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浅论柴油机共轨技术研究及发展前景

摘要:目前,资源匮乏油价居高不下的严峻状况。本人以资源的稀缺性为依托,对柴油机的发展,结合柴油机的优良特性,通过阐述当前先进的电控柴油机共轨技术与之传统柴油机做了鲜明的描述.对比与结论,和对柴油机共轨技术的未来发展前景,做了具体的浅析和深入的探索.

  关键词:柴油机 共轨技术 优点 生力军

  一.问题背景

  能源短缺尤其是石油短缺是全球性的问题,而作为经济增长的中国在能源方面保持着强劲的需求。当前,中国资源的“红灯”已经亮起,其中石油资源的短缺十分突出,据专家估计,中国已探明的石油可采储量约我23亿t,2004年中国累计进口原油1.2亿t,石油对我依存度已达到40%。目前我国汽车消耗燃油约占全国总石油消费的三分之一。预计2010年,汽车燃油需求我1.38亿t,占总消费43%;2020年燃油需求我2.56亿t,比例将达到75%;而到了2030年,这一比例将有可能达到77%。

  笨重、噪声大、喷黑烟,令许多人对柴油机的直观印象不佳,加之柴油机的构造比较复杂,不少人对柴油机缺乏了解,尤其对现代先进的柴油机缺乏了解,因此柴油机汽车在一些城市成了“被限制的对象”、受到种种歧视。其实,经过多年的研究和新技术应用,现代柴油机已与传统柴油机有了很大差别,在减少质量、噪声、废气烟度等方面取得了重大突破。其中,共轨技术就是现代柴油机采用的新技术之一。

  二.柴油机的发展浅析

  自1897年柴油机问世至今,在一百多年的发展过程中,自20世纪20年代中期以德国BOSCH公司我代表推出的机械式喷油系统取代蓄压式供油系统,是柴油机在汽车上的应用成为可能,从而在许多地方取代了汽油机,并发展壮大。

  柴油机发展经历了五个阶段:

  1.电控直列式喷右泵

  电控直列式喷右泵在直列泵基础上发展起来的电子控制燃油喷射装置,他具有喷油量与喷油定时控制功能或只具备其中一种功能,有些喷油压力和喷油速率等控制功能。(如日本DKK公司的RED-型电子调速器。德国Heinzmann公司的E型电子调速器及美国Barber Colmann

  公司的电子调速器等)

  2.电控单体泵系统

  德国Bosch公司的电控单体泵(EUP)系统,采用较短的高压油管,可实现较高的喷油压力,最高喷油压力可达160MPa,该系统采用高速电磁阀控制喷油定时及喷油量。

  3.电控分配泵

  柴油机电控分配泵的喷油量及喷油定时的控制一般采用高速电磁阀,电磁阀的闭合时刻对应着喷油定时,电磁阀从闭合到开启的时间确定了喷油量,如日本丰田公司的ECD-2型电控VE泵。

  4.电控泵喷嘴系统

  电子控制泵喷嘴系统可分为机械驱动式和蓄压式两种,如美国底特律柴油机的DDEC型电控泵喷嘴,英国LucasCAV公司的EUI型电控泵喷嘴。

  电控蓄压十系统的特点是:将电控和液压技术相结合,按时控制喷射过程和喷射压力。如日本小松公司的KOMPICS电子液压泵喷嘴系统。

  5.电控共轨燃油系统

  20世纪90年代研制出了一种全新的燃油喷射系统----电控共轨燃油系统,该系统虽然正式问世不久,但已显示出它的巨大的优越性。如日本的电装公司的共轨系统ECD-2及德国Bosch公司的柴油机共轨电控蓄压式喷射系统。

   三、现代共轨柴油喷射系统浅析

  现代先进的汽车柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术,在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破,达到了汽油机的水平,而且相比汽油机更环保。目前国外轻型汽车用柴油机日益普遍,奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机的车型。

  在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是,汽油机的电控喷射系统只是控制www.zlunwen.com空燃比,柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出的大小,而柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置(油门拉杆位置)来决定的。因此,基本工作原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号,首先计算出基本喷油量,然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正,再与来自控制套位置传感器的信号进行反馈修正,确定最佳喷油量的。

  电控柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制,实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度、压力等传感器,将实时检测的参数同步输入计算机,与巳储存的参数值进行比较,经过处理计算按照最佳值对喷油泵、废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制,驱动喷油系统,使柴油机运作状态达到最佳。这类电控系统可分为:蓄压式电控燃油喷射系统、液力增压式电控燃油喷射系统和高压共轨式电控燃油喷射系统。以下就介绍一下高压共轨电控柴油喷射系统:

  (一)共轨技术

  在汽车柴油机中,高速运转使柴油喷射过程的时间只有千分之几秒,实验证明,在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动,使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后,使高压油管内的压力再次上升,达到令喷油器的针阀开启的压力,将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象,由于二次喷油不可能完全燃烧,于是增加了烟度和碳氢化合物(HC)的排放量,油耗增加。此外,每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化,随之引起不稳定的喷射,尤其在低转速区域容易产生上述现象,严重时不仅喷油不均匀,而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷,现代柴油机采用了一种称为"共轨"的技术。

  1、原理。

  共轨电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制装置(ECU)组成的闭环系统中,将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管,通过公共供油管内的油压实现精确控制,使高压油管压力大小与发动机的转速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度,因此,也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量,其大小取决于燃油轨道(公共供油管)压力和电磁阀开启时间的长短。该技术不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理,而是通过供轨直接或间接的形成恒定的高压燃油,分送到每个喷油器,并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的启闭,定时定量的控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量,从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化,以及最佳的发火时间、足够的能量和最少的污染排放。柴油机供轨式电控燃油系统的原理如附图所示。

  2、分类

  按照喷油高压形成的不同,共轨式电控燃油喷射系统有两种基本型式,即高压共轨式和中压共轨式。

  (1)高压共轨系统。高压输油泵(压力在120MPa以上)直接产生高压燃油后,输送至共轨中消除压力的脉动,再分送到各喷油器;当电子控制装置按需要发出指令信号后,高速电磁阀(响应在200s左右)迅速打开或关闭,进而控制喷油器工作,即按设定的要求喷出或停喷高压燃油。

  (2)中压共轨系统。中压输油泵(压力为10-13MPa)将中压燃油输送到共轨中消除压力的脉动,再分送至带有增压柱塞的喷油器中;当高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后,就迅速开启或关闭,从而控制燃油器工作,迅即通过高压柱塞的增压作用,将从共轨中来的中压燃油加压至高压(120-150MPa)后喷出或停喷。

  高压共轨系统与中压共轨系统的主要判别在于,高压燃油的获得方式不同;前者由高压燃油泵直接提供,而后者则借助于增压柱塞增压后获得。

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