關(guān)于日本近年柴油機發(fā)展現(xiàn)狀研究的概述

針對日本國內(nèi)目前的標(biāo)準(zhǔn)要求，各大車企紛紛采取了應(yīng)對措施，并年發(fā)布和銷售了多款發(fā)動機，其中還包括多款商用車用發(fā)動機，并且多為全新開發(fā)或在原機型基礎(chǔ)上進行改良的改型產(chǎn)品。隨著消費者對整機效率和環(huán)境關(guān)注度的不斷提高，在乘用車領(lǐng)域發(fā)布及銷售的發(fā)動機多為全新產(chǎn)品。

海外方面，歐洲相繼發(fā)布并開始銷售滿足乘用車歐6排放法規(guī)的發(fā)動機產(chǎn)品。其中商用車用發(fā)動機不僅要滿足歐6法規(guī),而且對熱效率要求更高。此外，由于美國環(huán)境署（EPA）指出部分歐洲企業(yè)在排放軟件方面違反法律規(guī)定，該現(xiàn)象不僅成為一種社會問題，同時也激發(fā)了車輛在公路行駛中的排氣計測等相關(guān)工作的開展。

盡管高效率、低排放領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)競爭愈發(fā)激烈，但為了重新獲得消費者的信任，汽車企業(yè)還有較多工作需要開展。

1日本國內(nèi)動向

1.1概要

在日本國內(nèi)乘用車柴油機方面，豐田的2.8 L全新發(fā)動機安裝于蘭德酷路澤品牌車輛上。其中,采用了熱擺動壁面隔熱（TSWIN）的下一代高隔熱發(fā)動機。

在日本國內(nèi)商用車柴油機發(fā)動機方面,可有效提升整機效率的發(fā)動機主要有：日野RANGER上配備的5.1 L新型發(fā)動機、五十鈴GIGA上安裝的9.8 L改良款發(fā)動機。以上發(fā)動機為改善燃燒，提高燃料噴射裝置壓力、減少高壓燃料泵送油量的防漏型結(jié)構(gòu),在低排放和高效率技術(shù)領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異。

1.2新款發(fā)動機的特征

表1 近年來新銷售的日本國產(chǎn)發(fā)動機參數(shù)

（1）豐田IGD-FTV（圖1）該款發(fā)動機是KD發(fā)動機系列的后續(xù)新型產(chǎn)品，不僅尺寸更小，而且其扭矩特性較原機型有所提升。該發(fā)動機采用了TSWIN技術(shù)的下一代高隔熱柴油燃燒、錐形法蘭盤燃燒室、超高壓燃料噴射系統(tǒng)，其最大熱效率達到44%，使得其燃油經(jīng)濟性得以大幅提升，同時排氣后處理采用尿素SCR系統(tǒng)，滿足2010年后的新長期排放法規(guī)以及歐6法規(guī)。此外，同時面向海外市場發(fā)售2.4 L 2GD-FTV型號發(fā)動機。

圖1 豐田1GD

（2）日野A05C（圖2）安裝于中型卡車RANGER上的發(fā)動機，沿襲了大型卡車用A09C款發(fā)動機的結(jié)構(gòu)及其輔助系統(tǒng)，并采用最優(yōu)化的4缸設(shè)計，發(fā)動機結(jié)構(gòu)耐高壓燃燒、耐高熱負荷?；谏鲜鎏卣鳎渑c上一代發(fā)動機相比排量更小。采用可有效降低氣缸滑動部摩擦阻力的凹坑結(jié)構(gòu)缸套、兩級渦輪增壓、超高壓燃料噴射裝置，有效提升了整機效率。同時，為了提高用戶的使用便利性，排氣后處理裝置采用了以輕油為還原劑的選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）。此外，與混合動力（HV）進行組合使用，可將其安裝在大型公交巴士上。

圖2 日野A05C

（3）五十鈴6UZ1（圖3）該發(fā)動機配裝于五十鈴大型卡車GIGA上，與原機型相比，水箱和中冷器更大，并提升了EGR冷卻效率，改良了超高壓燃料噴射裝置并采用新的噴射器，同時在低轉(zhuǎn)速區(qū)域提升其扭扭，改善了整機效率。

圖3 五十鈴6UZ1

（4）五十鈴6NX1 該發(fā)動機裝備有兩級渦輪增壓器，是一款經(jīng)輕量化和小型化的大型卡車用發(fā)動機。其7.79 L的排量，可在發(fā)動機2 000 r/min轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)250 kW的最高輸出，在發(fā)動機1 300 r/min轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)1 422 N·m的最大扭矩。

2海外動向

2.1 概要

（1）乘用車用發(fā)動機針對歐洲市場，不斷投入人力、物力及財力，以研發(fā)應(yīng)對歐6排放法規(guī)的新款發(fā)動機，并推動了具有不同輸出特性的柴油機及汽油機通用化零件的模塊化設(shè)計進程。為不斷提升整機效率，以較小尺寸和高平均有效壓力（BMEP）作為主要開發(fā)手段。此外，也結(jié)合了各個市場的不同特征，進行發(fā)動機研發(fā)工作。

（2）商用車發(fā)動機商用車領(lǐng)域具有較高效率的發(fā)動機，目前主要包括梅賽德斯奔馳安裝在Actros上的12.8 L發(fā)動機，Iveco安裝在Eurocargo上的4.5 L發(fā)動機。上述發(fā)動機均以原機型為基礎(chǔ)而進行改良的新產(chǎn)品，并可滿足歐6法規(guī)要求，其共同特點是具備較高的壓縮比。近年來，乘用車實現(xiàn)低壓縮比的開發(fā)目標(biāo)，主要通過采用柴油發(fā)動機與汽油發(fā)動機的模塊化開發(fā)手段，不過商用車柴油發(fā)動機的研發(fā)趨勢與乘用車發(fā)動機相比，具有顯著的差異。

2.2新款發(fā)動機的特征

表2 近年來于日本地區(qū)新發(fā)售海外市場的發(fā)動機參數(shù)

（1）鈴木E08A（圖4）該機型為一款鈴木在印度子公司生產(chǎn)和銷售的輕量化小型2氣缸0.8 L發(fā)動機。在確保發(fā)動機強度和剛度的基礎(chǔ)上，追求輕量化設(shè)計，采用開頂式結(jié)構(gòu)的高壓鑄鋁制缸體，曲軸處于360°相位，利用在曲軸正橫向配置的平衡軸可以降低旋轉(zhuǎn)振動。燃料調(diào)節(jié)閥不再安裝于高壓燃料泵上，實現(xiàn)了燃料泵小型化。同時，不再使用共軌結(jié)構(gòu)，而采用小型分配缸體結(jié)構(gòu)來保證燃料處于高壓狀態(tài)。

圖4 鈴木E08A

（2）日產(chǎn)YS23（圖5）該機型為一款安裝在皮卡NP300上的新型發(fā)動機，采用兩級渦輪增壓器和200 MPa的噴射壓力，與上一款2.5 L發(fā)動機相比，整機更小，而且在低速范圍內(nèi)扭矩有所增加。同時，還減小了可變?nèi)萘恳簤罕靡约盎瑒硬康哪Σ磷枇Γ蕴岣哒麢C工作效率。

圖5 日產(chǎn)YS23

（3）梅賽德斯奔馳OM626（圖6）該機型為一款安裝在奔馳與雷諾共同研發(fā)的C級轎車上的初級柴油機，采用單渦輪增壓器和160 MPa的燃料噴射裝置。雖然該款發(fā)動機定位為初級，但是其采用鋼制活塞、可變?nèi)萘恳簤罕?、帶電加熱的燃料濾清器，采用高壓及低壓EGR，可同時實現(xiàn)高效率和低排放的研發(fā)目標(biāo)。

圖6 梅賽德斯奔馳OM626

（4）梅賽德斯奔馳OM654（圖7） 該機型為梅賽德斯利用模塊化設(shè)計方式開發(fā)的首款發(fā)動機。該發(fā)動機采用耐高壓20.5 MPA的鋁制缸體及缸蓋，205 MPa壓電式噴射器、有階梯壁凹燃燒室的鋼制活塞，12 mm的曲柄偏心距，以改善燃燒和提高燃油效率。利用高壓和低壓的廢氣再循環(huán)（EGR），并通過發(fā)動機搭載的氧化催化器（DOC）/顆粒捕集器（SDPF）/選擇性催化還原（SCR）達到降低排放的目標(biāo)。

圖7 梅賽德斯奔馳OM654

（5）BMW B57（圖8）繼B37（d3缸1.5 L），B47（4缸2.0 L）之后的6缸3.0 L的B57發(fā)動機滿足歐6排放法規(guī)，是N57的后繼產(chǎn)品。利用每缸排氣量為0.5 L的模塊化設(shè)計，提高了整機的零件通用化程度。此外，模塊化設(shè)計可以實現(xiàn)與汽油發(fā)動機的零件通用。燃料噴射壓力可達到250 MPa，延續(xù)使用N57采用的Tri 渦輪增壓器。

圖8 BMW B57

（6）斯巴魯EE20該機型采用低壓縮比、新噴射器、高壓以及低壓EGR等技術(shù)，可滿足歐6法規(guī)。

（7）梅賽德斯奔馳OM471（圖9）2011年為滿足歐6法規(guī)發(fā)布的OM471發(fā)動機是第二代改良產(chǎn)品。其采用雙頂置凸輪軸、高壓縮比、新燃燒室形狀、以及達到270 MPa高壓的“X-PULSE”燃料噴射系統(tǒng)。繼續(xù)采用上一代產(chǎn)品的特征性技術(shù)—非對稱渦輪增壓器，并將輪邊 EGR閥設(shè)置在排氣歧管和渦輪增壓器的連接處，即使在低EGR率條件下，也可高效地使用渦輪增壓器。

圖9 梅賽德斯奔馳OM471

（9）IvecoTector5該機型采用2013年應(yīng)對歐6排放法規(guī)的技術(shù)概念，其主要特征為：無EGR、被動再生DPF、高效率SCR系統(tǒng)。還采用高壓縮比、新噴射器、新渦輪使其不僅實現(xiàn)了高效率的目標(biāo)，還可提高低速以及對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的功率輸出。

3研發(fā)動向

1990—2000年間的柴油機研發(fā)目標(biāo)主要以實現(xiàn)清潔排放目標(biāo)為主，為了緩解溫室效應(yīng)、降低二氧化碳排放、滿足消費者對高燃效的需求，近年來主要著力于提升發(fā)動機熱效率和降低排放兩方面的研發(fā)工作。其中，在實現(xiàn)高效率方面，為了提高發(fā)動機各項性能指標(biāo)并有效降低各類損失，采用高壓燃料噴射、改善燃燒室、高效增壓及多級增壓、小尺寸設(shè)計、減速、降低發(fā)動機本體與輔機的機械損失。其中為了減少冷卻損失，對隔熱技術(shù)開展了相應(yīng)研發(fā)工作，并基于上述進程不斷開發(fā)新機型或?qū)ΜF(xiàn)有機型進行改良設(shè)計。在降低排放方面，提高后處理裝置凈化率并降低發(fā)動機的廢氣排放，研發(fā)精密的控制技術(shù)。同時，一項重要的開發(fā)工作是在公路上基于實際使用環(huán)境而開展的降低廢氣排放研究工作。預(yù)計今后此類研發(fā)工作也將會持續(xù)推進。

此外，采用高燃效和低排放技術(shù)與整機成本息息相關(guān)，目前也正在研究能在有效提升發(fā)動機效率的同時控制成本支出。例如：無EGR+高NOx凈化率的發(fā)動機是目前最優(yōu)的低成本技術(shù)組合方式。而且乘用車可不再局限于柴油機范疇，可以與同一車輛配裝的柴油發(fā)動機一起實現(xiàn)模塊化設(shè)計，從而有效推進了低成本研發(fā)工作的進程。