图1  电控泵喷嘴系统工作循环示意

文章通过对轿车柴油机的产品特点及柴油机与汽油机性能优势的比较分析，论证了轿车柴油机在发动机领域的潜力和空间；通过对目前汽车工业及轿车市场的调查研究，及对目前轿车柴油机市场开发状况的分析和研究，预估柴油版轿车的市场前景以及未来行业发展的节拍和速度。

在2012北京车展上，琳琅满目的新车让人目不暇接，电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等新能源汽车更让人眼前一亮！与此同时，柴油版轿车在本届车展上也崭露头角，吸引了观众的眼球，如搭配1.9CTI柴油机的江淮新瑞鹰、韩国双龙3款SUV（雷斯特、享御和爱腾）、广汽吉奥全新奥轩（柴油版）、开瑞优胜（柴油微车），以及华泰旗下高级柴油轿车B11、运动型轿车B21、豪华商务SUV宝利格、国际经典车型圣达菲、“越野特种兵”特拉卡共11款柴油车集体亮相。

放眼国际，无论是欧洲排放更清洁的经济型轿车的开发，还是美国“新一代汽车合作计划”，都无一例外地将柴油机作为最佳的选择方案。随着全球气候的变暖，联合国环境规划署数次召开大会商讨降低CO2的排放问题。我国近几年也逐步推出一些列节能减排政策，并对汽车排放制定了一些列严格的标准。人们越来越认识到发展柴油机是当今保持汽车大批量、低成本生产中解决环保与节能双重压力最有效、最经济的手段之一。随着先进柴油机技术的发展，柴油车在许多国家得到大量应用：欧洲轿车柴油化趋势越来越明显；美国柴油汽车占比尽管不高，但在过去的5年中销量增长了56%。

轿车柴油机技术分析

目前高性能轿车柴油机已普遍采用了多气门技术、电控高压共轨燃油喷射技术、可变喷嘴涡轮增压技术、废气再循环技术和排气后处理技术等先进的发动机技术。

1. 多气门技术

进气流量特性对确定柴油机燃烧系统的全面性能至关重要，进气行程中产生的缸内气体流动特性影响着燃油—空气的混合过程、充量的基本运动和扰流的形成，进气道的流通能力也是确定充量系数的一个关键因素。典型的多气门技术为4气门。柴油机采用4气门后，扩大了气门的总流通面积，降低了进排气阻力，增加了有效进气量。同时，由于缸盖上的喷油嘴和活塞上的燃烧室凹坑布置在气缸中央，从而优化了进气涡流和油雾在空间的均匀分布以及活塞与喷油器的冷却条件，使活塞的热负荷均匀分布，并可实现涡流比在不同转速下的变化，使混合气的形成进一步优化，改善燃烧过程，提高单位排量功率，有效地降低了PM、HC和NOx的排放。

2．电控高压共轨燃油喷射系统

目前在轿车柴油机上使用的电控高压共轨燃油喷油系统主要有电控泵喷嘴系统和电控高压共轨喷油系统。

泵喷嘴系统是一种将喷油嘴、柱塞泵和电磁阀集成为一体的单体式燃油喷射系统，直接安装在发动机的缸盖上，由顶置进排气凸轮轴驱动。其喷射压力可达180～250 MPa。整个喷油系统采用电子控制，每缸的燃油喷射是独立完成的，这样可实现精确控制，使每循环喷油量和喷油时间控制在最佳水平。另外，通过电磁阀的多次动作产生多次喷射，实现对喷油速率的控制和柔和燃烧，可将传统柴油机的噪声减小到接近汽油机水平。图1为博世公司的泵喷嘴系统工作循环示意。

博世公司的UI-P1系统是典型的轿车用电控泵喷嘴系统之一。目前电控高压共轨系统已经开发了三代，电子执行器开始由电磁阀向压电晶体发展，喷射压力20～200MPa弹性调节。喷孔直径为0.11～0.13mm，响应时间约0.1ms，可实现1～5次喷射，最小喷射量可控制在0.5～3mm，各工况的喷油量和喷油正时任意可调，同时ECU具备更强大的硬件和软件功能。这一柴油机技术的创新最大限度地降低了柴油机车型的振动和噪声，同时将油耗进一步降低，减小了烟度和NOx的含量，使排放更加清洁。典型的轿车用电控高压共轨系统有博世公司的CR共轨系统和德尔福公司的DCR共轨系统。

图2  VNT结构及工作示意

3．可变喷嘴涡轮增压器（VNT）

可变喷嘴涡轮增压器代表当今世界涡轮增压行业最新发展趋势，要满足未来排放要求，柴油机必须采用VNT。现在欧、美、日等发达国家和地区均已掌握该项技术，并拥有成熟产品供使用。国内还没有大力研究，无此类产品，我国柴油机技术要与世界同步发展面临的技术突破之一就是VNT的研制。VNT是通过ECU发出的指令改变喷嘴环截面来调节进入涡轮的废气，以使涡轮始终保持在高效率区工作，并达到与发动机在各种工况下的最佳匹配。如当柴油机处于低速状态运行时，可以通过改变喷嘴环上导向叶片的方向，调节驱动涡轮的废气量，使压气机的压缩比保持在较高水平，这样柴油机在低速运转时也能保持较高的增压压力，从而提高柴油机的低速转矩，降低油耗，减少碳烟排放；而在柴油机高速运转时，通过喷嘴环上导向叶片的分流，又能使增压压力不至于过高，避免使柴油机产生过高的热负荷和机械负荷，并将增压压力保持在合理的范围内。图2所示为VNT结构及工作示意图。

4．冷却的EGR

研究表明，采用冷却的EGR系统既可满足未来排放限值，又可避免燃油耗的增加。EGR系统除了对结构空间、质量、可靠性及成本的要求外，特别对废气冷却器的功率，再循环区段的压力降以及执行器的调节特性和控制时间提出较高的要求。由于轿车柴油机用的EGR阀比较大，有较多的工况需要很大的调节力，故一般采用比较经济的气动圆盘阀。执行器的调节特性和控制时间主要是相对于要求较高的EGR阀而言，此时要求系统响应迅速，以保证排放控制的精确。所以设计时废气涡轮增压器前的附加容积应尽可能减小，EGR阀尽量靠近排气管安装（即高温处），关闭时间要短，对于气动的EGR阀，控制关闭时间达到70ms。

5．排气后处理技术

柴油机排气中的有害成分主要是颗粒物（PM）、NOx、HC及CO等。针对这些成分的排气后处理技术主要有PM捕捉器、选择性还原催化转化器和氧化催化转化器。

PM捕集器可将排气中PM捕捉不使其排出机外，再利用催化剂、氧化器和燃烧器等进行分解、燃烧。这类装置可将柴油机排气中有害物PM减少70%～90%。用来捕集PM的过滤器的材料和结构有很多种，常用的有整体式陶瓷（见图3）、金属丝网、纺织纤维圈、陶瓷纤维和泡沫陶瓷等。催化净化装置是一种内部装有催化剂的装置，安装在发动机的排气管中。催化剂能使发动机排气中的有害成分加速转变成无害成分。催化净化方法有催化氧化法，即以铂（Pt）、钯（Pd）、黄金（Au）、钴（Co）和镍（Ni）等金属及其氧物化作为催化剂，使有害成分CO和HC氧化成无害成分CO2和H2O；另一种是催化还原法，以碱金属或钴铬合金作为催化剂，使NOx还原为N2和O2。氧化催化反应装置仅依靠氧化反应降低CO和HC，但如果柴油中的含S量高的话，则会产生SO2，增加PM的排放。选择还原催化转化器主要有选择性非催化还原（SNCR）、非选择性催化还原（NSCR）和选择性催化还原（SCR）3种。

为了满足未来更加严格的排放限值，改善燃油品质，降低机油消耗，油气分离、带中冷的双涡轮增压器、液力气门间隙调节器、碳素纤维加载低电压机外净化技术和发动机材料轻量化等也在不同的轿车柴油机上得到应用，相关的减少噪声、振动和颠簸的技术措施也取得了显著的效果，使得柴油轿车的经济性、环保性、舒适性和动力性达到甚至超越了目前先进的汽油机轿车。因此，轿车柴油化是汽车工业发展的必然趋势。现在欧洲大部分国家轿车柴油化已达到50％，由于我国汽车工业起步较晚，柴油车发展不尽如人意，导致柴油机的发展长期处于低水平技术状态。

现在国外汽车公司在柴油机领域的最新研究成果已基本趋于成熟，我国可以充分利用和借鉴，大力发展和推广柴油机在汽车领域的应用。

图3  蜂窝状陶瓷PM捕捉器

目前柴油轿车市场开发情况研究分析

早在2002年，一汽－大众将柴油版捷达推向市场，这是国内市场最早的柴油版轿车。柴油版捷达投入市场后，获得了良好的市场反应。截至目前，每年约有1万辆柴油版捷达投入市场中，具体市场大多限于北方用户以及出租车用户。另外，一汽奥迪2.5L的家用轿车于2004年开始投入中国，上海大众一款帕萨特1.9TDI的柴油机轿车于2006年底开始批量投放上海出租车市场。

而近几年，国内汽车企业在轿车柴油机领域也蜂拥而起，不仅纷纷加大在开发和技术领域的投入，还积极与国外公司开展合作。目前，市场上已经有数家OEM厂商以及发动机企业开发出了具有知识产权的高性能轿车发动机，并具备了批量投放市场的生产制造能力。

2005年，云内动力耗资数千万元，历时5年多时间与德国FEV公司合作成功开发出小缸径柴油机D16TCI，并具有自主知识产权。在D16TCI的基础上，云内动力又自主开发了D19TCI和D25TCI两款轿车柴油机，完成该产品的系列开发，并在2006年开始配套江淮、东南、华晨和柳汽等汽车厂的轿车、SUV和MPV等车型。目前，云内动力该系列发动机也正在与中华骏捷、尊驰、海马3、荣威550、福田迷迪、金杯阁瑞斯、一汽自由风和长安CM8等车型进行整车标定，预计在未来几年会陆续投放市场。云内动力还建立了专用的轿车柴油机的生产线和装配线，并于2009年底交付使用，具备了年产20万的生产能力，并保有一定的产能扩展能力。

2010年，华泰汽车旗下欧意德发动机公司在轿车柴油机项目定下了100万台产能规划目标，业界为之震惊。欧意德发动机有限公司成立于2006年，是一家以清洁型乘用车柴油机和自动变速器为主要产品的综合性汽车零部件企业，其发动机产品包括1.5L、2.0L、2.5L、2.8L和3.0L五个系列。在2010年北京车展上，华泰汽车推出了首款B级柴油机轿车——华泰元田B11，搭载的就是欧意德发动机。为打造亚洲最先进的柴油机生产线，欧意德共投资50亿元，拥有各类设备1 200余台。目前，欧意德共拥有5条发动机零部件机加工生产线、2条发动机装配生产线和1条发动机试验线，平均每46?s就能生产一台发动机。已具备年产30万台发动机的能力。

早在2005年1月，我国最大的柴油机制造商玉柴集团的第一台YC4W柴油机成功点火，标志着玉柴具备了拥有自主知识产权的柴油乘用车发动机的制造能力。YC4W柴油机是玉柴和FEV联合开发的一款适配微型巴士、微型卡车和微型轿车的全铝结构轻量化发动机，整机采用了四气门和双顶置凸轮轴结构，应用电控高压共轨、EGR和VNT等现代先进的发动机技术，可满足欧Ⅴ排放标准。2009年，由玉柴公司与浙江吉利集团、浙江银轮机械股份公司共同投资兴建的济宁玉柴发动机股份有限公司项目开工。该项目规划建设柴油机缸体、缸盖生产线，所选柴油机以2 L乘用车柴油机为基础，建成后将形成年产欧Ⅴ型乘用车环保柴油机30万台的能力。

2010年8月14日，长城汽车举行GW4D20柴油机/K5-4D20整车下线仪式。这标志着长城汽车在小排量大马力发动机技术上有了重大突破。自2007年5月起，长城汽车先后投入5.2亿元用于GW4D20柴油机的研发工作，2009年底，此款发动机终于研发成功。目前，长城哈弗H5欧风版和智尊版SUV都有搭载GW4D20发动机的车型，已经批量投放市场。

另外，江铃汽车的PUMA柴油机（JX4D24）也已经成功配套在江铃陆风X8系列和N350系列车型之上，并具备批量生产能力。

绵阳新晨动力的ZD25TCR 2.5L发动机为郑州日产奥丁SUV配套，并具备5万台的年生产能力。

目前，江淮汽车的4DB1柴油机也已成功配套于江淮瑞鹰SUV。奇瑞汽车开发的ACTECO三代产品——RF4D15柴油机可搭载在奇瑞A3车型上。

近几年，清洁高效的轿车柴油机如雨后春笋般在国内各个车企及发动机企业涌现，很多企业已经建造了高水平的生产线，具备了批量生产、批量投放市场的能力。这为推动我国柴油轿车的发展提供了巨大的源动力，中国柴油轿车市场目前已经不缺产品和技术，只是在市场和政策方面尚有所欠缺。目前，我国柴油轿车的市场占有率微乎其微，因此，30%的节油比例以及新能源车遥远的利益回报，使得柴油轿车更具市场潜力，对比欧洲50%以上的市场占有率，中国的市场前景是非常光明的。一旦这些先行的轿车柴油机企业在市场上取得突破，产品获得消费者的青睐，他们会迅速增加产能，其他企业在后期也一定会蜂拥而上，届时，轿车柴油机市场就能逐渐形成了气候，市场占有率定会稳步提升。

结论

目前，由于能源的匮乏和生态环境日益恶化给我国社会发展以及生存环境带来了越来越大的压力，能源问题和环境问题已经是摆在国家面前亟待解决的重大社会问题。从汽车行业来考虑，要迫切解决的就是发展节能环保型汽车。柴油车无论是在节能还是环保方面都要优于汽油车，从这个角度来讲，柴油机比汽油机更符合中国国情，柴油车也是在新能源汽车技术成熟之前最可靠的汽油车替代品。目前，我国个人购车已成为汽车市场的消费主体，人们在购车时考虑最多的仍是价格和使用费用问题。目前来看，国际市场上柴油的价格始终低于汽油，同时由于柴油机良好的燃油经济性，使得消费者逐步把目光转移到更具节能效果的柴油车上。一汽解放公司无锡柴油机厂厂长钱恒荣曾在一次汽车创新论坛上说道：“当汽油价格涨到8元/L时，就是轿车柴油机大幅进入市场的时候，这一趋势任何人都无法改变。届时，柴油机的省油优势将进一步显现。”

未来，如果柴油轿车在汽车市场占有一定的份额，那给整个社会带来的必定是惊人的节能效果！综上所述，虽然目前轿车柴油化的征途是曲折的，但我们相信它的前途一定是光明的！