唯兮汽车电子22---------【R2.2T柴油发动机各部件的深度解析一】

        大家好，俺老王修车第二十季又与大家见面了，在第十季R发动机技术解析【链接地址：http://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-281-43088577-1.html】的文章后，不断有车主或准车主问我，我的用车条件下选汽油版的好还是柴油的好，柴油机是否耐用？柴油机与汽油机10万公里后哪个故障率更低？涡轮是否容易坏？维修是否复杂？等等一系列的问题，为此，老王一直在精心准备，在第二十季深度详解这款摸不透的柴油机。

实物照片

         以前柴油机的特点，已经为很多车友所熟知。省油、低速大扭矩、维护简单、可靠性好、使用寿命长-----这几个突出的优点，远远超过了汽油机能够达到的高度。然而，事物总有两面，在这几个优点的背后，柴油机的缺点同样突出-----功率低（加速性能不佳）、笨重、噪音大、震动大、黑烟大。这几个缺点，令柴油机在很长的一段时间里几乎成了落后的代名词，极少装备在非常重视舒适性、操控性的乘用车特别是轿车上。上世纪80年代后，随着电子技术和增压技术在柴油机上的应用日趋成熟，柴油机在乘用车上开始缓慢增长。然而，直到共轨系统的诞生，情况才发生了显著的变化。

       早在上个世纪50年代，先知先觉的欧洲人已经开始了共轨柴油喷射系统的探索和研究工作，然而受当时技术所限，研究工作没有取得实质性的突破。1996年年底，在工程师藤泽英也的带领下，电装公司研制成功世界上第一个车用柴油共轨喷射系统并装备在五十铃货车上推出市场。
      

       这在柴油机的发展史上是一个具有划时代意义的事件，其意义之重大。96年后，博世、卢卡斯（德尔福）、西门子等巨头在共轨系统的开发工作陆续取得成功，共轨系统和废气涡轮增压系统携手并进，并配合当代日益精进的材料和加工技术、尾气处理技术，使柴油机几乎完全摆脱了人们脑海里柴油机的旧有不良形象，使现代柴油机无论是在能耗、使用寿命或是在功率、噪音震动、排放等水平上都达到了一个前所未有的新高度，并导致了柴油机在乘用车上的装备量出现了爆发式的增长。

        在传统的柱塞式喷油泵或泵喷嘴系统中，每一个气缸都需要配备一个独立的完全相同的高压供油系统。由于柱塞的压油动作和喷油动作同步进行，因此喷油压力的大小是和发动机的转速密切相关的柱塞速度决定的。换句话说，发动机转速高低是影响燃油雾化效果的关键因素。共轨喷射系统的独特之处是它将喷油压力的产生和计量、喷射过程完全分离开来，使系统能够在发动机的所有转速范围内保持稳定的、合适的燃油压力。柴油共轨喷射系统的结构和控制手法和当前常见的顺序汽油喷射系统（MFI）很相似，整个系统由高压泵、公共油轨、带电控执行器的喷油嘴、电控模块、传感器等部件组成。它可以根据发动机的工况和需求精确调节系统喷油压力、喷油量、喷油率及喷油正时，使发动机在低速工况下也能实现燃油的良好雾化燃烧。由于柴油共轨喷射系统可以很容易地在主喷射前后加入能够实施精确控制的预喷射和/或后喷射，因此在降低发动机噪音以及改善尾气排放方面取得了巨大的进步。

德尔福的LDCR共轨系统

博世第一代共轨系统简图

 

博世第三代共轨系统，也就是索兰托上面应用的那套控制系统

         上面简单的介绍的柴油发动机的发展历史，我们再回到索兰托上面的这台2.2T发动机。对于新索兰托装备的这部R 2.2柴油发动机，相信论坛上的很多车友都不会太过陌生。参数我在第十季的时候已经解读过，197ps的最高马力、最大扭矩436牛顿/米、博世第三代共轨柴油喷射系统、最高喷油压力1800bar----这几个引人入胜的数字，估计很多对这部发动机期待已久的车友应该已经能够倒背如流了。这些指标，即使是和老牌柴油劲旅大众、福特、奔驰相比，也毫不逊色。




      但是，要尤其是全面搞懂一部高技术含量的柴油机。很多人有个误会，懂得欣赏一部“先进柴油机”并不是一件简单的事，以为所有装备共轨喷射系统的柴油机都叫先进柴油机。这是错误的，一部能够被称为先进柴油机的发动机绝非如此简单，它应该具备以下全部要求，缺一不可----宽广平滑的有效扭矩曲线、优秀的功率/排量比、低能耗、低噪音、低震动、低排放、经久耐用、紧凑轻量等等，由此可知实际上发动机机械部分的先进性比燃油系统的先进性来得更加重要。不过，即使不涉及发动机的机械部分而单纯讨论博世的第三代共轨柴油喷射系统，由于它从诞生至今不过区区6年光景，装备在车上并进入到国内的数量为数不多，基于接触得少的缘故，即便是广大汽车维修专业技术人员，能够对先进柴油发动机以及共轨系统上的和汽油机大相径庭的各种奇形怪状的部件和整个系统有清晰认识的人，同样是不多见的。

       这部代号为R的柴油发动机，是现代起亚集团的最新产品，用于替代旧有的D 2.0、2.2发动机（圣达菲2.0上那部，最大功率125ps，最大扭矩29.0 kg·m；装备在07款圣达菲CM上的那部排量为2.2L，最大功率153ps，最大扭矩为35.0 kg·m，使用博世第二代共轨喷射系统，欧4排放标准）。其技术含量之高，相比几年前问世的S 3.0
V6发动机（装备在韩国、欧洲版的霸锐HM车上）可说有过之而无不及。


R系列发动机共分为2.2L和2.0L两个排量，根据世界各地市场的需求差异，2.0L发动机又分别被调教成150马力和184马力两个版本。R系列发动机可以通过不同的程序调教并在排气系统中搭配氧化催化器或一体式微粒过滤器而分别达到欧4或欧5的排放标准。

废气中冷器

发动机采用直列4缸、顶置双凸轮轴每缸4气阀的布局；排量2199cc，缸径X行程为85.4X96mm；全电子控制无级调节可变截面高涡轮增压，带风冷式中间冷却器；瞬时预热系统；直接喷射，喷油顺序为1-3-4-2；压缩比为16.0：1；最高转速4800RPM；配气机构使用链条传动，免维护。

新型复合式减震皮带轮

其他技术特征还有很多----采用一体化结构的机油泵-平衡轴机构；新型复合式减震皮带轮；使用全浮式活塞销的空心活塞，活塞头部铸有环形波浪式机油冷却油道，销孔嵌入抗压性能更佳的青铜衬套；剪刀式静音凸轮轴传动齿轮；编码式传感器信号盘…….类似的新技术和工艺还有很多，后面一一细述。

这是发动机仓的外观照片。机仓内整体感觉比装备西塔2.4发动机要明显紧凑，发动机的塑料饰盖上面的字母“CRDI
16V”，其含义是----Common Rail Direction Injection(共轨直接喷射) 、16气阀。饰盖的造型和观感比较普通，这是韩国人一贯的作风，即使是如劳恩斯BH、雅科士VI的Tau发动机，其发动机饰盖的观感同样不够夺目。这一点德国人和日本人比较聪明，即便是2.0L以下排量的小发动机，通常也会想尽办法把盖子弄得气派非凡，再在上面贴上醒目的金属电镀字体。

拆去发动机饰盖后，可以看见发动机的各种管道和线束、附件比西塔发动机要多得多。整个发动机给人一种很复杂、精致、漂亮的感觉，除非绝对内行，否则很难相信眼前的这具小家伙居然会是一部接近200匹马力的柴油发动机。气门室盖、进气歧管是塑料制造的，制造工艺很不错，可以拍得住霸锐拉姆达二代发动机的水平了。这是起亚首次在柴油发动机上使用塑料材质的进气歧管，这也是目前业界在汽油发动机上比较经常采用的做法，除了可以减轻重量外，还有易于成型、减轻进气阻力的作用（塑料制造的零件表面比金属的光滑）。至于其使用寿命？不必疑虑，它不是损耗件，只要不发生猛烈撞击，它可以和整车一样长寿。由于工作机理不同，柴油机即使当排气管存在冰堵、催化器破损堵死等极端状况时，也不会因为发动机的回火现象使进气歧管发生爆裂的危险。

由于柴油发动机工作和熄火时的震动比汽油机明显要大，所以其发动机的油水管道、线束、连接器、固定卡座的制造、排布、固定是一件需要加倍严谨，丝毫马虎不得的大事。特别是在发动机缸盖上和发动机到车体之间过渡的主线束段落，稍有差池就会引致将来源源不断的小毛病。 

     ??现在让我们先从发动机仓内比较容易看得见的部件开始逐件介绍吧。

这个大大的方形的塑料部件是空气滤清器总成。内装人造棉材质的过滤器（俗称空气隔Air Filter），用于过滤进入发动机的空气中的灰尘、沙石、树叶等杂质，避免这些杂质被吸入到发动机内部。根据备件系统显示，这个部件包括空气隔、外壳和汽油版是不能通用的。由于柴油发动机在绝大部分工作时间里都不会对进气进行节流，所以注定其空气隔必定会比同排量的汽油机更容易脏，使用里程更短。

有些车主喜欢在这个部分进行改装，换装上那种价格不菲的所谓“高流量免更换型高性能空气隔”。这实际上是一个危险动作，不但实际上不会对发动机的性能起到有效的提升作用，而且随时可能会因为空气隔过滤能力的下降，导致发动机的缸筒、活塞环、涡轮增压器、催化器或微粒过滤器（如果有装备的话）过早损坏。 

在空气滤清器旁边的这个带有线束连接器的塑料圆柱状零件叫做质量空气流量计MAF（Mass Air Flow Sensor），用于计量进气温度、质量并同时用于监测废气再循环装置（EGR）的工作状况。这一点和汽油发动机有很大不同，一般来说汽油发动机的空气流量计只用于计量进气质量和温度，并不承担监测废气再循环装置的工作状况的任务。在汽油机上担当这一功能的是一个叫做进气岐管绝对压力传感器MAP（Manifold Absolute Pressure Sensor）的零件。不过，随着CVVT（连续可变气门正时）的推广和尾气处理技术的进步，现在已经比较难得见到汽油机上装备独立的废气再循环系统了。

从外形上我们可以辨认出这个传感器是来自博世的最新型的HFM 7热膜式空气流量计，相较于旧有的装备在S、D发动机上的HFM6以及更早一些的HFM 5空气流量计，新产品在响应速度、测量精度、防水性、脉动反向气流测量等性能方面都有较大提升。

出于控制精度需要，这个部件在更换新零件后需要用检测仪连接发动机电脑进行初始化设置，否则可能出现发动机性能和排放控制的相关故障及点亮发动机警告灯。

如果我问：这个装在进气管上的部件叫什么名字？相信有些有经验的车友会立即反应过来：电子节气门！
这个回答有点沾边，不能说是完全错误的，这个部件无论是外形、结构还是安装位置都和汽油机上的电子节气门非常相似。不过，若要想当然地把它和汽油机的电子节气门等同起来的话，那就大错特错了。这个部件的正式名称叫做EACV (Electrical Air Control Valve) ，中文一般翻译为电子进气控制阀或电子进气控制翻板。它并不用于控制发动机的动力输出，其功能、工作方法和汽油机上的电子节气门完全不同，在这部发动机工作的绝大部分时间里，电子进气控制阀的阀片都被固定在完全打开的位置，

其主要工作方式和功用如下：
1、在发动机熄火时产生一个完全关闭动作，通过切断发动机进气减少发动机熄火时的抖动程度；
2、在发动机熄火时产生一个完全关闭动作，避免因为喷油嘴等部件的故障而产生熄火困难的现象；
3、在发动机执行微粒过滤器再生程序时，通过控制进气量的大小（其实质是控制空燃比）并配合额外喷射的燃油（后喷射和次后喷射）从而达到控制微粒过滤器的再生温度的目的；
4、在没有装备VGT的车辆上，为了弥补发动机低速时排气压力不足的问题，当发动机电脑启动EGR后，可以根据需要收窄电子进气控制阀的开度，利用节流效应增强EGR的工作效率。
在欧3、欧2排放标准的柴油机上，一般使用的是结构简单得多的“气动控制进气翻板”（如图）。但是气动控制进气翻板无法完成刚才说到的第3、4个功能项目，因此在跨入欧4时代后，它就被淘汰了。

先写到这里了，明天继续续集。 

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