歐IV和歐V法規的主要目標，就是要顯著降低微粒(PM)和氮氧化物(NOx)的排放量。無疑發動機將會(hui) 更昂貴，但卻會(hui) 更加省油。以沃爾沃、曼、戴—克、斯堪尼亞(ya) 、依維柯和博世等商用車及係統製造商，在開發滿足未來歐IV和歐V排放法規的動力總成中形成了競爭(zheng) 態勢，不過根本的著眼點是相同的，即都把注意力集中在對燃油噴射技術的改進與(yu) 創新上麵。具有代表性的，是康明斯／斯堪尼亞(ya) 共同開發的HPI係統和博世等公司改進的共軌式燃油噴射係統。同時，通過發動機機內(nei) 措施的改進和利用廢氣後處理 係統來實現歐IV和歐V目標。大多 數貨車製造商似乎已經取得了共識，並圍繞著這些技術，構思和推出歐IV和歐V的產(chan) 品。例如今天以梅賽德斯·奔馳V型柴油機為(wei) 基礎設計的 Actros 貨車，其生產(chan) “正好進入歐IV時代”。不過，體(ti) 現未來技術的HCCI燃燒方法，或許讓發動機在某一天可以在沒有廢氣後處理的情況下幾乎不存在微粒(PM)和NOx排放，這是避免有害物質的新技術。

　　一、發動機製造商在燃油噴射係統上的技術創新

　　首先，博世公司利用新式壓力放大共軌燃油係統以求在重型柴油機上謀出路。迄今曾貶低共軌技術而擁護在重型柴油機上采用單體(ti) 泵(UIS)和泵噴嘴(UPS)燃油係統的人，似乎在改變自己調門。由博世公司通過把2.5：1的壓力放大器裝入每一個(ge) 噴射器，使得在“蓄壓”式供油技術中出現了一大躍進，泵噴嘴最大噴嘴壓力達到2500巴。而通常的共軌技術最樂(le) 觀的預測大約為(wei) 1800巴。

　　戴—克集團所謂 “一個(ge) 世界一個(ge) 發動機”的Schittler計劃，就是對下一代重型柴油機裝這樣一個(ge) 全新而創新的燃油係統，稱之為(wei) APCRS(壓力放大活塞的共軌係統)，作為(wei) 其全球適用的全新直列六缸大型發動機計劃的一個(ge) 部分。APCRS以及裝備APCRS的戴—克發動機，預定於(yu) 2007年在奔馳Actros貨車係列換代的時候初次登台。該集團商用車發動機部最高決(jue) 策人Michael Schittler教授說：“我們(men) 將不得不到2007年前後才能在所生產(chan) 的貨車上看到這種創新的噴油技術。到那個(ge) 時候，目前德國製造的梅賽德斯·奔馳500係列的V6和V8機型、在巴西製造的12L千口12.8L直歹IJOM457手口MBE4000係列以及底特律柴油機公司的60係列，將由一個(ge) 優(you) 化的全球戴一克發動機係列所取代。”在為(wei) 全新燃油係統進入其未來全球最優(you) 化柴油機範圍作出選擇中，戴—克希望在21世紀第一個(ge) 10年末期達到全球最嚴(yan) 格的排放標準，並在燃料經濟性方麵居市場領先地位。與(yu) 此同時，尋求在大西洋兩(liang) 岸市場的可接受性。此外，還將贏得三菱重型車買(mai) 主的心，戴—克集團發動機也將用在三菱重型貨車上。

　　Schittler表示，這種新的燃油係統將兼備的單體(ti) 泵／泵噴嘴以及共軌係統的特性。高達2400巴的噴射壓力打開低微粒排放的通道。這超高係統壓力與(yu) 高可變性“流量形成”相結合對降低NOx排放是很必要的。把最好的單體(ti) 泵的最大噴射壓力(噴嘴處壓力達到2400巴)結合由共軌提供易變化的“rate shaping”(即通過微秒噴射行程的供油精確調節)噴射過程，將被證明是無與(yu) 倫(lun) 比的。博世公司貨車燃油係統主任工程師Bernd Mahr說，APCRS係統能滿足2008年將實施的歐V排放標準，而且具有盡可能好的燃料經濟性和扭矩特性。據專(zhuan) 家稱，貨車柴油機後一步的關(guan) 鍵性發展，想必就是博世公司的這種壓力放大活塞式共軌係統(APCRS)。

　　APCRS的要點，是先進的階梯活塞式噴油器及性能的可變性。設在每個(ge) APCRS噴油器頂端內(nei) 的階梯活塞液力加壓器，能生成的噴嘴壓力堪與(yu) 康明斯／斯堪尼亞(ya) HPI單體(ti) 泵係統的2400巴壓力競相匹敵。它能達到如此高的噴射壓力，是來自於(yu) 一個(ge) 其壓力不高於(yu) 1000巴的最先進的蓄壓器即"rail"力放大活塞式共軌係統(APCRS)提供的噴嘴壓力，比今天最好的共軌係統高50％。康明斯／斯堪尼,-fi7HPI和卡特彼勒／Navistar HEUI燃油係統(這兩(liang) 種係統皆具有壓力放大階梯活塞式噴油器的特點)，其非常高的噴射壓力都局限在加工公差嚴(yan) 格並要求密封的噴油器下部靠近噴嘴位置。與(yu) 之相比，裝備了APCRS，泵、共軌和一些元器件，在150萬(wan) km發動機壽命期裏，規定的壽命遠低於(yu) 今天基於(yu) 1400-1 600巴最大共軌壓力的共軌安裝要求。

　　APCRS壓力放大器的功能不在於(yu) 連續使用。在發動機管理係統(EMS)的控製之下，當係統在控製微粒(PM)和NOx排放的時候，燃料消耗不會(hui) 受到不良影9向，因為(wei) 壓力放大器關(guan) 著時，即它處於(yu) 旁通狀態，噴油器接收到的是最大壓力不到1000巴的壓力。燃油通過壓力放大器，僅(jin) 僅(jin) 是在傳(chuan) 感器(監控發動機速度／負荷條件)發出指令的時候。

　　在得到一個(ge) 信息後，一個(ge) 傳(chuan) 統安裝在每個(ge) 噴油器上部內(nei) 的線圈在共軌壓力下轉換油路，從(cong) 正常的噴油器供油線路變換到壓力加大器。這裏，它將一個(ge) 向下推力施加於(yu) 階梯活塞(兩(liang) 種直徑)的上部大直徑斷麵。活塞下部斷麵則因為(wei) 其小於(yu) 上部60％橫截麵積，而轉變成一個(ge) 150％壓力放大率，例如活塞上部800巴壓力(11800psi)，在下部就變成了2000巴(29400psi)。通過歐洲ETC(歐洲瞬態循環測試)試驗表明，燃料經濟性的提高得益於(yu) 噴射壓力的提高。

　　在性能可變性方麵，APCRS係統需要的存儲(chu) 壓力隻是共軌係統的60％，隻需較小的泵能。在歐V之後，法規很可能將對碳煙微粒尺寸和(或者)微粒數量有嚴(yan) 格規定，這時候，一種放大壓力的APCRS係統不用很高噴射壓力就能以“rateshaping”噴射。某些定製的單體(ti) 泵和泵噴嘴和燃油係統(由主發動機凸輪軸驅動)的發動機製造商，已經明確考慮把自己的發動機變換到APCRS的可行性。

　　在滿足歐IV排放法規上，曼公司也采用共軌式柴油噴射係統。據曼公司研究與(yu) 開發部負責GeorgPachta-Reyhofen稱，共軌式柴油噴射和廢氣再循環將會(hui) 讓曼公司進入低油耗的歐IV時代。曼公司仍然在其動力總成上堅持采用原有的直列噴射泵，雖然Georg Pachta-Reyhofen聲稱曼即將改變這種情況。2002年開發一改進的D28發動機，其采用高科技的博世共軌式燃油噴射泵。這位負責人認為(wei) ，共軌技術給予我們(men) 許多好處：首先，它易於(yu) 與(yu) 現有的發動機裝成一體(ti) ；其次它為(wei) 控製完全燃燒過程提供了最好的基礎。利用共軌技術，可以在所有轉速和負荷下提供高噴射壓力。而且，可以把噴射分成幾個(ge) 階段，即預噴射(pilot)主噴射(main)和後噴射(post)。後者對燃燒微粒(PM)具有更重大的意義(yi) 。

　　在歐IV的曼公司發動機上，將會(hui) 提高噴油壓力25％左右，這要求對發動機做重大的改型設計。目前，曼公司正在考慮其關(guan) 鍵的鑄件采用致密的石墨鑄鐵製造。低油耗仍然是曼公司未來發動機開發的關(guan) 鍵。為(wei) 了保持低油耗，為(wei) 了滿足歐IV排放的D28發動機將裝備幾個(ge) 順序渦輪增壓器，進行連續渦輪增壓。對共軌係統和順序廢氣渦輪增壓(串接的一小、一大渦輪增壓器)結構進行試驗。據Pachta—Reyhofen稱，第一個(ge) 增壓器確保快速反應，第二個(ge) (即稍大的那個(ge) )在轉速表的其它範圍控製大的供氣量。Pachta-Reyhofen聲稱，“在過去一段時間裏，已經對某些麵向未來的結構在貨車上進行了試驗，試驗是在極其坎坷不平的路麵條件下進行的。這是曼公司對其他發動機製造商采用可變幾何形狀渦輪增壓器或者廢氣渦輪複合增壓技術的回應。”

　　D28發動機曼公司保留的最重要的機型，生產(chan) 計劃仍然包括本係列大小兩(liang) 種發動機，均早已被批準符合歐III排放法規。公司宣稱，4.6L和6.8L兩(liang) 種發動機以及大V10機型都將作進一步發展，以符合歐IV法規要求。可以將第一和第二種發動機發生的開發費用分攤到許多發動機上。這些新增產(chan) 品將銷售到非貨車行業(ye) 的客戶，例如農(nong) 業(ye) 機械、船舶工業(ye) 和其它行業(ye) ，還要銷售到曼公司和尼奧普蘭(lan) 大客車產(chan) 品上。

　　在朝向歐IV和歐V目標衝(chong) 鋒的另一陣營中，斯堪尼亞(ya) 公司(Scania)依賴的是高壓噴射係統(HPl)，也是他們(men) 為(wei) 國際汽車展所準備新禮品。斯堪尼亞(ya) 公司的高壓噴射係統(HPl)，是該公司與(yu) 康明斯發動機公司合資的成果。這使得這兩(liang) 個(ge) 生產(chan) 高技術設備的公司在美國擁有一個(ge) 共同的工廠。

　　康明斯公司把該係統用在自己的頂級係列的Signature和15L ISX發動機上。而斯堪尼亞(ya) 公司把推出高壓噴射係統(HPI)裝備在所有12L發動機係列，立即代替了迄今在313.4kW發動機上使用的博世公司的係統，意味著有更大的扭矩(利用斯堪尼亞(ya) 公司-HPI係統增大扭矩100Nm)和倍增的維修保養(yang) 間隔期(從(cong) 60000km增加到120000km)。斯堪尼亞(ya) 公司12L直列6缸發動機係列每年大約1萬(wan) 台的銷售量，其中313.4kW發動機成為(wei) 該公司最暢銷的發動機，HPI係統結合廢氣渦輪複合式結構，已經用在12L 350.7kW機型上長達18個(ge) 月以上，支配著歐洲大功率6缸發動機(335.8kW以上)市場高於(yu) 10％。據斯堪尼亞(ya) 公司稱，所選用的12L (350.7kW和328.4kW)廢氣渦輪複合式結構，每年在歐洲市場占有大約4500台。

　　整個(ge) 係列的1 2缸發動機裝備新的HPI係統，直列6缸以及批量生產(chan) 不久的新5缸機型，博世泵—噴嘴係統讓位於(yu) 斯堪尼亞(ya) 公司HPI高壓噴射係統，或許也僅(jin) 僅(jin) 是一個(ge) 時間問題。到目前為(wei) 止，隻是在V8發動機上顯得HPI不太協調，它們(men) 目前尚與(yu) “斯堪尼亞(ya) 公司人想把它與(yu) 康明斯公司合作開發的係統轉到所有發動機上”的雄心勃勃計劃相對立。

　　HPI係統的主要優(you) 點是結構堅固耐用，以及對燃油不敏感，發動機的性能還能以低硫燃油得到改善；裝新的高壓噴射係統(HPI)發動機的另一主要特性是噪聲低，從(cong) 而提高了行駛舒適性。采用HPI係統，將給貨車經營業(ye) 主帶來改善性能的好處，增大了扭矩，有更好的操縱性，更長的換油間隔期。

　　HPI是一種電控單件泵噴射係統，它與(yu) 泵噴嘴係統不同之處在於(yu) ，該係統有一個(ge) 單獨的油流用於(yu) 控製噴油器。斯堪尼亞(ya) 公司的HPI係統當裝備在6缸發動機時，使用兩(liang) 排設施：汽缸1.2和3組合成前排，而汽缸4.5和6構成後排。本係統結構形式為(wei) 開式噴嘴噴油器，通過發動機凸輪軸機械作動，並借助於(yu) 正時燃油液壓作動。

　　高的噴射壓力是一種接近所要求低微粒排放值歐IV排放標準最有前途的手段。要降低排放微粒，需要很高的噴射壓力。利用HPI可以把目前實際應用1 500巴提高到2400巴。與(yu) 之相比，博世公司提出為(wei) 2004年的共軌係統方案是1 800巴，以取代常用的1600巴。泵噴嘴係統工作壓力最大2050巴，但從(cong) 2003年起已達到至少2200巴。斯堪尼亞(ya) 公司公司在噴油上采取雙軌製，一方麵采用HPI，另一方麵采用傳(chuan) 統的泵—噴嘴係統。

　　斯堪尼亞(ya) 公司不僅(jin) 開發了自己的噴油係統，而且開發了自己的發動機控製係統，那麽(me) 博世係統呢?對此，斯堪尼亞(ya) 公司人士稱：我們(men) 從(cong) 來不回避自己開發產(chan) 品，因為(wei) 未來的一切均經發動機控製。這裏所指僅(jin) 僅(jin) 是車載診斷技術／行車服務信息。軟件是未來關(guan) 鍵策略，歐IV和歐V在各個(ge) 方麵都很複雜的，人們(men) 必須具有通過軟件控製的技術。我們(men) 的發動機專(zhuan) 家在開發軟件方麵要把握好時間。

　　與(yu) 博世公司相抗衡的還有德爾福汽車係統公司(Delphi)。據稱．其“雙氣閥”Ｅ3整體(ti) 式噴油器，目前已經裝用在沃爾沃D12發動機，用於(yu) 北美市場。它的可變性特點與(yu) 博世公司的APCRS係統的這種性能相類似。一個(ge) “雙氣閥”的EUI係統揭開了多重噴射的可能性。作為(wei) 這種策略的一個(ge) 組成部分，是將NOx排放達到歐V所要求的低極限值。在短期裏，比如對歐IV，雙閥EUI係統提供了合理折衷的NOx與(yu) PM關(guan) 係曲線。最大燃燒溫度降低，在不生成炭煙微粒的情況下減少NOx的生成條件。依維柯(1veco)在采用博世公司電子噴射係統（EUIs）的同時，準備為(wei) 未來而采用這種“雙氣閥”EUI係統。

　　依維柯發動機研究中心是一個(ge) 集聚了來自世界各地近200名工程師的戰鬥隊伍，在其負責人Walter Knecht的領導下，正在加大未來貨車發動機的開發力度。Knecht預料在未來10年裏貨車柴油機動力係統會(hui) 有重大變革。他說：“今天用在8L，10L和13L的Cursor發動機上博世公司電子噴射係統([UIs]在滿足現有排放法規上方麵表現出色，在較小的4缸和6缸機上還裝有共軌係統”。他強調，“裝有第二個(ge) 電磁閥的德爾福(Delphi)的E3 EUI噴油係統，獨立控製噴油器的打開和關(guan) 閉，不依賴於(yu) 噴油器內(nei) 燃油壓力的升高和降低，僅(jin) 僅(jin) 由EUI主溢流閥調節。”

　　他說，”隨同共軌係統應用的，可能首先是有西門子(Slemens)公司研製並已提供於(yu) 標致－雪鐵龍轎車柴油機上的壓電式執行元件。半導體(ti) 壓電式執行元件可以比電磁閥獲得更多和更精確的噴油過程，例如在燃油噴射周期開始和停止供油階段。此外，壓電執行元件的行程可以壓縮到小於(yu) 其全行程，噴油量和噴射特性曲線的調節，都優(you) 於(yu) 利用電磁閥按發動機管理信號進行的調節。在未來NOx和PM極限值的約束範圍內(nei) ，這種裝壓電執行元件的噴油器所提供高噴油控製精度，能夠得到更大的燃料經濟性效果。”

　　在發動機創新方麵，依維柯公司除了正在為(wei) 2005年歐IV款的Cursor和Tector兩(liang) 種車型采用選擇還原係統(SCR)之外，可能還對Cursor和Tector這兩(liang) 種車型采取其它方麵的創新，顯示柴油機技術的發展。可變幾何形狀渦輪增壓器(VGT)已經在靈活的輸出功率與(yu) 扭矩上帶來很大的性能效應。它們(men) 正在研究未來空氣控製策略，這包括雙聯順序渦輪增壓器，其進氣按兩(liang) 級壓縮，比較理想的是采用中間冷卻。這種組合可能比較昂貴，但仍在可以接受的範圍內(nei) ，而且很大程度上能省油。

　　渦輪增壓器由一個(ge) 能在發動機低轉速下給予壓縮機葉輪的驅動．在增壓滯後和壓縮空氣增壓不充分的情況下，作為(wei) 對VGT的一種可替用方案。但是，當發動機轉速提高時，主渦輪機開始提供相當大的壓縮空氣驅動能。

　　可變氣門執行器(VVA)已經用於(yu) 轎車發動機，據Knecht稱，它似乎最終不可避免地應用在貨車柴油機上。這就具有在發動機低轉速下減少渦輪增壓滯後，並增大扭矩達到30％。

　　二、實現歐IV和歐V的廢氣後處理係統

　　目前，在如何最好地滿足未來的廢氣排放法規上，廢氣後處理係統是不可缺少的，似乎大多數貨車製造商已經取得了共識。不過在廢氣後處理係統方麵，仍出現一方以SCR選擇性催化還原器為(wei) 方向，另一方傾(qing) 向廢氣再循環係統(EG日)。但是，也許有朝一日，新的均質壓燃燒方法HCCI(㈠omo-geneous Charge Compres-sion lgnition)或許將會(hui) 讓全部後處理係統變得多餘(yu) 。後處理係統所麵臨(lin) 的一係列利與(yu) 弊的問題，專(zhuan) 家們(men) 各有評說。

　　在歐洲排放法規與(yu) 廢氣後處理係統技術這個(ge) 領域裏，斯堪尼亞(ya) 公司動力傳(chuan) 動係負責人Urban Johansson是很具影響力的人物，他肯定了歐III的經驗，但針對2000年來歐川標準極限值的機內(nei) 措施，用於(yu) 歐V標準無疑已經過時。不過他認為(wei) ，實現歐V大概仍然隻有采取機內(nei) 措施才能做到。然而從(cong) 經濟上講這是否是一種值得讚賞的方法，卻還完全不能預料。對於(yu) 歐IV和歐V，開發者麵臨(lin) 的挑戰也不一樣大。從(cong) 歐IV到歐III，微粒允許值降低大約33％，但從(cong) 歐III跨到歐IV這一步，微粒允許值降低達到80％。歐IV和歐V一樣，這個(ge) 微粒排放極限值為(wei) 0.02g／kW．h。然而，2008年生效的歐V標準，還規定NOx排放比歐，V降低43％，而歐當IV相對歐川業(ye) 已降低了30％。顯然，這兩(liang) 個(ge) 標準總共降低NOx排放達到73％。表1表2和表3分別描述了廢氣後處理係統、歐洲標準排放極限值和歐洲瞬態循環(ETC)測試參數值。

　　給發動機製造商增加的困難，是不斷精細的試驗方法正在考驗著他們(men) 的設備能力：自有了歐III以來，出現了歐洲加載煙度循環試驗(EL日：European LoadResponse Test)。在這種試驗中，都是在猛然油門全開情況下涉及到的煙度排放問題。歐IV的要求更高，進行所謂的歐洲瞬態循環(ETC：EuropeanTransient Cycle)試驗，試驗步驟應該是模擬在市內(nei) 交通，農(nong) 村土路和高速公路的廣闊範圍裏的行駛情況，分別為(wei) 10分鍾時間。

　　發動機將其開發者置於(yu) 更加艱難的境地。發動機內(nei) 減少微粒卻會(hui) 增加NOx的生成；而反過來優(you) 化NOx含量盡可能降低NOx排放，卻會(hui) 導致廢氣中微粒的增加。其背景是，燃燒溫度越高，則燃燒更有效，生成的NOx就越多；然而，如果降低燃燒溫度(例如通過推遲點火或者冷卻廢氣再循環)，那麽(me) 柴油就不再能完全燃燒，廢氣中會(hui) 出現微粒的增加。

　　為(wei) 達到歐IV限值而選擇微粒捕集器，然而這項技術卻潛伏著危險：一方麵燃料中的硫是本係統中的毒害，另一方麵廢氣中含有的灰分會(hui) 逐漸地堵塞捕集器，從(cong) 而必須按不確定的時間間隔清洗捕集器。這種解決(jue) 方案的其它缺陷，是它以NOx排放少作為(wei) 前提。按今天的技術狀況，這樣的燃燒隻有采用冷卻廢氣再循環係統才能達到。而且相對歐III，油耗提高1—2個(ge) 百分點，而為(wei) 達到歐IV采用選擇性催化還原係統(SCR)，油耗可降低3～6％。

　　大多數製造商已經開始堅信采用SCR技術來實現歐IV和歐V標準。例如戴一克集團商用車發動機部負責人Mic㈠aeISchittler說，“我們(men) 將在所有裝備梅賽德斯·奔馳500和900係列發動機的車型上，通過SCR deNOx後處理係統，最大限度地改善燃料經濟性。采用這種DeNOx後處理係統，利用尿素作為(wei) 還原劑的選擇性還原催化轉化器(SCR)技術，能滿足歐V排放法規要求。”由於(yu) 具有比今天歐III發動機的油耗特性曲線改善5％或6％的前景，戴－克集團同依維柯公司一樣，已經把握住SCR高初始成本(遠高於(yu) EGR的初始成本)的煩惱。伴隨產(chan) 生的更大挑戰，是提供具認證級(按DIN70070標準)AdBlue品牌含水尿素的基地。Schittler指出，在歐盟80％的汽車柴油機燃料，是以散裝方式直接提供給運輸車，而且對提供AdBlue散裝燃料供貨商也還在討論之中。預料，尿素的消耗大約為(wei) 燃料消耗的5％。

　　達夫、依維柯、梅塞德斯·奔馳和沃爾沃公司決(jue) 定采用比較昂貴的SCR係統。但由於(yu) 油耗較低，應能夠在1.5—2.5年內(nei) 於(yu) 長途運輸車上補償(chang) SCR係統的昂貴投資額。

　　隻有曼公司和斯堪尼亞(ya) 公司兩(liang) 家對廢氣再循環(EGR)保留選擇的餘(yu) 地。曼公司將對年行駛裏程較少的歐IV汽車提供廢氣再循環係統和一種命名為(wei) PM-Kat無須維護的分離係統；而對於(yu) 長途運輸車則大力推廣無廢氣再循環的SCR技術。斯堪尼亞(ya) 公司公司目前也似乎推行這樣一種策略，讓自己在各個(ge) 方麵留有餘(yu) 地。