现代高速直喷柴油机在欧洲被广泛应用于乘用车和轻型货车，代表着主流的“低碳应用”技术，它不仅具有良好的燃油经济性，而且能为客户提供愉悦的驾驶体验。其主要挑战是在可承担的成本范围内，如何尽可能地将污染物排放降到最低，同时减少CO2的排放。

随着全球越来越多的国家（如美国、日本、中国和印度等）确立了温室气体的减排条例和实施策略，在过去的20年内取得显著成效的柴油机技术，其应用必将走向全球化。中国政府最近颁布了一个框架条例，致力于持续参与全球性的减少与交通相关的温室气体排放的行动。该条例不仅指出汽车行业节能减排在“十二五”计划中的重要性，而且明确提出将鼓励发展节能与新能源汽车。

图1a）给出了欧洲市场上乘用车CO2排放的分布区域，按照车辆的驱动系统可分为三个类别：汽油车、柴油车和混合动力汽车，左图中还标注了汽油车和柴油车CO2排放的平均值曲线。图1b）则给出了中国法规规定的CO2排放目标，同时还将欧洲当前柴油车的CO2排放平均值与这些目标进行了对比。

从图1可以看到，当前欧洲的高效柴油机技术原则上已经可以满足中国2015年的CO2排放目标。但是，用柴油机来完全替代目前使用的动力总成还不现实，在实际应用中还需要考虑到现代高效柴油机的很多特点，才能真正实现节能减排的目标。

现代高速高效柴油机技术（尤其是复杂的排气后处理技术）对燃油品质即油品的要求很高。因此，高质量柴油在市场上的广泛分布，是柴油机应用中保证性能可靠一致的基础，也是该技术在欧洲市场能够取得成功的重要因素。

目前很多新兴市场仍以汽油车为主，这些市场在采用欧洲的柴油机技术时需要考虑一个重要的方面，即市场的接受度。柴油机的很多重要零部件对油品非常敏感，如燃油喷射系统、废气再循环系统（EGR）和排放后处理系统等，这直接影响到柴油机技术的市场接受度。图2给出了柴油机开发过程中应对这些挑战的几个主要领域。

技术革新的一个主要推动力量是车辆尾气排放法规。图3给出的是“金砖”国家引入不同阶段排放法规的时间表，从图中可以看出，这些国家当前的法规滞后于欧盟法规至少一个阶段。由此可以预测，到2015年时，即中国全面实施第三阶段汽车油耗标准的时候，与欧Ⅴ相当的尾气排放法规应该已经执行，届时，中国的排放法规也将不再区分一线城市和城乡郊区，而是执行全国统一的标准。这将直接导致市场对采用颗粒捕集技术并满足欧Ⅴ标准的柴油轿车的需求迅速增长。

中国市场与欧洲市场的另一个主要区别是环境边界条件的不同，在发动机开发和整车标定过程中，这一因素需要加以考虑。欧洲市场一般要求车辆环境温度在-25～+40℃之间，海拔高度不超过2500m，而中国市场则要求更低的环境温度，这会影响到车辆的冷起动特性和实际驾驶特性。

某些发动机零部件或整车零部件的结冰问题需要通过硬件的改进来解决。这些系统需要采取高海拔保护，在中国和南美洲这一要求甚至达到或超过4000m的高度。比如，对涡轮增压器的保护、高海拔冷起动性能、颗粒捕集器的再生特性和过载保护等，这些都是在车辆的开发设计和实际运行中需要考虑的问题。

中国市场与欧洲市场的第三个主要区别是燃油品质的不同，这将对发动机主要零部件的开发和设计产生影响。中国市场中柴油的水含量和硫含量较高，而较高的硫含量可能导致催化器的中毒和失效。柴油中的水份可以通过特定的水分离装置来去除，而硫份则需要更为复杂的技术来处理，以保证发动机性能的可靠性。

发动机的布置与结构

轻型柴油机动力总成应用的主要驱动力是柴油机兼具低廉的运行成本和优良的油耗特性。在开发过程中，这对发动机的基本布局和结构提出了要求。在可预见的未来，这类柴油机的应用主要集中在商用车领域，比如交通运输车、小型客车、轻型货车、MPV和SUV等，这些车辆的整备质量分布在1250～2000kg之间。

考虑到这一目标市场对高性价比发动机系列的需求，在开发过程中，发动机的定位，即基础机型可以选择一款4缸4气门柴油机，其单缸排量在450～550mL之间，整机的排量在1.8～2.2L之间。

基础机型可以根据客户的需要选择不同的燃油喷射系统或者涡轮增压系统等关键零部件，并基于此扩展机型形成产品系列。第一种扩展是在保持单缸特征相同的基础上将4缸缩减为3缸或者2缸。此外，还可以如图4所示，针对气门数（4气门改为2气门）或者冲程值进行第二种或第三种扩展，以满足不同细分市场的需求。

动力性能、排放性能和燃油经济性

在满足越来越严格的排放法规的前提下，平衡燃油经济性和动力性能是激励轻型柴油机开发和应用的主要因素。这也使得柴油机在过去20年里不断地采用新技术，如缸内直喷、高增压和高燃油喷射压力等，实现了升功率的显著提高和燃油消耗的持续下降。今天，一些豪华车型或者运动车型也配备了动力强劲、高度优化的柴油动力总成。

近年来，由于应用范围的扩大，发动机开发的趋势出现分化。高端品牌的车辆制造商也为其车型配备兼具高动力性能和高燃油经济性的柴油动力总成，这类柴油机的升功率超过80kW/L；而更多的车辆制造商为其主要车型和经济性车型配备的柴油机的升功率在40～65kW/L之间，这类柴油机采用了增压和高喷射压力技术，以保证车辆更低的运行成本和较长的行驶里程。

图5给出了柴油机功率的演变趋势和增长潜力。在保证不牺牲动力性能的基础上，通过机体小型化实现从目前4/6缸系列到未来4/3缸系列的改进。考虑到2020年欧盟将要执行的更为严格的CO2排放法规，目前柴油机研发中的主要挑战仍为在降低发动机排气污染物的同时，提高实际运行中的燃油经济性。

图6给出了一辆典型中级轿车（整备质量为1590kg）为满足未来法规所需要采用的主流技术的路线图（2011～2020年）。在对燃烧系统进行升级的同时，一些低损耗的子系统也将被应用，比如可变机油泵和可变水泵系统、新型曲柄机构、起/停装置和发电机智能管理系统等。这些降低油耗的技术革新将大量应用在整备质量低于1700kg的轿车上，使得车辆在满足严格排放法规的同时，也满足未来的燃油消耗目标。

目前和未来的尾气排放法规都要求发动机采用先进的排气后处理系统，如颗粒捕集器（DPF）、NOx存储催化器或SCR等DeNOx系统。基于模型的软件功能块控制也使得这些先进系统能在实际应用中，即使在过热或者热冲击条件下也免于被损坏，并保持较高的转化效率。

总结与结论

在欧洲市场成熟的现代柴油机技术能够保证大部分车型满足未来严格的CO2排放控制目标。几乎所有的汽车制造商都将柴油车列入其“低碳车型序列”中，以平衡整体产品系列的碳排放。

中国对交通出行提出更高的技术要求，而全球其他市场上成熟的技术经验可为此提供便捷的解决方案。随着中国高效柴油车份额的逐步增长，车辆尾气污染物和温室气体排放将会逐步降低，从而使中国持续广泛地参与到全球的节能减排行动中。