| 摘 要： | 燃油耗低和低速扭矩大的涡轮增压柴油机动力总成在欧洲轻型载货车市场占有较大份额。预计,全球二氧化碳(CO_2)排放法规和用户对燃油价格的期望,会进一步迫使发动机提高燃油效率。但是,法规对氮氧化物(NO_x)和颗粒排放的限制可能会进一步增加柴油机动力总成的成本。对价格敏感度最高的1 400 kg以下紧凑型车型需要寻求一种替代方案,以面对CO_2排放限值的挑战,并保持对用户的吸引力。对小型化和降低转速的汽油机理念进行了研究,与此同时,通过提高平均有效压力来满足性能要求,以保持车辆良好的操控性能和起动性能。解决这一问题的关键措施是采用汽油直接喷射燃油系统。因为缸内汽油直接喷射和对进气进行分开控制,可以在不增加碳氢排放的情况下增强扫气效果。缸内汽油直接喷射还具有冷却充量的好处,有利于避免增压发动机的爆燃现象。研究了汽油直接喷射的几种可选方案,包括多孔式和单孔轴针式喷油嘴,以及侧向布置与中央布置的对比。对排量减小至1.2 L的涡轮增压3缸机和4缸机的基本结构进行了研究。减少气缸数有利于改善碳氢排放、热损失和扫气效率。从安装和成本方面考虑,减少气缸数也有一定好处,其次要考虑的是排气后处理系统。理论当量比燃烧涡轮增压直接喷射汽油机可以采用传统的三效催化转化器,故成本最低。分层燃烧直接喷射汽油机预计需要附加稀燃NO_x捕集器,而满足欧6标准的柴油机则需要附加柴油颗粒过滤器(DPF),并可能要采用NO_x后处理系统。虽然,目前对满足欧6 NO_x排放标准的后处理系统尚不了解,但增加的DPF、带稀燃NO_x捕集器的DPF,或带尿素选择性催化还原的DPF系统,都会使发动机在成本和安装方面面临挑战。对3缸涡轮增压直接喷射汽油机和其他发动机在降低CO_2排放与系统成本之间的价值权衡进行对比分析,并给出了结论。分层燃烧涡轮增压直接喷射汽油机与进气道燃油喷射4缸基本型汽油机相比,其CO_2排放量减少22%以上。采用可变气门驱动装置和传统三效催化转化器的理论当量比燃烧直接喷射汽油机的CO_2排放有可能减少18%。在欧6排放水平下,理论当量比燃烧涡轮增压直接喷射3缸汽油机动力总成具有理想的使用价值。在无稀燃后处理系统的情况下,如果3缸涡轮增压柴油机能满足NO_x排放标准的要求,则其价值能与汽油机的相当。因发动机本身NO_x排放较高而需要采用稀燃后处理系统的动力总成劣势明显。基于紧凑型汽车对价格的敏感性,根据价值分析预测,3缸涡轮增压直接喷射汽油机符合动力总成的选择要求。
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