一、柴油机主要技术参数及特点
轿车用柴油机应具有质量轻、升功率高、低速扭矩大、低排放等特点。广西玉柴机器股份有限公司成功研制出具有自主知识产权的YC4W1.2L小型轿车柴油机，并已开始装车试运行和进行整车标定试验。YC4W1.2L柴油机主要技术参数如表1。
该轿车柴油机的主要技术特点如下:
动力性强达国际同等排量先进水平；
低排放执行欧Ⅲ、欧Ⅳ废气排放标准；
低油耗同比汽油轿车节油30%；机油燃油消耗比小于0.2%；
低噪声；
可靠性高按欧洲机械开发程序进行可靠性开发，正常运行条件下整机寿命大于25万km；
配套适应性强升功率比高（升功率46kW/L，升扭矩125N·m/L），发动机在同等功率条件下外形更小，适配性更强。
二、柴油机轻量化设计
整机主要零部件如气缸盖、气缸体、曲轴箱、油底壳等均选用轻质高强度铝合金制造。气缸体、曲轴箱设计为“封闭式壳体”结构，金属模铸造，并经热处理，使基体材料疏松度小，且有足够的硬度和强度。
双顶置凸轮轴的轴承盖等同样选用轻质高强度铝合金，连成一个梯形的整体框架，以增强气缸盖的刚度，有助于柴油机获得优异的NVH性能。由于铝材料的拉伸疲劳极限强度比灰铸铁的低，而且为了满足缸内排放净化的目标，设计柴油机最高爆发压力为17MPa，最高压力升高率为1.5MPa/（°），所以在整机结构强度上面临很大挑战。为了增加机体的强度，将缸盖螺栓和主轴承螺栓设计成一体，即采用贯穿螺栓将气缸体、曲轴箱、气缸盖紧固在一起（图1），由钢质的贯穿螺栓承担了气缸爆发压力产生的全部机械负荷，从而确保缸孔不会产生临界拉应力，可以使高温、高压下的气缸孔仍具有最佳形状。这种设计克服了现有发动机气缸体尤其是气缸套承受高的拉应力产生变形的问题，既增强了发动机的整体强度和刚度，也减轻了整机的质量。
通过多功能集成，实现了轻型结构并减少了结构件数量。水泵、节温器、冷却水通道及进回润滑油通道等均集成在机体内，因此密封面和安装螺栓的数目被减至最少。
整个设计过程采用了大量的CAE分析和计算，确保了零部件设计的最优化。图2、图3为部分计算模型及分析结果。
三、四气门技术
由于小型柴油机油束分布的特点，除必须有充足的进气量外，还需要较大的涡流比，因此在该柴油机设计中采用了四气门技术，即:双顶置凸轮轴驱动两个进气门和两个排气门，如图4所示。各气门都垂直布置，使气缸盖底面成为平面。
四气门结构具有下列优点:喷油器、活塞上的燃烧室凹坑都布置在气缸中央，优化了进气涡流，使油雾在空间均匀分布，喷油雾化和混合气的形成区域得到最大程度优化，在提高动力性和经济性的同时减少了NOx排放；进气门总流通截面面积的增加导致了进气流量的提高；柴油机的换气损失减小，进气阻力减小。
同时采用切向进气系统，其特征是进气门中心连线和排气门中心连线均与曲轴轴线垂直。进气道是两个独立的切向气道，使空气偏心进入气缸产生涡流。两个独立的进气道使给柴油机添加一个气道关闭系统成为可能。实机研究证明，当短气道关闭时，气门全开的流量系数大约降低50%；进气涡流比从2.5提高到4。增加涡流比和进气流速的提高，有利于改善柴油机低速时的混合气形成，从而大大改善发动机中低速性能，为整机适应欧Ⅳ排放要求并进一步增加低速扭矩提供了潜力。
四、VNT技术
通过调节VNT（可变喷嘴环增压器）喷嘴环截面可调节进入涡轮的气体状态参数，以使涡轮始终在高效率区工作，并达到与发动机在各种工况下的最佳匹配（整个发动机外特性工况的增压压力基本保持恒定）。VNT主要由VNT总成、真空调节阀、真空管路等组成。根据发动机的运行工况，由发动机控制器ECU直接闭环控制VNT喷嘴环的开度，以保证发动机的进气量要求。VNT的润滑和冷却，由从发动机上引出的机油完成。典型的VNT增压压力特性如图5所示。
五、冷却式废气再循环系统
冷却式废气再循环系统（EBR）由EGR阀、真空调节阀、废气冷却器、废气管道、冷却管路等组成，EGR的开度是根据ECU中标定的控制脉谱来驱动的。实机研究表明，采用EGR系统在某一发动机工况，当废气再循环率为15%时，可以减少50%以上NOx排放，特别是采用改进的EGR冷却器后，可使NOx排放降低80%以上，同时减少了HC和PM的排放。图6为EGR率曲线。
六、电控高压共轨燃油系统
为了满足欧Ⅲ、欧Ⅳ排放标准，必须配置先进的燃油喷射系统。经过比较，YC4W1.2L柴油机采用了美国Delphi公司的电控高压共轨系统。该系统采用压力时间计量原理，通过一个容积较大的共轨管，把高压喷油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除压力波动，再输送到每个喷油器上。
该轿车柴油机用共轨系统由高压油泵、共轨管、喷油器、ECU和传感器等组成，可形成理想的喷油规律，如预喷和后喷；油压建立迅速，在低转速时可获得较高的喷油压力；通过ECU控制喷油器电磁阀实现灵活喷油正时等。
针对动力性能和排放目标进行了共轨系统的整机标定和整车标定，图7给出了典型的标定结果。
七、YC4W1.2L柴油机开发结果
为了获得良好的冷起动性能，该机还配置了预热塞辅助起动系统；为了以后升级到满足欧Ⅳ排放，预留了微粒捕捉器、选择性还原催化转化器和氧化催化转化器配置功能；采取了降低机油耗、油气分离、液压气门间隙调节器等技术。图8为该机动力性水平曲线。
整机按照欧洲排放测试循环进行了台架试验的模拟预测，所配汽车的惯性质量为1250kg。预测结果及经验表明，这辆装有YC4W1.2L柴油机的汽车，排放水平可以达到欧Ⅲ标准，并接近欧Ⅳ水平。
所有结果表明，由于应用了多种先进技术，YC4W1.2L柴油机完全达到了预定的设计目标。
八、结束语
在YC4W1.2L小型轿车柴油机开发中，应用了轻量化设计、四气门技术、VNT、冷却式EGR系统、高压共轨燃油系统等先进技术。
所开发的YC4W1.2L小型轿车柴油机具有良好的动力性、经济性和排放性能，同时具有良好的整车驾驶性。
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