柴油机的优点2.doc

这是发动机仓的外观照片。机仓内整体感觉比装备西塔2.4发动机要明显紧凑，发动机的塑料饰盖上面的字母“CRDI16V”，其含义是-Common Rail Direction Injection(共轨直接喷射) 、16气阀。饰盖的造型和观感比较普通，这是韩国人一贯的作风，即使是如劳恩斯BH、雅科士VI的Tau发动机，其发动机饰盖的观感同样不够夺目。这一点德国人和日本人比较聪明，即便是2.0L以下排量的小发动机，通常也会想尽办法把盖子弄得气派非凡，再在上面贴上醒目的金属电镀字体。拆去发动机饰盖后，可以看见发动机的各种管道和线束、附件比西塔发动机要多得多。整个发动机给人一种很复杂、精致、漂亮的感觉，除非绝对内行，否则很难相信眼前的这具小家伙居然会是一部接近200匹马力的柴油发动机。气门室盖、进气歧管是塑料制造的，制造工艺很不错，可以拍得住霸锐拉姆达二代发动机的水平了。这是起亚首次在柴油发动机上使用塑料材质的进气歧管，这也是目前业界在汽油发动机上比较经常采用的做法，除了可以减轻重量外，还有易于成型、减轻进气阻力的作用（塑料制造的零件表面比金属的光滑）。至于其使用寿命？不必疑虑，它不是损耗件，只要不发生猛烈撞击，它可以和整车一样长寿。由于工作机理不同，柴油机即使当排气管存在冰堵、催化器破损堵死等极端状况时，也不会因为发动机的回火现象使进气歧管发生爆裂的危险。从外表细细端详，发动机各种管道、线束排布紧凑整齐，走向合理。连接器形状和线束的包裹方式是典型的德国车风格，低调而皮实。各种管道和电线的固定点比汽油版的西塔发动机明显要多得多，在线束转弯或一些转接汇合部位，还有塑料壳体保护。大家可以清楚看见线束的包裹材料是布质的，不同于常见的塑料薄膜材质，这种布质材料有更好的抗高温老化能力。由于柴油发动机工作和熄火时的震动比汽油机明显要大，所以其发动机的油水管道、线束、连接器、固定卡座的制造、排布、固定是一件需要加倍严谨，丝毫马虎不得的大事。特别是在发动机缸盖上和发动机到车体之间过渡的主线束段落，稍有差池就会引致将来源源不断的小毛病。6、7年前我因工作关系接触过不少*野700货柜拖头（此车使用DENSO的ECD-U2共轨系统，直列6缸，分级VGT增压中冷），这个车的早期产品就因为在设计制造时对线束部分考虑不够周详，导致使用中发动机电气方面发生不少小毛病。现在让我们先从发动机仓内比较容易看得见的部件开始逐件检查并介绍吧。这个大大的方形的塑料部件是空气滤清器总成。内装人造棉材质的过滤器（俗称空气隔Air Filter），用于过滤进入发动机的空气中的灰尘、沙石、树叶等杂质，避免这些杂质被吸入到发动机内部。根据备件系统显示，这个部件包括空气隔、外壳和汽油版是不能通用的。由于柴油发动机在绝大部分工作时间里都不会对进气进行节流，所以注定其空气隔必定会比同排量的汽油机更容易脏，使用里程更短。有些车主喜欢在这个部分进行改装，换装上那种价格不菲的所谓“高流量免更换型高性能空气隔”。这实际上是一个危险动作，不但实际上不会对发动机的性能起到有效的提升作用，而且随时可能会因为空气隔过滤能力的下降，导致发动机的缸筒、活塞环、涡轮增压器、催化器或微粒过滤器（如果有装备的话）过早损坏。当4S站发现你在使用这种空气隔并且你的人缘又不是那么良好的时候，通常你的发动机质保就到此为止了。因此出于对大家的钱包着想，本人强烈建议不要换装这类产品-无论是柴油车或是汽油车。除非有一天你要开着这辆车在赛场上和别人拼命。在空气滤清器旁边的这个带有线束连接器的塑料圆柱状零件叫做质量空气流量计MAF（Mass Air Flow Sensor），用于计量进气温度、质量并同时用于监测废气再循环装置（EGR）的工作状况。这一点和汽油发动机有很大不同，一般来说汽油发动机的空气流量计只用于计量进气质量和温度，并不承担监测废气再循环装置的工作状况的任务。在汽油机上担当这一功能的是一个叫做进气岐管绝对压力传感器MAP（Manifold Absolute Pressure Sensor）的零件。不过，随着CVVT（连续可变气门正时）的推广和尾气处理技术的进步，现在已经比较难得见到汽油机上装备独立的废气再循环系统了。从外形上我们可以辨认出这个传感器是来自博世的最新型的HFM 7热膜式空气流量计，相较于旧有的装备在S、D发动机上的HFM6以及更早一些的HFM 5空气流量计，新产品在响应速度、测量精度、防水性、脉动反向气流测量等性能方面都有较大提升。出于控制精度需要，这个部件在更换新零件后需要用检测仪连接发动机电脑进行初始化设置，否则可能出现发动机性能和排放控制的相关故障及点亮发动机警告灯。如果我问：这个装在进气管上的部件叫什么名字？相信有些有经验的车友会立即反应过来：电子节气门！这个回答有点沾边，不能说是完全错误的，这个部件无论是外形、结构还是安装位置都和汽油机上的电子节气门非常相似。不过，若要想当然地把它和汽油机的电子节气门等同起来的话，那就大错特错了。这个部件的正式名称叫做EACV (Electrical Air Control Valve) ，中文一般翻译为电子进气控制阀或电子进气控制翻板。它并不用于控制发动机的动力输出，其功能、工作方法和汽油机上的电子节气门完全不同，在这部发动机工作的绝大部分时间里，电子进气控制阀的阀片都被固定在完全打开的位置，其主要工作方式和功用如下：1、在发动机熄火时产生一个完全关闭动作，通过切断发动机进气减少发动机熄火时的抖动程度；2、在发动机熄火时产生一个完全关闭动作，避免因为喷油嘴等部件的故障而产生熄火困难的现象；3、在发动机执行微粒过滤器再生程序时，通过控制进气量的大小（其实质是控制空燃比）并配合额外喷射的燃油（后喷射和次后喷射）从而达到控制微粒过滤器的再生温度的目的；4、在没有装备VGT的车辆上，为了弥补发动机低速时排气压力不足的问题，当发动机电脑启动EGR后，可以根据需要收窄电子进气控制阀的开度，利用节流效应增强EGR的工作效率。在欧3、欧2排放标准的柴油机上，一般使用的是结构简单得多的“气动控制进气翻板”（如图）。但是气动控制进气翻板无法完成刚才说到的第3、4个功能项目，因此在跨入欧4时代后，它被淘汰就显得顺理成章了。出于控制精度需要，这个部件在更换新零件后需要用检测仪连接发动机电脑进行初始化设置，否则可能出现发动机性能和排放控制的相关故障及点亮发动机警告灯。这个在电子进气控制阀旁边的安装在进气歧管上的形状有点古怪的东西，相信能够准确叫出它的名字的人应该很少，因为它基本不会出现在欧4排放标准以下的柴油机上。它叫做电子涡流控制阀ESCV（Electrical Swirl Control Valve ），这个控制器内部集成有直流电机、减速齿轮、位置传感器等零件。控制器连接着一根横向贯穿进气歧管的转轴，转轴上安装有4个节流阀板，每个节流阀板对应着每个气缸的同一侧的一个进气道。在中低转速、负荷下，发动机电脑通过向进气涡流控制器发出控制指令，可以完全关闭相应的进气道。由于每一气缸都是由两个平行的进气通道进气的，这样，当其中一个进气道被节流时，进气量的差异会使气缸内产生强烈的旋转的涡流。这种涡流有助于强化柴油的雾化效果，使燃料燃烧得更加完全，提高燃油经济性和排放的清洁度。在高速、高负荷下(3000rpm以上)，进气涡流控制器会根据发动机电脑指令完全打开相应的进气道，以确保发动机的最大输出功率。出于控制精度需要，这个部件在更换新零件后需要用检测仪连接发动机电脑进行初始化设置，否则可能出现发动机性能和排放控制的相关故障及点亮发动机警告灯。这个就是发动机燃油系统的喷油嘴。柴油索兰托2.5的车主一定有种似曾相识的感觉吧。但是别误会，两者仅仅只是外形相似而已，其内部结构和控制方式大相径庭。这是目前量产车上装备的最先进的压电晶体式喷油嘴，最高工作压力1800bar（1bar=1.02kg/c，这个压力大约近似于把一台索兰托3.8的全部重量集中压在一个成年人的中指的指甲盖上）,最高工作电压达200V，8孔式设计（柴油索兰托2.5-电磁阀喷油嘴，最高工作压力1350bar，最高工作电压80V）。共轨柴油喷射系统因为工作压力巨大，因此要制造一个符合要求的喷油嘴电磁阀非常困难，由于螺线管、电容器、电磁铁、针阀等零件的物理特性所限，无论如何改良，电磁阀控制式喷油嘴在执行发动机的打开和关闭指令时，针阀实际动作总是会和指令存在200250微秒的迟滞（实际喷油动作和指令之间的迟滞更大），从而对发动机动力、排放产生了一些不利影响。为了提高控制精度应对日益苛刻的排放法规，压电晶体控制式喷油嘴应运而生，它的反应速度比电磁阀控制喷油嘴快4倍以上，比较完美地解决了针阀迟滞现象带来的不利影响。注意，只是比较完美而已，目前西门子、博世等巨头正在研究、试验阶段的压电晶体控制直动式柔性喷射系统，其喷油嘴本身可以通过精确控制喷油针阀的升程大小和开启时间实现喷油率的几乎是随心所欲的变化（现时所有品牌生产的喷油嘴的喷油针阀升程都是固定的，喷油率变化的可控度仍然很有限），性能比目前的系统更加优秀。为了达到在燃油经济性、发动机噪音、排放、动力性能、系统零件耐久性等几个硬性指标上的和谐统一。在装备微粒过滤器的欧5排放发动机上，发动机电脑可以根据驾驶员意图、发动机转速负荷、DPF监测传感器信号等参数控制压电晶体喷油嘴在一个工作循环中进行15次燃油喷射（这5次喷射的名称分别是-预喷射、引导喷射、主喷射、后喷射、次后喷射）。这是共轨系统和其他柴油喷射系统在燃油喷射控制方面最巨大的分别，普通柴油喷射系统只能在一个工作循环中进行一次喷射动作，卡特皮勒、大众的泵喷嘴通过独特设计可以在主喷射之前加入一次预喷射，然而它的可控程度非常有限；而在装备氧化催化器的欧4排放发动机上，最高喷油次数被减少至3次（取消后喷射和次后喷射）。这5次喷射动作的作用大致如下：预喷射（Pre Injection或Pilot2）-发生在活塞距离上止点仍有很大的提前角时，喷入燃油量极少，这时燃油不会被压燃，只会与空气充分混合，其功用在于改善燃烧环境，降低排放。预喷射基本上没有动力贡献。引导喷射(Pilot Injection或Pilot1)-发生在活塞距离上止点较大的提前角时，喷入燃油量极少，这时燃油会连同之前预喷射喷入的燃油一起被压燃，气缸内压力显著上升。引导喷射基本上没有动力贡献。主喷射(Main Injection)-活塞到达上止点后（根据需要也可能在上止点之后），主喷射启动，大量燃油被喷入汽缸并迅速混合燃烧，气缸内压力急剧增加。由于之前引导喷射已经显著提升了汽缸内的压力，因此此时汽缸内压力的上升曲线就不会过于陡峭，其直接结果就是发动机的工作噪音被大大降低了。主喷射是发动机动力的来源。相较于传统柴油机，共轨柴油机的主喷射起始时机经常要延后得多，这主要出于改善排放的目的。较低的燃烧温度以及延迟的燃油喷射有助于降低NOX的排放量。但是如果延迟过多时，HC的排放量和燃油的消耗率就会增加，并且会引起大负荷工况下微粒（PM）排放过多的问题。根据一份内部的技术资料，如果主喷射起始时刻偏离1（曲轴转角），那么NOX的排放量可能会有接近5%的差异，在提前方向上偏离2可引致气缸压力增加10公斤以上，而在延迟方向偏离2则会令排气温度增加20摄氏度。在调节起始喷射时，如此高的灵敏度需要共轨系统配备运算速度极佳的处理器和很高精度的传感器和执行器。后喷射(After Injection)-主喷射结束后活塞继续下行，在工作行程接近结束时，此时根据需要可以启动后喷射。后喷射喷入的少量燃油被点燃后，会连同主喷射中未完全燃烧产生的部分炭黑微粒（PM）、CO、HC发生二次燃烧，从而令到最终排入排气系统的炭黑微粒大大减少，能有效改善排放并减轻氧化催化器（DOC）和微粒过滤器的负担。后喷射同时具有提高排气温度的作用。次后喷射(Post Injection )-在排气行程期间，发动机电脑根据需要可以实施次后喷射，启动微粒过滤器的“再生程序”，经由进气歧管上的电子节流阀以及DPF上的温度传感器的配合，发动机电脑可以精确地控制微粒过滤器的再生温度，从而使微粒过滤器温度处于一个可控的、高效的、安全的范围内。喷嘴后部侧边那根像小指般粗细的橡胶管子是收集喷油嘴的回油的，和博世第一、第二代共轨系统的无压力回油完全不同的是，这段回油管通过末端的一个调压装置把管道的压力总是恒定在一个不高于10kg的压力，这个压力用于放大压电晶体的伸缩行程从而实现对喷油针阀的精确控制（这句话的另一个意思是，第三代共轨系统的喷油嘴针阀仍然不是直动控制的）。由于是高压式回油，因此第三代共轨系统使用这种结实的回油管是必须的。细心的车友可能会注意到喷油嘴的顶部有一个7位的由英文字母和阿拉伯数字组合而成的编码。这是喷油嘴的精度校准编码，整个编码由IQA编码 （Injector Quantity Adjustment）和IVA编码(Injector Voltage Adjustment )组成，包含着喷油嘴的“油量&时间” 信息和压电晶体的电压特性信息，发动机电脑根据编码对供应到各喷油嘴的驱动电流及各缸喷油量进行精确修正，以弥补喷油嘴在制造环节中的微小精度偏差。当更换了新的喷油嘴或各个气缸之间的喷油嘴被互换后，必须通过专用检测电脑把这个编码重新按安装顺序正确输入到发动机电脑中，否则极易造成怠速不稳、加速不良、排放恶化及点亮发动机警告灯。博世的第一代共轨系统没有使用这种匹配方式，它可以简单地通过组合喷油嘴头部的“X”“Y”“Z”字母或“C1”“C2”“C3”标识顺序达到匹配的目的。比第一代共轨系统更低阶一点的系统（如长*皮卡）就简单得多了，完全没有匹配标识，可以自由互换而无需担心不良影响。不过，精度下降必然引起性能的下降，这是个恒古不变的真理。闲话：留意一下各个品牌的喷嘴的精度校准编码，会发现一个有趣的现象-这个编码正随着喷油嘴精度的提高变得越来越长。博世的校准编码就从最初的简单的“X、Y、Z”字母发展到7位编码以及最新的装备起亚U1.6L