基于低摩擦的柴油機節(jié)能新方法研究

梁慶鋒

摘 要：自2015年1月1日我國全面推行更加環(huán)保的柴油國四標準，關于柴油機節(jié)能減排技術(shù)及方法的研究成為了行業(yè)關注的焦點問題。當前，針對柴油機節(jié)能減排的手段主要有降低柴油機磨損、實施渦輪增壓、利用更加環(huán)保清潔的能源、尾氣余熱再利用等。國內(nèi)學者大多數(shù)研究領域及關注目光主要集中在新能源開發(fā)、渦輪增壓、尾氣余熱再利用等技術(shù)上，在降低柴油機磨損方面研究成果鳳毛麟角。為此，文章在綜合梳理當前既有研究成果基礎上根據(jù)行業(yè)研究最新動態(tài)，就基于低摩擦的柴油機節(jié)能新方法展開了深入分析，以豐富當前環(huán)保研究內(nèi)容、推動該節(jié)能減排技術(shù)推廣應用進程。

關鍵詞：柴油國四標準；低摩擦；涂層技術(shù)；耐磨潤滑油

前言

在我國汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展的背景下，車用柴油機節(jié)能需求成為降低能耗、提高環(huán)保效果的重要保障手段。特別是我國交通工具保有量的進一步激增，柴油機節(jié)能需求越發(fā)強烈。因而，針對柴油機節(jié)能新技術(shù)的研究，無論是在理論方面還是在實際應用上均具有重要的研究價值及現(xiàn)實意義。文章將著重從柴油機節(jié)能意義、基于低摩擦的柴油機節(jié)能技術(shù)研究兩方面展開重點論述，以此探討柴油機節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨向。

1 柴油機節(jié)能意義

柴油機是通過柴油的燃燒來釋放大量的動能，驅(qū)動發(fā)動機運轉(zhuǎn)的設備，其具有扭矩大、經(jīng)濟性能良好的優(yōu)點，因而被廣泛應用在了工業(yè)、農(nóng)業(yè)等多個領域。而柴油機節(jié)能技術(shù)的研究與應用意義則主要集中在以下兩方面：

一是降低經(jīng)濟成本支出。柴油機主要應用在大型機械設備上以提供更加強勁的動力，然而，相較于汽油，柴油本身的提取工藝要求較高，因而使用成本隨之提高。特別是隨著關系國計民生工程的陸續(xù)開建，大量的工程機械所需要的柴油量更是不計其數(shù)。隨著習近平總書記6月13日主持召開中央財經(jīng)領導小組第六次會議上提出的推進能源革命，建設符合我國能源戰(zhàn)略的節(jié)約型社會成為未來一段時期內(nèi)我國政府工作的核心內(nèi)容。而降低柴油機能源消耗，不僅是節(jié)約型能源社會建設的具體體現(xiàn)，同時還能夠為相關使用者節(jié)省大量的經(jīng)濟成本支出，提高其經(jīng)濟收益，具有重要的應用價值。

二是提高我國環(huán)保水平。有鑒于柴油成分之中含有氫、硫、氧、碳、氮等元素，在柴油機內(nèi)燃燒過程中將會釋放出大量的一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫等有害氣體。眾所周知，汽車尾氣排放物將會嚴重破壞臭氧、危害生態(tài)環(huán)境安全。1987年，世界環(huán)境與發(fā)展委員會提出了“可持續(xù)發(fā)展（Sustainable Development）”概念，并在世界各國得到了廣泛的響應。我國在黨的十六屆三中全會上正式提出了“堅持以人為本，樹立全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展觀，促進經(jīng)濟社會和人的全面發(fā)展”的可持續(xù)發(fā)展觀，相應的環(huán)保工作得到了不斷的重視與強化[1]。開發(fā)更加環(huán)保的柴油機節(jié)能技術(shù)能夠大幅降低污染物排放，對于環(huán)保工作開展起到了重要的推動作用。

2 基于低摩擦的柴油機節(jié)能技術(shù)研究

2.1 涂層技術(shù)

眾所周知，摩擦磨損是汽車在驅(qū)動過程中發(fā)生能量損耗的重要誘因之一。一般情況下汽車燃油在燃燒過程中只有15%左右的動能用在了驅(qū)動發(fā)動機上，而其他85%的動能則是被發(fā)動機自身以及整個動力傳動系統(tǒng)所浪費掉。由此可知，降低柴油機摩擦所帶來的不必要損耗對于節(jié)能工作來講具有重要的現(xiàn)實意義。涂層技術(shù)是在上個世紀末被汽車工業(yè)所采用，并取得了較為理想的節(jié)能效果。就目前而言，涂層技術(shù)主要有以下兩種。

2.1.1 金屬氮化物陶瓷涂層

金屬氮化物有鑒于自身的物理特性，在柴油機各個構(gòu)件表面涂抹金屬氮化物則可以有效降低能量消耗，是節(jié)能技術(shù)的重要應用方式。截至目前金屬氮化物主要有氮化鋯（ZrN）、氮化鉿（HfN）、氮化鉭（TaN）、氮化鋁（AIN）等[2]。其中，氮化鋯粉末因自身呈現(xiàn)相對較高的物理特性和化學特性，因而在柴油機節(jié)能技術(shù)研究中主要利用真空等離子噴涂工藝將其涂抹在零件磨擦副表面，在一定程度上降低了運動副的摩擦系數(shù)。氮化鋁粉末則能夠承受住較高的溫度，并且其熱膨脹系數(shù)在所有氮化物之中處于最小水平，提高了機件抗高溫、耐磨損性能。特別是在與碳化鈦或氮化鈦發(fā)生化學作用后，能夠在零件表面產(chǎn)生復合碳氮化合物或復合氮化物，使得該涂層具有對Co、Ni、Fe等金屬熔體的潤滑能力，強化了其柴油利用率，使得其能耗得到了有效的控制。

2.1.2 DLC涂層

DLC涂層由于粉末具有較高的硬度，低摩擦因子，使得柴油機部件的磨損程度大幅降低。此外，由于摩擦系數(shù)的減小，發(fā)動機在運轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的噪音以及過度磨損所致的密封性能下降問題得到了有效的解決，燃油效率得到了大幅提升。根據(jù)西方學術(shù)界所作的實驗研究結(jié)果表明，1.8L排量的柴油機汽車在使用了DLC涂層之后，其整個工作轉(zhuǎn)速區(qū)域所造成的摩擦損失下降區(qū)間在10%～15%之間，不僅燃油經(jīng)濟性得到了有效保障，同時CO2排放量同比下降1%～2%，各個部件之間的功耗降低了50%，輸出功率提高效果更加明顯[3]。

2.2 耐磨潤滑油

潤滑油（Lubricating oil）主要是應用在各種類型的汽車、機械設備上的液體或半固體油脂潤滑劑，能夠起到良好的潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用。針對當前柴油機節(jié)能需求，文章認為，采用耐磨性更好的潤滑油可以有效滿足此方面的應用需求。

首先，柴油機在運轉(zhuǎn)過程中，不可避免的會發(fā)生運動部件之間的摩擦情形，長此以往將會產(chǎn)生干摩擦，不僅影響部件的使用壽命，同時動力浪費將會大幅提升。并且在此中所產(chǎn)生的大量熱量還會使得汽車出現(xiàn)拉缸、抱軸等故障。而采用高耐磨性能的潤滑油之后，其潤滑劑成分能夠快速附著于發(fā)動機部件的表面，從而形成一層良好的油膜，潤滑程度得到提升之后目，各個運動作部件之間的摩擦阻力由此而降低，使得柴油機動力內(nèi)耗問題得到緩解。在功率輸出不變的情況下，柴油機油耗也會因此而降低。

其次，燃燒室漏氣是柴油機氣缸壓力下降及發(fā)動機輸出功率降低的“罪魁禍首”。采用耐磨潤滑油來封堵氣缸與活塞、活塞環(huán)與環(huán)槽以及氣門與氣門座間可能存在的漏點，提高整體的密封程度。而密封程度提高上去之后，則柴油機的缸壓以及輸出功率將會得到改善，同時還進一步阻止了柴油機內(nèi)柴油燃燒之后所產(chǎn)生的廢氣向曲軸箱竄漏。不僅降低了由漏氣損失所致的額外燃油消耗量，同時提升了柴油機運轉(zhuǎn)的安全系數(shù)，值得大力推廣使用。

3 結(jié)束語

綜上所述，柴油機節(jié)能技術(shù)的開發(fā)，不僅是貫徹落實我國可持續(xù)發(fā)展觀的需求，同時也是環(huán)保工作進一步開展的客觀要求。因而，通過文章所研究的內(nèi)容，大力推廣涂層技術(shù)、耐磨潤滑油的應用，不僅能夠有效滿足上述方面的工作需要，同時還能夠起到良好的經(jīng)濟效益及社會效益，為交通安全同樣提供助力。因此，涂層技術(shù)、耐磨潤滑油成為了目前柴油機節(jié)能工作的重要應用手段，具有廣泛的應用價值，應引起社會各界的關注并加以推廣使用。

參考文獻

[1]江媛，曾嬌.特種裝備項目的節(jié)能評估方法研究[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2015，14（3）：54-60.

[2]胡迪，尚冉，劉丹，等.基于PZT的柴油機振動俘能器的設計[J].起重運輸機械，2015，21（7）：11-14.

[3]高嵩，駱義，王利朋.內(nèi)河船用柴油機節(jié)能減排比較[J].中國水運（下半月），2014，19（10）：138-139.