速发展，对船舶推进装置提出了新的要求。
柴油机在此期间完成了⼤缸径、焊接结构、废⽓涡轮增压以及使⽤劣质燃油等四项重⼤技术成果，并逐步发展了船⽤低速柴油机系列。
此期间在国外⼤致有⼋种船⽤低速柴油机型号(由⼋⼤船⽤柴油机制造⼚⽣产)。
大功率柴油机的发展与展望
一
气 、定压 增压 、长行 程 、高压 缩 比、近 于等 压燃烧 的十 字头 式结 构型 式 。
从 技 术 参 数 来 说 ， 各种 缸 径 的 低速 ＿ 冲程 柴 Ｉ
油 机 的平 均有效 压 力 已达 到 １９ ～ １９ Ｍａ ０ ． ５Ｐ ，最 高 燃烧 压 力在 １． ～ １． Ｐ 左右 ，而有 效燃 油耗 Ｏ ５酬 ａ ５ 率 ｂ在 １ ４ １ ０ ／ ｆ ６ ～ ７ ｇ ｋ ｈ左 右 ，即有 效 热 效率 目 犬 于 ５％ ５ ，若把 余热 利 用总计在 内，有 效热效 率在 ７％ ０ 以上 ，活 塞平 均 速 率 近几 年 来 变化 不 大 ， 傲 在 ８ ０ ． ｍ ｓ左 右 。 由于低 的螺 旋 桨转 速 ，推 ． ～８ ５ ／
Ｋ８ Ｃ ９Ｍ
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１３６０ ｋＷ／ｍ３，单位功率霞量≤ｌ ｋｇ／ｋＷ；民用
在特种车辆领域，在成功研制三代主战坦克动力 的基础上，研制开发出新１５０系列柴油机，保证了我 国装甲装备动力的全面升级换代，基本满足了陆军新
型装甲武器装备对动力的需求。
动力升功率达到６０ ｋＷ／Ｌ，燃油消耗率最低达到１９０
在重型车辆动力领域，通过技术引进和生产许可 证和合资合作等方式陆续引进了一批较为先进的高速 柴油机产品，提高了发展的起点，为今后技术水平的 快速提高奠定了一定基础，在很大程度上满足了国民 经济建设对高速柴油机动力的迫切需求。主要引进了 日本五十铃公司、意大利依维柯公司、德国曼海姆公 司、道依茨公司、曼恩公司和ＭＴＵ公司、美国康明 斯公司、奥地利斯太尔公司、瑞典沃尔沃公司和英国 珀金斯公司的技术和产品。目前，这些引进产品大多 数已经实现了国产化，并形成了批量规模生产能力。 后续引进的道依茨１０１５／２０１５系列水冷柴油机、沃尔 沃Ｄ１２柴油机、雷诺ｄＣｉｌｌ柴油机、日野ＪＣ０９柴油 机，补充了国内１２Ｌ左右柴油机的不足。 近年来，国内一些发动机厂通过与国外技术咨询、 联合开发等方式开发出１２ Ｌ和１３ Ｌ覆乍柴油机。例 如，潍柴与ＡＶＬ公司合作，开发出蓝擎系列１２ Ｌ排 量国ＩＩＩ标准柴油机，功率覆盖１７６ ｋＷ＇－＇３５３ ｋＷ，最 低燃油消耗率１９０ ｇ／ｋＷｈ，大修期１２０万ｋｍ；一汽锡 柴采用德国博世公司１６０ ＭＰａ电控高压共轨技术，研 发出１３ Ｌ围ＩＩＩ标准ＣＡ６ＤＮ柴油机，最大功率３３８ ｋｗ，最低燃油消耗率２００ ｇ／ｋＷｈ；东风康明斯推出了 新一代１３ Ｌ欧ＩＩＩ标准ＩＳＺ系列电控柴油机，功率覆盖 ２９８ ｋＷ～４０７ ｋＷ。与此同时，国内加紧开展对国Ⅳ、 国Ｖ技术的预研，着力规划全系列国Ⅳ产品平台。目 前，采用ＳＣＲ技术的６ＤＬｌＳ．３２Ｅ４系列柴油机已通过 了国际权威机构的国Ｖ排放认证，首批配金龙的ＥＧＲ 国Ⅳ样机，已配试成功， ２．３存在的差距 １）技术创新能力不足，产品竞争优势和核心竞争 力尚未形成，在电控、高压共轨、可调增压等关键技 术方面仍然受园外技术肇垒的制约； ２）柴油机技术基础薄弱，有些国外已经普遍采用 的技术在我国目Ｉｊ｛『仍处于探索研究阶段，有些甚全仍
到１９０ ｇ／ｋＷｈ～２１０ ｇ／ｋＷｈ，最低可达１８０ ｇ／ｋＷｈ。重
２高速大功率柴油机发展现状
２。ｌ国外现状
柴油机历经１ １０多年的发展现已成为一种用途极 为广泛的动力机械，技术水平发生了质的飞越。进入 ２１世纪以来，通过采用高压供油、可调增压、数字电 控等一系列现代高新技术，柴油机正在由传统产业提 升为高科技产业，与其他动力装置相比仍是效率最高 的动力之一，并具有进一步发展的潜力。据有关专家 预测，在今后２０年甚至更长的时间内，柴油机在陆用 移动式和同定式应用领域仍将保持ｊ三流动力的地位。 但同时还应看到，柴油机技术的发展也面临着进一步 提高效率和降低排放以及与新概念动力竞争的严峻挑 战。因此，必须小断创新，在动力性、经济性和环保
了缩小排量和减小体积（ｄｏｗｎｓｉｚｉｎｇ）的系统集成优
化设计概念，发动机不断向小型化方向发展，体积较 少５０％，发动机的比功率进一步提高；Ｃ０２降低３０ ％，燃油经济性进一步改善。福特公司欧洲动力系统 研发部利用ｄｏｗｎｓｉｚｉｎｇ概念，将排气管集成到缸盖上， 有效缩小了体积和减轻了莆量，提高了柴油机的性能 和可靠性。ＢＭＷ集团采用ｄｏｗｎｓｉｚｉｎｇ概念开发的３．０ Ｌ六缸柴油机，在工程上实现了６０ ｋＷ／Ｌ的功率密度。 ２）供油燃烧技术 喷油压力大于１６０ ＭＰａ的高压共轨燃油系统已经
型汽车柴油机的排量上限上升到１６ Ｌ。美国康明斯公 司推出了１５ Ｌ的ＩＳＸ系列苇车柴油机；瑞典斯堪尼亚 公司推出了１６ Ｌ的欧Ｖ标准ＤＣｌ６柴油机，最大功率 高达４５６ ｋＷ，采用斯堪尼业第二代ＥＧＲ、２４０ ＭＰａ 的极高喷射压力（ＸＰＩ）、３段喷射优化燃烧、ＶＧＴ和 涡轮复合增压等一系列先进技术：沃尔沃公司推出了 １６Ｌ的欧Ⅳ标准直列６缸ＤＣｌ６柴油机，采用ＳＣＲ技 术，最大功率可达４７８ ｋＷ。 ２．２国内现状 我国内燃机工业历经百年发展，高速大功率柴油 机产业取得了巨大的成就，特别是改革开放３０年来有 了较快的发展。随着一批先进机型和技术的引进，我 国柴油机总体技术水平有了快速发展。通过合资、合 作、引进生产及自主开发，形成了一批性能优良、技 术先进的车用柴油机产品。最新开发投入批量生产的
柴油机，其排放已经达到国ＩＩＩ排放限值要求，并具有 满足欧Ⅳ和Ｖ排放标准的潜力；涡轮增压器、供油系 统和电控系统等关键系统部件的自主研发和生产能力
也有较大提升。
３高速大功率柴油机的技术创新
高速大功率柴油机技术的快速发展得益于其关键 技术在更高层次上４ｉ断取得新的突破和创新，使单位 体积功率、单位功率质量、燃油消耗率等性能指标都 有明显改善，军用动力单位体积功率可以达到１２００
１前言
随着科学技术的飞速发展和新技术的集成应用， 高速大功率柴油机技术不断取得新的突破，产品性能 指标不断向新的高度冲刺，已成为当今世界高新技术 的蕈要载体之一。目前，高速大功率柴油机南于其优 越的燃油经济性和动力性能，已经广泛用于特种车辆、 重型车辆、工程机械、石油钻探、矿山机械、船舶等 应用领域，并且在今后一段时期内仍将继续保持主力 动力的地位。通过不断的技术创新，动力性、经济性 和环保性还具有进一步改善的巨大发展潜力。 近年来，我国在高速大功率柴油机技术领域取得 了长足发展，在特种车辆动力领域实现了南仿研到自 主研发的历史性跨越，基本满足了国防现代化对高性 能动力的需求。在民用动力领域，经过近三十年来的 不懈努力，通过技术引进和消化吸收再创新，我国高 速大功率柴油机的技术水平和产品结构发生了根本性 的变化，在国民经济诸多应用领域中发挥了重要作用。 但与发达国家相比，在关键技术突破和新产品开 发以及自主刨新能力等方面仍有较大差距，大部分民 用动力产品主要是采用国外引进许可证生产的产品， 没有完全的自主知识产权；部分新开发的产品基本上 依赖于国外技术咨询、联合开发和采用国外关键件， 核心技术受制于人，仍是制约我国高速大功率柴油机 发展的瓶颈。因此，加强军民用动力技术合作和技术 创新，对促进我国高速大功率柴油机又好又快健康发 展具有非常重要的现实意义。
采用了喷油压力１８０ ＭＰａ的共轨喷油系统，平均有效 压力达到２．６ ＭＰａ，活塞平均速度达到１５．２ ｒｒＬ／ｓ。在商 用车柴油机领域，２４０ ＭＰａ以上的共轨喷油技术已经 实现工程应用，重车柴油机升功率已经达到３０ ｋＷ／Ｌ～３５ ｋＷ／Ｌ的水平。目前，德国博世公司已开发 出喷射压力高达３００ ＭＰａ的共轨喷油系统。 在高效燃烧方面，美国威斯康星大学、芬兰赫尔 辛基工业大学、奥地利ＡＶＬ公司均积极开展活塞式发 动机热一功转换极限的探索研究。芬兰赫尔辛基工业 大学内燃机实验室正在开展指示平均有效压力５ ＭＰａ、活塞平均速度１５ ｍ／ｓ、最大燃烧压力４０ ＭＰａ 的“极高指标发动机”（ＥＶＥ）的研究工作，并取得了 初步成果。斯堪尼亚公司采用创新的模块化燃烧概念 （ＳＭＣＣ），实现了快速高效燃烧：珀金斯公司的 Ｏｕａｄｒａｍ燃烧系统、日野公司的ＨＭＭＳ燃烧系统、小 松公刮的ＭＴＥＣ燃烧系统、五十铃公司的四角型燃烧 室等创新燃烧系统均具有快速充分清洁燃烧的特点。 ３） 发动机电控和管理系统技术 电控技术对今后动力技术的发展至关重要，是实
理系统按．米（ＡＤＥＣ），除控制供油外，管理的内容涵
盖了发动机的热管理、空气管理和能量管理等各个方 面，具有智能监控和远程诊断功能。瑞典颠堪尼亚公
正时（ｗＴ）、增压。｜】冷、发动机热管理、ＥＧＲ等发
动机各个部位的控制均取得了较入迸展。为确保柴油
超精密加工技术为高压共轨精密偶件的生产提供 了可靠的保证。以德国著名哟供浦系统镪造商洛兰奇 （Ｌ’Ｏｒｅｎｇｅ）公司为例，精密偶件的加工精度达到
高速大功率柴油机技术发展与创新
李建设
中国北方发动机研究所大同０３７０３６ 摘要：概括介绍了国内外大功率柴油机的发展现状、技术创新以及关键技术进展，着重分析了该技术领域国内外的差距， 探讨了系统集成．供油燃烧，发动机电控和管理、可调增压等核心关键技术领域的技术创新对高速大功率柴油机发展的促进 作用，并研究了现代设计技术、新材料和先进工艺技术对柴油机技术发展和产品升级换代的基础支撑作用。根据我国的国情， 从特种车辆动力高新技术和优势资源利用的角度，提出了加快我国高速大功率柴油机技术发展和产品升级换代的发展建议． 关键词：高速大功率柴油机；发展趋势；技术创新
２
现优化匹配、功率提升、节能减排和智能化控制的有
效途径。删公司开发了目前最先迸的发动机电子管
司剑新的ＣＡＮ总线混合动力电控系统实现了对发动 机和电传动装置的综合拎制和管理。此外，可变气门
面抛光技术、致密石瞿铸铁（ＣＧＩ）铸造工艺、异种 金属镶铸工艺、锚合金铸件热等静压工艺、铝合金冷 喷涂修复工艺、连丰Ｔ涨断上艺、缸孔激光造型珩磨工 艺等新，．Ｉ二艺在发动机制造领域逐步开始推广应用。
是空白；
ｇ／ｋＷｈ，为高速大功率柴油机向更高水平冲刺提供了 强有力的技术推动。在近几年国外主要柴油机厂商推 出的新型高速大功率柴油机中，均大量采用了最新的 科技成果和新的设计理念，主要体现在一体化系统集 成技术、高球燃油喷射和高效快速燃烧技术、发动机 电控和管理系统技术、高效可调增压技术、排放控制 枝术等方面。此外，现代设计技术和新材料、新工艺 的发展也为大功率高速柴油机产品技术水平的提升提 供了强有力的支撑。 １）系统集成技术 现代设计和优化技术有力推动了系统集成和匹配 研究的深入开展，动力装置一体化设计有效降低了无 效空间，大幅度提高了动力装置的功率密度和系统总 成之间的优化匹配。国外车用发动机行业十分重视发 动机的系统集成技术，德国马勒（Ｍａｈｌｅ）公司提出
性方面取得新的突破，才能保持其旺盛的生命力。 在特种车辆动力领域，ＭＴＵ公司高速大功率柴油 机居于世界领先地位。该公司最新研发的ＭＴ８９０系列 高功率密度（ＨＰＤ）柴油机升功率达到９２ ｋＷ／Ｌ的世 界最高水平，单位功率质量和单位体积功率分别为 ０．８２ ｋｇ／ｋＷ和１２００ ｋＷ／ｍ３，在高压共轨、发动机电子 管理和高效可调增压等关键技术领域具有显著的技术 优势。此外，该公司的非公路和船用高速大功率柴油 机也居于世界先进水平，最近推出的１６００系列柴油机 采用Ａ主研发的先进柴油机电控（ＡＤＥＣ）系统和专 门开发的低Ｎｏ。和低碳粒燃烧过程，具有良好的燃油 经济性和低排放特性。排放达到美国ＥＰＡ Ｔｉｅｒ２／３标 准；Ｔｉｅｒ２柴油机的燃油消耗率低于１９５ ｇ／ｋＷ・ｈ，Ｔｉｅｒ３ 柴油机的燃油消耗率低于２００ ｇ／ｋＷ・ｈ。 在苇型车用柴油机领域，具有代表性的生产厂家 有：美圜康明斯、卡特彼勒、ＤＤＣ，德国ＭＴｕ、奔 驰、道依茨、曼恩，法国雷诺公司、瑞典斯堪尼亚、 沃尔沃，意大利依维柯公司，日本五十铃、三菱、日 野等著名的重型汽车和柴油机公司。上述公司的技术 优势主要体现在高压单体泉、共轨技术、综合电子管 理技术和高效增压技术的丌发和应用方面，其产品的 标定转速１５００ ｒ／ｍｉｎ～２２００ ｒ／ｍｉｎ，平均有效压力１．２ ＭＰａ～２．５ ＭＰａ，升功率２４ ｋＷ／Ｌ～３０ ｋＷ／Ｌ，单位功 率质量２．７ ｋｇ／ｋＷ～４．０ ｋｇ／ｋＷ，排放满足美国联邦第 三阶段排放标准或欧Ⅳ排放标准，燃油终济性指标达