而柴油机在节能与二氧化碳排放方面的优势,则是包括汽油机在内的所有热力发动机都无法取代的。但柴油发动机的排放也存在着碳颗粒、NOx氮氧化物比汽油机高的客观事实。因此,要想使柴油发动机普遍应用于现代的乘用车辆,包括轿车、SUV、越野车等,就必须解决以下问题:
1.关键零部件技术:如油泵油嘴和增压中冷技术。
2.燃油品质:优质低硫的柴油是柴油机满足日益严格的排放法规的前提。
3.电控技术:柴油机电控技术对于发动机综合性能的优化和提高至关重要。
4.排放后处理关键技术:如废气再循环(EG R)技术、微粒捕集技术以及N O x催化转化技术。
5.整机开发及匹配技术:如柴油机燃油、进气及燃烧系统的匹配与优化技术,重型车用及轿车用柴油机技术。
6.柴油机的制造、工艺及材质等技术。
当前,主流汽车厂商都已开发出了高性能的柴油发动机并装配在自己的常规车型上,比如大众公司的TDI发动机,奔驰公司的BLUETEC发动机,等等。当然,丰田公司的D4D也在其中。
丰田的D4D是高压共轨直喷、电控、中冷、涡轮增压的柴油发动机技术,下面来一一介绍。
共轨直喷技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中,将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式,由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管,通过对公共供油管内的油压实现精确控制,使高压油管压力大小与发动机的转速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化,因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量,喷油量大小取决于燃油轨(公共供油管)压力和电磁阀开启时间的长短。
要解决柴油发动机震动噪音大的问题,就必须将其最主要的根源问题解决。前面说过,柴油发动机震动噪音大,主要是因为爆震和机械式油泵,前者与精准控制喷油量有关,后者则直接与油泵本身有关,于是用电子泵取代机械泵便成为一种必然一事实上大众的发动机工程师就是这么做的。这种电子泵的结构与活塞往复式的机械泵不同,它是靠涡轮叶片的旋转来将燃油泵入燃烧室的,其工作原理与汽油泵类似,但强度和产生的压力要大得多。
普通的柴油发动机每个喷油器要对应一个油泵,这也是产生噪音的根源之一。D4D采用共轨技术,达到只用一个油泵就可以实现整个发动机的供油。共轨技术与汽油发动机上的多点电喷类似,在一根“共轨”上安装四个(对应四缸发动机)喷油器,然后有一个油泵向“共轨”中供油。而喷油器的开启和关闭,则是靠电脑来控制的,这个原理与电喷汽油发动机类似。这样一来,由于机械泵产生的噪音就杜绝掉了。电子泵的供油压力要比机械泵大得多,这使得缸内直喷得以实现。我们在了解到汽油发动机缸内直喷技术的时候,常常会说到这项技术源自柴油发动机,而事实上,直接在缸内喷射的柴油发动机只有在实现电子泵以后才真正得以实现。这也是因为柴油发动机的压缩比很高,压缩冲程的压力比汽油发动机大很多,这需要超高的喷油压力,这在之前的机械泵是无法实现的。
传统柴油发动机的喷油器是被动工作的,也就是油泵在有压力的时候,就会因压力而将柴油喷入汽缸。这种完全由油泵控制的喷油过程。自然无法实现电脑控制喷油,这种方式从某种程度上说,和采用化油器的汽油发动机类似,因为它们都无法实现对于喷油量的精确控制。而D4D采用的喷油器是靠电磁阀控制的,喷油正时和喷油量,都可以由电磁阀根据ECU发出的指令来精确控制,这就好比汽油发动机的电喷技术一般。不仅如此,D4D发动机还可以实现柴油发动机的闭环控制,这在之前的柴油发动机是不存在的。氧传感器等传感部件将尾气情况反馈给ECU,从而可以根据尾气判断燃烧状况,进而进一步调整供油浓度,实现混合气的充分燃烧。
这种精准的供油控制,再加上电子泵产生高压下的喷油压力,使得发动机缸内产生的强大涡流可以使雾状柴油与空气充分混合,这样一来可以最大程度地减小爆燃的几率。这种综合技术的采用,从根本上大大降低了柴油发动机的震动和噪音。
D4D的另一项技术则是涡轮增压,这种技术现在已经被广泛运用在许多汽油发动机上,但实际上它在柴油发动机上采用的意义要比汽油发动机大得多。柴油的抗爆性远高于汽油发动机,这使得涡轮增压技术最大的问题得以很好地解决,那就是被压缩的空气更容易引起爆燃。在柴油发动机上配备涡轮增压技术,可以让发动机的工作效率进一步提升。被压缩的混合气在汽缸内的浓度比自然吸气的发动机要大得多,再加上伴随的高温高压,这些混合气可以得到进一步的充分燃烧,从而获得更大的升功率和排放更少的有害气体。增压中冷技术就是当涡轮增压器将新鲜空气压缩经中段冷却器冷却,然后经进气歧管、进气门流至汽缸燃烧室。有效的中冷技术可使增压温度下降到50℃以下,有助于减少废气的排放和提高燃油经济性。
[ 本帖最后由 谭木匠 于 2012-12-24 04:42 编辑 ] |