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绿色柴油机及清洁柴油技术（一）

绿色柴油机及清洁柴油技术（一） 2011： 从柴油机的发明到现在已经走过了一个多世纪，它见证了世界汽车工业发展的潮起潮落，经历了20世纪人类经济前进的起起伏伏，柴油机技术也不断革新进步从而适应其在社会经济中的角色。柴油机自身的缺陷不可忽视，例如颗粒物，黑烟，氮氧化物的排放等，它们成了制约柴油技术应用领域扩大及深入的瓶颈。上个世纪末，我国几大城市相继推出禁止柴油车的政策，无疑成为柴油车产业发展的桎梏。兢兢业业的柴油技术研究者怎会对柴油及自身的缺陷坐以待毙？自柴油机诞生起，研究者改进柴油机的努力就不曾停止过。今天，我们把环保且节能的“绿色柴油机”的概念呈现给您，我们要自信且自豪地说：让绿色柴油机带您回到蓝天下！本专栏分为八个部分：1. 柴油机及其工作原理2. 柴油机发展的历史3. 柴油机的优缺点及与汽油机的比较4. 清洁柴油技术5. 使柴油机更优化的方案6. 排放标准介绍7. 柴油技术与我国第十一个五年计划8. 柴油机发展的趋势一、发动机及其工作原理发动机最早诞生在英国，其概念也源于英语“Engine”，本义是指那种“产生动力的机械装置”。发动机的基本前提是以某种燃料燃烧来产生动力。发动机是汽车里最关键的部件，它由多个气缸组成，每个气缸实际上就是一个小型内燃机。内燃机听起来很复杂，但实际上的工作原理我们可以用一个简单的例子来说明，战争片中大炮的发射就是一个简单的内燃机，火药点燃爆炸后在炮管内产生推动力，推动炮弹发射出去，这里火药相当于油气混合物，炮弹相当于活塞，炮管相当于汽缸。（请参见下图）

柴油机是用柴油作燃料的内燃机，属于压缩点火式发动机。柴油在工作时，每个工作循环也经历进气、压缩、作功和排气四个过程。吸入柴油机气缸内的空气因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到500～700℃的高温。然后燃油以雾状喷入高温空气中，与空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功。（参见下图）

柴油机具有热效率高的显著优点，因此应用范围越来越广。为了节能，各国都在注重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦损失、广泛采用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染，都是柴油机的重要发展方向。二、柴油机的发展历史第一台柴油机的发明世界上第一台柴油机诞生于1893年的德国。蒸汽机发明后，一位德国皮革商的儿子鲁道夫▪狄塞尔(RUDOLF DIESEL), 在慕尼黑技术大学上学时对“蒸汽机”表现出了极大的兴趣，在他34岁那年(1892)取得了把空气压进容器并且和煤粉充分混合直至被压燃而提供动力的机械装置的发明专利。第2年，位于德国奥古斯堡的MAN公司根据这一专利制造出了世界上第一台柴油发动机的原型机，并取名叫“狄塞尔（DIESEL）”发动机。像所有的新生事物一样，狄塞尔发动机从诞生到不断完善经历了漫长的过程。狄塞尔先生在他55岁那年不幸逝世了，没有能够见到他发明的发动机装在汽车上。10年之后，MAN公司终于在柏林的汽车展览会上推出了第一台装在卡车上的狄塞尔发动机。后来，设在曼海姆的奔驰公司制造出了带预燃室的狄塞尔发动机，并且把它装在了自己的卡车上。直到1936年，也就是狄塞尔先生去世23年后，梅塞得斯——奔驰公司才制造出了第一台装有狄塞尔发动机的轿车。直到今天，柴油机的英文名称仍然是‘DIESEL ENGINE’—‘狄塞尔’引擎。

1924年，美国的康明斯公司正式采用了泵喷油器，这一发明有效地了提升了柴油机的质量，同年在柏林汽车展览上MAN公司展示了一台装备柴油机的卡车，这是第一台装有柴油机的汽车。不久以后，博世公司开始正式生产标准泵喷油器，正是由于柱塞泵的普及，为柴油机安装在汽车上提供了基础。1936年，奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车260D。尽管30年代已经有轿车安装了柴油机，但真正为柴油机提供发挥舞台的还是重型机械和装甲车辆。二战中，德国虎式坦克使用汽油机，其火力强大和装甲厚重。而苏军的T-34坦克的火力和装甲虽不及虎式坦克，但T-34使用柴油发动机，在中弹后不易起火，从而大大提高了战场生存能力。战后，各国汲取了战争中的教训，都将自己的坦克换装成了柴油发动机。20世纪50年代以后，两大阵营在坦克功率方面进行了不断的军备竞赛，这无形中大大加速了柴油机技术的发展。人们知道喷油压力直接影响着柴油机的功率和扭矩，因而世界各大柴油机制造公司都在拼命提高柴油机的喷油压力，在这个时期，康明斯公司研制成功完全不同于柱塞泵的PT喷油系统，从而大规模的提高了喷油压力。70年代以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引用回柴油机，从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元。后来，又发展出了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术，它们是现在最主要的柴油机电控喷射技术。人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等，它成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段。狄赛尔肯定没有想到当年他那个没人问津的丑小鸭，现在100%的重型车和近30%的乘用车都在使用。但可以让狄赛尔感到欣慰的是，每当打开这些车的发动机盖，都会看见一个名字——Diesel。

柴油车发展现状中国柴油轿车现状在中国，柴油轿车的现状不容乐观。尽管政府在已颁布的支持柴油车发展的相关政策中明确提出应大力发展柴油车，但是一些地方政府看待柴油轿车都是戴着“有色眼镜”，以旧有观念误解具有现代先进技术的柴油轿车，将现代柴油轿车与10多年前的老式商用柴油车混为一谈，并出台一些“一刀切”的限制政策。中国汽车工业在柴油车领域长期缺轿少重。2004年，国内共销售柴油轿车12,654辆，仅占所有轿车销量225万辆的不到0.6%。这种结构与中国汽车工业发展的趋势不符。国际柴油轿车现状在汽车工业十分发达的欧洲国家，柴油轿车已经被广泛接受和认同。上世纪90年代初，轿车中大约有20%为柴油车；1998年至2002年，柴油轿车在欧洲的销售所占份额以每年4个百分点的速度增长，从24.8%跃升至40.3%；2004年柴油轿车在新车销售中的比例已超过45%。法国、西班牙、奥地利、比利时及卢森堡，柴油轿车的销售量更是超过了汽油车。2000年美国注册的新柴油轿车为30.1万辆，而到2004年这一数字增加到了47万，增长势头迅猛。而日本将近10%的轿车是柴油轿车。车用柴油机在中国的发展1980年以前，中国汽车工业主要生产载货汽车，除占比例很小的重型车装用柴油机外，其余均装用汽油机。当时车用柴油机仅上柴135、杭发120等几个系列品种。1982年重型柴油车年产5,134辆，仅占汽车总产量2.6%。80年代开始发展中型柴油货车。一汽和二汽开发了6102、6110等车用柴油机；中国自行设计并经国外技术咨询的车用柴油机有玉柴6105、上柴6114、一拖和潍柴100系列、扬柴4102等。同时为解决“缺轻少重”问题先後引进了五十铃4JB1、4JB2，依维柯SOFIM8140.61，康明斯B、C、N和K系列，斯太尔WD615，道依茨FL系列和帕金斯1000系列等车用柴油机。其中多数产品经过20年的改进已相当成熟，仍然是国内车用柴油机的主要品种。90年代中期以後，中国实行积极的财政政策和加快高速公路建设等措施推动了汽车巿场的高速增长，促使车用柴油机的发展出现了新的高潮。近年开发和改进的产品主要有：一汽锡柴CA6DF、CA6DL，大柴6DE、4D32，东风柴发EQD256-20，朝柴CYQD32、CY4D，上柴6114、4114，玉柴6108、4110，潍柴WD618，华北BFM1015和云内4102等系列品种。这些产品达到欧II法规要求、个别达到欧III要求，基本满足国内柴油客货车的需要。2002年，中国车用柴油机产量为100万台，载货车巿场柴油车已占79.3%，客车巿场柴油车占31.5%。国际车用柴油机发展七十年代初，受世界石油危机和首次出台废气排放法规的影响，柴油机省油和低HC、CO排放的特点再度受到关注，工业界开始了新一代柴油机的研究开发，旨在提高柴油机动力性并减少废气排放和噪声振动。这为柴油机在轿车上的应用提供了新的机遇。世界科学技术的同步发展，尤其是电子技术、精密加工、新材料和测试装备等高新技术的发展为实现这个机遇提供了技术可能。其后20多年，柴油机新燃烧方式、直喷燃烧系统、增压中冷、电子控制高压喷射、EGR和四气门结构等新技术均已发展到实用程度，对柴油机排气後处理技术和优质柴油的开发也取得实质性进展。现代车用柴油机已具有高热效率、高功率、高扭矩和低油耗、低排放、低噪声等优良的综合性能：升功率增长超过15%，直喷式柴油机燃油耗比汽油机低20%~30%，废气排放达到欧III~欧IV标准，温室效应气体排放总体上比汽油机低45%，噪声振动也基本上达到汽油机的水平。因而商用车柴油化进程明显加快，柴油轿车获得推广使用. 奔驰、宝马、标致、雷诺、菲亚特、福特等许多着名汽车公司也都生产从豪华型到经济型的各类柴油轿车。目前，在法国柴油车巿场份额为50%，在德国此比例超过30%，在整个欧洲柴油车占据40%巿场份额。在北美，人们也逐渐认识柴油动力的优点。美国权威汽车调查机构J. D. Power公司最近统计发现，有三分之一接受调查的汽车用户考虑购买柴油轿车。据报道美国通用公司也准备发展车用柴油机。三、什么限制柴油车在我国的发展

柴油机的优势：与汽油机的比较安全性比起汽油和其他的燃料，柴油具有更高的安全性。它的燃点和爆点都比汽油低

能量密度每公升柴油的能量比汽油高约30％

燃油经济性今天的清洁柴油机动力平均比汽油机节约30％的能源

二氧化碳排放柴油机具有更高的效率和更好的燃油经济型，所以其二氧化碳的排放量比汽油机平均低30％

动力性能柴油机技术比其它燃油发动机动力更强劲-它每单位燃油输出的动力比其它的燃油要高

耐久性柴油机易于保养，可靠性高，有利于节约能源四、什么是清洁柴油技术所谓清洁柴油，是指含硫量低的柴油（含硫量低于350ppm的柴油）。目前欧美等发达国家已经广泛使用低硫柴油，并在积极推广使用超低硫清洁柴油（含硫量低于50ppm的柴油）。《世界燃油规范》指出，降低柴油中的硫含量，不论对具有何种排放水平的车辆，都有减少颗粒物排放的作用。“欧洲汽车燃油项目”的研究表明，将柴油的硫含量从500ppm减少到30ppm，可使轻型车减少7％的颗粒物排放，使重型车减少4％的颗粒物排放。而这还没有考虑绝对的颗粒物排放和燃油消耗，如果再考虑以上两个因素，因柴油中硫含量减少而降低的颗粒物排放量要分别比7％和4％还多。试验表明，使用400ppm的柴油时，其颗粒物排放是使用2ppm柴油时颗粒物排放的两倍。欧盟于2001年9月公布的一份对含硫量低于10ppm的报告显示，符合欧洲Ⅰ号、Ⅱ号和Ⅲ号标准的柴油轿车和载重货车在使用了含硫量低于10ppm的柴油后，颗粒物排放平均减少了5％。为了达到清洁柴油机的技术标准，对燃油、发动机及排放控制系统的要求都非常严格。燃油：降低柴油中硫的含量可以有效地控制排放

发动机：利用高压泵嘴、涡轮增压等技术改进发动机，可以有效地控制发动机的排放。发动机：利用高压泵嘴、涡轮增压等技术改进发动机，可以有效地控制发动机的排放。

排放控制系统：通过改进排放控制系统有效控制排放

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