柴油发动机的性能影响着整车的动力性、燃油经济性、环保性能、行驶可靠性及驾乘舒适性,而国家的政策法规对柴油发动机的技术提高起着积极的推进作用,推动柴油发动机厂商不断追求技术创新,不断采用新技术,以满足国家不断严格的法规要求。
1 法规要求
我国已颁布实施的 《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》 (GB18352.3) 和 《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法》 (GB17691),包括了各类燃料的轻型汽车和装用柴油、天然气 / 液化气体燃料发动机的重型汽车工况法排放。
GB18352.3适用于以点燃式发动机或压燃式发动机为动力、最大车速不小于50km/h的轻型汽车。
2 汽车柴油机新技术
柴油机热效率高、适应性强、功率范围广,应用在各个领域中。随着柴油机技术的不断进步,目前的柴油机已经成为排放清洁、节省能源的先进动力。在欧洲柴油车销量已占汽车总销量的40%,美国柴油车销量也在逐渐增加。柴油机技术未来主要面临不断降低颗粒物和氮氧化物的排放水平,以满足越来越严格的排放法规的要求,目前先进的柴油机已经可以满足欧V排放法规要求。其中电子控制技术、可变技术、高效燃烧技术、先进后处理技术、先进材料及制造技术等先进技术的采用,使柴油机性能不断提高。
2.1柴油机电子燃油喷射技术
电控燃油喷射系统主要有电控单体泵、电控泵喷嘴、电控共轨3种技术。电控单体泵主要在中重型柴油机上应用;电控泵喷嘴技术主要在轿车和轻型商用车上使用;共轨技术则应用范围较广,在轿车、轻型商用车和中重型商用车上都有使用。
2.2柴油机进排气系统技术
柴油机进排气系统应保证有足够的空气进入气缸,并使废气充分排出气缸。目前柴油机技术中对进排气系统的改进主要有涡轮增压技术、排气再循环技术、多气门技术等。
1) 涡轮增压技术 涡轮增压技术已有40年的发展,目前增压技术与电控技术结合,使发动机的燃油效率和功率密度大大提高。
2) 排气再循环技术 排气再循环技术与排放控制的主要技术路线有关,主要是通过控制燃烧速率和温度来控制氮氧化物的生成,但颗粒物会升高。废气再循环技术 (EGR,Exhaust Gas Recycle)在欧洲的轿车上应用比较多,已经从开环控制方式转变为电子闭环控制方式,可以更好地降低氮氧化物及减少生成的颗粒物。我国目前的排放控制技术路线基本上是采用欧洲的尿素选择性催化还原反应系统 (SCR,Selective Catalytic Reduction)。
2.3先进的后处理技术
柴油机要满足欧Ⅳ、欧Ⅴ排放法规要求,后处理技术非常重要,目前后处理技术主要是SCR、DPF ( 柴 油机颗粒捕集器 ,Diesel Particle Filter)技术等,或者是这些技术的组合应用。
由于柴油机主要问题是降低氮氧化物 (NOx)和颗粒物 (PM) 排放,自排放法规进入欧Ⅳ后,
氮氧化物和颗粒物的降低技术主要是以欧洲和美国技术路线为主。欧洲是通过高效机内燃烧降低和控制颗粒物生成,然后通过SCR技术来降低排气中的氮氧化物排放来满足欧Ⅳ要求;美国目前是通过EGR技术来抑制燃烧过程中的氮氧化物生成,通过排气DPF捕集排气中的颗粒物,以满足美国排放要求或欧Ⅳ排放要求。美国的重型柴油车自2010年后要求氮氧化物排放降到0.27g/kW·h,这使机内净化氮氧化物要求很高,SCR技术可以降低燃烧过程的控制难度,因此美国也逐步转移到SCR技术上来。
DPF的应用主要和颗粒物的排放限定值相关,当颗粒物排放要求很低时,安装DPF是必须的。未来重型柴油车将在SCR技术及DPF技术上得到极大发展。