节能环保催热重卡动力柴油机新技术提升

4.压缩释放式发动机制动装置新技术

刹车制动技术滞后，在中国相对不完善的公路系统中增加了事故发生的几率。目前国内由于地形条件多样，道路情况复杂，常见山区的盘山公路急弯、陡坡、连续下坡，而这些路段也往往是事故多发地段，重卡运输经常伴随着超载情况的出现，这也为制动失灵事故埋下了隐患。在这样的背景下，若想有效解决因为重卡带来的交通事故和经济损失问题，压缩释放式发动机辅助制动装置也应运而生。

重卡发动机制动的好处包括减少轮胎、制动器的磨损，提高行车安全性和运营效率等，用户需要根据实际情况选择合适的辅助制动器产品，并采用正确的驾驶方法才能充分发挥作用。随着这方面技术的发展和普及，会有更多的重卡司机能够享受到新技术带来的好处。

发动机辅助制动系统大致可分为：排气蝶阀制动，泄气式制动还有压缩式制动三大类型。

(1)排气蝶阀制动。国内最常见的就是蝶阀制动了，在国内绝大部分的卡车的排气管上都能看到这样的蝶阀。蝶阀制动的原理和结构也相对要简单一些，驾驶员使用蝶阀制动后，蝶阀转动将排气管堵死，在发动机气缸内形成可控的背压力，以增加发动机排气行程的功率消耗，迫使发动机降低转速，从而达到在短时间内降低车速的目的。排气蝶阀结构相对简单，性价比较高，制动效果最低。

(2)泄气式制动。泄气式发动机制动的产品市场上也有不少，泄气制动工作时，将排气门打开一个小的间隙，使发动机在压缩冲程中通过泄气释放压缩能量，这样在做功冲程几乎没有能量返回活塞。而在排气过程中，而在排气冲程依靠排气蝶阀或VGT涡轮增压器产生的背压来增加进排气功耗。按照实现方式的不同可分为主动式和被动式两种。一是被动式制动器：市场上比较常见的潍柴WEVB和重汽的EVB就属于这种类型，它需要排气蝶阀进行辅助。当排气蝶阀关闭后，柴油机压缩行程形成使得排气通道中的废气压力急剧上升，相邻处于吸气冲程下止点附近气缸的排气门会被压力顶开一个小缝隙，再通过增加一套控制排气门行程的执行机构，实现排气门在发动机制动过程中保持打开一个空隙。二是主动式制动器主动式制动器则是通过电磁阀控制，用液压装置保持排气门微启，不需要依赖排气蝶阀，如锡柴6DL2装配的就是这样的产品。

(3)压缩释放式制动。压缩式制动就是改变发动机排气门的配气相位，在压缩冲程即将结束时，开启排气门，这样发动机在压缩缸内空气时所做的功，便被释放到排气系统。这种形式的制动器功率最大，结构最复杂，当然价格也是最贵的。

压缩释放式制动系统是利用一个发动机压缩制动器将产生动能的柴油发动机转变成为吸收动能的空气压缩机，从而实现了辅助制动功能。驾驶员释放油门踏板时，卡车的前进动能继续驱动系统和发动机。活塞也继续上下运动，进气在汽缸内压缩膨胀。一旦启动发动机制动，发动机制动器将打开靠近压缩冲程末端的排气门通过排气系统排出高度压缩的空气。返回活塞的能量极少，如此循环重复时卡车的前进动能被消散，卡车便逐渐降速。目前，美国康明斯发动机的制动系统完全由此技术来提供，并在卡车行驶制动领域占据了很大的比例。

压缩释放式制动系统的特点和效益表现在：优化的性能设计提供最大的缓速功率；兼容于发动机和车辆的控制系统；变速箱，ABS，巡航，稳定器以及防撞、防翻装置；更快、更稳、更高效的制动性能；减少发动机、轮胎、轮边刹车片的磨损；降低车辆保养费用；减少停机时间；增强驾驶员的信心和工作稳定性；增加商业价值；超过3万亿英里的行驶里程已经证明了此技术的道路经验和用户的充分信赖。

康明斯发动机制动系统是全球应用最广泛、技术最成熟的发动机制动系统，是70%知名重卡品牌的首选发动机制动技术。它就是采用压缩释放式制动系统，利用一个压缩释能装置将输出动力的发动机转换成一个吸收动力的空气压缩机，可提供优于同类产品数倍的制动性能。此制动器可免维护，仅使发动机高度增加66mm，安装灵活；驾驶员仅通过驾驶室内的两个开关进行操作，非常方便；制动功率最高可达326马力，大幅缩短车辆制动距离，制动效率高，确保安全；启动时发动机停止供油，节油环保；有效降低轮胎和刹车片的磨损，节省维护成本；大幅提高对车辆下坡速度的控制，提高运输效率。

CA6DM2柴油机加入辅助制动，采用了美国Jacobs公司的压缩释放式发动机制动装置，避免因制动器长时间制动导致刹车鼓发热失效，极大地提高整车坡路行驶安全性。同时，发动机制动装置也不需要驾驶员长时间进行制动操作，有效的减少了驾驶员的驾驶强度。

5.曲轴箱通风系统新技术

柴油机曲轴箱通风是非常必要的，因为燃烧过程的每个活塞行程中，发动机废气是从活塞环与汽缸套之间的间隙进入到曲轴箱中。在涡轮增压发动机应用中，空气也会通过涡轮增压器的回油管进入到曲轴箱。如果没有通风，这些所谓的窜气会导致曲轴箱中的压力过大。在许多国家，有关发动机排放的规定都明确了曲轴箱窜气不能进入到空气中，因此汽车发动机中的窜气通过所谓的闭式曲轴箱通风系统改道进入进气管中，然后进行燃烧。目前国际上没有有效的标准法规来规范商用或工业柴油发动机的排放，但是由于环境因素，使用闭式曲轴箱通风系统已经逐渐成为一种趋势。闭式曲轴箱通风系统意味着窜气不会进入空气中，而是返回到进气歧管。然而，窜气在返回之前需要得到净化，以保护敏感的发动机部件(如涡轮增压器)免受污染。封闭式通风可减少发动机的总体排放，还起到了降低油耗的积极作用。

全新气缸体内集成的曲轴箱通风系统；一种空气滤清器、曲轴箱强制通风管路和气缸盖罩的集成，包括气缸盖罩、曲轴箱强制通风管路，以及一端通向外部空间、另一端与发动机燃烧室进气系统和曲轴箱连通的进气管路，进气管路中设有滤芯；该集成还包括固定在气缸盖罩上表面的空滤盖，进气管路可设于空滤盖上；曲轴箱强制通风管路设于气缸盖罩上。新型结构紧凑，改善了汽车仓体的空间利用率，同时有利于降低成本，提高制造和装配效率。空滤盖覆盖在气缸盖罩的上表面还可进一步降低噪音。

新型曲轴箱通风系统，包括曲轴箱引出的通风环带，通风环带连接第一油气分离器进口。还设置第二油气分离器，第一油气分离器气出口连接第二油气分离器进口。第一油气分离器气出口连接第二油气分离器进口之间设置单向阀。第一油气分离器是油压驱动式油气分离器，第二油气分离器是滤芯式油气分离器。设置集成回油旁通管，第一油气分离器油出口与第二油气分离器油出口通过集成回油旁通管汇流连接。由于采用串联的两个油气分离器，而且选用的油气分离器都各有特点，进行二次的精滤和吸附，分离后的气体会更清洁。

6.重卡柴油机其他新技术

(1)排气再循环(EGR)技术。EGR是目前发达国家先进内燃机中普遍采用的技术，其工作原理是将少量废气引入气缸内，这种不可再燃烧的CO2及水蒸汽废气的热容量较大，能使燃烧过程的着火延迟期增加，燃烧速率变慢，缸内最高燃烧温度下降，破坏NOX的生成条件。EGR技术可使机动车NOX排放明显降低，但对重卡柴油机而言，目前倾向于使用中冷EGR技术，因为其不仅能明显降低NOX，还能保持其他污染物的低水平。

(2)电控蝶形废气再循环阀。博格华纳最近成功推出新一代电控废气再循环阀，批量装配在康明斯11.9升和15升两款重卡柴油机。新一代重卡柴油机EGR阀集成了博格华纳先进的EGR阀技术和驱动器技术，能有效降低柴油机排放并能满足最苛刻的重卡柴油机耐久性和可靠性要求。当前的重卡柴油机都需要使用最先进的废气再循环系统，以降低发动机的燃烧温度，从而减少有害的氮氧化物排放。电控蝶形废气再循环阀旨在减少氮氧化物(NOx)的排放。它的特点在于可以提供精确的快速响应控制，并且能够在最严酷的工作环境中提供高流量、密封性卓越、耐腐蚀以及可靠的运行。所有主要的元件(包括外壳体和阀片)都是采用不锈钢制造而成，经久耐用。这种蝶形废气再循环阀是由博格华纳的无刷电机驱动。凭借其强劲和可靠的齿轮组，该执行器能够提供很高的工作扭矩、快速的响应以良好的耐久性。在无刷电机驱动器内部，传感器可将反馈信息提供给闭环控制系统，以确定蝶形废气再循环阀的位置，并确保对再循环废气的精确控制。这种无刷电机驱动器集成了电子驱动、智能控制技术并且经过了严格的可靠性验证，可应用于多种动力总成产品。它可提供智能和非智能两种版本，并且对于热端布置还可以进行水冷。

(3)柴油机增压中冷。增压可使柴油机在排量不变，重量增加不大的情况下达到增加输出功率的目的。与相同功率的非增压柴油机相比，增压柴油机不仅体积小，重量轻，功率大，而且还降低了单位功率的成本。因此，增压技术不仅广泛应用在柴油机上，而且还推广到汽油机，是改善内燃发动机的重要技术手段。但是事物总有矛盾性，空气压力的提高就是空气密度的提高，空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高，这如同给轮胎打气时泵会发热一样。发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高，温度提高反过来会限制空气密度的提高，要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。据实验显示，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10℃，柴油机功率能提高3%～5%，还能降低排放中的氮氧化合物(NOx)，改善发动机的低速性能。因此，也就产生了中间冷却技术。柴油机中间冷却技术的类型分两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也就是用外界空气冷却。当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。因此，重卡柴油机大都采用空气冷却式中冷器。空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到一个散热器中，利用风扇提供的冷却空气强行冷却。空气冷却式中冷器可以安装在发动机水箱的前面、旁边或者另外安装在一个独立的位置上，它的波形铝制散热片和管道与发动机水箱结构相似，热传导效率高，可将增压空气的温度冷却到50～60℃。中间冷却技术不是一项简单的技术，过热无效果白费工夫，过冷在进气管中形成冷凝水会弄巧成拙。因此要将中冷器和涡轮增压器进行精确的匹配，使得压缩空气达到要求的冷却温度。

(4)冷却系统横流水双层水套设计。CA6DM2柴油机冷却系统采用一汽专利技术的横流水双层水套设计，优化了发动机冷却系统，气缸盖冷却更均匀，整体刚度更高，可以满足200巴以上的缸内爆发压力，可靠性更高，解决了缸盖的刚度及热负荷等问题，使其在正常工作的状态下较大的避免了整体式气缸盖“鼻梁区”开裂问题，保证了高速运行时发动机维持在正常的温度，这在高温季节显得尤为重要。CA6DM2柴油机采用集成式冷却、滤清模块化设计，其中机油滤清器、机油压力调压阀等均同CA6DN1(奥霸)柴油机，具有较高的通用性。前端附件驱动系统结构紧凑、功能齐全，整机零件具有较高的互换性和通用性。

(5)缸盖罩壳全浮的材质结构和安装方式。CA6DM2柴油机缸盖罩壳采用工程塑料设计，采用国际知名公司的配方材料，具有较好的耐高温、耐低温性能和较好的冲击强度，发动机缸盖罩壳的全浮塑料材质设计能有效的减少发动机的重量和噪音，提高驾驶室的舒适度，减少了驾驶员的疲劳感。同时采用全浮的结构安装方式；整机95%以上的零部件均采用国内供应商生产的零部件，其中活塞、活塞环、轴瓦、增压器、滤清器、双缸空压泵，包括燃油系统等主要零部件，均由国际著名公司在国内本地化生产的供应商提供，其中高压油泵、喷油器总成、机油滤清器、机油压力调压阀等均同CA6DN1(奥霸)国三柴油机一致，具有较好的通用性、可靠性。对于用户来讲，可以有效减少成本，性价比较高。从这些技术特点中可以看到，CA6DM2在研发过程中采用了不少创新设计，不仅进一步提升了国产重卡的技术实力，同时，这些设计在用户的实际使用过程中也比竞争对手更具优势。

(6)可变喷嘴涡轮增压器(VNT)。VNT是通过ECU发出的指令改变喷嘴环截面来调节进入涡轮的废气，以使涡轮始终保持在高效率区工作，并达到与发动机在各种工况下的最佳匹配。如当柴油机处于低速状态运行时，可以通过改变喷嘴环上导向叶片的方向，调节驱动涡轮的废气量，使压气机的压缩比保持在较高水平，这样柴油机在低速时也能保持较高的增压压力，从而提高柴油机的低速扭矩，降低油耗，减少碳烟排放；而在柴油机高速运行时，通过喷嘴环上导向叶片的分流，又能使增压压力不至于过高，避免使柴油机产生过高的热负荷和机械负荷，并将增压压力保持在合理的范围内。

7.结束语

近年来，随着排放标准的逐渐严格，各种新技术在柴油机上应用越来越多。重卡柴油机供应商，一直都在研究如何改善柴油机系统以满足日益严格的排放标准，使得先进的柴油机技术逐步在国内重卡上得到推广应用，重卡柴油机的升功率、燃油消耗率、排放性能、可靠性等指标有了大幅度的提高，开始了从传统机械产品向机械电子技术产品的过渡。柴油机的大功率，低排放，良好的电子控制等显著优点将使重卡在新的时代有长足的发展，柴油机技术的开发和技术更新日新月异。并赢得了市场。