柴油機共軌技術

【專家解說】：柴油機共軌電控燃油噴射技術 2005-05-19 14:29 隨著世界各國工程機械、運輸車輛等數量增加，柴油機排放的尾氣已經成為對地球環(huán)境的主要污染原因之一，如何采取措施保護人類賴以生存的地球環(huán)境已是當務之急。我國從80年代起相應制訂了有關的標準，將環(huán)境保護作為大事來抓。與此同時，世界各國也已開始尋找和探究其他方法和采取其他有效的技術措施主動地減少和控制污染物的排放。共軌式電控燃油噴射技術正是從眾多方法和措施中脫穎而出的一項較為成功的控制柴油機污染排放的新技術。 柴油機高速運轉時，柴油噴射過程的時間只有千分之幾秒。實驗證明，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。柴油的可壓縮性質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。油管內的壓力波動有時還會在噴射時之后，使高壓油管內的壓力再次上升，達到令噴油器針閥開啟的壓力，將已經關閉的針閥又重新打開產生二次噴油現象。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，并使油耗增加。此外，每次噴射循環(huán)后高壓油管內的殘壓都會發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴射，尤其在低速區(qū)域容易產生上述現象。嚴重時不僅噴油不均勻，而且會發(fā)生間歇性不噴射現象。為了解決柴油機燃油壓力變化所造成的缺陷，現代柴油機采用了一種稱之為“共軌”的電噴技術 1、原理 一般認為，柴油機噴油技術經歷了傳統的純機械操縱式噴油和現代的電控操縱式噴油兩個發(fā)展階段。而現代電控噴油技術的崛起，則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。共軌式電控燃油噴射設技術正是屬于后者。 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壓力隨發(fā)動機轉速變化的程度，因此，也就減少了傳統柴油機的缺陷。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。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。 (2)中壓共軌系統。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。 高壓共軌系統與中壓共軌系統的主要判別在于，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，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)系結構移植方便，適應范圍廣，不像其他的擊中電噴油系統，對柴油機的結構形式有專門要求；尤其是高壓共軌系統，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。 4、研究熱點 正是由于共軌式電控燃油噴射技術具有上述特點，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，高壓共軌系統被認為是20世紀內燃機技術的3大突破之一?，F在國外許多內燃機方面的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產品及其與之配套的產品。目前，這一項技術的研究特點有： (1)高壓共軌系統的恒高壓密封問題。 (2)高壓共軌系統中共軌壓力的微小波動所造成的噴油量不均勻問題。 (3)高壓共軌系統三維控制數據的優(yōu)化問題。 (4)微結構、高頻響電磁開關閥涉及與制造過程中的關鍵技術問題。 共軌式電控燃油噴射技術有助于減少柴油機的尾氣排放量，并具有改善噪聲、降低燃油耗等方面的綜合性能。它在有利于地球環(huán)境保護的同時，也必將促進柴油機工業(yè)、汽車農業(yè)及與之相關工業(yè)的向前發(fā)展。