关于日本近年柴油机发展现状研究的概述

针对日本国内目前的标准要求，各大车企纷纷采取了应对措施，并年发布和销售了多款发动机，其中还包括多款商用车用发动机，并且多为全新开发或在原机型基础上进行改良的改型产品。随着消费者对整机效率和环境关注度的不断提高，在乘用车领域发布及销售的发动机多为全新产品。

海外方面，欧洲相继发布并开始销售满足乘用车欧6排放法规的发动机产品。其中商用车用发动机不仅要满足欧6法规,而且对热效率要求更高。此外，由于美国环境署（EPA）指出部分欧洲企业在排放软件方面违反法律规定，该现象不仅成为一种社会问题，同时也激发了车辆在公路行驶中的排气计测等相关工作的开展。

尽管高效率、低排放领域的技术研发竞争愈发激烈，但为了重新获得消费者的信任，汽车企业还有较多工作需要开展。

1 日本国内动向

1.1 概要

在日本国内乘用车柴油机方面，丰田的2.8 L全新发动机安装于兰德酷路泽品牌车辆上。其中,采用了热摆动壁面隔热（TSWIN）的下一代高隔热发动机。

在日本国内商用车柴油机发动机方面,可有效提升整机效率的发动机主要有：日野RANGER上配备的5.1 L新型发动机、五十铃GIGA上安装的9.8 L改良款发动机。以上发动机为改善燃烧，提高燃料喷射装置压力、减少高压燃料泵送油量的防漏型结构,在低排放和高效率技术领域表现优异。

1.2 新款发动机的特征

表1 近年来新销售的日本国产发动机参数

（1）丰田IGD-FTV（图1）该款发动机是KD发动机系列的后续新型产品，不仅尺寸更小，而且其扭矩特性较原机型有所提升。该发动机采用了TSWIN技术的下一代高隔热柴油燃烧、锥形法兰盘燃烧室、超高压燃料喷射系统，其最大热效率达到44%，使得其燃油经济性得以大幅提升，同时排气后处理采用尿素SCR系统，满足2010年后的新长期排放法规以及欧6法规。此外，同时面向海外市场发售2.4 L 2GD-FTV型号发动机。

图1 丰田1GD

（2）日野A05C（图2）安装于中型卡车RANGER上的发动机，沿袭了大型卡车用A09C款发动机的结构及其辅助系统，并采用最优化的4缸设计，发动机结构耐高压燃烧、耐高热负荷。基于上述特征，其与上一代发动机相比排量更小。采用可有效降低气缸滑动部摩擦阻力的凹坑结构缸套、两级涡轮增压、超高压燃料喷射装置，有效提升了整机效率。同时，为了提高用户的使用便利性，排气后处理装置采用了以轻油为还原剂的选择性催化还原系统（SCR）。此外，与混合动力（HV）进行组合使用，可将其安装在大型公交巴士上。

图2 日野A05C

（3）五十铃6UZ1（图3）该发动机配装于五十铃大型卡车GIGA上，与原机型相比，水箱和中冷器更大，并提升了EGR冷却效率，改良了超高压燃料喷射装置并采用新的喷射器，同时在低转速区域提升其扭扭，改善了整机效率。

图3 五十铃6UZ1

（4）五十铃6NX1  该发动机装备有两级涡轮增压器，是一款经轻量化和小型化的大型卡车用发动机。其7.79 L的排量，可在发动机2 000 r/min转速下实现250 kW的最高输出，在发动机1 300 r/min转速下实现1 422 N·m的最大扭矩。

2 海外动向

2.1 概要

（1）乘用车用发动机 针对欧洲市场，不断投入人力、物力及财力，以研发应对欧6排放法规的新款发动机，并推动了具有不同输出特性的柴油机及汽油机通用化零件的模块化设计进程。为不断提升整机效率，以较小尺寸和高平均有效压力（BMEP）作为主要开发手段。此外，也结合了各个市场的不同特征，进行发动机研发工作。

（2）商用车发动机 商用车领域具有较高效率的发动机，目前主要包括梅赛德斯奔驰安装在Actros上的12.8 L发动机，Iveco安装在Eurocargo上的4.5 L发动机。上述发动机均以原机型为基础而进行改良的新产品，并可满足欧6法规要求，其共同特点是具备较高的压缩比。近年来，乘用车实现低压缩比的开发目标，主要通过采用柴油发动机与汽油发动机的模块化开发手段，不过商用车柴油发动机的研发趋势与乘用车发动机相比，具有显著的差异。

2.2 新款发动机的特征

表2 近年来于日本地区新发售海外市场的发动机参数

（1）铃木E08A（图4）该机型为一款铃木在印度子公司生产和销售的轻量化小型2气缸0.8 L发动机。在确保发动机强度和刚度的基础上，追求轻量化设计，采用开顶式结构的高压铸铝制缸体，曲轴处于360°相位，利用在曲轴正横向配置的平衡轴可以降低旋转振动。燃料调节阀不再安装于高压燃料泵上，实现了燃料泵小型化。同时，不再使用共轨结构，而采用小型分配缸体结构来保证燃料处于高压状态。

图4 铃木E08A

（2）日产YS23（图5）  该机型为一款安装在皮卡NP300上的新型发动机，采用两级涡轮增压器和200 MPa的喷射压力，与上一款2.5 L发动机相比，整机更小，而且在低速范围内扭矩有所增加。同时，还减小了可变容量液压泵以及滑动部的摩擦阻力，以提高整机工作效率。

图5 日产YS23

（3）梅赛德斯奔驰OM626（图6） 该机型为一款安装在奔驰与雷诺共同研发的C级轿车上的初级柴油机，采用单涡轮增压器和160 MPa的燃料喷射装置。虽然该款发动机定位为初级，但是其采用钢制活塞、可变容量液压泵、带电加热的燃料滤清器，采用高压及低压EGR，可同时实现高效率和低排放的研发目标。

图6 梅赛德斯奔驰OM626

（4）梅赛德斯奔驰OM654（图7）  该机型为梅赛德斯利用模块化设计方式开发的首款发动机。该发动机采用耐高压20.5 MPA的铝制缸体及缸盖，205 MPa压电式喷射器、有阶梯壁凹燃烧室的钢制活塞，12 mm的曲柄偏心距，以改善燃烧和提高燃油效率。利用高压和低压的废气再循环（EGR），并通过发动机搭载的氧化催化器（DOC）/颗粒捕集器（SDPF）/选择性催化还原（SCR）达到降低排放的目标。

图7 梅赛德斯奔驰OM654

（5）BMW B57（图8） 继B37（d3缸1.5 L），B47（4缸2.0 L）之后的6缸3.0 L的B57发动机满足欧6排放法规，是N57的后继产品。利用每缸排气量为0.5 L的模块化设计，提高了整机的零件通用化程度。此外，模块化设计可以实现与汽油发动机的零件通用。燃料喷射压力可达到250 MPa，延续使用N57采用的Tri 涡轮增压器。

图8 BMW B57

（6）斯巴鲁EE20 该机型采用低压缩比、新喷射器、高压以及低压EGR等技术，可满足欧6法规。

（7）梅赛德斯奔驰OM471（图9）2011年为满足欧6法规发布的OM471发动机是第二代改良产品。其采用双顶置凸轮轴、高压缩比、新燃烧室形状、以及达到270 MPa高压的“X-PULSE”燃料喷射系统。继续采用上一代产品的特征性技术—非对称涡轮增压器，并将轮边 EGR阀设置在排气歧管和涡轮增压器的连接处，即使在低EGR率条件下，也可高效地使用涡轮增压器。

图9 梅赛德斯奔驰OM471

（9）IvecoTector5 该机型采用2013年应对欧6排放法规的技术概念，其主要特征为：无EGR、被动再生DPF、高效率SCR系统。还采用高压缩比、新喷射器、新涡轮使其不仅实现了高效率的目标，还可提高低速以及对应转速下的功率输出。

3 研发动向

1990—2000年间的柴油机研发目标主要以实现清洁排放目标为主，为了缓解温室效应、降低二氧化碳排放、满足消费者对高燃效的需求，近年来主要着力于提升发动机热效率和降低排放两方面的研发工作。其中，在实现高效率方面，为了提高发动机各项性能指标并有效降低各类损失，采用高压燃料喷射、改善燃烧室、高效增压及多级增压、小尺寸设计、减速、降低发动机本体与辅机的机械损失。其中为了减少冷却损失，对隔热技术开展了相应研发工作，并基于上述进程不断开发新机型或对现有机型进行改良设计。在降低排放方面，提高后处理装置净化率并降低发动机的废气排放，研发精密的控制技术。同时，一项重要的开发工作是在公路上基于实际使用环境而开展的降低废气排放研究工作。预计今后此类研发工作也将会持续推进。

此外，采用高燃效和低排放技术与整机成本息息相关，目前也正在研究能在有效提升发动机效率的同时控制成本支出。例如：无EGR+高NOx净化率的发动机是目前最优的低成本技术组合方式。而且乘用车可不再局限于柴油机范畴，可以与同一车辆配装的柴油发动机一起实现模块化设计，从而有效推进了低成本研发工作的进程。