大型載貨車用柴油機平臺是Daimler公司大型載貨車用發動機業務的支柱，包括10.7L、12.8L、14.8L和15.6L共4種機型。2011年，12.8L的OM471柴油機作為首款歐6機型投放市場，從那時起總共生產了270 000多臺。現在這種柴油機首次改進了某些重要部件。第2部分主要介紹其燃燒效果和廢氣特性。

1開發目標和關鍵技術

第二代OM471柴油機改進設定的重要目標是降低燃油耗，從而穩固地保持其作為大型載貨車用柴油機燃油耗的標桿地位，同時提高功率和扭矩，并降低其結構的復雜性(圖1)。

圖2示出了最新一代OM471柴油機最重要的關鍵技術[1]，并針對提高選擇性催化還原(SCR)凈化效率進一步開發了廢氣后處理系統，容許更高的發動機氮氧化物(NOx)原始排放。發動機燃燒過程已被重新設計到可處理NOx原始排放的水平，為此借助于被稱為“X-Pulse”的共軌噴油系統和最大噴油壓力，將每個運行工況點都優化標定到低的燃油耗。

特別要強調的是，創新的廢氣再循環(EGR)閥方案和與發動機最佳匹配的Daimler廢氣渦輪增壓器相結合，以下章節將詳細介紹各項技術的優點。

2噴油系統和優化的燃燒過程

從第一代大型載貨車用柴油機平臺(HDEP)就運用的“X-Pulse”共軌噴油系統，具有可增大噴油壓力的噴油器和可任意調制噴油規律的可能性，在新機型上更進行了優化利用。除了具有多次噴射能力之外，主噴射的噴油速率曲線總是能按照熱力學觀點采用“矩形”、“斜坡形”和“靴形”等形狀形成特性曲線場的最佳噴油規律(圖3)。最大共軌壓力由90 MPa提高到116 MPa，結合噴油器中的壓力轉換，將噴嘴端最大噴射壓力提高到270 MPa。如此高的噴射壓力特別是在額定功率范圍內能實現快速燃燒，并且碳煙較少，從而使功率提高到390 kW。

無論是噴油系統的靈活性還是高的噴油壓力，對燃燒過程而言是改善整個特性曲線場效率的關鍵因素。

表1示出了第一代和最新一代柴油機燃燒過程特性參數的比較。噴油嘴噴孔數從7孔增加到8孔，噴束錐角增大了2°，最大液壓流量增大了10%，而新設計的活塞頂凹坑以及從17.3提高到18.3的壓縮比都與之相匹配(圖4)。

3創新的EGR方案

換氣效率和高壓過程效率都從較低的EGR率和以此設計的燃燒過程中獲得了好處，但是卻降低了廢氣能量，因而對于加熱催化轉化器或在發動機低負荷時支持柴油機顆粒捕集器(DPF)主動再生而言，廢氣溫度管理的設計變得越來越困難。

因此,將EGR閥設置在渦輪進口與EGR廢氣供應口之間的交叉位置上，采用這種簡單的構件就可以將EGR率的分配與渦輪的調節統一起來，因而能具有全新的功能。

在流動優化的EGR閥中間位置，不對稱的渦輪能供應由其設計規定的EGR率，而渦輪則由第4～6氣缸的廢氣最優化驅動(圖5(a))。如果EGR閥開度進一步增大，那么不僅能提供高達50%的EGR率，同時還能節制渦輪功率，而在圖5(b)所示的情況下，流向渦輪的廢氣流就被完全切斷了。

與不對稱噴油量相結合，在降低碳煙排放的同時成功地使2組氣缸為廢氣系統獲得了盡可能最好的溫度收益。圖6示出了在EGR率為50%的EGR閥位置情況下，1～3缸噴油量減少，同時4～6缸噴油量增多。EGR閥調節再循環廢氣數量，由不對稱噴油來調節其品質。在第1組氣缸(1～3缸)中燃燒變得越來越稀薄，導致為6個氣缸供應EGR更加稀薄，同時通過增加第2組氣缸(4～6缸)的噴油量提高平均壓力，因而高的廢氣溫度被導向渦輪或廢氣系統。在低負荷特性曲線場范圍內發動機部分僅用3個氣缸運行，那么廢氣溫度的收益是最大的，但是這僅僅在主動再生期間才是必需的，而且僅在時間有限的情況下才這樣進行。

這種僅在3個氣缸中進行的不對稱噴油的另一個優點是通過增加總噴油量來提升廢氣溫度。雖然這3個著火氣缸處于較高的平均壓力并以明顯較高的高壓過程效率運行，但是發動機的換氣損失卻超過了這種優點所帶來的效果。在增壓柴油機上沒有可變氣門控制機構的情況下，實現氣缸切斷總是帶有缺陷。在這種情況下，廢氣后處理系統(AGN)通過增大廢氣熱焓獲得好處，也正是這種運行模式的目標。

4廢氣渦輪增壓器

第一代OM471柴油機就已采用不對稱流道幾何形狀的渦輪殼，在全負荷范圍內6個氣缸總的換氣功為正，因此廢氣渦輪增壓器對曲軸上的有效功率作出了貢獻。

在最新一代OM471柴油機上使用了Daimler公司開發和生產的廢氣渦輪增壓器，這種增壓器是針對發動機的運行條件專門定制的，因而正換氣功的特性曲線場范圍始終被擴展。在較小的EGR率時，通過減小不對稱度及廢氣渦輪增壓器來提高壓氣機側的效率。通過廢氣渦輪增壓器合適的設計與新的EGR閥方案相結合，能夠取消渦輪側的廢氣放氣閥，這就降低了結構的復雜性和成本。

5發動機調節

渦輪側廢氣放氣閥的取消使得可以在發動機電控單元中更精確地調節增壓空氣路徑，不再需要調節增壓壓力，發動機基本上按預控制運行，由EGR閥調節廢氣排放，其中AGN的NOx傳感器被用作參考變量，λ信號現在也被用于EGR率的跟蹤調節，因而無需直接測量EGR率也能滿足所有車載診斷系統(OBD)的要求，而且能取消EGR路徑中的差壓傳感器。

6廢氣后處理

采取前面介紹的發動機方面的措施會使第一代OM471柴油機的NOx排放增加約50%，對用于SCR NOx的AdBlue尿素水溶液的需求量也會相應提高。根據汽車的使用情況和負荷譜的不同，其需求量會從目前柴油消耗量的3%增加到約5%。

與原機型相比，用于新一代柴油機的歐6廢氣后處理基本方案繼續保持不變，設計上就相當于為滿足美國環保署EPA-2010法規所選擇的解決方案：在2個平行布置的柴油機氧化催化轉化器(DOC)后連接用于降低顆粒排放的2個DPF，其后分別接有SCR和氨逃逸催化轉化器，這些組成部分都被集成在AGN裝置中(圖7(a))。

AGN裝置特別重要的開發目標是進一步開發從2011年底已經量產使用的歐6技術，從而獲得在所有運行狀態都能可靠滿足歐6法規所必需的更高的NOx轉化率，其中1個重要的措施是使用由Fe和Cu沸石組合而成的SCR催化轉化器，它將Fe沸石涂層在足夠高的NO2/NOx比時非常好的高溫活性與Cu沸石涂層在很大程度上與NO2/NOx成分無關的低溫活性結合起來，因而能在1個寬廣的溫度和運行范圍內達到所必需的NOx轉化率(圖7(b))。

此外，還要開發確保用于發動機與廢氣后處理裝置組成的新系統滿足歐6法規B/C階段嚴格的OBD規范要求的解決方案，其中廢氣后處理裝置開發的重點特別是根據其OBD限值可靠地監測下列廢氣排放：(1)DPF故障情況下的顆粒物(PM)排放為25mg/(kW·h)；(2)稀AdBlue尿素水溶液情況下的NOx排放為460 mg/(kW·h)。其中，在歐6廢氣后處理系統中可靠的傳感器和執行器部件的基礎上，成功地找到了依靠電控單元算法進行可靠診斷的解決方案，而無需附加傳感器。

7結語

新一代大型載貨車柴油機中的12.8 L 歐6機型降低的燃油耗高達3%，同時其最大功率從目前的375 kW提高到390 kW，最大扭矩從2500 N·m提高到2 600 N·m，而發動機質量卻減輕了20 kg，并且通過取消廢氣放氣閥和直接測量EGR率降低了結構的復雜性。這些技術措施同樣也應用于其他排量和最新一代柴油機廣泛的應用場合。