现代乘用车柴油机技术

［收稿日期］　２００９－０７－２０

［基金项目］　国家高技术研究发展计划（“八六三”计划）项目（２００８ＡＡ１１Ａ１１６）

［作者简介］　韩志玉（１９６２－），男，美籍华人，湖南大学机械与运载工程学院教授，博士，主要研究方向为内燃机燃烧、节能与排放控制；

Ｅ－ｍａｉｌ：ｈａｎｚｈｉｙｕ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ

现代乘用车柴油机技术

韩志玉，陈　征，刘敬平，刘　云

（湖南大学先进动力总成技术研究中心，长沙４１００８２）

［摘要］　市场需求、排放法规、燃油经济性、客户满意度和成本是影响车用发动机技术发展的主要因素。与

汽油机相比，现代柴油机在上述方面大都具有一定的优势，因此现代柴油机技术已成为乘用车发动机技术发

展的一个重要方向。目前我国乘用车柴油机与国际先进水平仍存在很大的差距，亟需突破包括高效清洁燃烧技术、电子控制燃油喷射系统、发动机管理及标定技术等技术难点。建议自主开发低油耗、低污染物排放的高效清洁乘用车柴油动力，以满足我国未来乘用车大市场的需求。

［关键词］　乘用车；柴油机；节能；环保；技术难点

［中图分类号］　Ｕ４６４　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００９－１７４２（２００９）１１－００３０－０７

1　前言

近年来，全球汽车保有量呈快速上升趋势，据预测，２０１０年全球汽车保有量将突破１０亿辆，２０１５年将增至１１．２亿辆左右，届时我国汽车保有量也将超过１亿辆

［１］

。按２００８年我国乘用车销量所占汽车总销量

比例（７２％）计算，我国乘用车市场占有量将达到７０００

万辆以上。面对未来庞大的乘用车市场，发展先进的乘用车发动机技术变得日益迫切。由于现代柴油机在动力、节能和ＣＯ２排放方面的优势，柴油机动力将是

近、中期节能环保汽车的现实技术选择。

2　影响发动机技术发展的主要因素

2．1　市场需求

在汽车诞生和发展的百年历史中，全球逐步形成了北美、欧洲、日本等老牌乘用车市场和以中国为代表的新兴市场。北美，以美国为主导，一直以来，都追求大排量车，这既是传统文化的继承，也是政策导向决定的。二战后，美国经济高速发展，生产力水平高，大批量生产的汽车成本低廉，更重要的是同样廉价而且持续不变的汽油价格，以及宽松的汽车政策和良好的道路环境，造就了

２０世纪５０年代后美国乘用车设计对豪华气派、大功率、大排量Ｖ型发动机的追求。欧洲作为汽车的发源地，工业化水平和文明程度较高，在欧洲人的观念中，汽车不仅仅是一种代步工具，更是娱乐和享受的象征，同时，欧洲人对能源和环境也极为重视，因此具有优良动力性和驾驶性能的涡轮增压发动机和燃油经济性更好的节能环保柴油机更符合欧洲市场的需求。日本作为岛国，土地和能源极其缺乏，因而日本本土乘用车市场需求更偏爱小型、小排量的节能型发动机。

近几年，随着国际石油价格的暴涨，世界乘用车市场需求逐步向省油、环境破坏力小的环保型车辆转变，于是日本厂商生产的节能型汽车受到了世界各国消费者的青睐。同样的，随着燃油价格的不断攀升和美国消费者兴趣的转移，而美国本土汽车企业在发动机节能方面的技术研究动力和开发水平远不如日本和欧洲的汽车企业，直接导致了美国乘用车市场被日本企业占领和美国三大汽车公司的没落。由此可见，市场需求是决定汽车和发动机技术发展的主要因素和直接推动力。

在国内，随着我国经济持续多年的快速增长，汽车行业也得到了长足发展，并已逐渐成为全球最大

03　中国工程科学

的汽车市场。但在当前，我国仍处在发展阶段，大多数消费者的收入水平仍不高，低成本、燃油经济性更好的小排量汽车将更符合大众市场的需求。2．2　排放限制

迫于庞大的汽车数量对全球能源和环境的双重压力，世界各国政府都先后通过各种法律法规对汽车市场进行规范，积极鼓励高效、清洁汽车的使用，禁止高能耗、高污染汽车的继续生产和销售。图１显示了欧盟各国统一的汽油乘用车和柴油乘用车排放法规。从法规上看，从２０００年开始的欧３标准到

２０１４年预计实施的欧６标准，汽油乘用车主要排放物ＨＣ和ＮＯx 的排放限值分别降低了５０％和６０％；柴油乘用车主要排放物ＨＣ和ＮＯx 总量的排放限值降低了６９．４％，颗粒（ＰＭ）排放降低了９０％。为了满足这些日益严格的排放法规要求，一些先进技术，如增压中冷、废气再循环（ｅｘｈａｕｓｔｇａｓｒｅｃｉｒｃｕ-

ｌａｔｉｏｎ，ＥＧＲ）、电控共轨燃油喷射、排放后处理等将

成为未来发动机的标准配置。由此可见，排放法规

已成为影响发动机技术发展的另一重要因素。

图1　欧盟乘用车排放法规Fig ．1　Emission regulations of passenger

cars in the Europe Union

我国于１９９９年１月率先在北京、同年７月在上海实施相当于欧Ⅰ的轻型车国Ⅰ排放标准，从２００１年在全国范围内开始实施国Ⅰ标准，２００５年开始实施国Ⅱ标准（等同于欧Ⅱ），２００７年开始实施国Ⅲ标准（等同于欧Ⅲ），并将于２０１０年实施国Ⅳ标准（等

同于欧Ⅳ），虽然比欧洲实施时间分别晚了９年、９年、７年和５年，但可以看到我国与国际发达国家的差距在逐渐缩小，这对我国乘用车发动机技术发展也提出了巨大的挑战。相比之下，发展小排量乘用车在满足排放法规方面具有更明显的优势。2．3　燃油经济性

汽车燃油经济性与节能减排密切相关，在汽车保有量快速发展的今天，燃油经济性变得尤为重要。因此，基于控制交通领域石油需求和温室气体排放的目的，世界一些国家，如美国、欧盟、日本等均制定了汽车燃油经济性和ＣＯ２排放标准，其中以欧盟和日本标准最为严格。我国也于２００４年发布了枟乘用车燃油消耗量限值枠的强制性国家标准（见图２），第一阶段于２００５年７月１日开始实施，第二阶段的执行日期为２００８年１月１日。这些标准的出台使大排量、高油耗乘用车受到了限制，而对小排量节能型乘用车的发展具有明显的促进作用。尽管如此，我国乘用车燃油消耗的整体水平还很高，与发达国家的差距还很大，这可以从图２

法规的比较中看到。

图2　中国燃油消耗量标准及与日本的比较Fig ．2　Chinese fuel consumption regulation

and its comparison with Japanese

2．4　客户满意度

随着人们驾车时间越来越长，对乘用车的性能、

ＮＶＨ（舒适性、振动和噪声）、安全性以及驾驶性等

各方面有了更高要求。在汽车产业市场竞争日益加剧的环境下，乘用车发动机技术的发展对客户满意

度的重视日益增加，客户满意度也成为衡量乘用车市场竞争力的重要因素。

2．5　成本

成本是汽车产业发展最直接、最活跃的推动力之一。在消费者和生产者、经销者的搏弈中，高效能低成本的产品才是产业发展的趋势。

显然，乘用车发动机技术发展的方向必然是满

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