高壓共軌系統(tǒng)的實(shí)效性

宋治衡

【摘? 要】全球變暖成為當(dāng)下熱議的話題，各國倡導(dǎo)保護(hù)環(huán)境、減少排放污染的議題。中國這一發(fā)展中國家從汽車能源利用和污染排放方向入手解決問題，對車輛行業(yè)提出新的要求，從2004年開始陸續(xù)執(zhí)行國家統(tǒng)一的排放標(biāo)準(zhǔn)。高壓共軌系統(tǒng)的研發(fā)，在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)上作出了革新，燃料的高效率利用，尾氣污染物質(zhì)的減少，使得高壓共軌系統(tǒng)成為汽車發(fā)展行業(yè)新的基石。

【Abstract】Global warming has become a hot topic at the moment. Countries advocate the issue of protecting the environment and reducing the emission of pollution. China， as a developing country， began to solve the problem from the direction of automobile energy utilization and pollution emission， and put forward new requirements for the automobile industry. Since 2004， China has successively implemented the national unified emission standards. The development of high pressure common rail system has been innovated on the vehicle engine. The high pressure common rail system has become a new foundation for the development of automobile industry because of the high efficiency utilization of fuel and the reduction of exhaust pollutant.

【關(guān)鍵詞】全球變暖;高壓共軌;新能源;基石;發(fā)展趨勢

【Keywords】global warming; high pressure common rail; new energy sources; foundation; development trend

【中圖分類號】TK423? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）06-0180-02

1 高壓共軌技術(shù)應(yīng)用在車輛工業(yè)技術(shù)中的介紹

現(xiàn)代車輛工業(yè)衍生出許多新能源車型，如混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、其他能源汽車等。石油資源的過度開采和利用，使得石油資源成為稀缺資源，燃料汽車行業(yè)受到影響，為提高燃油燃燒效率，高壓共軌技術(shù)的研發(fā)，為燃料汽車行業(yè)帶來了生機(jī)。高壓共軌技術(shù)是靠一個(gè)ECU芯片控制噴油器實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確噴油，高壓噴嘴使得燃油霧化率提升，燃料燃燒效率得到了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)理想噴油的規(guī)律，同時(shí)保證優(yōu)良的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

2 高壓共軌技術(shù)運(yùn)用的優(yōu)勢

高壓共軌技術(shù)在車輛行業(yè)運(yùn)用的潮流逐漸興起，這樣的趨勢是必然的，高壓共軌系統(tǒng)的眾多優(yōu)勢帶來跨越傳統(tǒng)機(jī)械領(lǐng)域的革新，讓我們從高壓共軌系統(tǒng)的部分優(yōu)勢進(jìn)行探究。

2.1 技術(shù)可持續(xù)

高壓共軌技術(shù)的衍生，使得燃油燃燒效率得到了質(zhì)的提升，從普通燃油發(fā)動(dòng)機(jī)對燃料燃燒率30%到高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)對燃料燃燒率90%。國家排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷更替，對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提出了更高的要求。高壓共軌技術(shù)的利用，使得燃油的霧化效率和燃燒效率都能達(dá)到最高，減少了CO2的排放，減少了PM顆粒物的排放和NOx的排放，對環(huán)境更友好，相較于之前的傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)，高壓共軌技術(shù)實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的延伸。

2.2 技術(shù)效應(yīng)高

由于高壓共軌技術(shù)是由電磁閥控制噴油嘴噴油，噴油可以實(shí)現(xiàn)柔性控制。燃油通過公共油缸進(jìn)入高壓油路，因?yàn)榭刂凭忍嵘邏河吐分胁粫霈F(xiàn)殘余氣泡和殘壓為零的情況，循環(huán)噴油量變化量降低，各個(gè)缸供油不均勻得到了改善，不僅減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)還降低了排放，高效清潔將被帶入車輛工業(yè)，不斷提高效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)更高規(guī)格的應(yīng)用。高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)在省油方面是一個(gè)質(zhì)的提升，有更高的繼承性，國家排放標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，勢必也會促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)，高壓共軌技術(shù)也勢必迎來技術(shù)效應(yīng)的提高。

2.3 技術(shù)受眾廣

高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)通過ECU芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精準(zhǔn)控制。柔性控制是彈性的，不同的車型對應(yīng)需要不同型號的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效驅(qū)動(dòng)，根據(jù)不同車型的不同需求可以滿足個(gè)體車型的要求，相當(dāng)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的專屬定制，高壓共軌技術(shù)的廣泛使用，ECU的數(shù)字調(diào)制，可以輕松滿足不同客戶的不同需求，技術(shù)的受眾面廣泛，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)后，降低經(jīng)濟(jì)成本。高壓共軌原理適用于更多的領(lǐng)域，社會科技的進(jìn)步，也會產(chǎn)生高壓共軌技術(shù)的科技浪潮。

3 高壓共軌系統(tǒng)改善方法

目前，高壓共軌技術(shù)仍存在一些問題，根據(jù)以上提出的關(guān)于未來高壓共軌系統(tǒng)的展望，應(yīng)該從系統(tǒng)中探尋線索，結(jié)合新型的科研成果不斷完善高壓共軌系統(tǒng)。

3.1 電控革新

高壓共軌系統(tǒng)引進(jìn)不同的控制閥實(shí)現(xiàn)效率的提升。高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)是電控發(fā)動(dòng)機(jī)，通過傳感元件輸送到ECU的電信號，計(jì)算給出最佳的噴油時(shí)間，噴油次數(shù)和噴油量，達(dá)到節(jié)油、環(huán)保、動(dòng)力更強(qiáng)勁的目的。目前，高壓共軌系統(tǒng)依然存在穩(wěn)定性不足的部分問題，現(xiàn)通過調(diào)節(jié)小噴油量和多次循環(huán)噴油的變量控制，來實(shí)現(xiàn)對高壓共軌系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)電控革新要從以上2個(gè)問題入手。研究表明，對循環(huán)噴油量的影響性和相關(guān)性分析，以及噴油量的波動(dòng)特性可知，大多數(shù)的參數(shù)影響都是針對電控噴油閥。對其電磁閥和控制腔進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提出了雙密封電磁閥結(jié)構(gòu)，同時(shí)在控制腔內(nèi)加入穩(wěn)定腔實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。結(jié)構(gòu)的革新更好地為高壓共軌系統(tǒng)提供了支點(diǎn)，不斷完善其設(shè)計(jì)缺陷，也將會引領(lǐng)新的發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)革新。

3.2 雙閥電控

根據(jù)對高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改善，提出了帶有穩(wěn)壓腔的雙密封面控制閥電控噴油器，相較于傳統(tǒng)噴油器多出了一個(gè)電控閥，多出的電控閥提升了控制難度。第一，對ECU的電信號要求更高。第二，2個(gè)電磁閥同時(shí)工作會產(chǎn)生電磁干擾，彼此影響。為最大限度地解決存在的問題，在設(shè)計(jì)雙閥噴油器時(shí)采用了壓電執(zhí)行器。壓電技術(shù)是由居里夫人發(fā)現(xiàn)的，壓電技術(shù)的采用直接降低了燃燒噪聲。相比于傳統(tǒng)的電磁閥式的噴油器，壓電產(chǎn)生的反應(yīng)更為迅速，反應(yīng)信號會在0.1ms內(nèi)完成反饋，精確度得到了大大的提升，使得系統(tǒng)重復(fù)的精度非常高，也避免了由于設(shè)計(jì)中一些無法消除的誤差帶來的影響，也實(shí)現(xiàn)了單一控制器對雙密封面的控制，從而采用壓電式電控閥單一執(zhí)行器，解決了系統(tǒng)控制的復(fù)雜性和2個(gè)電控閥會產(chǎn)生的電磁干擾。

3.3 量化分析影響參數(shù)

對于高壓共軌系統(tǒng)進(jìn)行影響因素的量化分析，高壓油泵輸入高壓軌道內(nèi)的燃油，供油的動(dòng)態(tài)變化直接關(guān)系到軌道內(nèi)壓力的波動(dòng)特性。由于高壓油泵運(yùn)行涉及多種物理場的耦合作用，高壓油泵循環(huán)供油量取決于進(jìn)油量，進(jìn)入的燃油會受到電磁閥的調(diào)控，在出口油量流動(dòng)率上作用，這樣往復(fù)作用反饋回電磁閥，間接反映了電磁閥對高壓油泵輸油的動(dòng)態(tài)特性，可得電磁閥出口燃油流動(dòng)率與供油柱塞吸油流動(dòng)率有關(guān)。在高壓油泵供油的同時(shí)，電磁閥存在振蕩周期會影響出油流動(dòng)率，進(jìn)而影響循環(huán)供油量。上述供油時(shí)區(qū)內(nèi)的變化，對應(yīng)循環(huán)噴油量的影響機(jī)理，得出了相應(yīng)參數(shù)變化，進(jìn)而分析參數(shù)變化影響與共油量之間的相關(guān)性。對于循環(huán)噴油量在小脈寬區(qū)域?qū)﹄姶砰y和針閥預(yù)緊力的變化更為靈敏。量化分析的改進(jìn)，提出了研究循環(huán)噴油量的新概念，消除百分百比量化指標(biāo)的影響。高壓共軌系統(tǒng)對小噴油量曲線存在非線性拐點(diǎn)的成因機(jī)理，進(jìn)回流節(jié)流孔直徑對于循環(huán)油量的影響規(guī)律，減少回節(jié)流孔的直徑能顯著提高小噴油量的控制裕度，還減少了循環(huán)回油量，減少功的損失。高壓共軌系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)、控制閥等實(shí)現(xiàn)了相較于傳統(tǒng)機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)的革新，整體機(jī)能的量化分析，分段解決存在的隱患，使得結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)化，有高度的可循性，最大效率實(shí)現(xiàn)功用，希望部分有待解決的問題，在不遠(yuǎn)的未來能一一實(shí)現(xiàn)。

3.4 波動(dòng)特性參數(shù)分析

波動(dòng)特性分析針對于壓力波動(dòng)的影響因素：

第一，主噴油量的影響，控制變量，主預(yù)噴油量的不同（依次增加），以及時(shí)間間隔不同（依次增加）。盛油腔內(nèi)壁壓力呈現(xiàn)幅值遞減的周期波動(dòng)規(guī)律。

第二，軌壓的影響，對于相同主預(yù)噴油量，當(dāng)軌壓上升時(shí)，噴油脈寬的減少，影響周期的持續(xù)壓力波動(dòng)，進(jìn)而改變主噴的波動(dòng)特性。壓力波動(dòng)是導(dǎo)致多次噴射循環(huán)噴油量波動(dòng)的主要原因。由于多次循環(huán)噴油波動(dòng)的影響會導(dǎo)致缸內(nèi)燃燒和排放的不完全，因此應(yīng)該找尋方式降低或者消除壓力波動(dòng)，以便提升噴射循環(huán)的穩(wěn)定性。高壓共軌油路內(nèi)存在2種壓力波動(dòng)，分別是膨脹波和壓縮波。2種不同的壓力波與電磁閥和針閥的開閉相聯(lián)系。2種波在共軌油路內(nèi)壁不斷傳遞和疊加形成了壓力波動(dòng)。高壓共軌系統(tǒng)中通過波動(dòng)特性的分析得到了噴射油量循環(huán)的波動(dòng)性，建立了高壓共軌模型的LC無阻尼液體系數(shù)學(xué)模型，對高壓油路內(nèi)燃料的壓力波動(dòng)和頻率周期進(jìn)行預(yù)測，最后提出了壓力幅值變化規(guī)律預(yù)測公式，通過計(jì)算得到壓力波的頻率，從而對不同的數(shù)學(xué)模型和仿真模型進(jìn)行預(yù)測，驗(yàn)證了壓力幅值對噴射引起的波動(dòng)預(yù)測的可靠性?？梢詾槎啻窝h(huán)噴油的穩(wěn)定提供準(zhǔn)確的理論指導(dǎo)，數(shù)字模型預(yù)測仿真，為高壓共軌系統(tǒng)的細(xì)化奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

以上探究讓我們更加清楚地了解到高壓共軌系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)走入人們的日常生活中。高壓共軌系統(tǒng)有ECU提供精確的指令，ECU不同的型號可以控制不同功率、不同模式的系統(tǒng)，這樣可以滿足絕大多數(shù)車型，甚至可以根據(jù)不同運(yùn)用行業(yè)、不同車型進(jìn)行私人訂制，這樣高壓共軌系統(tǒng)車型可以適用于各種情況，更加貼合人們的生活。通過優(yōu)勢判斷和不足的改善，對未來發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)發(fā)展打下了牢固的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】黃和祥，彭玲玲.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)高壓共軌噴射系統(tǒng)介紹[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2012（05）：211-213.

【2】田丙奇.柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2014.

【3】王忠雷，趙國群.精密鍛造技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].山東大學(xué)，2009（1）：33-35.

【4】張開洪.淺談高壓共軌技術(shù)[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2008（04）：99-100.