淺談柴油機共軌電控燃油噴射技術的應用與發(fā)展

翁榮偉

[摘要]共軌電控燃油噴射系統(tǒng)利用先進的電子技術、高頻高速電磁閥技術，能夠自由控制噴油量、噴油壓力、噴油正時和噴油頻率，目前正迅速發(fā)展，簡要介紹該系統(tǒng)的發(fā)展過程、基本原理和類型，并闡述共軌系統(tǒng)的優(yōu)點及發(fā)展方向。

[關鍵詞]共軌噴射柴油機電子技術

中圖分類號；TM91文獻標識碼：A文章編號：1 671—7597(2009)1010147—01

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車尾氣排放已經成為環(huán)境污染的主要原因之一。柴油機具有顯著的經濟性能和動力性能，所以被廣泛使用，但是柴油機工作噪聲大，尾氣排放超標，為了解決這些缺陷，現代柴油機都采用共軌電控燃油噴射技術。

一、柴油機共軌電控燃油噴射技術的發(fā)展過程

20世紀，柴油機技術發(fā)展史上經歷了三次重大的飛躍：機械式燃油系統(tǒng)、中冷增壓和電控噴射。在20世紀60年代后期，瑞士的Hiher教授研制了柴油機共軌電控系統(tǒng)的“原型”，其后以瑞士工業(yè)大學的Ganser教授為中心對共軌電控系統(tǒng)進行了一系列的研究。從20世紀70年代開始，鑒于柴油機有害氣體排放嚴重污染自然環(huán)境、石油資源的有限開采和利用，人們主動而有效地利用電子技術、計算機技術、傳感技術和控制理論推動柴油機燃油噴射技術的發(fā)展。1995年末，日本電裝公司將ECD-U2型共軌電控系統(tǒng)成功的應用于載重汽車用柴油機上并批量生產，從此開始了柴油機共軌電控燃油噴射系統(tǒng)的新時代，隨后，德國的Bosch公司、美國的Cummiese公司、瑞典的Volvo公司、意大利的Fiat公司和日本五十鈴公司等相繼將自行開發(fā)的分別用于轎車、載重汽車和工程機械的共軌電控燃油噴射系統(tǒng)柴油機投放市場。

二、柴油機共軌電控燃油噴射技術的基本原理

現代電控噴油技術的崛起，是計算機技術和傳感檢測技術迅猛發(fā)展的結果。目前，電控噴油技術已從初期的位置控制型發(fā)展到時間控制型，共軌電控燃油噴射設技術正是屬于后者。共軌電控系統(tǒng)利用各種相關傳感器采集并輸送柴油機運行狀態(tài)參數給控制器(ECU)，ECU根據目標設定值計算出噴油量、噴油壓力、噴油正時和噴油速率，隨后發(fā)出指令給執(zhí)行器，驅動其動作，讓柴油機處于最佳狀態(tài)下運轉。

共軌電控噴射技術是指在高壓油泵、壓力傳感器和電子控制裝置(BCU)組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產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，通過公共供油管內的油壓實現精確控制，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油壓隨發(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，而是通過共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。

三、柴油機共軌電控燃油噴射技術的分類

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

(一)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。

(二)高壓共軌系統(tǒng)。高壓輸油泵(壓力在120MPa以上)直接產生高壓燃油后，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。

上述兩個系統(tǒng)的主要區(qū)別在于高壓燃油的獲得方式不同，高壓共軌系統(tǒng)由高壓燃油泵直接提供，而中壓共軌系統(tǒng)則借助于增壓柱塞增壓后獲得。

四、柴油機共軌電控燃油噴射技術的優(yōu)點

柴油機共軌電控燃油噴射技術集計算機控制技術、現代傳感檢測技術以及先進的噴油器結構于一身，不僅能達到較高的噴射壓力、實現噴射壓力和噴油量的控制，而且還能實現預噴射和后噴，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。具體優(yōu)點有；

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)的噴射壓力可調范圍大，并且能方便的實現預噴射、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，系統(tǒng)結構移植方便，適應范圍廣，不像其他的電控燃料噴射系統(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)，與目前的中小型及重型柴油機均都能很好地匹配。

五、柴油機共軌電控燃油噴射技術的發(fā)展方向

正是由于共軌電控燃油噴射技術具有很多優(yōu)點，所以該技術一經問世，就得到世界上大多數柴油機制造廠商的青睞，其中，高壓共軌系統(tǒng)被認為是20世紀內燃機技術的三大突破之一?，F在國內外許多內燃機專家學者都在致力于該項新技術的研究，并著手開發(fā)新一代的高壓共軌系統(tǒng)產品及其與之配套的產品。目前，這一項技術的發(fā)展方向有：1，可靠保證高壓共軌系統(tǒng)的恒高壓密封性；2，盡量降低高壓共軌系統(tǒng)中共軌壓力的微小波動所造成的噴油量不均勻；3，進一步優(yōu)化高壓共軌系統(tǒng)三維控制數據；4，解決微結構、高頻響電磁開關閥涉及與制造過程中的關鍵技術。

六、結束語

由于高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)具有可以對噴油定時、噴油持續(xù)期、噴油壓力、噴油規(guī)律進行柔性調節(jié)的特點，該系統(tǒng)的采用可以使柴油機的經濟性、動力性和排放性能都有進一步的提高，在有利于環(huán)境保護的同時，也必將促進柴油機、汽車工業(yè)及與之相關產業(yè)的向前發(fā)展。