滿足歐Ⅳ及更高排放法規(guī)要求的曼和斯堪尼亞重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(二)

　　3斯堪尼亞公司

　　3.1產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展概況

　　素有公路之王之稱的斯堪尼亞一直非常重視其發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的研發(fā)。斯堪尼亞發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品種類繁多，可為客戶提供廣泛的選擇，產(chǎn)品可滿足歐Ⅲ、歐Ⅳ以及歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。斯堪尼亞是歐洲首個(gè)提供匹配符合環(huán)境友好汽車排放標(biāo)準(zhǔn)（EEV)發(fā)動(dòng)機(jī)的卡車和城市公交車的制造商。斯堪尼亞歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)系列新品項(xiàng)目的啟動(dòng)時(shí)間比歐洲立法要求的正式執(zhí)行歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)日期——2009年10月提前了整整兩年。

　　斯堪尼亞的用戶可通過選擇不同類型的產(chǎn)品，滿足其在特定地域或特定場合的需求。符合歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品包括功率從230～620馬力不等的9L、13L和16L柴油機(jī)。此外，斯堪尼亞還提供230馬力和280馬力的柴油機(jī)以及270馬力的乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)以滿足目前排放控制要求方面最為嚴(yán)格的歐洲環(huán)境友好汽車排放標(biāo)準(zhǔn)EEV。斯堪尼亞同時(shí)提供230～620馬力符合歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及230～580馬力符合歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　從2004年9月開始，斯堪尼亞開始為全歐洲提供420馬力的EGR卡車發(fā)動(dòng)機(jī)，搭載這種發(fā)動(dòng)機(jī)的卡車不但享有稅收優(yōu)惠和過路費(fèi)優(yōu)惠，而且這種車不需要任何額外添加劑，也沒有額外的容器占據(jù)有用的空間，駕駛員只需要加柴油即可。斯堪尼亞的EGR技術(shù)能在各種工況下降低排放，同時(shí)運(yùn)營成本和性能與歐Ⅲ機(jī)型完全一樣。

　　到2005年秋天，斯堪尼亞將全系列歐IV發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用到所有機(jī)動(dòng)車上，包括卡車和客車，從2006年開始，一些發(fā)動(dòng)機(jī)可以達(dá)到更高的歐V排放要求。

　　一切從燃燒室開始，是斯堪尼亞的哲學(xué)（如圖4）。對燃燒技術(shù)的持續(xù)開發(fā)使得斯堪尼亞能開發(fā)出具有歐Ⅲ運(yùn)營成本的歐IV發(fā)動(dòng)機(jī)。對于歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)，斯堪尼亞采用EGR和SCR兩種技術(shù)路線來達(dá)到排放限值。根據(jù)客戶需求、自然條件、過路收費(fèi)和稅收激勵(lì)措施，斯科尼亞可以對每個(gè)不同的應(yīng)用提供最合適的技術(shù)。

　　斯堪尼亞降低發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物NOx排放的主要措施是：1）控制燃燒溫度；2）燃油噴射正時(shí)控制；3）進(jìn)氣溫度控制；4）噴射速率控制；5）廢氣再循環(huán)EGR；6）選擇性催化還原SCR。

　　3.2EGR技術(shù)

　　通過應(yīng)用EGR技術(shù)，斯堪尼亞將有害排放從來源處—燃燒室內(nèi)降低，并且不需要添加別的物質(zhì)。斯堪尼亞選擇EGR技術(shù)以確保發(fā)動(dòng)機(jī)在使用正常加油站提供的柴油燃料時(shí)能正常運(yùn)營，不用擔(dān)心添加劑是否能買到。這些發(fā)動(dòng)機(jī)采用斯堪尼亞自己的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，以及斯堪尼亞高壓燃油噴射系統(tǒng)（ScaniaHPI）來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的燃油經(jīng)濟(jì)性，在有些卡車中，渦輪增壓技術(shù)也被采用。

　　EGR在美國被用于乘用車和重型卡車已經(jīng)很多年了，是一種被證實(shí)有效的技術(shù)。在這種技術(shù)中，一部分廢氣被冷卻后，重新被輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中，以此來降低燃燒溫度。燃燒溫度越低NOx生成量越低，燃油噴射壓力越高，顆粒物產(chǎn)生的越少。

　　斯堪尼亞EGR技術(shù)可以在任何條件下降低排放，包括高速公路牽引車和市內(nèi)頻繁停車和啟動(dòng)的交通環(huán)境。這樣斯堪尼亞EGR可以作為很多用途的解決方案，例如，城市公交車和市內(nèi)送貨車。斯堪尼亞EGR相比于SCR也能降低汽車重量，降低裝置復(fù)雜度以及為油箱留下更多空間。

　　斯堪尼亞開發(fā)的歐IV發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠大幅度降低氮氧化物排放和顆粒物排放，但其運(yùn)營成本卻與歐Ⅲ發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)。

　?。?）兩級EGR冷卻器

　　斯堪尼亞歐Ⅴ發(fā)動(dòng)機(jī)EGR技術(shù)經(jīng)過不斷的改進(jìn)，其發(fā)動(dòng)機(jī)效率和性能得到了進(jìn)一步的提高。其中一個(gè)顯著特點(diǎn)是，除水冷器之外，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)還增加了一個(gè)空氣冷卻器（圖5），即兩級冷卻。通過兩級廢氣冷卻，降低燃燒溫度，從而減少氮氧化物（NOx)的形成。

　　斯堪尼亞歐Ⅳ發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣循環(huán)系統(tǒng)僅采用水冷卻器。在歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中，為使產(chǎn)品達(dá)到更高的排氣冷卻性能，他們采用了圖5所示的二級冷卻設(shè)計(jì)，即在散熱器的前方加裝了一個(gè)空氣冷卻器來實(shí)現(xiàn)更高冷卻性能。這是斯堪尼亞的獨(dú)特設(shè)計(jì)。將進(jìn)氣與廢氣相混合的關(guān)鍵在于可變截面渦輪增壓器。與其他發(fā)動(dòng)機(jī)的配件一樣，它由發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，這是斯堪尼亞的另一個(gè)自主研發(fā)成果。

　　（2）超高壓燃油噴射系統(tǒng)XPI

　　斯堪尼亞歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的另一大特點(diǎn)是與康明斯在超高壓燃油噴射系統(tǒng)（XPI）領(lǐng)域的合作。斯堪尼亞超高壓燃油噴射系統(tǒng)XPI（圖6、圖7）作為新一代共軌燃油噴射系統(tǒng)，為燃燒控制技術(shù)迎來了希望的曙光。這一技術(shù)由斯堪尼亞與總部位于美國印地安那州的專業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商康明斯公司共同研發(fā)，而且雙方已經(jīng)建立了聯(lián)合生產(chǎn)基地。兩家公司擁有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略聯(lián)盟關(guān)系，自上世紀(jì)90年代初以來始終在燃油系統(tǒng)的研發(fā)中保持著合作關(guān)系。2001年雙方共同啟動(dòng)了斯堪尼亞高壓噴射系統(tǒng)（HPI）的聯(lián)合研發(fā)。雙方合作進(jìn)展非常順利，兩家公司從專業(yè)交流和燃油噴射與燃燒技術(shù)的研發(fā)中均受益匪淺。

　　與同種類型發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相比，斯堪尼亞超高壓燃油噴射系統(tǒng)XPI實(shí)現(xiàn)了更高的噴射壓力，在正時(shí)和噴射壓力方面提供了更多選擇。該噴射系統(tǒng)除已在墨西哥生產(chǎn)外，2009年還在位于瑞典南泰利耶的斯堪尼亞新廠投產(chǎn)。

　　3.3SCR技術(shù)

　　為了確保動(dòng)力性能更強(qiáng)的V8發(fā)動(dòng)機(jī)有足夠的冷卻能力，斯堪尼亞采用SCR技術(shù)來實(shí)現(xiàn)歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)。采用SCR技術(shù)的汽車可以在AdBlue基礎(chǔ)設(shè)施完善的地區(qū)運(yùn)營，或者采用車載足夠的尿素液體運(yùn)營。

　　如前所述，SCR是一種尾氣后處理技術(shù)，需要有基于尿素的添加劑（AdBlue）來降低排放。AdBlue需要在汽車加油時(shí)補(bǔ)充，并需要額外的容器來盛放。

　　AdBlue被噴射到尾氣中以確保在催化器中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，催化器被集成到消音器中。這種技術(shù)主要用來降低NOx排放。

　　斯堪尼亞已經(jīng)開發(fā)出一種專利的計(jì)量系統(tǒng)來確保SCR系統(tǒng)全天候正常運(yùn)行。SCR技術(shù)在高速公路高速運(yùn)行、高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和高的車總重條件下效率非常高。這種技術(shù)在油耗方面，與EGR技術(shù)相比稍有優(yōu)勢，這一優(yōu)勢可以彌補(bǔ)AdBlue消耗的成本。

　　總體運(yùn)營成本方面，包括AdBlue，SCR歐IV發(fā)動(dòng)機(jī)的成本類似于斯堪尼亞EGR歐Ⅲ發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　3.4歐V及以后發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)升級

　　在歐V排放標(biāo)準(zhǔn)生效以前，由于歐洲部分國家對歐V車輛給予稅收優(yōu)惠和過路費(fèi)優(yōu)惠，故斯堪尼亞在2005年就推出了歐V發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)時(shí)的機(jī)型采用SCR后處理技術(shù)。

　　到2009年歐V標(biāo)準(zhǔn)生效之前，斯堪尼亞全系列歐V發(fā)動(dòng)機(jī)面世，它們的技術(shù)路線既有SCR，也有EGR。這其中包括采用改進(jìn)燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)平臺，該平臺發(fā)動(dòng)機(jī)采用EGR技術(shù)、超高壓燃油噴射系統(tǒng)XPI和可變截面的兩級冷卻渦輪增壓器（VGT，如圖8），這種組合技術(shù)可以被用到所有發(fā)動(dòng)機(jī)上，包括V8發(fā)動(dòng)機(jī)。一種免維護(hù)的催化轉(zhuǎn)換器被集成到這些發(fā)動(dòng)機(jī)的消音器之中。

　　面對歐V以后更嚴(yán)格的排放法規(guī)（歐Ⅵ），斯堪尼亞采用EGR、SCR和高壓共軌組合系統(tǒng)來應(yīng)對。斯堪尼亞認(rèn)為，在未來的一段時(shí)間內(nèi)，EGR和SCR技術(shù)還有能力讓排放進(jìn)一步降低。與此同時(shí)，這家公司還在開發(fā)更多新的技術(shù)面對未來。比如均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)燃著火HCCI技術(shù)作為斯堪尼亞的儲備技術(shù)正在全力研發(fā)中，一旦這一技術(shù)成熟，顆粒物和NOx排放會(huì)同時(shí)降低。此外，斯堪尼亞還在研發(fā)如下技術(shù)：

　?。?）優(yōu)化燃燒方面：a）增大燃油噴射壓力；b）多次噴射；c）可控的增壓壓力；d）優(yōu)化燃燒室設(shè)計(jì)。

　?。?）后處理方面：a）氧化催化器；b）被動(dòng)再生顆粒過濾器；c）主動(dòng)再生顆粒過濾器。

　　3.5斯堪尼亞重型柴油機(jī)產(chǎn)品主要參數(shù)及尾氣處理方案

　　斯堪尼亞歐IV、歐V和EEV卡車用發(fā)動(dòng)機(jī)系列主要參數(shù)及尾氣處理方案參見下表8～表10。

　　*注：HPI——高壓共軌；PDE——高壓泵噴嘴，下同。