“媽媽，我想買輛柴油的哈弗H5！皮實耐操走天下！”
上面兩張圖，可以說概括了很多年輕人的“柴油車之夢”是如何斷送的。上壹期黑科技，我們帶大家領教了馬自達HCCI把原本的柴油壓燃移植到汽油機上面，這次我們就來看看柴油發動機是如何“逆襲”的。
提起柴油發動機，大家的第壹反應往往是公路上笨重的卡車和田野間的手扶拖拉機。粗野的扭矩、巨大的噪音和滾滾的黑煙成了國人對柴油機的壹貫印象。殊不知時光荏苒，工程師們對柴油機的研究如同汽油機壹樣，從未停歇。目前，世界上領先的乘用車柴油機技術，已經完全顛覆我們對其固有的觀念了。在此方面，國內推出的乘用車柴油機有歐意德、華泰等品牌，國外做得比較好的有奧迪TDI、路虎的TD系列等。
為什麽“粗放”的柴油機能用到豪華車型上面？為什麽我們國內卻很少見到高端柴油機車型？今天的@汽車黑科技，我們準備了十足的幹貨，和大家分享目前柴油機上面搭載的各種牛叉技術——事實上，現在的柴油發動機早已不是我們印象中的那個樣子。
柴油機是怎麽工作的？
黑科技有必要先向大家簡單介紹壹下柴油機的工作原理。目前，絕大多數乘用車上面使用的是四沖程柴油機，而二沖程柴油機則更多使用在大型貨車、拖拉機上面。如果大家了解自家車的汽油機工作過程的話，那麽四沖程柴油機就不難理解了。
四沖程柴油機的工作原理與汽油機類似，每個工作循環由吸氣、壓縮、做功、排氣四個行程組成。不同之處是，由於柴油的燃點較低（220℃），因此不需要點火裝置，采用壓燃的方式即可點燃缸內的燃油混合氣，所以柴油機的壓縮比普遍較高，在16-22之間。
高壓縮比帶來更大的噪音，最直觀的感受莫過於拖拉機“突突突”的那種霸氣，連喇叭都省了。另壹方面，高壓縮比加上柴油本身的特性，也使得柴油機在低轉速狀態下的扭矩明顯高於汽油機，我們通常所說的“柴油機有勁”根源就在於此。但轉速升高後（壹般為3000rpm），柴油機扭矩明顯下降，功率也達到峰值，無法再提高。
柴油中碳原子含量較高，且成分復雜，導致傳統柴油機燃油利用率不高。由於燃燒不完全，排放物中氮氧化物、含硫化合物、含碳顆粒物的含量也非常高，“冒黑煙、氣味大”正是這個原因。
總結起來，傳統柴油機有如下特點：
1、壓燃方式→壓縮比高→低轉高扭，噪音、震動大
2、柴油含碳量高→能量密度大→油耗低
3、成分復雜+壓燃方式→燃油利用率低、排放問題
這樣看來，貌似柴油機只適合粗暴的大貨車嘛。可為什麽奧迪、路虎等廠商多年來壹直在堅持柴油機，並且將排量拓展到1.4L-6.0L上呢？因為工程師們堅信，柴油機可以在保證低油耗高扭矩的優勢下，變得更精致、更清潔，而且他們做到了。那我們就來看看，先進的柴油機使用了哪些技術，從“傻大黑粗”變成“小家碧玉”。
燃油噴射有門道
·高壓***軌
這項技術到現在已經有14年歷史了，其作用之大不得不提。所謂高壓***軌，簡單來講就是讓燃油噴入各氣缸之前，先在壹條筒狀的高壓蓄力器中“逗留”壹下，壓力得到提高達到接近2000個大氣壓，並保證分布均勻，然後再流向噴油器。***軌和噴油器都連接著汽車的大腦——ECU，由其決定最佳的噴油時間、噴油量。
***軌技術另壹個貢獻在於，它將壓力的生成與燃料的噴射分離開來，工程師能夠對所有噴射自由配置，為開發設計帶來很大的自由度。例如，奧迪的TDI柴油機可以將每個工作循環的8種噴射進行分類，2次預噴射使得燃燒更加安靜，1次主噴射提供主要動力，5次後噴射能夠減少汙染物排放。
·壓電式噴油器
高壓***軌系統使得燃油壓力非常高，因此需要極其精確的噴油裝置才能Hold住，壓電式噴油器就是最好的搭配。該噴油器的核心結構是壓電執行器裏的上百層壓電晶體。
在對晶體施加電壓時，單片晶體略微膨脹，在千分之壹秒內迅速改變結構。上百個壓電晶圓在噴油器中堆疊起來，產生明顯的量變，頂開下方的噴油器針閥，這種傳導中間沒有機械連接，最為直接。這種壓電噴油器的響應速度是傳統噴油器的4倍，可以更加精準地配合***軌，控制噴油。同時，噴油孔的直徑只有0.1mm，以此保證噴入氣缸中的燃油霧化良好。
也就是說，***軌技術組合在很大程度上改善了柴油機“傻”的問題。
渦輪增壓的發掘
·雙渦輪增壓+電子渦輪輔助
對於增壓技術的發掘，似乎永遠沒有止境，柴油機亦是如此。
以柴油機中的新TDI機型為例，其3.0TDI使用了串聯的雙渦輪增壓器，來彌補柴油機在高轉速情況下動力的不足。轉速低於2500rpm時，具有可變截面技術的小渦輪增壓器完成大部分的增壓工作。從大約2500rpm起，轉換閥開始打開，小渦輪增壓器逐漸將主要增壓工作轉交給大渦輪增壓器。在轉速為3500-4000rpm時，閥門完全打開，這時只有大渦輪增壓器在增壓。
如何讓發動機在怠速起步階段，轉速很低的情況下也能有良好的動力輸出呢？奧迪頗具創新地想了這麽壹個點子——電子渦輪。該裝置相當於壹臺壓氣機，由電機驅動，位於中冷器的下遊。在大多工作狀態下，空氣不會流經此處，只有在較低的發動機轉速下，廢氣能量較低時，旁通閥關閉，空氣才會流經此處加壓。由於是電力驅動，工程師專門為這臺電子渦輪提供了壹個48V電路，並結合制動能量回收功能。
加裝電子渦輪後，這臺3.0TDI發動機的峰值扭矩由580Nm提高到了750Nm，轉速點也由1400rpm提前至1250rpm，扭矩峰值和平臺的提升還是很明顯的。
·VTG可變渦輪截面
上面提到小渦輪增壓器具有可變渦輪截面技術，這裏有必要展開壹下。渦輪增壓器的工作原理想必大家多少都了解，那麽可變截面又是什麽意思呢？原來，在渦輪的四周，有壹圈導流葉片，廢氣經過導流葉片後才會吹向渦輪。當駕駛員深踩油門時，導流葉片會在機械壓感的作用下發生旋轉，葉片間的夾角變小，這樣壹來能量不高的廢氣經過葉片後流速會提高，以更高的速度吹向渦輪，讓渦輪更快地被催動起來。簡單理解，就好比外面刮著柔和的風，如果妳的窗戶開得很大，吹進來的風也就很輕柔；如果窗戶只留壹道縫，妳會發現進來的風速變快了。
可變截面渦輪（VTG）在保時捷的跑車上面也有搭載，是汽油機技術，現在已經推廣到了柴油機，可見柴油機還有進壹步挖掘的潛能。
排放控制
·SCR催化轉化器
SCR指的是針對廢氣中的氮氧化物進行催化還原。途中紅色球為NOx，灰色為碳顆粒，藍色為氨氣，綠色為生成的氮氣。工作時，AdBlue溶液（藍色）從貯槽噴射到SCR催化轉換器中。這種水溶性添加劑在熱廢氣中分解，生成氨氣，將氮氧化物轉化為無害的氮氣和水。奧迪在新款3.0TDI發動機中將SCR催化轉換器與柴油顆粒過濾器結合在了壹起。由於在0℃以下時，AdBlue溶液會凝固，因此奧迪為催化轉化器配置了電加熱功能。
多說壹句，AdBlue這種添加劑，我們通常叫它尿素。名字不好聽，可確實對氮氧化物的排放抑制貢獻了不少。另外，AdBlue是消耗品，日常用車中不要等到耗盡了再去添加。去年大眾在美國排放作弊折戟沈沙，吃了公司有史以來最大的壹次虧，實際上就是在通過軟件規避SCR的啟動，因為這個裝置會提高用戶的養車成本。
為何先進柴油機在國內遇尷尬
相信大家對目前的柴油發動機也有了壹番新的認識。柴油機目前的技術水平、復雜程度、環境友好度，已經不亞於汽油機了。同時，它還保留柴油機特有的優勢——低轉速下動力強勁、油耗比同排量汽油機低30-40%，甚至達到某些混合動力車型的水平。實際上，目前歐洲公路上60%的車型使用的都是柴油機，但這個數字在我國只有1%。
像TDI這樣的柴油機，歐6標準都能達到，中國的排放標準自然不在話下。可為何我們很難在城市中見到柴油轎車呢？主要原因有以下兩點：
·壹線大城市對柴油車政策過緊
像北京這樣的城市，柴油乘用車政策“壹刀切”，管妳什麽技術，只要燒柴油，統統不能上牌。若是堅持上了外地牌照，進京問題又隨之而來。繁雜的手續、高約束的用車規定讓很多人對柴油車望而卻步，無奈最終選擇了汽油車。對此，奧迪、起亞、雙龍等國內外廠商也束手無策。
有了技術，有了消費需求，我們等到了市場，卻還要等政策。
·我國柴油油品問題
大城市有購買限制，小城市沒有吧？別急，我們的油品也是個大問題。先進的柴油機技術對油品的要求是比較嚴格的，而我們的柴油往往不能達到要求，具體表現為雜質和硫化物的含量偏高，這壹點開車的朋友想必有切身體會。以我國現在的柴油油品，也只能滿足公路上粗放、落後、低效的柴油機。
提高油品是最直接的辦法，但要先問石化企業。這不是簡單說說的事，要提高油品，在煉油的環節就要入手，升（jin）級（kou）設備。這是壹項動輒幾十億上百億的投資，並非壹朝壹夕就能完成。
@汽車黑科技認為，這兩點原因相互間也是有牽制的。在政府看來，油品不提升，再好的柴油機技術也難以達標，所以我不會解禁；而在石化企業看來，政府不放寬柴油乘用車禁令，我何必投巨額資金提升油品？
希望有壹天，我國的“三桶油”不僅價格，品質也能和國際接軌。回到技術，盡管目前國內現狀尚不能完全滿足先進柴油機的工況需求，但能看到柴油機在動力、排放方面的巨大進步，這本身就是壹件值得高興的事情。