關(guān)于日本近年柴油機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀研究的概述

針對(duì)日本國(guó)內(nèi)目前的標(biāo)準(zhǔn)要求，各大車企紛紛采取了應(yīng)對(duì)措施，并年發(fā)布和銷售了多款發(fā)動(dòng)機(jī)，其中還包括多款商用車用發(fā)動(dòng)機(jī)，并且多為全新開(kāi)發(fā)或在原機(jī)型基礎(chǔ)上進(jìn)行改良的改型產(chǎn)品。隨著消費(fèi)者對(duì)整機(jī)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(dòng)機(jī)多為全新產(chǎn)品。

海外方面，歐洲相繼發(fā)布并開(kāi)始銷售滿足乘用車歐6排放法規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。其中商用車用發(fā)動(dòng)機(jī)不僅要滿足歐6法規(guī),而且對(duì)熱效率要求更高。此外，由于美國(guó)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(huì)問(wèn)題，同時(shí)也激發(fā)了車輛在公路行駛中的排氣計(jì)測(cè)等相關(guān)工作的開(kāi)展。

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

1日本國(guó)內(nèi)動(dòng)向

1.1概要

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

在日本國(guó)內(nèi)商用車柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)方面,可有效提升整機(jī)效率的發(fā)動(dòng)機(jī)主要有：日野RANGER上配備的5.1 L新型發(fā)動(dòng)機(jī)、五十鈴GIGA上安裝的9.8 L改良款發(fā)動(dòng)機(jī)。以上發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的特征

表1 近年來(lái)新銷售的日本國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

（1）豐田IGD-FTV（圖1）該款發(fā)動(dòng)機(jī)是KD發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)型有所提升。該發(fā)動(dòng)機(jī)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(dá)到44%，使得其燃油經(jīng)濟(jì)性得以大幅提升，同時(shí)排氣后處理采用尿素SCR系統(tǒng)，滿足2010年后的新長(zhǎng)期排放法規(guī)以及歐6法規(guī)。此外，同時(shí)面向海外市場(chǎng)發(fā)售2.4 L 2GD-FTV型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖1 豐田1GD

（2）日野A05C（圖2）安裝于中型卡車RANGER上的發(fā)動(dòng)機(jī)，沿襲了大型卡車用A09C款發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)耐高壓燃燒、耐高熱負(fù)荷?；谏鲜鎏卣?，其與上一代發(fā)動(dòng)機(jī)相比排量更小。采用可有效降低氣缸滑動(dòng)部摩擦阻力的凹坑結(jié)構(gòu)缸套、兩級(jí)渦輪增壓、超高壓燃料噴射裝置，有效提升了整機(jī)效率。同時(shí)，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(dòng)力（HV）進(jìn)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(dòng)機(jī)配裝于五十鈴大型卡車GIGA上，與原機(jī)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(shí)在低轉(zhuǎn)速區(qū)域提升其扭扭，改善了整機(jī)效率。

圖3 五十鈴6UZ1

（4）五十鈴6NX1 該發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有兩級(jí)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(dòng)機(jī)。其7.79 L的排量，可在發(fā)動(dòng)機(jī)2 000 r/min轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)250 kW的最高輸出，在發(fā)動(dòng)機(jī)1 300 r/min轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)1 422 N·m的最大扭矩。

2海外動(dòng)向

2.1 概要

（1）乘用車用發(fā)動(dòng)機(jī)針對(duì)歐洲市場(chǎng)，不斷投入人力、物力及財(cái)力，以研發(fā)應(yīng)對(duì)歐6排放法規(guī)的新款發(fā)動(dòng)機(jī)，并推動(dòng)了具有不同輸出特性的柴油機(jī)及汽油機(jī)通用化零件的模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)程。為不斷提升整機(jī)效率，以較小尺寸和高平均有效壓力（BMEP）作為主要開(kāi)發(fā)手段。此外，也結(jié)合了各個(gè)市場(chǎng)的不同特征，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)工作。

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

2.2新款發(fā)動(dòng)機(jī)的特征

表2 近年來(lái)于日本地區(qū)新發(fā)售海外市場(chǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

（1）鈴木E08A（圖4）該機(jī)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(dòng)機(jī)。在確保發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度和剛度的基礎(chǔ)上，追求輕量化設(shè)計(jì)，采用開(kāi)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(dòng)。燃料調(diào)節(jié)閥不再安裝于高壓燃料泵上，實(shí)現(xiàn)了燃料泵小型化。同時(shí)，不再使用共軌結(jié)構(gòu)，而采用小型分配缸體結(jié)構(gòu)來(lái)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(jī)型為一款安裝在皮卡NP300上的新型發(fā)動(dòng)機(jī)，采用兩級(jí)渦輪增壓器和200 MPa的噴射壓力，與上一款2.5 L發(fā)動(dòng)機(jī)相比，整機(jī)更小，而且在低速范圍內(nèi)扭矩有所增加。同時(shí)，還減小了可變?nèi)萘恳簤罕靡约盎瑒?dòng)部的摩擦阻力，以提高整機(jī)工作效率。

圖5 日產(chǎn)YS23

（3）梅賽德斯奔馳OM626（圖6）該機(jī)型為一款安裝在奔馳與雷諾共同研發(fā)的C級(jí)轎車上的初級(jí)柴油機(jī)，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(dòng)機(jī)定位為初級(jí)，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(shí)實(shí)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(jī)型為梅賽德斯利用模塊化設(shè)計(jì)方式開(kāi)發(fā)的首款發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)搭載的氧化催化器（DOC）/顆粒捕集器（SDPF）/選擇性催化還原（SCR）達(dá)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(dòng)機(jī)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(jì)，提高了整機(jī)的零件通用化程度。此外，模塊化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的零件通用。燃料噴射壓力可達(dá)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(jī)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(dòng)機(jī)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(dá)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(duì)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(jī)型采用2013年應(yīng)對(duì)歐6排放法規(guī)的技術(shù)概念，其主要特征為：無(wú)EGR、被動(dòng)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(shí)現(xiàn)了高效率的目標(biāo)，還可提高低速以及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速下的功率輸出。

3研發(fā)動(dòng)向

1990—2000年間的柴油機(jī)研發(fā)目標(biāo)主要以實(shí)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(fèi)者對(duì)高燃效的需求，近年來(lái)主要著力于提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和降低排放兩方面的研發(fā)工作。其中，在實(shí)現(xiàn)高效率方面，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)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(jí)增壓、小尺寸設(shè)計(jì)、減速、降低發(fā)動(dòng)機(jī)本體與輔機(jī)的機(jī)械損失。其中為了減少冷卻損失，對(duì)隔熱技術(shù)開(kāi)展了相應(yīng)研發(fā)工作，并基于上述進(jìn)程不斷開(kāi)發(fā)新機(jī)型或?qū)ΜF(xiàn)有機(jī)型進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。在降低排放方面，提高后處理裝置凈化率并降低發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放，研發(fā)精密的控制技術(shù)。同時(shí)，一項(xiàng)重要的開(kāi)發(fā)工作是在公路上基于實(shí)際使用環(huán)境而開(kāi)展的降低廢氣排放研究工作。預(yù)計(jì)今后此類研發(fā)工作也將會(huì)持續(xù)推進(jìn)。

此外，采用高燃效和低排放技術(shù)與整機(jī)成本息息相關(guān)，目前也正在研究能在有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)效率的同時(shí)控制成本支出。例如：無(wú)EGR+高NOx凈化率的發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)范疇，可以與同一車輛配裝的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一起實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，從而有效推進(jìn)了低成本研發(fā)工作的進(jìn)程。