前不久參加博世在昆明舉行的柴油SUV試駕會(huì)，在聊天時(shí)聽到“日本的柴油車發(fā)展迅猛”這句話，覺(jué)得很有意思。在筆者印象中，日本只在玩汽油機(jī)、混合動(dòng)力，再深入就是燃料電池汽車。柴油車，全球只在歐洲盛行，與日本無(wú)關(guān)。
然而翻開日本的新能源汽車規(guī)劃發(fā)現(xiàn)，清潔柴油汽車卻位列其中。最近幾年，日本市場(chǎng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝車比例也在悄然增長(zhǎng)，2013年日本國(guó)內(nèi)的柴油車銷量達(dá)到了7.5萬(wàn)輛，2011年還僅為8638輛，兩年間就擴(kuò)大了約9倍。雖然從數(shù)量和占比上都不上歐洲的占據(jù)半壁江山，但是其增長(zhǎng)速度著實(shí)令人矚目。
更值得我們關(guān)注的是，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在日本正在以小型化的路線逐步向小型車市場(chǎng)推進(jìn)，這是一條完全不同于歐洲柴油動(dòng)力發(fā)展的路線，這一細(xì)節(jié)上的變化恐怕將在不久之后對(duì)汽車市場(chǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
技術(shù)進(jìn)步讓柴油機(jī)優(yōu)勢(shì)凸顯
傳統(tǒng)的柴油動(dòng)力留給人最直觀的印象莫過(guò)于濃濃的黑煙，劇烈的震動(dòng)，極差的高轉(zhuǎn)速表現(xiàn)等等。當(dāng)然，這些傳統(tǒng)的認(rèn)知是基于普通柴油的傳統(tǒng)重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的。事實(shí)上，歐洲市場(chǎng)上清潔柴油的運(yùn)用和高壓共軌技術(shù)的普及已經(jīng)極大改善了傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冒黑煙和噪音大的現(xiàn)象。而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)，也因?yàn)樾录夹g(shù)的應(yīng)用而更加光彩。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要集中在高效節(jié)能、碳氧化物排放量低這兩個(gè)方面。因?yàn)槿紵匦缘牟町?，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率相比于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)要高30%左右，油耗方面自然也要平均低上30%。由于柴油機(jī)的燃燒是在富氧狀態(tài)下，因此CO、HC化合物的排放濃度相對(duì)較低，顆粒物和NO化合物的濃度較高。而近年來(lái)，尿素和柴油微粒過(guò)濾等柴油排放后處理技術(shù)的運(yùn)用，使得顆粒物和NO化合物的排放極大降低。
也正是基于這樣的原因，對(duì)溫室效應(yīng)倍加關(guān)注的歐洲市場(chǎng)，柴油車的這種特性得到了重視并得以廣泛運(yùn)用。那么，日本汽車市場(chǎng)在小排量汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和混合動(dòng)力技術(shù)都取得長(zhǎng)足進(jìn)步的時(shí)候，為什么又會(huì)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)感興趣呢？筆者認(rèn)為至少有以下兩個(gè)方面：
第一是日本的JC08測(cè)試法規(guī)。大家都知道，目前世界上集中主流油耗測(cè)試規(guī)程中，日本的JC08是最為嚴(yán)苛的之一。之所以嚴(yán)苛，主要是因?yàn)樗鼘?duì)冷啟動(dòng)排放、加減速工況等的考核更為重視，在JC08模式下測(cè)試得出的油耗表現(xiàn)要遠(yuǎn)高于其他測(cè)試規(guī)程下的成績(jī)。依照經(jīng)驗(yàn)，同一款車型在JC08測(cè)試規(guī)程下所得到的油耗要比歐洲NEDC規(guī)程下的油耗要多上1-2L。
與此同時(shí)，日本全新的汽車油耗管理辦法將在2020年開始實(shí)施，根據(jù)新的管理辦法，每家汽車企業(yè)的所有車型油耗的加權(quán)平均值必須達(dá)到JC08測(cè)試循環(huán)下的20.3Km/L，約合4.9L/100Km。一邊是貼近日常生活的苛刻測(cè)試，另一邊又是同樣苛刻的排放標(biāo)準(zhǔn)。很顯然，日本汽車企業(yè)在面對(duì)油耗限制上的壓力并不比中國(guó)企業(yè)小。
第二則是成本因素。雖然日本汽車廠商在混合動(dòng)力技術(shù)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，然而在成本上，混合動(dòng)力必然要高于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。且在日本市場(chǎng)中，小型車甚至是K-Car占據(jù)著更大的市場(chǎng)份額，這些車型的售價(jià)和利潤(rùn)都很低，難以普及混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)一步降低油耗。那么在這種情況下，日本汽車企業(yè)將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)小型化作為另外一個(gè)“新能源”的方向，就變得順利成章。
如何搬開柴油機(jī)小型化道路上的絆腳石
那么，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)小型化面臨哪些技術(shù)上的困難呢？
首先是尺寸。相比于同排量的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所承受的缸壓較大，且活塞行程較長(zhǎng)，在整體尺寸和重量方面柴油發(fā)動(dòng)機(jī)都要更大更高。一方面要滿足機(jī)械性能的要求，另一方面又要滿足小型車的緊湊性要求，所以在柴油機(jī)缸體的設(shè)計(jì)上就要花費(fèi)更多的精力去平衡這兩方面的需求。
其次是小排量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸體技術(shù)參數(shù)的設(shè)定。柴油機(jī)壓燃的方式?jīng)Q定了其必須擁有更大的壓縮比以獲得更大的缸內(nèi)壓力。但是壓縮比的增加又不可避免的帶來(lái)振動(dòng)以及噪音等問(wèn)題，且活塞和曲軸所承受的負(fù)荷也要相應(yīng)的增加。如果按照傳統(tǒng)柴油機(jī)的壓縮比設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，那么小排量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不可避免的要在這些方面存在短板。所以要把柴油柴油發(fā)動(dòng)機(jī)做小，壓縮比一定要降下去。
但是問(wèn)題又來(lái)了，一旦壓縮比降低下去，又會(huì)導(dǎo)致柴油燃燒不完全甚至失火缺缸。在這個(gè)過(guò)程中必然要涉及稀薄燃燒技術(shù)的運(yùn)用，一般來(lái)說(shuō)乘用車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比在16-18之間，但是如果要做到一點(diǎn)幾升的小排量，壓縮比應(yīng)該更低一些，目前日本的小排量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的最低壓縮比，已經(jīng)做到了14.8。
那么如何來(lái)保證壓縮比降低后對(duì)于小排量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能的影響，或者說(shuō)如何實(shí)現(xiàn)更加稀薄的燃燒？日系企業(yè)給出了這樣的解決方案。
首先，提前將霧化柴油送入氣缸。傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮行程終了時(shí)向氣缸內(nèi)供給霧化柴油，以達(dá)到壓燃的目的。在壓縮比降低的情況下，壓縮行程終了時(shí)缸內(nèi)壓力較小，可燃?xì)馊紵惶浞?。為了解決問(wèn)題，通過(guò)在壓縮行程終了之前向氣缸內(nèi)供給少量的霧化柴油，利用缸內(nèi)有組織的氣流運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)氣流的引導(dǎo)，在氣缸局部實(shí)現(xiàn)較濃的混合氣濃度，實(shí)現(xiàn)均勻混合氣的分層燃燒，極大的改善了缸內(nèi)燃燒特性。
