深度解析五十鈴新款4J系列發(fā)動(dòng)機(jī)

自從柴靜紀(jì)錄片播放后，國民更加認(rèn)定柴油機(jī)為霧霾天氣的罪魁禍?zhǔn)?。可是在歐洲藍(lán)天白云與大量柴油機(jī)共存，顯然并不是柴油機(jī)不達(dá)標(biāo)問題。這次五十鈴重新以強(qiáng)態(tài)回到中國，世界柴油機(jī)領(lǐng)軍者給我們帶來的新款4J系列柴油機(jī)SUV的mu-X。這款發(fā)動(dòng)機(jī)不僅動(dòng)力強(qiáng)勁爽快，而且還很干凈耐用。究竟有什么技術(shù)能使動(dòng)力與環(huán)保并存，下面一來探究。

● 4J系列發(fā)動(dòng)機(jī)在中國

4J系列發(fā)動(dòng)機(jī)歷史悠久，不得不提的是4JB1神一樣存在的發(fā)動(dòng)機(jī)。這款輕型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在改革開放初期肩負(fù)這大量的建設(shè)任務(wù)，至今還在各大廠商繼續(xù)讓其大放異彩。4JB1誕生于上世紀(jì)80年代初，并在1985年由中國汽車工業(yè)進(jìn)出口公司負(fù)責(zé)引進(jìn)國內(nèi)生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)線安排在北京第二制造廠、廣州羊城汽車制造廠、江淮汽車制造廠和江西汽車制造廠等等。其中1985年6月重慶汽車制造廠與日本五十鈴成立慶鈴汽車和1993年江西汽車制造廠與日本五十鈴成立江鈴五十鈴汽車，因此慶鈴與江鈴較好承接日本五十鈴的技術(shù)，他們生產(chǎn)的4JB1發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量較為可靠。

4JB1發(fā)動(dòng)機(jī)排量為2.8L，分為自然吸氣和帶渦輪增壓版本（4JB1-T）。從動(dòng)力數(shù)據(jù)來看，該發(fā)動(dòng)機(jī)并不出色，功率按不同調(diào)教在70-90kW之間，轉(zhuǎn)矩在200-280N·m之間，在當(dāng)時(shí)算得上動(dòng)力較為出色，硬派SUV曾裝配這款發(fā)動(dòng)機(jī)。雖然現(xiàn)在大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)足以秒殺它，可是其發(fā)動(dòng)機(jī)耐用性高，并且燃油經(jīng)濟(jì)性好，還是值得用戶青睞。

至于4J系列的其他發(fā)動(dòng)機(jī)，4JA1和4JC1是屬于4JB1同一時(shí)代的發(fā)動(dòng)機(jī)，僅為排量不同。4JD1（2.0L）、4JE1（1.9L）、4JG1（3.1L，主要為工程發(fā)動(dòng)機(jī)）、4JH1（3.0T）等發(fā)動(dòng)機(jī)則無緣中國市場(chǎng)。因此中國大陸市場(chǎng)很多4JB1系列改良發(fā)動(dòng)機(jī)，因其氣缸直徑為93mm，國產(chǎn)改良發(fā)動(dòng)機(jī)也叫493系列。換句話說4JB1發(fā)動(dòng)機(jī)占領(lǐng)了中國輕型柴油機(jī)大部分市場(chǎng)。

因此，五十鈴的4J系列發(fā)動(dòng)機(jī)在中國市場(chǎng)上則非?；靵y。幾乎涉及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廠家都會(huì)引進(jìn)改良4JB1發(fā)動(dòng)機(jī)變成自家產(chǎn)品繼續(xù)生產(chǎn)，并且在車輛上貼上五十鈴的標(biāo)識(shí)。

為什么五十鈴4JB1能在國內(nèi)一直長盛不衰？其他廠商無法動(dòng)搖其地位。其中重要的原因是多年來建立下來的耐用口碑。油耗低；動(dòng)力足夠；五十萬公里無需大修；甚至一百萬公里都能良好運(yùn)作等原因足以令用戶認(rèn)定該品牌。

● 4JJ1/4JK1技術(shù)解析-動(dòng)力

4JK1與4JJ1將匹配在江西五十鈴的D-MAX和mu-X車型上。兩款發(fā)動(dòng)機(jī)僅為工作行程不同，導(dǎo)致排量有所差異。4JK1排量為2.5L，最大功率為100kW（135ps），最大轉(zhuǎn)矩為320N·m；4JJ1排量則為3.0L，最大功率為130kW（176ps），最大轉(zhuǎn)矩為380N·m。

由于4JK1與4JJ1采用相同的技術(shù)，僅為氣缸行程不同，在此共同深入探究其技術(shù)。

4JK1/4JJ1采用現(xiàn)今流行的燃油系統(tǒng)-柴油高壓共軌技術(shù)，并且采用電裝的高壓共軌，噴射壓力高大180MPa。然而普通的低碳鋼彈性極限在200MPa，噴油壓力足以讓低碳鋼鋼板產(chǎn)生彎曲形變。

電裝的高壓共軌燃油系統(tǒng)主要由電控單元、高壓泵、高壓油管、共軌管和電控噴油器組成。高壓共軌最大優(yōu)點(diǎn)是可柔性調(diào)節(jié)噴油壓力、噴油正時(shí)、噴油速率和噴油精度高。高噴射壓力（120-180MPa）、預(yù)噴射和多達(dá)5次噴射，可降低NOx和微粒的排放。

氣門采用DOHC頂置雙凸輪軸設(shè)計(jì)，氣門凸輪軸和高壓泵采用正時(shí)鏈條傳動(dòng)，可降低工作噪音，更重要的是可免維護(hù)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。相比舊款的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)兩氣門，4JK1/4JJ1采用4氣門的結(jié)構(gòu)提供進(jìn)氣效率，降低壓縮比使得燃燒效果充分。4JK1壓縮比為18.1:1；4JJ1壓縮比為17.3:1。

4JK1/4JJ1采用了VGS（Variable Geometry System）可變截面渦輪增壓器。通過改變廢氣進(jìn)入渦輪入口的截面面積，從而減少渦輪遲滯現(xiàn)象，保證動(dòng)力線性輸出，并且可以延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。

現(xiàn)今很多小排量汽油機(jī)采用小直徑渦輪增壓器，因增壓器葉輪較小，無需太多廢氣即可推動(dòng)，從而進(jìn)氣壓力增大，發(fā)動(dòng)機(jī)可在中低轉(zhuǎn)速便可獲得不錯(cuò)動(dòng)力，同時(shí)渦輪遲滯現(xiàn)象明顯減輕。但問題來了，小直徑渦輪會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排氣阻力增大，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)時(shí)乏力，排氣不通暢。因此，VGS可變截面渦輪增壓器非常適合大排量的發(fā)動(dòng)機(jī)。

VGS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。因此，3.0T的4JJ1發(fā)動(dòng)機(jī)在1000轉(zhuǎn)時(shí)便可爆發(fā)出280N·m的轉(zhuǎn)矩。

渦輪工作時(shí)轉(zhuǎn)速極高，因此需要大量機(jī)油潤滑冷卻。機(jī)油從上方孔進(jìn)入轉(zhuǎn)軸中心直接冷卻軸承，并且從下方回油管流回油底殼。值得一提的是，在咨詢過五十鈴發(fā)動(dòng)機(jī)工程師后，得到關(guān)于長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后停車需要空轉(zhuǎn)3-5min進(jìn)行冷卻渦輪軸承，以免燒蝕；而市區(qū)短途行駛速度并不高時(shí)則無需過分糾結(jié)停車空轉(zhuǎn)。

4JJ1/4JK1采用鑄造的鋁合金缸蓋和鋁合金活塞，而且鑄鐵缸體采用了高頻淬火的加工工藝，這樣保證的整體強(qiáng)度同時(shí)又可減輕自重。4JK1國四排放的自重為280kg；4JJ1國四排放的自重為281kg，國五排放則為313kg。

動(dòng)力層面雖然并木有達(dá)到同級(jí)領(lǐng)先水平（可看Jeep大切諾基3.0T柴油機(jī)），甚至連部分高性能的汽油機(jī)不如。顯然五十鈴這款發(fā)動(dòng)機(jī)明顯不是偏向性能表現(xiàn)，在商用車領(lǐng)域內(nèi)百萬公里無大修口碑才是五十鈴的最大亮點(diǎn)，并且其發(fā)動(dòng)機(jī)油耗表現(xiàn)也是有口皆碑。

● 4JJ1/4JK1技術(shù)解析-環(huán)保排放

柴油機(jī)是通過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。油氣混合并沒有汽油機(jī)那樣均勻，總有部分燃料不能完全燃燒，分解為以炭為主的微粒（即PM，黑煙）。同時(shí)因混合氣不均勻，在燃燒過程中局部溫度很高，柴油機(jī)為過量空氣燃燒，導(dǎo)致氮氧化物（NOx）的大量產(chǎn)生。相對(duì)汽油機(jī)而已，柴油機(jī)的過量空氣系數(shù)較大，從而一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）遠(yuǎn)比汽油機(jī)低許多。因此，控制柴油機(jī)排放物的重點(diǎn)在于降低氮氧化物（NOx）和微粒（PM）的排放。控制排放措施因而有兩種方法提高發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒效率和提高去除尾氣中有害物質(zhì)的過濾器性能。

機(jī)內(nèi)凈化

現(xiàn)代柴油機(jī)都采用高壓共軌的電控燃油燃油噴射系統(tǒng)。高壓噴射令混合氣霧化更加均勻，并且通過降低壓縮比來降低工作溫度，從而令到氮氧化物NOx大幅度降低。不僅排放效果更加好，而且柔性噴射令發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)不粗暴，大大減低噪音水平。

水冷EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，通過向進(jìn)氣系統(tǒng)通入適量的廢氣再燃燒以降低氮氧化物NOx生成。柴油機(jī)在大、中負(fù)荷時(shí)氮氧化物NOx產(chǎn)生最多的時(shí)刻，因此更加需要大EGR率才能使NOx迅速減少。EGR率為15%時(shí)，NOx排放可以減少50%以上；EGR率為25%時(shí)，NOx排放減少可達(dá)80%?？墒荅GR率過大，會(huì)影響燃燒熱效率，功率和燃油經(jīng)濟(jì)性惡化。

最大限度提高EGR率同時(shí)，減少由于EGR對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能帶來的負(fù)面影響，可采用電控的EGR閥門精準(zhǔn)控制和采取其他技術(shù)措施。

廢氣渦輪增壓是提高柴油機(jī)升功率和改善其排放的主要手段。采用廢氣渦輪增壓后，過量空氣系數(shù)大，提高燃油霧化質(zhì)量，減少沉積于燃燒室壁面的燃油，從而使碳?xì)浠衔颒C和一氧化碳CO大幅度減少，最主要可減少不完全燃燒的微粒排放?？墒怯捎诳諝膺^量燃燒溫度升高，氮氧化物NOx排放將上升，此時(shí)中冷器可降低進(jìn)氣溫度，適當(dāng)抑制燃燒溫度。

機(jī)外后處理

4JK1/4JJ1有著國四與國五的的排放標(biāo)準(zhǔn)，之間最大不同的是機(jī)外后處理的技術(shù)并不一樣。國四的車型采用DOC（Diesel Oxidation Catalyst）氧化催化轉(zhuǎn)化器，國五的車型采用DPF（Diesel Particulate Filter）微粒捕集器。因國四與國五排放最大的不同是對(duì)微粒要求更加嚴(yán)格，從0.025g/km限制至0.0045g/km。

DOC氧化催化轉(zhuǎn)化器與DPF微粒捕集器相比有一定的優(yōu)點(diǎn)：①氧化微粒表面的SOF，從而減少排放；②無需再生系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)簡單，成本低；③對(duì)柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性影響較少。可是DOC氧化催化轉(zhuǎn)化器最大問題是對(duì)硫含量敏感，硫過多則會(huì)產(chǎn)生三氧化硫，額外增加微粒排放；并且其內(nèi)部貴金屬元素活性會(huì)降低，凈化效率較低。

對(duì)于未來使用上來說，采用DPF微粒捕集器的后處理技術(shù)，排出的尾氣更加清潔，同時(shí)升級(jí)到國六標(biāo)準(zhǔn)的排放較為容易，從而長時(shí)間使用。無奈的是國內(nèi)柴油油品還是維持在較低水平，現(xiàn)階段國四柴油含有50ppm硫（平均分成一百萬分，其中有50分為硫），容易使得DPF受硫中毒而失效。因此，從柴油機(jī)排氣凈化角度出發(fā)，降低柴油硫含量是極為必要和迫切的。

大伙都較為擔(dān)心柴油車的排放問題。對(duì)于柴油車的國四與國五排放相差較為大，最為明顯的差別是顆粒物濃度PM要求更加嚴(yán)格，需要更完善的后處理技術(shù)才能達(dá)成。2016年開始東部11省便會(huì)有國五柴油銷售，屆時(shí)國四柴油車必定將停止銷售，過幾年后容易變成黃標(biāo)車。因此，現(xiàn)階段再購買國四柴油車稍微有點(diǎn)尷尬，處于青黃不接的狀態(tài)。

● 總結(jié)

4JK1/4JJ1采用VGS可變截面渦輪增壓器和電裝高壓共軌燃油系統(tǒng)，并且還有DOHC頂置雙凸輪軸4氣門的配氣系統(tǒng)，正式鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等等，這些裝備與汽油機(jī)相差無幾。因此，該款發(fā)動(dòng)機(jī)有著不錯(cuò)的動(dòng)力表現(xiàn)和因柴油機(jī)燃燒特性有著非常優(yōu)秀的燃油經(jīng)濟(jì)性。

五十鈴作為柴油機(jī)領(lǐng)軍者，給我們帶來的4JK1/4JJ1發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力表現(xiàn)無需擔(dān)心，更重要的是排放問題。五十鈴新款都采用了I-CAS（ISUZU Clean Air Solution）五十鈴清潔空氣方案包括三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：優(yōu)化燃燒技術(shù)、廢氣后處理技術(shù)和電子控制技術(shù)。雖說現(xiàn)在即可可滿足國四排放，但這一點(diǎn)不足以滿足對(duì)排放限制日益嚴(yán)格基本國情。隨著國五柴油準(zhǔn)備銷售，五十鈴是否應(yīng)該提前同步排放標(biāo)準(zhǔn)呢？

前段時(shí)間游走在韓國，觀察到柴油機(jī)汽車在首爾市區(qū)非常常見，雖然運(yùn)轉(zhuǎn)噪音沒有汽油機(jī)那么細(xì)膩，但其排放完全沒有黑煙，甚至沒有國內(nèi)柴油車那股酸溜溜的味道。為何國人就認(rèn)定柴油機(jī)就是高排放呢？實(shí)際上因油品問題和惡心的天朝黃標(biāo)政策，阻礙大量優(yōu)秀柴油機(jī)進(jìn)到國內(nèi)，使得國人無法享受高動(dòng)力低油耗與藍(lán)天共存。