柴油发动机新技术解析

本文译自美国《MOTOR》杂志，是针对美国汽修技师在柴油发动机维修技术中面临的一些新问题而进行的解析。那么，国内的汽修技师不久之后是否也会面临同样的问题呢?本文所介绍的柴油机的最新技术或许将对您有所帮助。——编者

今后5年，为了应对不断增长的柴油乘用车售后服务业务，美国将需要更多的柴油发动机的检测维修保养技师。柴油动力车的销量预计将会超过混合动力汽车，并将促进柴油一电动混合动力汽车的销售。从现在起至2010年，许多欧洲著名品牌柴油乘用车将登陆美国市场。先进的降低噪音和降低烟尘排放技术，使得许多驾车者有理由相信柴油车是对燃油价格不断上涨的正确回应。未来的柴油车检测维修保养技师现在就应该进行相关的技术培训，尽管他们目前也能够处理一些柴油机的一般性问题

并非所有柴油机的检测维修都需要使用专门工具和特殊的专业知识，柴油机需要定期检测保养，这为柴油机检测维修保养技师提供了很好的学习机会柴油机可以持续行驶几十万千米，其实际使用寿命远远超过悬架、变速器、轮毂等部件，更不用说离合器、制动器和其它的易损件了。目前，柴油机主要的最新技术成果包括双质量飞轮、催化剂、冷却废气再循环(EGR)、氧化型催化器以及其它的新技术许多新技术系统的检修并不需要利用先进的柴油机诊断技术2007年以后，柴油机又新增了废气烟尘微粒过滤器、曲轴箱强制通风、降低氮氧化物排放等新技术，因为许多柴油动力车的寿命郜会超过制造商给出的指标，其排放水平始终都要满足环保要求，所以将有大量的维修工作有待汽修厂的技师来完成

我们不要轻视自己尽管训练有素的柴油机技师是无可替代的，但是在预期的柴油机销售浪潮到来之前，柴油发动机检测维修技师的数量仍不是很多，所以我们应该明智地制定一个自我学习计划，以适应柴油机技术日益发展的需要。

美国环保总局正在试图提高对柴油机排放的要求，这就好比柴油机上的翼形螺钉一样，越上越紧柴油机排放现行标准是Tier 2 Bir5，2007年以后柴油车必须满足这一标准才允许在全美50个州销售。新的排放要求将柴油机与汽油机置于同等标准由于重型车辆排放标准没有轿车严格，所以柴油动力皮卡和SUV将率先进入市场。

为了满足这个新标准的要求，许多发动机首先采用了柴油机氧化催化器(DOC)这项新技术。柴油机氧化催化器(DOC)采用与接触式转化器相同的原理来处理未燃烧充分的碳氢化合物。继(DOC)之后出现的又一项新技术是柴油机微粒过滤器(DPF)。柴油机微粒过滤器(DPF)可以捕获和燃尽碳烟，它就像一部自洁式的烤炉一样，使碳烟在发动机控制单元(ECU)的控制下燃尽或再循环。再循环产生的热量使得DPF有足够的温度来燃尽引起背压的碳烟。DPF的工作寿命是24万千米，当车辆行驶里程达到24万千米左右时，DPF必须拆卸下来清理碳烟或者更换。

在碳烟再循环时，由于DPF的作用，发动机会产生高温废气。一种被称为喷气排放器的装置会利用流经车底的空气来冲淡这些高温废气。当车辆以一定的速度和负载行驶时，如在牵引拖车上山这种工况下，被动再生功能启动。

主动再生功能启动时，燃油喷射量及发动机转速增加。进排气量减少当进排气量减少到 定程度时，排气温度升高，从而达到过滤器所需的工作要求一旦燃油过量时，这种情况就会发生。

ECU监控一个或多个用来测量背压或DPF温度的传感器。它根据预设的里程数及其它因素，决定何时启动再生循环。在怠速时，再生循环功能也可以启动。排气胶管可能产生一定的背压，进而触发发动机控制模块工作，使发动机控制模块启动再生循环并可能融化胶管，这是需要格外警惕的。

至2010年，大多数的柴油乘用车或卡车会被强制要求加装某种降NOx系统。这种降NO_x系统可能是一个BlueTec系统，包括尿素喷射系统、降氮转化器等。本田公司已经开发出了一种转换器。据说这种转换器能产生氨水，将氮氧化物转化为氧气和无害的氮。两年前，德尔福公布了一种燃油重整器，这种装置能净化排出的NO_xo

DPF给那些想要安装大尺寸排气系统柴油机用户出了一个难题。不过，生产厂商并不热衷于这种系统的升级。排气系统中有许多传感器，如果拆除了DPF和传感器，ECU将会丢失多重错误码并形成简化的动力模式。

超低硫柴油是目前和未来降低柴油机排放的关键技术。超低硫柴油的含硫量由500 ppm降低到了15ppm，比普通柴油低97％。我们不希望柴油中含有过多的硫，因为硫、磷及其它有害元素能损坏DOC催化器，就好比含铅汽油会损坏汽油机的催化转化器一样。此外，硫还会增加碳烟量，这也是EPA要求除硫的原因。生物柴油会引起其它问题，因此新型柴油乘用车不宜使用高于B5的生物柴油。

福特公司称，新型超低硫柴油与已投入使用的福特柴油卡车兼容，包括6.0L和7.3L的PowerStroke柴油机也与之兼容。可是使用超低硫柴油时，任何柴油机型部有潜在的燃油泄漏可能，因为最初的设计是使之适用于高硫柴油或低硫柴油。福特6.9L和7.3L的柴油机及通用6.2L和6.5L的柴油机使用超低硫柴油时，其Stanadyne燃油喷射泵遇到了与首次引进低硫柴油技术时相似的问题。

通用汽车公司提出了相似的燃油向后兼容问题。除了由于密封软化和超低硫柴油中芳香烃化合物的膨胀而引起的密封问题，新型超低硫柴油应该与柴油机完全兼容。虽然实际使用的添加剂可能不同，但合适的添加剂可以确保超低硫柴油拥有与低硫柴油一样的润滑’性能。

柴油微粒过滤器(DPF)的内含物质也需要使用新的CJ-4标准所推荐使用的机油，总之，这种机油的应用是合理应用大多数柴油机的关键，特别对于利用机油压力(油压)给喷射器增压的福特PowerSt roke发动机。改进常规的机油和过滤器是柴油机技术发展的必由之路，这种革新再不能拖延了排气再循环的引人使柴油机窜漏变得更倾向于酸性，从而加快油液的污染。

CJ-4规定的燃油包含新的清洁剂装置这种装置依赖更少的磷、硫酸盐和硫，从而避免了损坏催化净化器，减少了微粒过滤器的堵塞。据说其消耗的机油是排气中灰烬的主要来源。虽然CJ-4推荐使用超低硫柴油，但CJ-4向后兼容老款柴油机。2007年及以后生产的柴油机不使用超低硫柴油，而使用高硫或低硫柴油将会引起故障，并很可能破坏车的质保。

最新柴油技术

新技术在2007年后的柴油机的应用，能使其满足更严格的排放标准，而且

这还仅仅是一个开始。一些柴油机新技术已经被采纳或已投入使用，包括闭环操作、多次喷射、BIueTec、废气再循环冷却、变几何涡轮(VGTs)、加速监理控制系统。下面让我们了解一下这些新技术。

闭环操作。闭环操作能够激活点火式发动机闭环燃油控制的氧传感器。通用公司(GM)已经公布了柴油机“闭环操作”的计划。这种柴油机采用了加装到电热塞中的压阻式压力传感器，由博世提供的units发送实时信号给ECU，轮流提供精确的喷射正时的闭环命令和废气再循环(EGR)冷却的闭环命令

通用公司的动力传动系柴油机常务董事CharlIe Freese称：“这种系统利用了汽缸压力反馈来反映燃烧变化，并完成燃烧模式下的平稳变换、这样做的优点是避免了由其它降氨氧化物策略所带来的燃油效率的降低燃油质量特别是十六烷含量的变化对这种系统会产生很大影响。”

多次喷射。超高压共轨允许多次喷射，每九次压缩冲程中有三次发生。多次喷射不仅可以限制碳烟和氮氧化物，而且一次性喷油几乎消除柴油机噪声。多次喷射大幅减少了碳烟量。后点火喷射可以应用到排放控制中或增加DPF再生活动中的废气温度。其它系统直接注入燃油达到所需的温度来促使DPF再生发生或燃烧。

增强的和冷却的废气再循环(EGR)。EGR使柴油经济性由2％提高到了6％。目前的EGR系统使10％的废气重生；可是2007年以后，根据不同的发动机型式，车辆废气再生率将增加到20％至35％。为减少氮氧化物的排放量，我们大量使用EGR系统，这将减少燃油、碳烟和其它燃烧副产品的进入量。而这些是以往的柴油机很难处理的。

变几何涡轮增压。为了使柴油机动力强劲高效，制造厂家已经开始采用变几何涡轮增压(VGT)和双级连续涡轮增压技术。这种先进的技术消除了以往涡轮增压柴油机的延迟以及常见的冲击现象

VGT技术应用推进控制技术对传统的涡轮增压器进行了改进，这种技术是通过控制废气涡轮的入口压力来实现增压的。在发动机低速运转时，由应用变几何涡轮增压技术所产生的压力比传统的增压技术产生的推进力更大。

应用在福特6.0L PowerStroke发动机上的Garrett涡轮增压器，利用活塞来旋转凸轮，凸轮使得装有叶片的环状物旋转，从而改变推进压力不过，这样会产生一个问题，叶片表面的铁锈和碳的积累会引起共振或叶片粘连。

加速监理控制。加速监理控制相当于汽油机爆燃传感器。它通过测量每个油缸的微小振动，用ECU不断地调整喷射时限和带宽，从而大幅减少噪音和其它柴油机噪声、振动等问题。根据制造厂家的资料，它也可以为喷射器和其它零件的磨损提供一些补偿。

新技术会带来新的挑战所有的新排放技术消除了多数烟尘。这些新技术包括柴油机氧化催化剂、降氮转化器、微粒过滤器等。可是烟尘对柴油机诊断工具却是有益的，压电式燃料喷射器也许就不像先前所设计的那样可靠。福特公司的“喷射器”，其中一个重要功能是弥补压电式喷射器和涡轮密封问题。

那么，福特是如何解决这些问题的呢?排气管火焰不能作为喷射器诊断工具来取代黑烟!被合理标定的DPF温度传感器应该能对由stuck-open喷射器产生过高的废气温度发出预告，甚至能鉴别异常的喷射器，然后关闭它以阻止发动机的损坏。当较小的发动机被喷入过多的燃油，文丘里管排放设计就会有意想不到的效果。

目前的美国柴油机市场由三种柴油机所垄断，它们是道奇的康明斯柴油机、福特的Power Streke柴油机和通用的Duramax柴油机。尽管新技术含量很高的福特、通用的柴油机已经投入使用，包括通用4.5L的Duramax柴油机，但仍有许多装备通用6.2L和6.5L的较老的Duramax柴油机的车辆也还在道路上跑着。不要忘记每种柴油机中都有三四代在投入使用，例如福特6.0L、7.3L柴油机和6.4LPowerStroke柴油机。

你也许知道，仅在PowerStroke发动机上就有超过70处强度问题。除此之外，还有许多你不知道的问题，所以不可能在这里一一讲述。但是，你不要灰心，你同样可以按照维修手册去解决出现在柴油机中的问题，就像我们有能力解决汽油机的问题一样。

(编辑　范　颖)

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