柴油機高壓共軌電控燃油噴射技術

胡斌

【摘要】簡要介紹柴油機電控高壓共軌噴射系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，主要分析柴油機電控高壓共軌噴射系統(tǒng)的結構和原理，分析柴油機電控高壓共軌噴射系統(tǒng)的關鍵技術。

【關鍵詞】柴油機；高壓共軌；關鍵技術

隨著世界能源危機和環(huán)境污染的加重，為了節(jié)約能源、降低排放，使得柴油機電控噴射技術得到了飛速的發(fā)展。既要保住直噴柴油機卓越的燃油經(jīng)濟性能，又要滿足日益嚴格的排放法規(guī)，最重要的一步還是改善燃燒過程，而燃油噴射系統(tǒng)的性能又是影響柴油機燃燒過程至關重要的環(huán)節(jié)。高壓共軌電控燃油噴射技術的應用則發(fā)揮了巨大的威力，進一步降低燃油消耗、增強了動力性能和滿足了更加嚴格的排放法規(guī)，并使系統(tǒng)具有更高的噴射壓力和更加靈活的噴油方式。目前，國外的柴油機電控共軌噴射系統(tǒng)方面的研究與發(fā)展正進行得如火如荼，并有多種高壓共軌系統(tǒng)投入使用。

一、高壓共軌電噴柴油機基本原理

1、電控噴射技術

該種柴油機的電控噴射系統(tǒng)是通過控制噴油時間來調節(jié)出油量的大小，而柴油機噴油控制則是由發(fā)動機的轉速和加速踏板位置來決定的。因此，其基本原理是計算機根據(jù)轉速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號來控制，首先計算出基本噴油量，燃油根據(jù)水溫、進氣溫度、進氣壓力等傳感器的信號進行修正，再與來自控制位置傳感器的信號進行反饋修正，從而確定最佳噴油量。

電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU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、壓力傳感器，將實時檢測的參數(shù)同步輸入計算機，與已儲存的參數(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。

2、共軌技術

共軌技術是指高壓油泵、壓力傳感器和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。由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共油管，通過對公共供油管內的油壓實現(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)動機轉速的變化，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，噴油量大小取決于油軌壓力和電磁閥開啟時間的長短。高壓共軌系統(tǒng)可實現(xiàn)在傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中無法實現(xiàn)的功能，其優(yōu)點有以下幾點。

（1）共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調，對不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機綜合性能。

（2）可獨立的柔性控制噴油正時，配合高的噴射壓力（120—200Mpa），可同時控制NOX和微粒在較小的數(shù)值內，以滿足排放要求。

（3）柔性控制噴油速率變化，實現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實現(xiàn)預噴射和多次噴射，即可降低柴油機NOX，又能保證優(yōu)良的動力性和經(jīng)濟性。

（4）由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會出現(xiàn)氣泡和殘壓力為零的現(xiàn)象。因此，在柴油機運轉范圍內，循環(huán)噴油量變動小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機的振動和降低排放。

二、系統(tǒng)組成及基本單元

1、電控單元和傳感器

ECU是電控高壓共軌噴射系統(tǒng)的核心機構，它一般由輸入模塊、微控模塊、輸出模塊和通信模塊4個部分組成。ECU通過各個傳感器實時采集柴油機運行過程的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行處理，將實時運行參數(shù)與預存在ECU內的MAP圖相比較、計算確定噴油定時、噴油脈寬，驅動噴油器電磁閣，完成噴油壓力和規(guī)律的控制、此外電控單元還能完成在線故障診斷和應急處理，與監(jiān)控系統(tǒng)實時通信，記錄并存儲重要的狀態(tài)參數(shù)。

2、高壓油泵

高壓油泵供油量的設計準則是：在任何情況下必須保證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)生與燃油噴射過程無關，且噴油正時也不由高壓油泵的凸輪來保證。因此，高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應力最小和最耐磨的設計原則來設計凸輪。高壓油泵對油量的控制采用控制低壓燃油有效進油量的方法，該方法能使高壓油泵不產(chǎn)生額外的功率消耗，但需要確定控制脈沖的寬度和控制脈沖與高壓油泵凸輪的相位關系，控制系統(tǒng)比較復雜。

3、共軌管

共軌管是電控高壓共軌噴射所特有的零部件，主要包括油軌、軌壓傳感器和壓力限制閥。共軌管的主要作用是儲存燃油并建立油壓，消除燃油壓力波動同時限制燃油壓力，使之不超過安全限值。壓力傳感器向ECU提供高壓油軌的壓力信號，同時保證高壓油軌在出現(xiàn)壓力異常時，迅速將高壓油軌中的壓力進行放泄。

4、電控噴油器

電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關鍵和最復雜的部件，它的作用是根據(jù)ECU發(fā)出的控制信號，通過控制電磁閥的開啟和關閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入柴油機的燃燒室。電控噴油器的結構基本相似，都是由與傳統(tǒng)噴油器相似的噴油嘴、控制活塞、控制量孔、控制電磁閥組成。

在電磁閥不通電時，電磁閥關閉控制活塞頂部的量孔，高壓油軌的燃油壓力通過量孔作用在控制活塞上，將噴嘴關閉；當電磁閥通電時，量孔被打開，控制室的壓力迅速降低，控制活塞升起，噴油器開始噴油；當電磁閥關閉時，控制室的壓力上升，控制活塞下行關閉噴油器完成噴油過程。

控制噴油的形狀，需對其進行合理的優(yōu)化設計實現(xiàn)預定的噴油形狀?？刂剖胰莘e的大小決定針閥開啟時的靈敏度，控制室的容積太大，針閥在噴油結束時不能實現(xiàn)快速斷油，使后期的燃油霧化不良；控制室容積太小，不能給針閥提供足夠的有效行程，使噴射過程的流動阻力加大。因此，對控制室的容積也應根據(jù)機型的最大噴油量合理選擇。

控制量孔的大小對噴油嘴的開啟和關閉速度及噴油的過程起著決定性的影響。雙量孔閥體的三個關鍵性結構是進油量孔、回油量孔和控制室，他們的機構尺寸對噴油器的噴油性能影響巨大?；赜土靠着c進油量孔的流量率之差及控制室的容積決定噴油嘴針閥的開啟速度，以減少噴油嘴噴射后期霧化不良的部分。此外，噴油嘴的最小噴油壓力取決于回油量孔的流量率及控制活塞的端面面積。這樣在確定了進油量孔、回油量孔和控制室的結構尺寸后，就確定了噴油嘴的穩(wěn)定最小噴油量控制室容積的減少可以使針閥的響應速度更快，使燃油溫度對噴油嘴噴油量的影響更小。但控制室的容積不可能無限制的減小，它應能保證噴油嘴針閥的升程，以使針閥完全開啟。兩個控制量孔決定了控制室中的動態(tài)壓力，從而決定了針閥的運動規(guī)律。通過仔細調節(jié)兩個量孔的流量系數(shù)，可以產(chǎn)生理想的噴油規(guī)律。對于噴油器電磁閥，由于共軌系統(tǒng)要求它有足夠的開啟速度，考慮到與噴射是改善柴油機性能的。

三、關鍵技術

1、軟件技術

ECU軟件的實質是企業(yè)在技術開發(fā)過程中，企業(yè)通過對各種發(fā)動機在各種工作狀態(tài)下進行試驗而獲得的知識和經(jīng)驗積累，是一個不斷完善和細化的過程。ECU軟件先檢測出發(fā)動機的轉速和油門開度等參數(shù)，然后輸入到計算機內，形成MAP。在工作的時候，將發(fā)動機實時參數(shù)與MAP進行分析處理，向伺服回路發(fā)出指令進行控制。

2、傳感器技術

隨著噴射壓力的不斷提高和其他相關技術的發(fā)展，要求有更高精度和響應速度的新型智能型傳感器來滿足技術進步的要求。

四、總結

高壓共軌電控燃油噴射技術的出現(xiàn)使得車用柴油機的發(fā)展獲得了新生，它不僅保留了傳統(tǒng)柴油機卓越的燃油經(jīng)濟性能，還進一步降低了NOX和微粒物和碳煙的排放，使其更節(jié)能，排放更環(huán)保，在性能上已遠遠超過了傳統(tǒng)汽油機。共軌電控燃油噴射系統(tǒng)的進一步發(fā)展與優(yōu)化涉及到執(zhí)行器、傳感器、計算機和控制技術，是一門綜合性的新興技術，只有在發(fā)展中不斷完善。

【參考文獻】

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