五分鐘看懂先進(jìn)清潔柴油機(jī)技術(shù)

最近，大眾因柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放造假的丑聞被推上風(fēng)口浪尖，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一時(shí)之間成為了眾矢之的。在傳統(tǒng)老百姓眼中，柴油機(jī)意味著吃苦耐勞、任勞任怨和少吃多干；然而排放不達(dá)標(biāo)、高噪音和震動(dòng)大等傳統(tǒng)柴油機(jī)的特點(diǎn)也深深地留在人們的腦海中。顯然，這些都是過(guò)去式，如今的柴油機(jī)已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，其得到升級(jí)的燃油噴射方式足以讓柴油機(jī)不再背負(fù)“黑嘈抖”的罪名；同時(shí)，國(guó)家層已經(jīng)將柴油和柴油機(jī)研發(fā)提升到主流層面，并且陸續(xù)出臺(tái)支持發(fā)展柴油機(jī)的政策。因此，在未來(lái)數(shù)年內(nèi)，柴油機(jī)在國(guó)內(nèi)將獲得不小的發(fā)展空間。接下來(lái)，小編就來(lái)說(shuō)說(shuō)新式柴油機(jī)具備哪些過(guò)人的技術(shù)，幫助大家正確看待柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

閱讀建議：文本內(nèi)容專業(yè)性較強(qiáng)。若想深入了解現(xiàn)階段柴油機(jī)的技術(shù)詳情，可從通篇仔細(xì)閱讀，文字內(nèi)容可深度挖掘；若只是想粗略了解情況，可點(diǎn)擊任何一張圖片，進(jìn)入讀圖模式閱讀，或點(diǎn)擊這里；若只是想快速瀏覽，點(diǎn)擊這里，閱讀紅色文字即可大致了解柴油機(jī)情況。本文由青山精心出品。

● 大眾，你別玷污清潔的柴油機(jī)

眾所周知，大眾EA189柴油發(fā)動(dòng)機(jī)被美國(guó)環(huán)保機(jī)構(gòu)抓到在柴油車排放造假。這是不誠(chéng)信的表現(xiàn)，然而并不是技術(shù)上的問(wèn)題。大眾和部分歐洲廠商走的柴油機(jī)路線并不那么完美，需要添加尿素才能讓車輛的尾氣排放達(dá)標(biāo)，增加用戶使用的成本和增高油耗，而且還削弱動(dòng)力表現(xiàn)。顯然這是有點(diǎn)殺雞取卵的做法。歸咎原因是大眾的柴油車技術(shù)不夠先進(jìn)，機(jī)內(nèi)燃燒不充分，機(jī)內(nèi)凈化能力低所致。青山只想說(shuō)，大眾放開柴油機(jī)，讓戴勒姆、馬自達(dá)、三菱、五十鈴來(lái)。

事實(shí)上優(yōu)秀的柴油機(jī)并不如此，其自凈能力較強(qiáng)，無(wú)需機(jī)外處理排放便可達(dá)標(biāo)，同時(shí)動(dòng)力燃油經(jīng)濟(jì)性一樣保持優(yōu)秀。下面看看有什么樣的技術(shù)保持柴油機(jī)的排放與動(dòng)力燃油經(jīng)濟(jì)性雙贏的局面。

● 柴油機(jī)的工作方式

說(shuō)到柴油機(jī)工作方式不得不說(shuō)柴油的特性。眾所周知，柴油和汽油都是石油提煉物之一，它們主要以碳?xì)浠衔锘旌衔锍霈F(xiàn)，汽油與柴油分子上區(qū)別是中碳原子數(shù)不同，構(gòu)成不同相對(duì)分子質(zhì)量。煉制汽油與柴油最簡(jiǎn)便的方法是利用沸點(diǎn)不同直接進(jìn)行分餾，依次得到石油氣-汽油-煤油-輕、重柴油-渣油。換句通俗話來(lái)說(shuō)，提煉汽油的過(guò)程必定提煉出柴油，柴油與汽油就是同一個(gè)媽生，只是柴油晚一點(diǎn)出世而且。

柴油與汽油燃料性質(zhì)不一樣，是引起汽油機(jī)和柴油機(jī)在混合氣體形成與燃燒方面差異的根本原因。影響柴油性質(zhì)主要有三個(gè)方面因素，發(fā)火性—十六烷值、蒸發(fā)性—餾程、低溫流動(dòng)性-冷凝點(diǎn)和粘度。

發(fā)火性—十六烷值 這是評(píng)定柴油自燃性是否容易的指標(biāo)，近似汽油的辛烷值。柴油十六烷值越高，自燃性越好，工作越柔和，冷啟動(dòng)性能越好；但過(guò)高的十六烷值讓排氣和油耗增加，因此國(guó)家規(guī)定柴油十六烷值在50。

蒸發(fā)性-餾程 這是評(píng)定能否更好形成混合氣體，與柴油完善程度及起動(dòng)性能有密切關(guān)系。國(guó)家規(guī)定50%餾出溫度不超過(guò)300℃。

低溫流動(dòng)性和粘度 與柴油儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用有關(guān)。柴油以冷凝點(diǎn)作為其標(biāo)號(hào)，即柴油失去流動(dòng)性開始凝結(jié)溫度。0號(hào)柴油，其冷凝點(diǎn)不高于0℃，適用于中國(guó)大部分地區(qū)，東北地區(qū)冬天則為-35#及以下，標(biāo)號(hào)越低，價(jià)格越貴。

機(jī)械雜質(zhì)、水分、灰分、含硫量、酸度、水溶性酸和堿、殘?zhí)康入s質(zhì)和元素，與柴油機(jī)磨損腐蝕有關(guān)。

與柴油相比，汽油揮發(fā)性強(qiáng)，因而可以在較低溫度下充分與空氣混合形成混合氣體，因而控制混合氣數(shù)量，便能調(diào)節(jié)汽油機(jī)的動(dòng)力輸出，屬于負(fù)荷條件。形象點(diǎn)來(lái)說(shuō)，平時(shí)踩的油門實(shí)際上并不是控制噴油量大小，而是控制進(jìn)氣量多少，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是“氣門”。柴油揮發(fā)性較差，粘性較好，不可能快速形成油氣混合氣，但適宜用油泵油嘴向氣缸內(nèi)部噴油，靠調(diào)節(jié)供油量來(lái)調(diào)節(jié)功率和負(fù)荷，而吸入空氣量基本上是不變的，這種條件方式為質(zhì)調(diào)節(jié)。

柴油無(wú)法迅速形成均勻混合氣體，所以要使柴油機(jī)必須在過(guò)量空氣系數(shù)大于1的條件下工作。柴油的燃燒主要分為四個(gè)階段至滯燃期、速燃期、緩燃期和后燃期。每個(gè)階段都需要噴油，滯燃期前適量噴油，讓此時(shí)缸內(nèi)壓力和溫度迅速升高，即為引燃作用；速燃期內(nèi)在滯燃期內(nèi)照的混合氣幾乎邊開始燃燒邊繼續(xù)噴油，使缸內(nèi)壓力升高，部分車型可高達(dá)13Mpa，同時(shí)壓力升高速率過(guò)大，影響柴油機(jī)的平穩(wěn)性。緩燃期是燃料充分燃燒的關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)缸內(nèi)溫度達(dá)到最高，可達(dá)2000k，約1750攝氏度。補(bǔ)燃期，少量燃油拖至此時(shí)進(jìn)行燃燒，整個(gè)過(guò)程較短。缸內(nèi)壓力不斷下降，若此時(shí)燃料剩余較多，則燃燒不充分，導(dǎo)致排氣溫度過(guò)高，不利于排放和燃油經(jīng)濟(jì)性。

燃油性質(zhì)同樣影響發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱循環(huán)模式。汽油機(jī)混合氣燃燒迅速，采用的是定容加熱循環(huán)。低速柴油機(jī)大部分燃料在上止點(diǎn)后燃燒，屬于定壓加熱循環(huán)；乘用車柴油機(jī)屬于高速柴油機(jī)，其燃油過(guò)程為定容定壓混合加熱循環(huán)。由于混合加熱循環(huán)方式增加了做功行程，讓燃料充分發(fā)揮讓化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這就是柴油機(jī)比汽油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性要好的最主要原因之一。

從燃燒過(guò)程來(lái)看，柴油機(jī)必須在過(guò)量空氣系數(shù)大于1的條件下工作（空氣量總比燃油量大），其過(guò)高轉(zhuǎn)速時(shí)空氣利用率較低，導(dǎo)致柴油機(jī)的升功率以及功率總要比汽油機(jī)要小。同時(shí)燃料燃燒時(shí)間較長(zhǎng)且充分，做功行程時(shí)柴油機(jī)缸內(nèi)溫度和壓力較高，對(duì)外輸出更多的功，適合在“低”轉(zhuǎn)速下可以爆發(fā)更大的力量。柴油機(jī)可理解為大力水手，吃得粗且少，力氣大，但百米跑步不快；汽油機(jī)則是百米飛人，吃得精而又不補(bǔ)營(yíng)養(yǎng)，但力氣少了點(diǎn)。

● 柴油機(jī)尾氣有什么東西組成？

柴油機(jī)是通過(guò)把柴油高壓噴入已壓縮到溫度很高的空氣中迅速混合、自燃而工作。油氣混合氣體不像汽油那么均勻，總有部分燃料不能完全燃燒，分解為以炭為主體的微粒，同時(shí)混合氣不均勻，燃燒室中局部溫度過(guò)高，并且過(guò)量空氣，導(dǎo)致氮氧化物NOx大量生成。同時(shí)柴油機(jī)由于燃燒時(shí)空氣量較多，一氧化氮CO和碳?xì)浠衔颒C較少。

微粒 微粒是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，又俗稱PM，可致癌。微粒中含有炭煙粒子和碳?xì)浠衔锝M成，其中碳?xì)浠衔锟赏ㄟ^(guò)溶解或加熱分解成可溶性有機(jī)成分。炭煙粒子主要在高溫缺氧環(huán)境下且生成的過(guò)程較為復(fù)雜。當(dāng)混合氣濃度有增加至一定程度后，微粒的排放隨著濃度增加而快速增加。

氮氧化物NOx NOx主要是在高溫富氧，相對(duì)有較充裕反應(yīng)時(shí)間的條件下生成。當(dāng)混合氣濃度過(guò)高，氧氣濃度決定NOx的生成量；當(dāng)混合氣濃度過(guò)稀時(shí)，溫度越高NOx生成越多。因此，柴油機(jī)多數(shù)時(shí)間屬于混合氣過(guò)稀，溫度過(guò)高，容易生成氮氧化物NOx。氮氧化物是柴油機(jī)尾氣控制的重點(diǎn)，同樣也是汽油機(jī)排放控制重點(diǎn)。他們之間在同一個(gè)數(shù)量等級(jí)上。

一氧化碳CO 一氧化碳CO是不完全燃燒的產(chǎn)物，柴油機(jī)是過(guò)量空氣燃燒，產(chǎn)生的CO有足夠的空氣在膨脹做功過(guò)程中氧化為二氧化碳，因此柴油機(jī)尾氣中的一氧化碳CO含量很低，幾乎可以忽略不計(jì)。

碳?xì)浠衔颒C 柴油機(jī)尾氣中的碳?xì)浠衔颒C主要是混合氣過(guò)稀的情況下產(chǎn)生，特別在低負(fù)荷時(shí)，同時(shí)冷啟動(dòng)燃燒室溫度過(guò)低，反應(yīng)不能及時(shí)進(jìn)行，HC排放相對(duì)較大。但事實(shí)上，HC排放量比汽油機(jī)還是少些。

白煙與藍(lán)煙 在柴油機(jī)冷啟動(dòng)或低負(fù)荷下暖機(jī)的過(guò)程中，特別是寒冷天氣下，較為容易產(chǎn)生白煙與藍(lán)煙。由于燃燒室溫度低，燃油不能完全蒸發(fā)燃燒，未燃燒或部分氧化的燃油一液態(tài)微粒的形式排出，冷凝而成白煙與藍(lán)煙。白煙與藍(lán)煙之間沒(méi)有嚴(yán)格意義劃分，只是微粒直徑不同（白煙微粒直徑要比藍(lán)煙大）而對(duì)光線反射不同，從而產(chǎn)生不同的顏色。一般白煙在柴油機(jī)暖機(jī)過(guò)程中逐漸變?yōu)樗{(lán)煙，再變?yōu)闊o(wú)色煙。

● 先進(jìn)的柴油機(jī)技術(shù)解析

先進(jìn)柴油機(jī)比舊時(shí)有著突破猛進(jìn)的進(jìn)步，除提升動(dòng)力性能外，同時(shí)新技術(shù)可大大減輕柴油工作粗暴，減少噪音，更重要的是都是為了環(huán)保達(dá)標(biāo)。因此，現(xiàn)代柴油機(jī)不僅環(huán)保達(dá)標(biāo)，動(dòng)力響應(yīng)好外，更明顯的優(yōu)勢(shì)是燃油經(jīng)濟(jì)性非常優(yōu)秀。與汽油機(jī)相比，同樣的排量下，柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩更大，經(jīng)濟(jì)性更好。少了復(fù)雜的點(diǎn)火系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)更加可靠耐用。下面看看究竟是哪些新技術(shù)讓柴油機(jī)重獲春天。

● 機(jī)內(nèi)技術(shù)層面

1、第三代柴油電子噴射系統(tǒng)-電控高壓共軌系統(tǒng)

20世紀(jì)90年代以來(lái)電控技術(shù)在柴油機(jī)應(yīng)用逐漸增多，控制精度不斷提高。從第一代-電子位置控制燃油噴射系統(tǒng)，到第二代-電子時(shí)間控制系統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)，現(xiàn)在到第三代-電子高壓共軌控制系統(tǒng)。足以讓柴油轎車和輕型車重獲春天的能力。

第三代-電控高壓共軌系統(tǒng)被譽(yù)為發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)公認(rèn)的三大突破之一。高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要由電控單元ECU、高壓油泵、共軌管、高壓油管、電控噴油器以及各種傳感器和執(zhí)行器組成。

主要的工作原理是：低壓燃油泵將燃油充油箱輸入至高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓共軌管，高壓共軌管中的壓力有電控單元根據(jù)壓力傳感器以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓共軌管內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，根據(jù)柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元決定何時(shí)的噴油時(shí)間，最后由電子閥噴油器向缸內(nèi)噴射。

電控噴油器是高壓共軌系統(tǒng)最為重要的部件。高壓燃油需要通過(guò)噴油器進(jìn)行霧化。由于采用電磁閥控制噴油，噴油壓力、噴油正時(shí)、噴油速率等所有噴油規(guī)律都可以全段柔性控制。

噴射壓力影響著燃油霧化性能，是對(duì)柴油機(jī)各方面性能有著重大影響。燃油霧化、貫穿和混合氣形成的能量主要依靠噴油的能量。噴油壓力越大，則噴油能量越高，噴霧越細(xì)、混合氣形成金額燃燒越明顯，從而使柴油機(jī)排放性能和動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性都得以改善?，F(xiàn)在電控高壓共軌噴射壓力普遍在120-200Mpa之間，甚至可達(dá)到250Mpa以上。一般高壓噴射會(huì)使氮氧化物NOx增加，但合理利用高壓噴射持續(xù)時(shí)間短特點(diǎn)，同時(shí)推遲噴油時(shí)刻或才用廢氣再循環(huán)等方法，可使微粒和NOx同時(shí)減低。

單位轉(zhuǎn)換：1Mpa兆帕=10bar巴=1000kPa千帕=145.03psi磅力/平方英寸=9.89個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓ATM

噴油規(guī)律同樣影響柴油機(jī)排放性和動(dòng)力性。在保證適當(dāng)動(dòng)力性的情況下，現(xiàn)在的噴射規(guī)律更多的照顧排放方面要求。減少燃燒過(guò)程中的粗暴現(xiàn)象出現(xiàn)，滯燃期中的噴油量影響著燃燒時(shí)的最高壓力、溫度和壓力升高率，因此需減少滯燃期燃燒速率較為重要。預(yù)噴射是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)初期緩慢燃燒的較好辦法，少量燃油預(yù)先噴射，使得在滯燃期內(nèi)形成有限的可燃混合氣量，同時(shí)只有較弱的初期燃燒放熱，使主噴射燃油的著火期縮短，同時(shí)避免燃燒初期急劇的壓力、溫度升高。主噴射則采用快速高壓的噴射以加快燃燒，防止生成大量微粒和降低燃燒噪聲；噴油后期則要快速結(jié)束噴射，避免低速噴射燃燒霧化變差，導(dǎo)致燃燒不完全而是碳?xì)浠衔颒C和微粒排放增多。因此噴油規(guī)律大致為“初期緩慢、中期急速、后期快斷”，噴射次數(shù)在3-5次，甚至高達(dá)9次。

噴油時(shí)刻間接通過(guò)滯燃期影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。噴油提前角過(guò)大，燃油在壓縮行程就燃燒較多，不僅增加壓縮負(fù)功，使燃油經(jīng)濟(jì)性變差，功率下降，壓力升功率和最高壓力變大使得柴油機(jī)工作更加粗暴微粒氮氧化物排放增加。若噴油提前角過(guò)小，導(dǎo)致后燃期增長(zhǎng)，排氣溫度和燃油消耗率增高，發(fā)動(dòng)機(jī)容易過(guò)熱。柴油機(jī)的噴油時(shí)刻需要有更加細(xì)微的調(diào)節(jié)，不同發(fā)動(dòng)機(jī)有著不一樣的噴油時(shí)刻，不同工況噴油時(shí)刻也不盡相同，不能一本通書讀到老。

電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)可以讓柴油機(jī)有著質(zhì)的飛躍，用汽油機(jī)發(fā)展歷程來(lái)比劃，如從化油器時(shí)代直接跨入缸內(nèi)直噴時(shí)代。電控噴油器、高壓油管等讓燃油噴射實(shí)現(xiàn)柔性、高壓噴射，同時(shí)減低微粒和NOx的排放，保證優(yōu)良動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性?？上У氖菄?guó)內(nèi)并沒(méi)有乘用車廠商真正擁有該項(xiàng)技術(shù)，主要為博世所壟斷。

2、直噴式燃燒系統(tǒng)

直噴式燃燒系統(tǒng)也可以理解為直噴式燃燒室，其燃燒方式較為集中，以便燃油與空氣進(jìn)行混合。事實(shí)上這類燃燒室與汽油機(jī)沒(méi)有太大差異，但相對(duì)于柴油機(jī)發(fā)展歷程來(lái)說(shuō)卻有著深層影響，傳統(tǒng)柴油機(jī)一般采用非直噴燃燒，在汽缸蓋上有單獨(dú)的預(yù)燃室或渦流室。直噴式燃燒室有著燃油消耗率低、轉(zhuǎn)速高、起動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。為了獲得更好的綜合性能指標(biāo)，必須對(duì)渦流強(qiáng)度、流場(chǎng)、噴油速率、噴孔數(shù)、噴孔直徑、噴射角度與燃燒室進(jìn)行大量?jī)?yōu)化匹配工作。

3、廢氣渦輪增壓技術(shù)

可能大伙都說(shuō)這渦輪增加技術(shù)很普遍呀，一點(diǎn)都不創(chuàng)新。傳統(tǒng)意義上的柴油機(jī)的功率偏小一直被人們吐槽，廢氣渦輪增壓技術(shù)剛好彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，但同時(shí)改變了低速轉(zhuǎn)矩的性能變化。由于柴油機(jī)常處于空氣過(guò)量的情況下工作，再采用廢氣渦輪增壓可以再提升充氣量和工作壓力，在保持原有功率和高轉(zhuǎn)矩情況下，適當(dāng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少機(jī)械損失和減少磨損，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

事實(shí)上在柴油機(jī)上廢氣渦輪增壓技術(shù)應(yīng)用除了提升功率和燃油經(jīng)濟(jì)性外，更重要原因來(lái)自于排放控制。廢氣渦輪增壓技術(shù)使缸內(nèi)充氣量進(jìn)一步增大，燃料可以更加充分燃燒，使得一氧化碳CO和碳?xì)浠衔颒C排放更低，排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)比汽油機(jī)來(lái)得少。但增壓后燃燒溫度變高不利于氮氧化物NOx和微粒減少，因此需要中冷技術(shù)進(jìn)行冷卻空氣，進(jìn)而進(jìn)一步減少氮氧化物NOx和降低45%或以上的微粒排放。

可變截面渦輪增壓器的可變?nèi)~片位于排氣渦輪上。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速情況，通過(guò)控制膜盒進(jìn)行葉片的開閉調(diào)節(jié)，使發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)刻保持最佳的動(dòng)力輸出。轉(zhuǎn)速較低時(shí)，采用小截面使得廢氣流速加快，從而使得渦輪轉(zhuǎn)速上升，大大減少渦輪遲滯現(xiàn)象，相當(dāng)于小直徑渦輪增壓；高轉(zhuǎn)速時(shí)，采用大截面，使得廢氣流動(dòng)更加順暢，調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速，同時(shí)也能發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和轉(zhuǎn)矩。

4、電控EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)一開始應(yīng)用汽油機(jī)上。傳統(tǒng)柴油機(jī)氮氧化物NOx排放，采用廢氣再導(dǎo)入燃燒可稀釋混合氣的氧氣，降低過(guò)量空氣系數(shù)，同時(shí)讓最高燃燒溫度適當(dāng)降低（NOx、氮?dú)狻⒍趸嫉绕渌葻崛荽?，吸熱能力?qiáng)），從而讓NOx減少生成。EGR率廢氣量采用電控系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，時(shí)刻檢測(cè)進(jìn)氣中氧氣濃度進(jìn)行檢測(cè)，從而不斷調(diào)整EGR率使其保持在最佳狀態(tài)。柴油機(jī)的NOx排放主要在大、中負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生；EGR率15%時(shí)可減少50%的NOx排放；EGR率在25%時(shí)可減少80%的NOx排放。雖EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)可減少NOx排放的，但會(huì)讓微粒排放增多，因此需結(jié)合其他技術(shù)同時(shí)應(yīng)用。

5、電子節(jié)氣門

采用過(guò)量空氣燃燒，傳統(tǒng)柴油機(jī)上根本不存在節(jié)氣門。由于排放法規(guī)越發(fā)越嚴(yán)格，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不得不加入電子節(jié)氣門裝置。一般電子節(jié)氣門采用常開的狀態(tài)，以滿足動(dòng)力輸出。當(dāng)出現(xiàn)特殊工況氮氧化物NOx排放增多，乃至EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)無(wú)法滿足時(shí)，此時(shí)將電控單元調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度，適當(dāng)減少進(jìn)氣量，以調(diào)整過(guò)量空氣系數(shù)，產(chǎn)生更大的EGR率，滿足排放需求。適當(dāng)調(diào)小電子節(jié)氣門開度，可以減少氮氧化物排放。因此，切記柴油機(jī)上的電子節(jié)氣門并不是為了調(diào)節(jié)負(fù)荷所用的。

6、進(jìn)排氣系統(tǒng)

傳統(tǒng)柴油機(jī)主要采用兩氣門設(shè)計(jì)，是因?yàn)槎鄽忾T制造工藝無(wú)法滿足柴油機(jī)高強(qiáng)度需要?，F(xiàn)在制造水平上去了，高壓共軌柴油機(jī)主要采用多氣門技術(shù)，主要為四氣門，兩進(jìn)連排。多氣門能保證較大的換氣流通面積，減少泵氣損失，增大充氣量系數(shù)，保證高質(zhì)量的燃燒效果。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)電控系統(tǒng)關(guān)閉一個(gè)進(jìn)氣道，使缸內(nèi)進(jìn)氣渦輪加強(qiáng)，讓混合氣均勻。改善進(jìn)排氣系統(tǒng)可適當(dāng)改善燃燒效率，提高動(dòng)力性。同時(shí)應(yīng)用在汽油機(jī)上的可變氣門正時(shí)和揚(yáng)程系統(tǒng)同時(shí)也可以降低柴油機(jī)的壓縮比，從而降低柴油機(jī)的工作溫度，提升動(dòng)力和排放性能。

● 機(jī)外尾氣處理技術(shù)層面

氮氧化物后處理凈化技術(shù)

1、SCR（Selective Catalytic Reduction）選擇性催化還原

選擇性催化還原SCR最開始是應(yīng)用在鍋爐、焚燒爐和發(fā)電廠等地方上降低氮氧化物NOx，近年才逐步進(jìn)入汽車領(lǐng)域。選擇性催化還原劑采用氨類物質(zhì)（氨氣、氨水和尿素）或各種碳?xì)浠衔铮ú裼秃鸵掖迹?。催化劑采用一些金屬結(jié)合物或人造沸石等。其反應(yīng)原理是尿素在高溫作用下產(chǎn)生氨氣，便后氨氣與氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成水和氮?dú)狻?/p>

催化劑作用是降低反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)溫度降低至合適區(qū)間（250℃～500℃）從而去除排氣中絕大部分的NOx，同時(shí)降低部分HC和CO排放?，F(xiàn)在部分機(jī)內(nèi)凈化能力較低的柴油機(jī)則采用此技術(shù)，但需要按時(shí)添加尿素，增加使用成本。一般是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部無(wú)法讓氮氧化物NOx達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)才采用此技術(shù)。

2、選擇性非催化還原

這種方式更多適合與富氧工作的柴油機(jī)，即低速柴油機(jī)。同樣是通過(guò)高溫排氣中加入氨類物質(zhì)作為還原劑，與NOx生成氮?dú)夂退?。這種方式可以省去催化劑的貴金屬，但其工作溫度范圍較為狹窄，只在826℃-1126℃工作。只能在柴油機(jī)燃燒時(shí)噴入氨水，便能獲得降低NOx的效果。

3、等離子輔助催化還原

采用等離子技術(shù)（即電子、離子、自由基和中性粒子等導(dǎo)電體，整體保持中性）將NO和HC氧化為二氧化氮和高氧化性含CH的還原劑，然后二氧化氮在還原劑作用下二氧化氮還原成氮?dú)?。這項(xiàng)技術(shù)重要的是對(duì)燃料含硫量并沒(méi)有要求，可以同時(shí)減少氮氧化物NOx、微粒PM、碳?xì)浠衔颒C排放。這是一種很有潛力的技術(shù)。

氧化催化技術(shù)

1、DOC（Diesel oxidation catalytic）柴油機(jī)氧化催化器

由于柴油排氣中含氧量較高，可通過(guò)氧化催化器進(jìn)行處理，消耗微粒中的可溶性有機(jī)成分SOF來(lái)降低微粒排放，同時(shí)讓碳?xì)浠衔颒C和一氧化碳CO在催化劑作用下與氧氣結(jié)合，生成無(wú)害的二氧化碳和誰(shuí)。催化劑采用的是和汽油機(jī)三元催化相同的鉑（Pt）、鈀（Pd）等貴金屬和稀土金屬。

DOC柴油機(jī)氧化催化器工作溫度在200～350℃，可以降低微粒中SOF達(dá)到40%～90%以上，降低微粒排放，也可使一氧化碳CO降低30%左右，碳?xì)浠衔颒C降低50%左右，此外同時(shí)可降低芳烴和醛類的排放，使得柴油機(jī)尾氣臭味減少。然而氧化催化的轉(zhuǎn)化效率受柴油中的硫含量和排氣溫度影響。若硫含量變多，容易產(chǎn)生過(guò)多的硫酸鹽，造成微粒增多。因此，只有用低硫柴油才能保證氧化催化效果。柴油硫含量不應(yīng)超過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%。從實(shí)用性來(lái)看，乘用車柴油機(jī)使用氧化催化器效果較好，但前提條件是柴油機(jī)自身的氮氧化物NOx排放要少。

2、POC（Particles oxidation Catalyst）微粒氧化催化器

POC微粒氧化催化器是一種針對(duì)柴油機(jī)排放污染物中的微粒后處理設(shè)計(jì)，需要配合柴油機(jī)氧化催化器DOC使用。POC微粒氧化催化器工作溫度在200℃～500℃之間，依靠DOC產(chǎn)生的二氧化氮和柴油機(jī)排放的二氧化氮，在POC內(nèi)部中微粒與二氧化氮燃燒，從而有效去除排氣中的微粒。POC對(duì)微粒的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到60%以上，是一種較為經(jīng)濟(jì)適用的后處理方案。

微粒捕集技術(shù)

DPF（Diesel particulate filter）柴油機(jī)微粒捕集器。

DPF柴油機(jī)微粒捕集器是國(guó)際上公認(rèn)的微粒排放后處理最佳方式。其主要工作方式是排氣通過(guò)微粒捕集器是，過(guò)濾體將排氣中的微粒捕集與過(guò)濾體內(nèi)并適時(shí)燃燒，從而達(dá)到凈化排氣的目的。過(guò)濾機(jī)理主要采用擴(kuò)散機(jī)理、攔截機(jī)理、慣性機(jī)理和綜合過(guò)濾機(jī)理。擴(kuò)散機(jī)理如同河流三角洲沉積沙一樣，采用布朗運(yùn)動(dòng)作用微粒擴(kuò)散至壁面和微孔附近，微粒直徑越小，排氣溫度越高，作用越明顯；攔截機(jī)理就是采用過(guò)濾孔進(jìn)行攔截，大于孔直徑的微粒不能通過(guò)；慣性碰撞機(jī)理利用微粒慣性流動(dòng)，但氣流出現(xiàn)流線彎曲時(shí)，微粒因慣性存在繼續(xù)直著前行，碰撞到過(guò)濾體。

過(guò)濾體主要采用壁流式蜂窩陶瓷、金屬基過(guò)濾材料和復(fù)合過(guò)濾材料。壁流式蜂窩陶瓷對(duì)未來(lái)過(guò)濾效率達(dá)到90%以上；金屬基過(guò)濾效率只有50～70%，但導(dǎo)熱性好，快速進(jìn)入工作狀態(tài)。復(fù)合材料將是未來(lái)主要過(guò)濾體，結(jié)合了陶瓷材料的高效率和金屬材料的快速進(jìn)入工作狀態(tài)特點(diǎn)。

事實(shí)上捕集微粒過(guò)后會(huì)集聚，導(dǎo)致排氣背壓增加堵塞，導(dǎo)致柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性變差，必須及時(shí)去除沉積的微粒，這恢復(fù)微粒捕集器性能的過(guò)程為再生。由于柴油機(jī)排氣中微粒絕大部分為可燃物，其通常在560℃以上便開始燃燒。然而，一般柴油機(jī)排氣溫度低于500℃，正常情況下較難燒掉，因此需要額外的方法進(jìn)行處理?，F(xiàn)在可行的技術(shù)有主動(dòng)再生系統(tǒng)和被動(dòng)再生系統(tǒng)，主動(dòng)再生系統(tǒng)有：噴油助燃再生系統(tǒng)、電加熱助燃再生系統(tǒng)、微波加熱助燃再生系統(tǒng)、紅外線加熱助燃再生系統(tǒng)，這類主要通過(guò)外部輔助加熱把微粒進(jìn)行清除。被動(dòng)再生系統(tǒng)有：大負(fù)荷再生、排氣節(jié)流再生、催化再生、燃料添加劑再生等，這類再生效果較為一般。DPF使用上無(wú)需再添加任何東西，動(dòng)力損失方面較小，整車的燃油經(jīng)濟(jì)性不會(huì)受到大的影響。

現(xiàn)代柴油機(jī)都采用綜合的尾氣處理技術(shù)，并不是只是采用單一的尾氣處理?？梢圆捎肧CR+DOC+DPF組合技術(shù)進(jìn)行處理。SCR處理氮氧化物NOx，DOC處理一氧化碳CO、碳?xì)浠衔颒C排放和部分微粒，DPF處理微粒PM排放，從而讓柴油機(jī)可達(dá)到歐V乃至美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。另外一種綜合處理技術(shù)是四元催化轉(zhuǎn)化器，采用LNT稀燃NOx催化轉(zhuǎn)化器、DPF微粒捕集器和DOC柴油氧化催化器，綜合處理尾氣中的HC、CO、NOx和PM。事實(shí)上優(yōu)秀的柴油機(jī)其機(jī)內(nèi)凈化能力越高，所需的機(jī)外凈化技術(shù)越少，使用成本越低?，F(xiàn)實(shí)上究竟有沒(méi)有這些車存在呢？答案非常肯定有的，而且還在中國(guó)上市，不過(guò)只在***和香港地區(qū)，欲望知詳情，請(qǐng)繼續(xù)觀看下文。

●未來(lái)技術(shù)-柴油機(jī)HCCI均質(zhì)充量壓燃技術(shù)

未來(lái)排放法規(guī)將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格，即便是高壓共軌柴油機(jī)也只是擴(kuò)散燃燒，燃燒反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于燃料和空氣混合速率?；旌蠚怏w濃度和溫度分布都不均勻，擴(kuò)散火焰外緣的高溫富氧區(qū)產(chǎn)生氮氧化物NOx，內(nèi)部高位缺氧區(qū)產(chǎn)生微粒PM。因此傳統(tǒng)意義上燃燒的柴油機(jī)必然存在氮氧化物NOx和微粒PM。

HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）均質(zhì)充量壓燃技術(shù)是結(jié)合傳統(tǒng)汽油機(jī)和柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)混合氣自燃。HCCI燃燒是一種全局燃燒過(guò)程，可理解為燃燒過(guò)程為碳?xì)浠衔镒陨硌趸磻?yīng)，沒(méi)有可識(shí)別的火焰鋒面，幾乎不受空氣流動(dòng)強(qiáng)度影響。盡管現(xiàn)在柴油機(jī)的燃燒方式是廣義的HCCI，還是存在燃燒局部溫度過(guò)高。HCCI均質(zhì)充量壓燃技術(shù)有燃燒速度快、持續(xù)時(shí)間短、穩(wěn)定性高、燃燒最高溫度低特性。由此可得，柴油機(jī)的熱效率將會(huì)提高，動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性大幅度提升。HCCI均質(zhì)充量壓燃技術(shù)燃燒溫度比傳統(tǒng)柴油機(jī)要低，沒(méi)有局部高溫反應(yīng)區(qū)和混合不均勻區(qū)域，減少燃燒不完全的現(xiàn)象。從而可以減少90%～98%的氮氧化物NOx排放和大幅度降低微粒PM排放。

未來(lái)柴油機(jī)技術(shù)將是越來(lái)越成熟，如二級(jí)渦輪增壓器，低速啟動(dòng)小型渦輪，高速采用大型渦輪、雙EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、低壓縮比，防止高溫燃燒噪音等技術(shù)。因此現(xiàn)代柴油車不再是“黑噪抖”的代名詞。從燃油經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代柴油機(jī)已經(jīng)達(dá)到混合動(dòng)力車的水平，而且柴油價(jià)格也比汽油來(lái)得要便宜，同時(shí)動(dòng)力表現(xiàn)還更好。最為重要的是柴油車排放水平早已與汽油車相當(dāng)，甚至在二氧化碳排放上更少。

● 簡(jiǎn)析優(yōu)秀柴油機(jī)-SKYACTIV-D柴油機(jī)-全球首款無(wú)需配備NOx尾氣處理

馬自達(dá)創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)不單只應(yīng)用在汽油機(jī)上，而且應(yīng)用在柴油機(jī)上的變化更讓人刮目相看。SKYACTIV-D柴油機(jī)主要采用低壓縮技術(shù)、減少缸內(nèi)磨損技術(shù)、可變?nèi)~片二級(jí)渦輪增壓器等技術(shù)。其中2.2升雙渦輪增壓SKYACTIV-D柴油機(jī)配備在馬自達(dá)ANTEZA上，其最大功率128kW（175ps）在4500轉(zhuǎn)爆發(fā)，最大扭力420N·m只需2000轉(zhuǎn)，百公里油耗僅為5.3升。

由于采用低壓縮比技術(shù)，壓縮比只有14：1，與汽油機(jī)相當(dāng)。降低壓縮比可大大降低燃燒溫度，極大的減少氮氧化物NOx的排放，同時(shí)讓燃燒壓力下降，防止柴油車的震動(dòng)以及噪聲等缺點(diǎn)。由于工作溫度和壓力減少，工作負(fù)荷大幅度降低，可使發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需再背負(fù)厚重的缸體，從而達(dá)到較高的輕量化。因此SKYACTIV-D柴油機(jī)無(wú)需配備氮氧化物NOx后處理器也能達(dá)到日本的排放標(biāo)準(zhǔn)。

● 總結(jié)

柴油機(jī)從傳統(tǒng)的柱塞泵或分配泵時(shí)代躍升至高壓共軌時(shí)代，如同汽油機(jī)從化油器直接蹦到缸內(nèi)直噴時(shí)代。柴油機(jī)的改變是有目共睹的，其中絕大部分技術(shù)是為了提升排放性能所用。在眾多先進(jìn)的電控技術(shù)加持下，現(xiàn)代的柴油機(jī)幾乎不會(huì)有黑煙或排放動(dòng)輒超標(biāo)的情況出現(xiàn)，更重要是機(jī)內(nèi)凈化能力，若本身機(jī)子燃燒不好，就算再多的機(jī)外尾氣處理也無(wú)補(bǔ)于事?？少F的是，柴油機(jī)同樣保留低使用成本和高效動(dòng)力的特性，同時(shí)排放又能滿足要求，還有什么理由拒絕？當(dāng)然還有人說(shuō)它嘈，在高級(jí)的SUV上，其震動(dòng)和噪聲得到很好的控制，實(shí)際駕駛幾乎感受不到；低級(jí)別的車型上，由于缸內(nèi)燃燒優(yōu)化，同樣也不至于太難接受。

如今的柴油機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)較高的水平，可惜的是國(guó)內(nèi)自主品牌還是沒(méi)有掌握真正的技術(shù)。高壓共軌、渦輪增壓、EGR等技術(shù)基本上都是受制于外人，這恰恰也是國(guó)家沒(méi)有明確大力支持柴油機(jī)乘用車的原因之一。同時(shí)，國(guó)內(nèi)油品質(zhì)量還有待提升——除了硫含量較多外，膠質(zhì)較多也是造成發(fā)動(dòng)機(jī)容易受損的原因之一。從《中國(guó)制造2025》政策解讀來(lái)看，國(guó)家還是想發(fā)展柴油機(jī)乘用車的，并且部分自主品牌也躍躍欲試，對(duì)先進(jìn)柴油機(jī)進(jìn)行研發(fā)生產(chǎn)?；蛟S，在青山三十而立時(shí)，國(guó)內(nèi)的柴油機(jī)乘用車將會(huì)百花齊放。