近几年,随着人们环保意识的逐渐增强和国家对汽车环保法规执行力度的加大,市场竞争加剧。为满足即将在全国范围内实施的国Ⅲ排放标准,各大车用发动机生产企业纷纷加大在技术方面的投资和开发力度,或自主开发,或与国外研究机构等合作,在电控国Ⅲ柴油机的开发方面已经取得实质性突破。各大柴油机生产厂纷纷先后推出能够满足国Ⅲ排放标准的柴油机,有的还开始推出国Ⅳ排放标准的柴油机,标志着我国车用柴油机行业取得了巨大的技术进步。
国Ⅲ柴油机加快新技术应用
已经推出的国Ⅲ柴油机在国Ⅱ柴油机的基础上主要采用以下新技术:
1.采用电控燃油喷射系统,有的采用高压共轨喷射系统,有的采用电控单体泵或组合式电控单体泵,有的采用电控泵喷嘴,有的采用电控分配泵。将喷射压力提高到135MPa以上,选用多孔、小喷孔、小压力室、高流量系数喷油嘴,实现燃油、空气、燃烧室三者的优化匹配,同时适当减小喷油定时,以控制NOx的排放。适当降低涡流比以适应喷射压力的提高,减少涡流能量损失。
2.一般都已采用四气门技术、喷油器中置和带空-空中冷的增压技术。
3.使用品质较好的低排放柴油:要求柴油的含硫量不超过350ppm,十六烷值至少达到50。
4.降低机油耗量,控制机油耗量与柴油耗量比在0.1%以下。
5.应用电子控制技术:电子控制技术已从单一的燃油喷射控制扩展到包括怠速控制、进气控制、增压控制、排放控制、起动控制、故障自诊断、失效保险、发动机与变速器的综合控制等在内的全方位控制。
近几年车用柴油机的动力性有不断向上延伸的趋势,特别重型载货车匹配的柴油机,趋于进一步增大功率和转矩储备。近几年国内221kW~338kW的柴油机市场竞争非常激烈,在竞争中,大排量10L~13L柴油机优势明显。
一些已推出达到国Ⅲ标准的部分国内主要车用柴油机厂商包括广西玉柴、潍柴动力、上海柴油机股份有限公司、上海日野、一汽解放汽车有限公司无锡柴油机分公司、东风康明斯发动机有限公司、重庆康明斯发动机有限公司、华北柴油机厂、昆明云南动力股份有限公司、东风朝阳柴油机有限责任公司、江苏四达集团无锡柴油机厂、奇瑞动力、南京依维柯(IVECO)、北京福田环保动力股份有限公司发动机厂、南昌江铃汽车集团发动机有限责任公司等。特别可喜的是一汽集团无锡油泵油嘴研究所自我开发的电控共轨喷射系统已在深圳、无锡、上海等地公交车上成功试用。由清华大学、成都威特电喷有限责任公司等合作开发的具有中国特色的组合式电控单体泵已小批量装车成功运用。
下一步技术着力于满足国Ⅳ标准
为了给2008年的北京奥运和2010年的上海世博会带来更新的车用动力,一些有实力的企业已着手考虑提前推出达到国Ⅳ排放标准的车用柴油机。
国Ⅳ柴油机需在国Ⅲ柴油机的基础上进一步采用以下新技术:
1.电控燃油喷射系统要有能实现每循环3次~5次的多次喷射(包括预喷、主喷、后喷)的能力。喷射压力提高到160MPa以上,再进一步增加喷油嘴孔数,减小喷孔直径,使用小压力室或无压力室、高流量系数喷油嘴。
2.增压系统需配以排气旁通阀、可变截面涡轮增压器或复合增压系统,或采用二级增压系统控制进气温度。
3.进一步优化进气涡流和燃烧系统,采用直口或略微缩口燃烧室,相应的进气涡流比为0.5~1.5,压缩比为16.5~18.5。缸内最大爆发压力提升到16MPa~18MPa。
4.采用整体铝活塞/钢顶铝裙组合活塞/整体钢活塞。
5.进一步控制燃油中的硫含量到50ppm以下,燃油的十六烷值提高到52或十六烷指数提高到46。
6.除上述机内措施外,还必须采用排气后处理装置。有两条技术路线可选择:其一是先通过优化燃烧,再使用选择性催化还原(SCR)来降低因燃烧优化而产生的氮氧化物(NOx)排放;其二是废气再循环(EGR)+颗粒捕集器(DPF)路线,即先通过EGR降低排放中NOx的成分,再用DPF捕集因使用EGR而略有增加的颗粒物(PM),从而达到同时降低NOx和PM的效果。
目前玉柴已率先在国内推出第一台自我开发的国Ⅳ排放柴油机,将在北京公交车上使用。据悉,一些其他优秀企业也即将紧跟直上。可以说,我国主要车用柴油机排放技术进展可喜,方兴未艾。