也論柴油轎車在國內市場的發展前景

韓同群

（湖北汽車工業學院，湖北十堰442002）

也論柴油轎車在國內市場的發展前景

韓同群

（湖北汽車工業學院，湖北十堰442002）

研究了世界范圍內柴油機在乘用車領域內的應用現狀，闡述了柴油機作為車用動力的優勢。根據國內的政策環境與市場環境，分析了排放法規、柴油品質對市場的影響。根據對柴油轎車的性能要求，包括振動和噪聲、排放等，分析了更適合我國轎車柴油機發展的技術路線，并重點對若干關鍵技術和難點進行了剖析。柴油機技術進步和市場化應用表明，柴油轎車在我國具有廣闊的應用前景，政府和企業應做好政策和技術上的準備。

輕型柴油機；乘用車；排放法規；柴油品質；技術路線；國內市場

汽油機作為各種車用動力裝置已有100余年的歷史，而柴油機作為乘用車動力則是近十幾年的事，目前世界性的車用動力柴油化趨勢已很明顯。重型汽車中，歐洲、美國和日本已經實現100%；商用汽車中，歐洲和美國都達到了90%，日本為83%；乘用車中歐洲達33%，日本是19%，美國較少。小型客車和轎車的動力柴油機化的趨勢越來越明顯。

與汽油機相比，柴油機具有以下優勢：

1）柴油機的熱效率高，并且對于裝備柴油機的車輛，由于轉矩曲線平坦，在較大的負荷變化范圍內經濟性好。汽車工作于面工況（轉速和負荷構成的平面），經濟工況范圍越寬，經濟性越好。例如歐洲定義的駕駛性能（最高擋位50～80 km·h-1、80～120 km·h-1和0～100 km·h-1的加速時間的平均值）明顯比汽油機低，整車燃油消耗更低。據統計，目前技術先進的柴油車比同類汽油車節油達1/3甚至更多。

2）柴油機排放性能改進潛力很大。因為柴油機采用的是過量空氣燃燒和高壓縮比，CO排放比汽油機要低得多，大約只是汽油機的1/10。對于HC的排放，在冷機工況下，柴油沒有HC的蒸發；在熱機工況下，HC的排放量也要低得多。具統計，現代柴油轎車排放的HC比使用三效催化劑（TMC）的汽油車低。催化劑對于改善汽油機的HC排放雖然有顯著的作用，但它卻對低溫的適應性差，尤其是在市區汽車經常停車或起動的工況下；而柴油機就不存在此問題，因為其HC排放本來就低。在溫室氣體CO2排放方面，由于柴油機熱效率高，其CO2排放明顯低于汽油機。顆粒（PM）排放方面，據英國里卡多公司最新研究表明，使用最新技術的柴油機其PM排放有可能達到汽油機的水平，而且改進潛力很大。在NOX排放方面，柴油機比汽油機要高，以歐Ⅴ標準為例，M類乘用車柴油機180 mg·km-1，汽油機60 mg·km-1，但都降到了較低的水平，柴油機劣勢并不明顯。

3）柴油機可靠性高。柴油機電器部分簡單，且采用精密的高壓供油系統，沒有汽油機常見的電路和油路故障。另外，柴油機沒有汽油機致命的爆震燃燒，故其整機可靠性要比汽油機高。一般來說，其使用壽命比汽油機幾乎長一倍?；谝陨显蚝桶l達國家的榜樣作用，不少人士贊成轎車柴油化，這方面的論述也較多［1-5］。

柴油機也有劣勢：與同類汽油機相比，柴油機的升功率小、比質量大，成本和價格要高；且噪聲高、振動大，尤其在低速狀態下工作時，振動更大，易引起車身共振，從而影響乘坐舒適性；低溫起動相對汽油機困難，顆粒（PM）排放遠高于汽油機。

受各方面因素制約，包括石油煉制（油品及供應）、政策法規、產品開發、生產制造乃至售后服務等，我國轎車柴油機的發展比國外起步晚，尤其缺少滿足歐V以上排放要求的產品，發展很慢，反對的聲音也有，爭論也較大［6-8］。本文中從我國的基本國情出發，試圖全面闡述柴油轎車在國內市場的發展前景。

1 轎車對柴油機性能要求

7座以下乘用車（M1）如果裝置柴油動力，在諸多方面要接近汽油機，要小型化、輕量化，所以必須提高升功率、降低比質量?，F有輕型車、轎車用柴油機一般升功率為28～38 kW·L-1，增壓型達到40kW·L-1，最新研制的為50kW·L-1，甚至可達到55kW·L-1。

低噪聲、低振動并能與車體具有良好的匹配和減振降噪效果。減振降噪措施往往與柴油機的輕量化、降低油耗及排放等相矛盾。研究工作的重點放在設計初期就考慮減振降噪［14］，通過有限元分析和計算機輔助技術的應用，找出降低或阻隔燃燒、機械等噪聲和振動的方法。

低排放和高經濟性，能滿足國V以上的排放法規要求，考慮柴油機排放、噪聲對環境的影響，與過去相比要求在提高，即在滿足對排氣污染物、顆粒排放及噪聲的限制要求時，不再犧牲經濟性、動力性和比質量等，而是在達到上述目標的同時，使產品在油耗方面具有可競爭的商業優勢。

2 國內的政策環境與市場環境

2.1 排放法規

隨著2014年4月23日，工信部發布公告，明確柴油車國Ⅳ排放標準實施時間為2015年1月1日。所以2015年我國才全面執行的是國Ⅳ標準，北京、上海、廣東市于2014年4月30日起汽油車實施國Ⅴ標準，柴油車仍執行國Ⅳ標準。也就是說，柴油車距執行國Ⅴ標準還有一定距離。

汽、柴油車國Ⅴ標準相當于歐盟的歐Ⅴ標準，歐盟已從2009年起執行，其對氮氧化物、碳氫化合物等機動車排放物的限制更為嚴苛。實際上，從國Ⅰ提升至國Ⅳ，每提高一次標準，單車污染減少30%～50%。使用新標準的汽、柴油車將減排多項污染物，削減PM2.5的排放。從國Ⅳ到國Ⅴ，油品的環保等指標進一步加嚴，其中硫含量從50×10-6降到10×10-6，油品質量也進一步提高。

車用汽、柴油品質升級對減排的貢獻很大，第Ⅴ階段替代第Ⅳ階段車用汽油和柴油將至少實現10%和7%的氮氧化物減排。碳氫化合物、一氧化碳、氮氧化物、顆粒物排放均會得到有效控制。

2.2 柴油品質

要開發制造優質的柴油機，油品是根本?！败?、油、路”同步升級，是緩解機動車污染的重要措施，“車油一體、油品先行”也是歐美等國在機動車污染減排方面的典型經驗。

我國在排放法規的制定和執行方面往往要經過政、企一番博弈，以國Ⅳ標準的推行為例，國家環保部原本計劃從2011年1月1日起推廣柴油汽車國Ⅳ標準。不過在2011年2月，由于國Ⅳ車用燃油標準尚未出臺，還無法確保在全國范圍內供應相應車用燃油，給全面實施帶來一定困難。環保部門表示將3.5 t以上的柴油國Ⅳ標準執行時間推遲一年，即到2012年1月1日實施。但由于柴油產品質量等原因導致了國Ⅳ標準再度推遲，又計劃到2013年7月1日正式實施。但就在實施前夕，又由于技術原因，環保部就國Ⅳ實施時間又與工信部和汽車行業協會達成妥協，原定于2013年7月1日正式實施的重型柴油車國Ⅳ排放標準再次推遲至2015年1月1日起執行。

油品升級的關鍵在于脫硫，從設計為生產滿足國Ⅱ、Ⅲ三階段（對應國Ⅱ、國Ⅲ標準）排放標準的車用柴油的升級到生產滿足第Ⅳ、Ⅴ階段要求的車用柴油，需要加氫脫硫或其他脫硫工藝。一方面會產生設備投資，例如加氫裝置、S-zorb裝置；另一方面，脫硫工藝在生產過程中的物料和能量消耗增加，這兩方面均會造成成本增加。除此以外，煉廠工藝調整帶來產品結構調整、對原油硫含量要求提高等其他因素，也會造成成本的變化。國內油企都已經掌握相關技術，但在改造成本無法通過油價轉嫁的情況下，企業認為這樣的投資是一種負擔。

目標的最終實現要靠市場力量和行政力量的有機結合，像當初汽油推行無鉛化一樣。主導汽油無鉛化的并非環保部門，1998年國務院發出129號令，限期停止生產銷售使用含鉛汽油。截至2000年7月1日，我國僅用了2年的時間就完成了汽油無鉛化。

因此，目前國內市場能全面供應滿足國Ⅳ排放標準柴油。

2.3 國內市場狀況

早在2002年，一汽-大眾將柴油版捷達推向市場，這是國內市場最早的柴油版轎車。該車獲得了良好的市場反應。截至目前，每年約有1萬輛柴油版捷達投入市場中，具體市場大多限于北方用戶以及出租車用戶。另外，一汽奧迪2.5L的家用轎車于2004年開始投入中國，上海大眾一款帕薩特1.9TDI的柴油機轎車于2006年底開始批量投放上海出租車市場，2010年華泰汽車推出了首款B級柴油機轎車——華泰元田B11，搭載歐意德發動機。歐意德發動機有限公司成立于2006年，是一家以清潔型乘用車柴油機為主要產品的企業，其發動機系列產品包括1.5L、2.0L、2.5L、2.8L和3.0L。福特2.2LDuratorqTDCi高性能柴油發動機由福特汽車和標致雪鐵龍集團聯合開發制造，裝備福特蒙迪歐、福特S-MAX和福特Galaxy等車型。

相對外資與合資品牌，自主品牌也開發出多款輕型柴油機并裝備相應車型。長城推出的2.0T綠靜柴油機裝備城市智能SUV哈弗H6，江淮汽車的4DB1柴油機配套于江淮瑞鷹SUV。奇瑞汽車的ACTECO三代產品——RF4D15柴油機搭載在奇瑞A3車型。綿陽新晨動力的ZD25TCR 2.5L柴油機為鄭州日產奧丁SUV配套，江鈴汽車的PUMA柴油機（JX4D24）也已經成功配套在江鈴陸風X8系列和N350系列車型。云內動力開發了D19TCI和D25TCI兩款轎車柴油機在2006年開始配套江淮、東南、華晨和柳汽等汽車廠的轎車、SUV和MPV等車型。玉柴和FEV聯合開發的一款適配微型巴士、微型卡車和微型轎車的全鋁結構輕量化柴油機YC4W等等。

與外資品牌相比，自主品牌轎車柴油機在各方面還存在一定差距，但已經在縮小這種差距，例如，多數產品都達到國Ⅳ標準并具備國Ⅴ潛力。

但目前我國柴油轎車的市場占有率微乎其微，截止2014年10月，乘用車搭載的柴油機比例在中國不到1%。這里有消費者觀念問題（對柴油機不好的印象），技術問題（與國外產品有差距），但主要是市場和政策方面的問題，關鍵是柴油，包括品質、價格和供應等。

2.4 國內市場柴油消費結構

目前柴油主要應用于作為生產資料的、保證物流的重型卡車和客車；其次是用于農業生產和工業建設的特殊車輛，如拖拉機、挖掘機和推土機等工程機械，量也很大。再次是其他交通設備，如船舶、火車和飛機。此外，柴油的各種其他用途也不容忽視，如柴油發電機組、軍事需求等。與歐洲可以在進口時自主去選擇買汽油還是買柴油不同，我國大部分成品油是通過進口或開采原油來生產的。而從原油中提煉汽油和柴油是同時的，即能夠提煉一部分汽油同時也能提煉一部分柴油。其中，雖然汽油和柴油的提煉比例是可以調控的，但并不是說只需要柴油不要汽油，就能全部提煉出柴油了。因此，有時便會出現“柴油荒”的現象。部分人士不贊成轎車柴油化，正是擔心作為消費資料的轎車與上述領域爭油的問題，有一定道理。

但同時也應該認識到，“柴油荒”現象包括油品升級難等，是由于在該領域還未完全市場化造成的。壟斷阻礙技術進步，提高經濟和社會成本。如果在油、車領域的市場化程度同步進行，更多的用市場而不是用行政命令解決問題，“柴油機節能”便是主要的考慮因素了。

3 研發能力與技術路線

從現有的國內轎車柴油機品牌來看，我國并不缺少研發能力，體現在以下幾個方面：一是與國外先進的公司合作開發；二是在全世界范圍內引進人才組建研發隊伍；三是校企合作。具體到某個公司或品牌，以上路徑可能兼而有之，但人才是關鍵。從已經成熟應用和正在探索開發的技術來看，能夠滿足轎車裝備要求的柴油機技術也比較明朗。

1）開發直噴機型

過去考慮到舒適性，輕型柴油機普遍使用非直噴式（預燃室和渦流室）燃燒室，因為具有工作柔和、NOX排放低和燃燒噪聲小等優點。近來，由于供油系統的電控化，直噴式（DI）柴油機也能具備上述優點，同時沒有效率損失問題，燃油耗低，所以開發直噴機型是重點。

2）廢氣渦輪增壓及中冷

柴油機通過廢氣渦輪增壓和中冷，提高能量利用率，可達到接近相同排量汽油機的功率，并且在低、中轉速的轉矩明顯高于汽油機。重型柴油機增壓和增壓中冷非常成熟，在小型柴油機上應用難度要大。柴油機要輕量化與小型化，開發與之相匹配的增壓系統是難點，包括提高增壓比及增壓器效率，提高大負荷區的過量空氣系數，增壓器渦輪幾何形狀電控可變，開發多個增壓器的復合系統等。

3）多氣門結構及進氣優化

多氣門結構配合進氣系統優化進氣及缸內空氣流動。在小缸徑柴油機上，四氣門和噴油嘴垂直中置技術得到應用，能夠減少換氣損失，使混合氣的形成進一步優化?？梢蕴岣叩退俜秶鷥鹊某淞肯禂?，從而改善低速轉矩，使活塞上燃燒室凹坑和缸蓋上的噴油器位置布置在氣缸中央，改善進氣渦流，使油霧分布均勻，改善活塞和噴油器的冷卻條件;另外，因為可在不同轉速下實現渦流比可變，空氣利用率高，從而使NOX和顆粒排放達到最低效果。目前正研究將在汽油機上成熟的可變氣門配氣定時系統移植到柴油機上來，從而使之在整個轉速范圍內的氣門升程和定時得到最佳優化。

4）以供油和后處理系統為核心的整機（車）的電控化與智能化

電子控制技術在柴油機上雖然應用相對較遲，但近10年來有較快的發展。開始時在較大的機型上應用，現逐步擴展到較小的轎車用柴油機上，目前應用較廣泛的是高壓共軌燃油噴射技術。

以高壓共軌燃油噴射系統為代表的柴油機電控系統可以達到以下工作目標：

a.提高噴油壓力。噴油壓力的提高可改善燃油霧化，改善燃燒，從而降低排放。共軌式噴油裝置可達到160～200MPa的噴油壓力。同時可減小噴孔直徑、增加孔數，可改善燃油的霧化和分布，縮短著火滯后期，降低噪音、NOX及顆粒排放。

b.對噴油各目標值和相關系統裝置實施協同優化控制。借助電控系統可以根據需要達到以下目的：在運轉中，控制保持最佳的供油量、噴油定時和供油速率，也可進行預噴射，以保證在各種工況下的動力性、經濟性及排放性能都能得到綜合的優化結果，并同時保證所要求的加速性能、調速性能及其它特定的性能;對整個增壓系統進行控制，包括放氣閥、可變幾何截面裝置、中冷器旁通等;自動進行高海拔條件下的補償以及根據油溫進行自動補償;在小負荷情況下實現停缸運轉并可根據發動機帶負荷情況自動調整怠速轉速;根據不同工況控制廢氣再循環;自動控制冷卻風扇;實現振動阻尼以提高駕駛性能;與整車的電控系統相聯接，實現順序換擋、巡駛控制等操作。

c.以SCR或EGR+DPF為代表的高效可靠的后處理技術可以達到的目標：國Ⅳ、Ⅴ及以上柴油車排放標準，僅靠優化油、氣運動與燃燒的機內凈化技術已不能滿足，必須同時采用后處理裝置，其中降低NOX和PM將是重點?，F在公認比較成熟、能夠實現的技術路線有2種［16］：SCR（選擇性催化還原）和EGR+DPF（廢氣再循環+微粒捕集器）。

SCR路線在歐洲采用較多，解決方案：利用商業用的固體尿素和水（水溶液濃度為32.5%±0.5%），在排氣中噴入尿素、氨水等還原性物質，將NOX（主要是NO）還原為N2和H2O。如市面上銷售的AdBlue無毒、潔凈、無氣味、不易著火、無爆炸危險，但有一點腐蝕性，必須使用特殊的儲存容器，圖1為典型的SCR系統示意圖。

圖1 典型的SCR系統示意圖

EGR+DPF路線美國采用較多。首先采用EGR在機內減少氮氧化物生成，然后利用DPF（微粒捕集器）對生成的微粒進行后處理，使柴油機的排放物達到國Ⅳ以上的排放水平。廢氣中含有的灰粉會逐漸地堵塞捕集器，增加排氣背壓，使油耗惡化。因此在DPF的上游增加一個氧化催化轉換器（DOC），其基質用貴金屬如白金涂層，能夠提高再生過程效率的同時，還將進一步降低HC的排放。一款典型的能滿足國Ⅴ排放標準的轎車柴油機技術集成（EGR+DPF系統）如圖2所示。

圖2 某轎車柴油機主要技術集成原理示意圖

4 前景前瞻

由于特殊的“國情”，柴油轎車在我國還有很長的路要走，但柴油機技術的進步和應用表明，部分柴油化是必然的發展趨勢。適當推動轎車動力柴油化，對節約能源、保護環境具有重大意義。

1）必須大力推進柴油品質的升級，這不但可以滿足高端柴油機的要求，還對在用的各種柴油車輛降低污染物排放產生重大影響，是治理霧霾的有效有段。目前，國際油價大跌，國家應抓住機遇制定政策，利用行政手段和成品油定價機制，在企業成本和柴油價格之間找到契合點，推動高品質油品生產，并考慮適時放開價格管制，讓市場調節。

2）按柴油用途進行分類，抓緊制訂普通柴油和車用柴油的分類標準。

3）汽車或發動機企業加大研發力度，積聚人才和技術，增加技術儲備，將產品做到接近國際水平。主要的關鍵技術應包括：柴油機小型化（小缸徑）、全機（車）聯合控制、高效可靠的后處理技術等。保守估計，如果轎車動力柴油化能達到乘用車的10%左右，對廠家都是不小的市場份額。

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On Prospects for Development of Diesel Cars in Domestic Market

Han Tongqun
（Hubei University of Automotive Technology,Shiyan 442002,China）

The application status of diesels in the field of passenger car around the world was studied, the advantages of diesel engines as the vehicle power were discussed.According to the domestic policy and market,the influence of the emission regulations,diesel quality on the market was analyzed.According to the requirements for the performance of diesel cars,including the vibration and noise,emissions,etc,the technical route was also analyzed that is more suitable for the development of China’s car diesel engine,and some key technologies and difficulties were emphatically analyzed.The progress of diesel engine technology and market application show the diesel car has a wildly application prospect in China.The government and the enterprises should do a good job of policy and technical preparation.

light diesel engine;passenger car;emission regulation;diesel quality;technical route;domestic market

TK427

A

1008-5483（2015）01-0001-05

10.3969/j.issn.1008-5483.2015.01.001

2015-01-29

韓同群（1967-），男，湖北十堰人，教授，主要從事汽車發動機設計研究。E-mail：htq66667@sina.com