自考論文：淺論柴油機共軌技術研究及發(fā)展前景

自考論文：淺論柴油機共軌技術研究及發(fā)展前景

摘要：目前,資源匱乏油價居高不下的嚴峻狀況。本人以資源的稀缺性為依托，對柴油機的發(fā)展，結合柴油機的優(yōu)良特性，通過闡述當前先進的電控柴油機共軌技術與之傳統(tǒng)柴油機做了鮮明的描述.對比與結論,和對柴油機共軌技術的未來發(fā)展前景,做了具體的淺析和深入的探索.

　　關鍵詞:柴油機 共軌技術 優(yōu)點 生力軍

　　一．問題背景

　　能源短缺尤其是石油短缺是全球性的問題，而作為經(jīng)濟增長的中國在能源方面保持著強勁的需求。當前，中國資源的“紅燈”已經(jīng)亮起，其中石油資源的短缺十分突出，據(jù)專家估計，中國已探明的石油可采儲量約我23億t，2004年中國累計進口原油1.2億t,石油對我依存度已達到40%。目前我國汽車消耗燃油約占全國總石油消費的三分之一。預計2010年，汽車燃油需求我1.38億t，占總消費43%；2020年燃油需求我2.56億t，比例將達到75%；而到了2030年，這一比例將有可能達到77%。

　　笨重、噪聲大、噴黑煙，令許多人對柴油機的直觀印象不佳，加之柴油機的構造比較復雜，不少人對柴油機缺乏了解，尤其對現(xiàn)代先進的柴油機缺乏了解，因此柴油機汽車在一些城市成了“被限制的對象”、受到種種歧視。其實，經(jīng)過多年的研究和新技術應用，現(xiàn)代柴油機已與傳統(tǒng)柴油機有了很大差別，在減少質(zhì)量、噪聲、廢氣煙度等方面取得了重大突破。其中，共軌技術就是現(xiàn)代柴油機采用的新技術之一。

　　二．柴油機的發(fā)展淺析

　　自1897年柴油機問世至今，在一百多年的發(fā)展過程中，自20世紀20年代中期以德國BOSCH公司我代表推出的機械式噴油系統(tǒng)取代蓄壓式供油系統(tǒng)，是柴油機在汽車上的應用成為可能，從而在許多地方取代了汽油機，并發(fā)展壯大。

　　柴油機發(fā)展經(jīng)歷了五個階段：

　　1.電控直列式噴右泵

　　電控直列式噴右泵在直列泵基礎上發(fā)展起來的電子控制燃油噴射裝置，他具有噴油量與噴油定時控制功能或只具備其中一種功能，有些噴油壓力和噴油速率等控制功能。（如日本DKK公司的RED-型電子調(diào)速器。德國Heinzmann公司的E型電子調(diào)速器及美國Barber Colmann

　　公司的電子調(diào)速器等）

　　2.電控單體泵系統(tǒng)

　　德國Bosch公司的電控單體泵（EUP）系統(tǒng)，采用較短的高壓油管，可實現(xiàn)較高的噴油壓力，最高噴油壓力可達160MPa,該系統(tǒng)采用高速電磁閥控制噴油定時及噴油量。

　　3.電控分配泵

　　柴油機電控分配泵的噴油量及噴油定時的控制一般采用高速電磁閥，電磁閥的閉合時刻對應著噴油定時，電磁閥從閉合到開啟的時間確定了噴油量，如日本豐田公司的ECD-2型電控VE泵。

　　4.電控泵噴嘴系統(tǒng)

　　電子控制泵噴嘴系統(tǒng)可分為機械驅動式和蓄壓式兩種，如美國底特律柴油機的DDEC型電控泵噴嘴，英國LucasCAV公司的EUI型電控泵噴嘴。

　　電控蓄壓十系統(tǒng)的特點是：將電控和液壓技術相結合，按時控制噴射過程和噴射壓力。如日本小松公司的KOMPICS電子液壓泵噴嘴系統(tǒng)。

　　5.電控共軌燃油系統(tǒng)

　　20世紀90年代研制出了一種全新的燃油噴射系統(tǒng)----電控共軌燃油系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖然正式問世不久，但已顯示出它的巨大的優(yōu)越性。如日本的電裝公司的共軌系統(tǒng)ECD-2及德國Bosch公司的柴油機共軌電控蓄壓式噴射系統(tǒng)。

　　 三、現(xiàn)代共軌柴油噴射系統(tǒng)淺析

　　現(xiàn)代先進的汽車柴油機一般采用電控噴射、共軌、渦輪增壓中冷等技術，在重量、噪音、煙度等方面已取得重大突破，達到了汽油機的水平，而且相比汽油機更環(huán)保。目前國外輕型汽車用柴油機日益普遍，奔馳、大眾、寶馬、雷諾、沃爾沃等歐洲名牌車都有采用柴油發(fā)動機的車型。

　　在電控噴射方面柴油機與汽油機的主要差別是，汽油機的電控噴射系統(tǒng)只是控制www.zlunwen.com空燃比，柴油機的電控噴射系統(tǒng)則是通過控制噴油時間來調(diào)節(jié)輸出的大小，而柴油機噴油控制是由發(fā)動機的轉速和加速踏板位置（油門拉桿位置）來決定的。因此，基本工作原理是計算機根據(jù)轉速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號，首先計算出基本噴油量，然后根據(jù)水溫、進氣溫度、進氣壓力等傳感器的信號進行修正，再與來自控制套位置傳感器的信號進行反饋修正，確定最佳噴油量的。

　　電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU（計算機）和執(zhí)行機構三部分組成。其任務是對噴油系統(tǒng)進行電子控制，實現(xiàn)對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控制。采用轉速、溫度、壓力等傳感器，將實時檢測的參數(shù)同步輸入計算機，與巳儲存的參數(shù)值進行比較，經(jīng)過處理計算按照最佳值對噴油泵、廢氣再循環(huán)閥、預熱塞等執(zhí)行機構進行控制，驅動噴油系統(tǒng)，使柴油機運作狀態(tài)達到最佳。這類電控系統(tǒng)可分為：蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。以下就介紹一下高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)：

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　　在汽車柴油機中，高速運轉使柴油噴射過程的時間只有千分之幾秒，實驗證明，在噴射過程中高壓油管各處的壓力是隨時間和位置的不同而變化的。由于柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動，使實際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規(guī)定的柱塞供油規(guī)律有較大的差異。油管內(nèi)的壓力波動有時還會在主噴射之后，使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升，達到令噴油器的針閥開啟的壓力，將已經(jīng)關閉的針閥又重新打開產(chǎn)生二次噴油現(xiàn)象，由于二次噴油不可能完全燃燒，于是增加了煙度和碳氫化合物（HC）的排放量，油耗增加。此外，每次噴射循環(huán)后高壓油管內(nèi)的殘壓都會發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴射，尤其在低轉速區(qū)域容易產(chǎn)生上述現(xiàn)象，嚴重時不僅噴油不均勻，而且會發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。為了解決柴油機這個燃油壓力變化的缺陷，現(xiàn)代柴油機采用了一種稱為"共軌"的技術。

　　1、原理。

　　共軌電噴技術是指在高壓油泵、壓力傳感器和電子控制裝置(ECU)組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。它是由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管，通過公共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉速無關，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉速變化的程度，因此，也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，其大小取決于燃油軌道(公共供油管)壓力和電磁閥開啟時間的長短。該技術不再采用傳統(tǒng)的柱塞泵脈動供油的原理，而是通過供軌直接或間接的形成恒定的高壓燃油，分送到每個噴油器，并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁開關閥的啟閉，定時定量的控制噴油器噴射至柴油機燃燒室的油量，從而保證柴油機達到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的發(fā)火時間、足夠的能量和最少的污染排放。柴油機供軌式電控燃油系統(tǒng)的原理如附圖所示。

　　2、分類

　　按照噴油高壓形成的不同，共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)有兩種基本型式，即高壓共軌式和中壓共軌式。

　　(1)高壓共軌系統(tǒng)。高壓輸油泵(壓力在120MPa以上)直接產(chǎn)生高壓燃油后，輸送至共軌中消除壓力的脈動，再分送到各噴油器；當電子控制裝置按需要發(fā)出指令信號后，高速電磁閥(響應在200s左右)迅速打開或關閉，進而控制噴油器工作，即按設定的要求噴出或停噴高壓燃油。

　　(2)中壓共軌系統(tǒng)。中壓輸油泵(壓力為10-13MPa)將中壓燃油輸送到共軌中消除壓力的脈動，再分送至帶有增壓柱塞的噴油器中；當高速電磁閥開關閥接收到電子控制裝置發(fā)送的指令信號后，就迅速開啟或關閉，從而控制燃油器工作，迅即通過高壓柱塞的增壓作用，將從共軌中來的中壓燃油加壓至高壓(120-150MPa)后噴出或停噴。

　　高壓共軌系統(tǒng)與中壓共軌系統(tǒng)的主要判別在于，高壓燃油的獲得方式不同；前者由高壓燃油泵直接提供，而后者則借助于增壓柱塞增壓后獲得。3、特點

　　柴油機共軌式電控燃油噴射技術集計算機控制技術、現(xiàn)代傳感檢測技術以及先進的噴油器結構于一身。它不僅能達到較高的噴射壓力、實現(xiàn)噴射壓力和噴油量的控制，而且還能實現(xiàn)預噴射和后噴，從而優(yōu)化噴油特性、減低柴油機噪聲和大大減少廢氣的排放量，其特點為：

　　(1)采用先進的電子控制裝置及配有高速電磁開關閥，使得噴油過程的控制十分方便，并且可控參數(shù)多，利于柴油機燃燒過程的全程優(yōu)化。

　　(2)采用共軌方式供油，噴油系統(tǒng)壓力波動小，各噴油器間相互影響小，噴射壓力控制精度較高，噴油量控制較準確。

　　(3)高速電測開關閥頻率高，控制靈活，使得噴油系統(tǒng)的噴射壓力可調(diào)范圍大，并且能方便的實現(xiàn)預噴射、后噴等功能，為優(yōu)化柴油機噴油規(guī)律、改善其性能和降低廢氣排放提供了有效手段。

　　(4)系結構移植方便，適應范圍廣，不像其他的擊中電噴油系統(tǒng)，對柴油機的結構形式有專門要求；尤其是高壓共軌系統(tǒng)，與目前的小、中型及重性柴油機均能很好匹配，因而市場前景看好。

　　（二）高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)及基本單元

　　高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)主要由電控單元、高壓油泵、蓄壓器(共軌管)、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌(蓄壓器)，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)機器的運行狀態(tài)，由電控單元從預設的 map 圖中確定合適的噴油定時、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。

　　1、高壓油泵

　　高壓油泵的供油量的設計準則是必須保證在任何情況下的柴油機的噴油量與控制油量之和的需求以及起動和加速時的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產(chǎn)生于燃油噴射過程無關，且噴油正時也不由高壓油泵的凸輪來保證，因此高壓