1958年3月10日,躍進輕卡NJ130問世,標志著我國輕卡產(chǎn)業(yè)的誕生。該產(chǎn)品為仿制前蘇聯(lián)嘎斯51型設計而成,具有2.5噸載貨量。經(jīng)歷50余年發(fā)展后,國內(nèi)輕卡主要生產(chǎn)廠家:北汽福田汽車、江鈴汽車、慶鈴汽車、東風汽車、金杯車輛、江淮汽車、南汽躍進、凱馬汽車、唐駿汽車、南駿汽車等十家,市場份額已高達輕卡業(yè)的近95%。高端市場發(fā)動機技術(shù)始終引領(lǐng)著整個行業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向,代表國內(nèi)輕卡發(fā)動機最先進的技術(shù)水準,本文主要就國內(nèi)高端市場的發(fā)動機發(fā)展歷程及典型機型作一回顧和介紹。輕卡的發(fā)展在近來的20年,大致可以分為兩個階段:
第一階段,五十鈴第四代N系列的引進。1985年前后,與五十鈴合資的北京輕型汽車有限公司,重慶慶鈴汽車有限公司相繼成立,隨后五十鈴又把N系列輕卡技術(shù)轉(zhuǎn)讓給江淮汽車。1993年4月,江鈴五十鈴汽車有限公司又宣布成立,五十鈴第四代產(chǎn)品也引入中國。五十鈴輕卡對國內(nèi)輕卡的發(fā)展造成了絕對的沖擊和影響力,全新概念的外形和內(nèi)飾,操控感受,尤其是結(jié)實耐用,經(jīng)濟省油的特點深得國內(nèi)消費者信賴。4JB1發(fā)動機當時進入國內(nèi)時的圖片見圖表1,這一時期發(fā)動機的典型特征是采用自然吸氣,兩氣門,匹配ZEXEL機械分配噴油泵,功率只有57kw。
該自然吸氣的發(fā)動機經(jīng)過噴射系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)的技改升級,目前可滿足非道路機械的應用,所以仍被江鈴、江淮等企業(yè)生產(chǎn)。發(fā)動機型號由于命名規(guī)則不一致,也相差很大,如在江鈴為JX493系列,在慶鈴為4JB1系列,江淮為4DA1系列,福田為4J28或BJ493等。近年隨著排放法規(guī)的升級,國內(nèi)主要生產(chǎn)該機型的廠家已經(jīng)完成國IV排放達成的技術(shù)改造,產(chǎn)量最大的為江鈴汽車?梢哉f,4JB1機型無疑是至今在輕卡行業(yè)引進最成功的一款機型。
第二階段,進入21世紀之后,隨著人均GDP的快速提高,用戶對輕卡的要求也逐步提高,加上以排放法規(guī)升級推動,輕卡進入快速發(fā)展期。輕卡發(fā)動機迅速向低排放,低油耗,高可靠性,高性能方向發(fā)展。相比第一階段,這一時期發(fā)動機進步的主要技術(shù)來源變成了歐美系企業(yè),相比保守的日系企業(yè),歐美系企業(yè)提供了更先進的發(fā)動機技術(shù),許多自主品牌抓住這一時機也迅速壯大。由此輕卡行業(yè)長期存在的發(fā)動機大同小異現(xiàn)狀將逐漸改變,各檔次發(fā)動機的各項性能指標差距將逐漸拉開。
下面由小編對這一時期的發(fā)動機及技術(shù)趨勢做一簡介。隨著發(fā)動機技術(shù)的提升,2.5-3L已經(jīng)是輕卡的黃金排量。2005年江鈴汽車引進意大利2.8升VM發(fā)動機以及福特2.4升Puma發(fā)動機;2007年重慶上菲紅從菲亞特引進的F1C系列3.0L發(fā)動機,同年東風朝柴開始生產(chǎn)萬國NGD3.0發(fā)動機;2009年福田引進康明斯ISF系列2.8和3.8升兩個排量發(fā)動機,同年東風鄭州日產(chǎn)引進3.0L的ZD30發(fā)動機。自主品牌也取得了巨大進步,玉柴作為國內(nèi)最大的柴油機企業(yè),與德國FEV日本YAMAHA打造出YC4F發(fā)動機;2009大連柴油機廠研制出CA4DD發(fā)動機;2013年江鈴汽車在引進英國福特的Puma發(fā)動機之后,繼而又和德國FEV合作聯(lián)合打造出一款2.9L發(fā)動機-4D30。這一期間,主要的高端發(fā)動機排放水平從國II升級到了國IV和國V,有些發(fā)動機的潛力甚至能到國VI。歐洲比國內(nèi)技術(shù)發(fā)展更快,說白了,目前在歐洲國VI的技術(shù)已經(jīng)成熟,國內(nèi)主機廠只要把這些技術(shù)吃透用好。
江鈴的4D30發(fā)動機為這一時期高端輕卡發(fā)動機的典型代表,使用當前最先進的柴油機技術(shù),主要特點有:
1動力強勁;大家知道,發(fā)動機的動力來源于發(fā)動機缸內(nèi)混合氣燃燒產(chǎn)生壓力推動活塞做功,所以發(fā)動機缸內(nèi)混合氣的總量以及混合燃燒速度決定著發(fā)動機的輸出功率的多少。柴油機進排氣系統(tǒng)目前主流都采用四氣門技術(shù)增大氣門總面積,增壓中冷增大進氣密度,匹配高壓共軌技術(shù)實現(xiàn)缸內(nèi)快速的生成盡量多的可燃混合氣。4D30發(fā)動機使用霍尼韋爾VGT增壓器,兼顧高低速范圍,同時匹配高達1800bar噴射壓力BOSCH共軌系統(tǒng),使發(fā)動機從1500rpm到2800rpm轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能實現(xiàn)375Nm的最大凈輸出力矩,最大凈功率110kw/2800rpm,極大提高了整車的加速性能和操控性,在同期產(chǎn)品里屬于領(lǐng)先地位。
2低油耗,低排放;對于二氧化碳排放,節(jié)能也就減排了,但對于目前柴油機排放法規(guī)重點關(guān)注的氮氧化物和顆粒排放生成的機理上看,節(jié)能和減排存在著明顯的沖突,即節(jié)能不一定減排。
4D30發(fā)動機首先對燃燒系統(tǒng)優(yōu)化提高燃燒效率改善排放,通過穩(wěn)鍵的缸內(nèi)噴嘴和燃燒室計算和試驗進行匹配設計,在國IV階段使用了強效的EGR冷卻器及中冷器在改善進氣條件,設定相對較高的壓縮比,使用經(jīng)過CFD優(yōu)化處理的進氣歧管改善進氣分配等措施.另外通過優(yōu)化各關(guān)鍵摩擦副減低摩擦來降低油耗,如帶滾輪的氣門搖臂驅(qū)動機構(gòu)等。通過以上的一些措施平衡節(jié)能和減排指標,發(fā)動機最低燃油油耗達到了領(lǐng)先的205g/kwh。
同時由于各摩擦副的優(yōu)化,結(jié)合發(fā)動機缸體本身的強化設計,曲軸箱通風系統(tǒng)分離效率的性能提高等措施,整機機油消耗達到了0.05-0.08%(機油和消耗燃油的比值)的優(yōu)異水平,同類機型一般在0.1%左右。
4D30是面向國V國VI排放目標設計的一款發(fā)動機,當前在國IV階段發(fā)動機排放控制技術(shù)主要路線為EGR加POC顆粒捕捉的方式,該方式的好處是用戶不需要為添加尿素而煩惱,且后處理終身免維護。這時有TX會說,SCR不是更省油嗎,但其實在國IV階段,只要發(fā)動機技術(shù)先進,使用SCR和POC技術(shù)路線,總體液體消耗(尿素也是需要銀子買)價值量相差甚微。目前在市場上已經(jīng)得到驗證,該排放控制系統(tǒng)安全可靠,不是大家擔心的經(jīng)常堵。該發(fā)動機除了滿足國IV排放外,同樣滿足北京環(huán)保局發(fā)布的WHTC地標排放要求。
3噪音低;4D30發(fā)動機前端采用靜音鏈條與無間隙齒輪組合的方式驅(qū)動氣門正時輪系以及高壓油泵、機油泵等附件,即滿足柴油機的高可靠性又降低發(fā)動機的噪音。
強化設計,可靠性好;發(fā)動機采用了鍛鋼曲軸,雙支撐強化氣缸體,漲斷連桿技術(shù),帶內(nèi)冷油道的活塞;確保發(fā)動機在輸出大功率大扭矩的同時保持良好的發(fā)動機可靠性,達到比原有JX493(4JB1)發(fā)動機更優(yōu)良的耐久性,B10壽命達到40萬公里。
隨著整個汽車行業(yè)的發(fā)展以及購買力的提升,未來的輕卡發(fā)展趨勢必然是朝著高技術(shù)方向發(fā)展,智能化、功能多元化、舒適化和人性化方向發(fā)展,對于動力系統(tǒng)主要體現(xiàn)為動力強勁、低噪聲、安全可靠、維修便捷、節(jié)能低排放。近年來在柴油機性能控制技術(shù)上,我們在迅速拉近與歐美日發(fā)達國家的距離,但在一些核心技術(shù)領(lǐng)域仍然進步緩慢,如電噴控制技術(shù),共軌系統(tǒng),發(fā)動機可靠性工程等;另外在一些基礎材料、加工領(lǐng)域也很薄弱,導致設計的出來而加工不出來的窘境,或者出現(xiàn)可靠性就是沒有進口的好這種狀況。目前新能源還沒有大的突破,還不可能大范圍的替代內(nèi)燃機,所以傳統(tǒng)內(nèi)燃機行業(yè)在未來的10年內(nèi)還大有可為。隨著國家對排放和油耗政策的推進,未來5年內(nèi),輕卡行業(yè)格局勢必將發(fā)生巨大變化。
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