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公路工程机械用柴油机的发展趋势 |
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| http://cn.newmaker.com
9/30/2009 10:11:00 AM
丁绪汉
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近年来，随着电子、激光和计算机技术的迅速发展和应用，公路工程机械用柴油机在结构与性能等诸方面也有了新的发展。
一、公路工程机械用柴油机的特点
公路工程机械几乎是100%的利用柴油机为其动力装置，其中水冷四冲程型占绝大多数，只有少数的公路工程机械，如振动压路机采用风冷或二冲程柴油机。尽管风冷式柴油机具有对环境温度的适应性强、适合缺水地区使用等优点；二冲程柴油机具有运转平稳、结构简单、维修简便等优点；但比较起来，水冷四冲程柴油机具有的冷却效果好、使用可靠、工艺性好等优点，使其在公路工程机械应用中占绝对优势。从燃烧室结构形式来看，柴油机常用的燃烧室有五六种之多。由于直接喷射式燃烧室具有形状简单、结构紧凑、散热面积小、热效率高、燃料经济性好、启动容易等优点，因此它已成为公路工程机械用柴油机燃烧室的主要形式。特别是小缸径、小功率的柴油机更是如此。
目前，公路工程机械用柴油机的功率范围在不断扩大，在11~600千瓦之间。其中应用较多的集中在45~300千瓦之间。考虑到公路工程机械的工作条件复杂、恶劣、负荷变化大，因此装用的柴油机的额定功率均有适当的功率储备，通常为10%左右。
此外，鉴于公路工程机械作业时的工作阻力大、运行速度低的特点，宜采用扭矩大、转速低的柴油机。目前公路工程机械用柴油机的额定转速一般在1500~2000r/min，适应性系数为1.30~1.70之间。鉴于上述原因，目前常用的公路工程机械用柴油机的扭矩较大，就常用的功率范围而言，其扭矩值为294~2940牛·米，其扭矩储备系数为1.15~1.25，少数的为1.30。
由于公路工程机械都是在野外作业，使用条件十分恶劣，作业对象常是坚硬的土石方，作业环境多半是尘土飞扬，气温变化大，机械的维护条件差，因此，对公路工程机械用柴油机的可靠性和耐久性提出了严格的要求。目前各生产厂家通过优化设计，精心选择结构与零件材质；采用新工艺提高产品的加工质量与装配质量；通过可靠性试验等手段，使柴油机的机械负荷与热负荷留有适当的储备，耐久性指标达到10000小时，个别的可达20000~25000小时。
就地理区域来说，公路工程机械用柴油机的使用范围广，海拔位置相差5000米，气温相差80℃，沿海与高原、沙漠的湿度相差很大。针对如此多变的公路工程机械作业环境，各生产厂家在柴油机上采用了进气系统与燃烧室预热装置、冷却液加热与恒温调节器、冬季用蓄电池、废气涡轮增压等措施，提高公路工程机械用柴油机对使用条件的适应性。
二、国外公路工程机械用柴油机的发展趋势
1.老产品不断改进，新产品大量涌现近些年来，国外公路工程机械用柴油机的生产厂家在采用新技术、新结构，改进老产品方面做了大量工作，如英国珀金斯(Perkins)公司对3.152型柴油机进行改造，提高了功率，降低了油耗和排放；德国道依茨(Doutz)公司将F3L913型风冷柴油机改为直喷式和风扇自动调速，使油耗降低20%；美国康明斯(Cummins)公司采用两级涡轮增压，将NTTA型柴油机的功率由原来的294千瓦提高到331千瓦；美国卡特彼勒(Caterpillar)公司将3306型柴油机改为直喷式，使油耗降低了8%左右。随后其又采用自动喷油定时系统、改进增压匹配，使油耗进一步降低。日本三菱公司将涡流室式的SE系列柴油机改为直喷式，使扭矩增加了12%、功率提高了12.5%。
为满足公路工程机械作业特点及技术性能不断提高的要求，国外公路工程机械用柴油机的主要生产厂家不断推出柴油机的新产品。例如，美国卡特彼勒公司开发了排量分别为35.4升、51.8升、69.0升(功率分别为588千瓦、883千瓦、1177千瓦)的3500系列柴油机；美国的康明斯公司在生产B系列柴油机的基础上，生产了C系列柴油机。该系列为直列六缸水冷四冲程直喷非增压、增压和增压中冷机型，功率在116千瓦~172千瓦之间；日本小松公司近些年来相继投产了125系列、140系列、170系列柴油机。
总体来看，这些新型公路柴油机的主要特点是：采用直喷式燃烧室，增压或中冷增压，扩大了功率范围，燃料的经济性、动力性指标(升功率、比质量等)达到新的水平。
2.实现“两低一高”目标“两低一高”———低油耗、低排放和高可靠性已是当今公路工程机械用柴油机的普遍研制目标。新设计的燃油消耗率低于204g/kW·h的柴油机有美国康明斯公司生产的L-10型柴油机、瑞典斯堪尼亚公司的DS1-14型柴油机；燃油消耗率低于197g/kW·h的有日本小松公司的SA6D125-1型和SA6D140-1型柴油机。
对如何降低老产品的油耗问题，相关企业也予以同样重视。如美国康明斯公司对其生产的3306DITA型柴油机进行技术改造，使油耗由原来的217.5g/kW·h降低到208g/kW·h；日本三菱公司将S4F-T型柴油机的耗油率从244.7g/kW·h降低到217.5g/kW·h。在噪声、排放和烟度方面，各生产厂家不仅满足了现行法规的要求，还充分考虑到今后行业的发展。
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