“妈妈，我想买辆柴油的哈弗H5！皮实耐操走天下！”

上面两张图，可以说概括了很多年轻人的“柴油车之梦”是如何断送的。上一期黑科技，我们带大家领教了马自达HCCI把原本的柴油压燃移植到汽油机上面，这次我们就来看看柴油发动机是如何“逆袭”的。

提起柴油发动机，大家的第一反应往往是公路上笨重的卡车和田野间的手扶拖拉机。粗野的扭矩、巨大的噪音和滚滚的黑烟成了国人对柴油机的一贯印象。殊不知时光荏苒，工程师们对柴油机的研究如同汽油机一样，从未停歇。目前，世界上领先的乘用车柴油机技术，已经完全颠覆我们对其固有的观念了。在此方面，国内推出的乘用车柴油机有欧意德、华泰等品牌，国外做得比较好的有奥迪TDI、路虎的TD系列等。

为什么“粗放”的柴油机能用到豪华车型上面？为什么我们国内却很少见到高端柴油机车型？今天的@汽车黑科技，我们准备了十足的干货，和大家分享目前柴油机上面搭载的各种牛叉技术——事实上，现在的柴油发动机早已不是我们印象中的那个样子。

柴油机是怎么工作的？

黑科技有必要先向大家简单介绍一下柴油机的工作原理。目前，绝大多数乘用车上面使用的是四冲程柴油机，而二冲程柴油机则更多使用在大型货车、拖拉机上面。如果大家了解自家车的汽油机工作过程的话，那么四冲程柴油机就不难理解了。

四冲程柴油机的工作原理与汽油机类似，每个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个行程组成。不同之处是，由于柴油的燃点较低（220℃），因此不需要点火装置，采用压燃的方式即可点燃缸内的燃油混合气，所以柴油机的压缩比普遍较高，在16-22之间。

高压缩比带来更大的噪音，最直观的感受莫过于拖拉机“突突突”的那种霸气，连喇叭都省了。另一方面，高压缩比加上柴油本身的特性，也使得柴油机在低转速状态下的扭矩明显高于汽油机，我们通常所说的“柴油机有劲”根源就在于此。但转速升高后（一般为3000rpm），柴油机扭矩明显下降，功率也达到峰值，无法再提高。

柴油中碳原子含量较高，且成分复杂，导致传统柴油机燃油利用率不高。由于燃烧不完全，排放物中氮氧化物、含硫化合物、含碳颗粒物的含量也非常高，“冒黑烟、气味大”正是这个原因。

总结起来，传统柴油机有如下特点：

1、压燃方式→压缩比高→低转高扭，噪音、震动大

2、柴油含碳量高→能量密度大→油耗低

3、成分复杂+压燃方式→燃油利用率低、排放问题

这样看来，貌似柴油机只适合粗暴的大货车嘛。可为什么奥迪、路虎等厂商多年来一直在坚持柴油机，并且将排量拓展到1.4L-6.0L上呢？因为工程师们坚信，柴油机可以在保证低油耗高扭矩的优势下，变得更精致、更清洁，而且他们做到了。那我们就来看看，先进的柴油机使用了哪些技术，从“傻大黑粗”变成“小家碧玉”。

燃油喷射有门道

·高压共轨

这项技术到现在已经有14年历史了，其作用之大不得不提。所谓高压共轨，简单来讲就是让燃油喷入各气缸之前，先在一条筒状的高压蓄力器中“逗留”一下，压力得到提高达到接近2000个大气压，并保证分布均匀，然后再流向喷油器。共轨和喷油器都连接着汽车的大脑——ECU，由其决定最佳的喷油时间、喷油量。

共轨技术另一个贡献在于，它将压力的生成与燃料的喷射分离开来，工程师能够对所有喷射自由配置，为开发设计带来很大的自由度。例如，奥迪的TDI柴油机可以将每个工作循环的8种喷射进行分类，2次预喷射使得燃烧更加安静，1次主喷射提供主要动力，5次后喷射能够减少污染物排放。

·压电式喷油器

高压共轨系统使得燃油压力非常高，因此需要极其精确的喷油装置才能Hold住，压电式喷油器就是最好的搭配。该喷油器的核心结构是压电执行器里的上百层压电晶体。

在对晶体施加电压时，单片晶体略微膨胀，在千分之一秒内迅速改变结构。上百个压电晶圆在喷油器中堆叠起来，产生明显的量变，顶开下方的喷油器针阀，这种传导中间没有机械连接，最为直接。这种压电喷油器的响应速度是传统喷油器的4倍，可以更加精准地配合共轨，控制喷油。同时，喷油孔的直径只有0.1mm，以此保证喷入气缸中的燃油雾化良好。

也就是说，共轨技术组合在很大程度上改善了柴油机“傻”的问题。

涡轮增压的发掘

·双涡轮增压+电子涡轮辅助

对于增压技术的发掘，似乎永远没有止境，柴油机亦是如此。

以柴油机中的新TDI机型为例，其3.0TDI使用了串联的双涡轮增压器，来弥补柴油机在高转速情况下动力的不足。转速低于2500rpm时，具有可变截面技术的小涡轮增压器完成大部分的增压工作。从大约2500rpm起，转换阀开始打开，小涡轮增压器逐渐将主要增压工作转交给大涡轮增压器。在转速为3500-4000rpm时，阀门完全打开，这时只有大涡轮增压器在增压。

如何让发动机在怠速起步阶段，转速很低的情况下也能有良好的动力输出呢？奥迪颇具创新地想了这么一个点子——电子涡轮。该装置相当于一台压气机，由电机驱动，位于中冷器的下游。在大多工作状态下，空气不会流经此处，只有在较低的发动机转速下，废气能量较低时，旁通阀关闭，空气才会流经此处加压。由于是电力驱动，工程师专门为这台电子涡轮提供了一个48V电路，并结合制动能量回收功能。

加装电子涡轮后，这台3.0TDI发动机的峰值扭矩由580Nm提高到了750Nm，转速点也由1400rpm提前至1250rpm，扭矩峰值和平台的提升还是很明显的。

·VTG可变涡轮截面

上面提到小涡轮增压器具有可变涡轮截面技术，这里有必要展开一下。涡轮增压器的工作原理想必大家多少都了解，那么可变截面又是什么意思呢？原来，在涡轮的四周，有一圈导流叶片，废气经过导流叶片后才会吹向涡轮。当驾驶员深踩油门时，导流叶片会在机械压感的作用下发生旋转，叶片间的夹角变小，这样一来能量不高的废气经过叶片后流速会提高，以更高的速度吹向涡轮，让涡轮更快地被催动起来。简单理解，就好比外面刮着柔和的风，如果你的窗户开得很大，吹进来的风也就很轻柔；如果窗户只留一道缝，你会发现进来的风速变快了。

可变截面涡轮（VTG）在保时捷的跑车上面也有搭载，是汽油机技术，现在已经推广到了柴油机，可见柴油机还有进一步挖掘的潜能。

排放控制

·SCR催化转化器

SCR指的是针对废气中的氮氧化物进行催化还原。途中红色球为NOx，灰色为碳颗粒，蓝色为氨气，绿色为生成的氮气。工作时，AdBlue溶液（蓝色）从贮槽喷射到SCR催化转换器中。这种水溶性添加剂在热废气中分解，生成氨气，将氮氧化物转化为无害的氮气和水。奥迪在新款3.0TDI发动机中将SCR催化转换器与柴油颗粒过滤器结合在了一起。由于在0℃以下时，AdBlue溶液会凝固，因此奥迪为催化转化器配置了电加热功能。

多说一句，AdBlue这种添加剂，我们通常叫它尿素。名字不好听，可确实对氮氧化物的排放抑制贡献了不少。另外，AdBlue是消耗品，日常用车中不要等到耗尽了再去添加。去年大众在美国排放作弊折戟沉沙，吃了公司有史以来最大的一次亏，实际上就是在通过软件规避SCR的启动，因为这个装置会提高用户的养车成本。

为何先进柴油机在国内遇尴尬

相信大家对目前的柴油发动机也有了一番新的认识。柴油机目前的技术水平、复杂程度、环境友好度，已经不亚于汽油机了。同时，它还保留柴油机特有的优势——低转速下动力强劲、油耗比同排量汽油机低30-40%，甚至达到某些混合动力车型的水平。实际上，目前欧洲公路上60%的车型使用的都是柴油机，但这个数字在我国只有1%。

像TDI这样的柴油机，欧6标准都能达到，中国的排放标准自然不在话下。可为何我们很难在城市中见到柴油轿车呢？主要原因有以下两点：

·一线大城市对柴油车政策过紧

像北京这样的城市，柴油乘用车政策“一刀切”，管你什么技术，只要烧柴油，统统不能上牌。若是坚持上了外地牌照，进京问题又随之而来。繁杂的手续、高约束的用车规定让很多人对柴油车望而却步，无奈最终选择了汽油车。对此，奥迪、起亚、双龙等国内外厂商也束手无策。

有了技术，有了消费需求，我们等到了市场，却还要等政策。

·我国柴油油品问题

大城市有购买限制，小城市没有吧？别急，我们的油品也是个大问题。先进的柴油机技术对油品的要求是比较严格的，而我们的柴油往往不能达到要求，具体表现为杂质和硫化物的含量偏高，这一点开车的朋友想必有切身体会。以我国现在的柴油油品，也只能满足公路上粗放、落后、低效的柴油机。

提高油品是最直接的办法，但要先问石化企业。这不是简单说说的事，要提高油品，在炼油的环节就要入手，升（jin）级（kou）设备。这是一项动辄几十亿上百亿的投资，并非一朝一夕就能完成。

@汽车黑科技认为，这两点原因相互间也是有牵制的。在政府看来，油品不提升，再好的柴油机技术也难以达标，所以我不会解禁；而在石化企业看来，政府不放宽柴油乘用车禁令，我何必投巨额资金提升油品？

希望有一天，我国的“三桶油”不仅价格，品质也能和国际接轨。回到技术，尽管目前国内现状尚不能完全满足先进柴油机的工况需求，但能看到柴油机在动力、排放方面的巨大进步，这本身就是一件值得高兴的事情。

聚苯胺的性质

这个价位的小型挖掘机推荐有：三一重工 SY55C Pro 小型挖掘机，卡特彼勒 新经典CAT?320 GX 液压挖掘机，徐工 XE75DA PLUS 小型挖掘机，斗山 DX220LC-9C 挖掘机。

1、三一重工 SY55C Pro 小型挖掘机

三一专供的国Ⅲ排放五十铃发动机，能确保机器在恶劣工况下工作的可靠性，三一专供主泵、主阀，国际知名品牌液压元件，确保液压系统的高可靠性，全新设计的加强型结构件，使用寿命更长，整机重量稳定性更强。

2、卡特彼勒 新经典CAT?320 GX 液压挖掘机

国四CAT?320 GX比国三320 GX动作更快，产量提高显著；无需使用尿素溶液，可靠的尾气后处理装置，生命周期内无需维护，而且无需专门停车再生，从而增加了作业时间；整机配置简洁可靠，是一款高性价比的新经典20级吨挖掘机，对台班客户收益更好。

3、徐工 XE75DA PLUS 小型挖掘机

XE75DA PLUS小型挖掘机广泛应用于小型土石方工程、市政建设、路面修复、混凝土破碎、埋设电缆、农田水利建设、园林栽培及河沟清淤等工程。

4、斗山 DX220LC-9C 挖掘机

DX220LC-9C挖掘机针对各种工况，确保施工能力同时，最优化燃油经济性，兼具高能，低油，高操作舒适性特点。

挖掘机品牌了解

1、卡特彼勒：美国品牌，自主生产，力量大，价格高，油耗高，小臂短，可靠耐用，特别适合矿山和大型工地。

2、小松：日本挖掘机第一品牌，自主生产。力量较好，速度较快，液压系统好，比较省油，保值，二手车好出手。

3、神钢：日本品牌，国内拼装。省油，力量一般，价格不高。

4、斗山：韩国品牌，综合较中庸，价格较便宜，油耗较低，保有量大但保值度低。

5、日立：省油耐用，力量一般，速度快，小臂特长。

6、久保田：小挖中的王者，久保田在农机界享誉世界，久保田挖掘机也特别适合田间作业，超级省油，噪音小，速度快，灵活。

7、利勃海尔：擅长中大型挖掘机，力量大，质量好，价格高。

8、住友：日本在挖掘机领域确实很强，大牌云集，住友也是挖掘机界的强者，性能均衡可靠，国内销量一般。

9、沃尔沃：汽车卡车挖掘机三项全能，挖掘机界的土豪，配置高，价格更高，对油品质量要求较高，性能优异，二手也很贵。

10、加藤：又是日系品牌，性能均衡，质量可靠。

11、竹内：日系品牌，同样以小型挖掘机见长。

12、特雷克斯：美国品牌，世界最大的液压挖掘机就是特雷克斯RH400。

聚苯胺（Polyaniline）一种重要的导电聚合物。

聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子，是一种特殊的导电聚合物。可溶于N-甲基吡咯烷酮中。

聚苯胺随氧化程度的不同呈现出不同的颜色。完全还原的聚苯胺（Leucoemeraldine碱）不导电，为白色，主链中个重复单元间不共轭；经氧化掺杂，得到Emeraldine碱，蓝色，不导电；再经酸掺杂，得到Emeraldine盐，绿色，导电；如果Emeraldine碱完全氧化，则得到Pernigraniline碱，不能导电。

聚苯胺具有优良的环境稳定性。可用于制备传感器、电池、电容器等。

聚苯胺由苯胺单体在酸性水溶液中中经化学氧化或电化学氧化得到，常用的氧化剂为过硫酸铵（APS）。中性条件下聚合的聚苯胺常常含有枝化结构。

聚苯胺是一种具有金属光泽的粉末，因分子内具有大的线型共轭 π电子体系，其自由电子可随意迁移和传递，而成为最具代表性的有机半导体材料。与其他导电聚合物相比，聚苯胺具有结构多样化、耐氧化和耐热性好等特点，同时还具有特殊的掺杂机制。聚苯胺及其衍生物不仅可通过质子酸的掺杂获得良好的导电性，而且可通过加入氧化剂或还原剂来使其骨架中的电子迁移发生改变，即“氧化还原掺杂”。掺杂后，聚苯胺及其衍生物的导电率可提高10个数量级以上，并可改善其在溶剂中的溶解性和加工性能。

自从科学家首次发现用AsF5或I2对聚乙炔进行P型掺杂可获得极高导电率的材料以来，导电高分子已在近年来逐渐发展成一门新型的多学科交叉的研究领域。而经过10多年的研究和试验，聚苯胺树脂的可溶性和加工性方面的研究也已取得了一定的突破。目前，解决导电聚苯胺树脂可溶性主要采取的方法有：功能质子酸掺杂、结构修饰、制备可溶性复合物、制备胶体颗料等。以上方法在不同程度上均可提高聚苯胺在有机溶剂中的溶解度，并进一步提高其成型加工能力。但是大多数有机溶剂都会造成不同程度的环境污染，如果能用水来代替，制成水溶性聚苯胺复合物，不仅有利于环保，也会带来更大的经济效益。因此，近年来水溶性导电聚苯胺已成为人们研究的热点。另外，制备聚苯胺复合物是改善聚苯胺加工性能的主要方法，目前主要采用电化学法和化学氧化法两种工艺。UNIAX公司通过溶液共混的方法制备了一种性能优异的透明导电涂层，透光率达80％，而表面电阻仅为 192Ω，可作为导电玻璃使用。聚苯胺还可以同PET、PVC、PS、PVA、 PA和PMMA等聚合物制成复合膜。如采用原位复合的方法可使PANI在很低的含量下就可具有较高的导电率，这是制备导电聚合物复合材料的一种很有发展前景的方法。

电磁波屏蔽一般是指电磁波的能量被物体表面吸收或反射后而使其传导受阻，电磁波能量衰减程度越大，其屏蔽效果就越好。研究聚苯胺的电磁屏蔽及吸收性能，其导电与介电特性是两个必不可少的参数。随着聚苯胺加工问题的解决，近来以聚苯胺为基础的各种抗静电和电磁屏蔽材料相继问世。如美国UNIAX公司利用有机磺酸掺杂的聚苯胺和商用高聚物进行共混，可制备各种颜色的抗静电地板。另外，研究人员还制备了一种透明的聚苯胺基可热固化的涂料。该涂料与聚合物基体具有良好的粘接性能，它不但耐化学腐蚀，而且耐磨损。另外，科学家最近经反复试验制成了一种水溶性聚苯胺水乳液，它可用作防腐和防静电涂料。美国已将导电聚苯胺用于火箭发射平台的防腐蚀涂层，效果很好。日本还制造了一种透明的PANI防静电涂层，并用于 4MB的软盘上，效果非常好。目前美、日、德聚苯胺电磁屏蔽材料的研究均获得了突破性的进展。

本征导电聚合物（ICPS）是一类新型的微波吸收材料，而高导电及高介电常数的聚苯胺在微波频段能有效地吸收电磁辐射。科学家们经反复试验后得出结论，当掺杂态的聚苯胺处于无定形态时，其吸收比率最大。利用聚苯胺吸收微波这一特性，目前国外已将它用作军事上的伪装隐身，法国正在研制一种隐形潜艇，美国则将其用作远距离加热材料，用于航天飞机中的塑料焊接技术。

随着信息技术的蓬勃发展以及计算机、无线通讯技术的广泛使用，各种频率的电磁波对交通、航空航天、军事等领域的工作产生了不同程度的干扰。为此，一些发达国家和组织相继制定了排除电磁波干扰的国际标准和法规。以聚苯胺为首的包括聚吡咯、聚噻吩等本征导电聚合物在排除电磁波干扰中，发挥了巨大作用。与复合型导电聚合物不同，本征导电聚合物具有相对较高的电导率和介电系数，易于通过化学加工来控制或消除电磁波干扰。而与金属相比，这类材料质轻、有韧性、不易被腐蚀，从而越来越受到人们的青睐。

另外，随着全球经济的迅速发展，环境问题特别是大气污染日益加剧，大气中的各种有害气体不断增多，各国科学工作者已开发出一些相应的气敏材料来检测这些有害气体。聚苯胺薄膜就是利用它能和某些气体发生氧化还原作用，引起掺杂度的改变，进而导致电导率发生明显的变化。利用这一特性，人们可以及时地检测空气中氮氧化物的含量。与NOx不同，H2S是具有还原性的气体。它能使聚苯胺化学传感器的电导率下降。一般来自工厂的含有SO2的废气对生物和人类的生存环境均有极大的危害，所以如何及时地检测和控制SO2的排放量对控制环境污染至关重要。实验表明，采用旋转和蒸发法制备的聚苯胺薄膜与SO2作用以后，其电导率明显增加，而且完全可逆，其检测极限可达到2ppm。而新制备的聚苯胺蒸发膜灵敏度更高，它甚至可以检测到0.5ppm的SO2含量。另外，在常温下聚苯胺对NH3也有很高的灵敏度，所以也可以用它来检测空气中NH3的浓度含量。关于聚苯胺树脂用于生物传感器近年来中外也有不少研究。自从酶固定的第一篇报告问世以来，人们已经研究了各种固定酶的方法，但到目前为止，无论是酶固定的稳定性、重现性还是固定方法本身均存在一定的问题。鉴于 PANI导电高聚物具有的电化学活性，在氧化还原过程中，阴离子能掺杂进去，为酶的固定提供了新的途径。

为了能制备一种更高电导率的聚苯胺高聚物，今后应加强分子设计和物理改性，研制出一种具有高电导率、介电常数和介电损耗的聚苯胺，以进一步提高聚苯胺树脂的屏蔽和吸收电磁波的性能；要通过各种仪器比和X射线衍射仪、红外光谱仪和扫描电镜等研究其结构与性能的关系。可以相信，通过科学工作者的不断努力和深入研究，今后一种性能更好的聚苯胺及其衍生物的导电聚合物将展现在世人面前，为清除空间电子雾，排除电磁波的干扰，为人类作出更大的贡献。