现代先进的轿车用柴油发动机及柴油轿车在中国的发展前景

现代先进的轿车用柴油发动机及柴油轿车在中国的发展前景

现代轿车柴油机采用了电子控制高压共轨直喷技术、涡轮增压中冷技术、尾气排气后处理等技术，在重量、性能、废气排放、振动噪声等技术方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。目前欧洲轿车市场柴油机占的比重是70%。

柴油发动机与汽油发动机的燃烧方式不同

柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。它是由德国发明家鲁道夫·狄塞尔（RudolfDiesel）于1892年发明的，为了纪念这位发明家，柴油就是用他的姓Diesel来表示，而柴油发动机也称为狄塞尔发动机。

柴油和汽油都是石油的提取物，而且都用于车用内燃机，但是它们之间却有着巨大的特性差异。汽油是一种非常易燃的油品，一个小小的火星就可以将一大桶汽油引燃。而柴油则不行，甚至用明火去点，在没有引火物的情况下，柴油自身并不会被引燃。这就是二者发火性之间的差异。

也是基于柴油的这种发火特性，使得柴油在抗爆性方面比汽油有着很大的优势。通常柴油发动机的压缩比要比汽油发动机的高一倍以上，就是得益于柴油的抗爆性好。高压缩比的好处显而易见，它可以让燃烧更为充分。普通燃烧方式的汽油发动机有11以上的压缩比就很不错了，而柴油发动机的这个数字常常能够超过20。这无疑有利于充分燃烧，柴油发动机普遍比汽油发动机更省油的主要原因也在于此。

柴油的挥发性也要比汽油慢，因此它不能像汽油发动机那样通过进气负压来吸进混合气，而是需要通过高压油泵来将雾化的柴油压人汽缸内，才能与空气充分混合。

所有以上这些柴油与汽油的特性差异，导致柴油发动机的整体设计与汽油发动机完全不一样，它们的性能特点也有着很大的区别。传统的柴油发动机扭矩很大，可靠性也非常高，但功率小、响应差、低温点火困难、污染严重等等，而且其震动噪音大，因此常常只能被一些载货汽车采用。

原几乎所有的柴油发动机都是采用机械泵喷射的，它分为总泵和分泵两部分，目的也是为了获得足够的泵油压力。这种活塞往复式的机械泵是靠凸轮来驱动的，凸轮的能量则源自曲轴。每个汽缸会有一个喷油器，每个喷油器又必须匹配一个油泵，这使得整台发动机的油泵数量很多。这种机械油泵不仅供油压力有限，而且它们都是纯机械式的，在往复运动以及与凸轮发生作用的时候，会产生巨大的噪音，这是传统柴油发动机噪音大的原因之一。

柴油发动机是靠压燃式的，也就是在压缩行程的末端，被压缩的空气产生高温高压以后，油泵将柴油以雾状喷人汽缸内自燃。这种“点火”方式如果发生在汽油发动机上，就相当于爆震。事实上，柴油发动机的爆震是

不可避免的，它需要靠这种方式来实现混合物的点燃。柴油发动机之所以震动和噪音明显大于汽油发动机，主要就是基于这个原因。

对于爆震本身任何内燃机都是不希望看到的。对于柴油发动机而言，它的点火依靠爆震，爆震控制能够点火的临界点即可。多余的爆震自然会增加震动和噪音，乃至影响工作效率。传统柴油机纯机械式的泵油方式，很难做到精准控制，所以这类发动机的震动和噪音都异常强烈。排放加剧以及燃烧效率下降也就很自然了。

柴油机的电子控制高压共轨直喷技术

普通的柴油发动机每个喷油器要对应一个油泵。共轨技术就是用一个油泵就可以实现整个发动机的供油。

共轨技术与汽油发动机上的多点电喷类似，在一根“共轨”上安装四个(对应四缸发动机)喷油器，然后有一个油泵向“共轨”中供油。而喷油器的开启和关闭，则是靠电脑来控制的，这个原理与电喷汽油发动机类似。

电子泵的供油压力要比机械泵大得多，这使得缸内直喷得以实现。柴油发动机的压缩比很高，压缩冲程的压力比汽油发动机大很多，这需要超高的喷油压力，这在之前的机械泵是无法实现的。传统柴油发动机的喷油器是被动工作的，也就是油泵在有压力的时候，就会因压力而将柴油喷入汽缸。这种完全由油泵控制的喷油过程。自然无法实现电脑控制喷油，这种方式从某种程度上说，和采用化油器的汽油发动机类似，因为它们都无法实现对于喷油量的精确控制。

电子控制高压共轨直喷技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统。高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化。电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与巳储存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对喷油泵、废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。

涡轮增压中冷技术

增压可使柴油机在排量不变，重量增加不大的情况下达到增加输出功率的目的。与相同功率的非增压柴油机相比，增压柴油机不仅体积小，重量轻，功率大，而且还降低了单位功率的成本。因此，增压技术不仅广泛应用在柴油机上，而且还推广到汽油机，是改善内燃发动机的重要技术手段。

空气压力的提高就是空气密度的提高，空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高，温度提高反过来会限制空气密度的提高，据实验显示，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10摄氏度，柴油机功率能提高3%－5%，还能降低排放中的氮氧化合物（NOx），改善发动机的低速性能。因此，也就产生了中间冷却技术。

柴油机中间冷却技术的类型分两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也就是用外界空气冷却。当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。因此，汽车柴油机大都采用空气冷却式中冷器。

空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到一个散热器中，利用风扇提供的冷却空气强行冷却。空气冷却

式中冷器可以安装在发动机水箱的前面、旁边或者另外安装在一个独立的位置上，它的波形铝制散热片和管道与发动机水箱结构相似，热传导效率高，可将增压空气的温度冷却到50至60摄氏度。

中间冷却技术不是一项简单的技术，过热无效果白费工夫，过冷在进气管中形成冷凝水会弄巧成拙。因此要将中冷器和涡轮增压器进行精确的匹配，使得压缩空气达到要求的冷却温度。

尾气排气后处理技术

柴油机排放的有害废气成份主要是微粒物质和NOX。采用先进的喷射系统可以减少微粒物质的排放，而废气再循环则是有效控制NOX的最有效途径。

为满足越来越严厉的排放法规，柴油机在全面采用电子控制的基础上，不断改进废气再处理技术。氧化催化器在这方面起着举足轻重的作用，该装置是基于单体陶瓷式结构发展而来的，能够对废气进行较为充分的再处理，以降低废气中HC、CO和NOX等的浓度。研究结果显示，采用先进涂覆技术的氧化催化器可将废气中的CO、HC和NOX分别减少50%～80%、40%～70%、10%～20%，减少微粒物质排放30%～40%。

现在欧、美、日各国正在从事催化还原理论与氧化催化剂的研究，以解决柴油机使用催化剂不能实现排气特别是NOX大幅度降低和催化剂耐久性的问题。

新技术的运用减少了震动噪音