本文關鍵詞：柴油機中壓共軌液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

武漢理工人學碩士學位論文

號，開啟或關閉電磁閥而使油壓單元動作。其信號是隨柴油機的轉速、負荷和工作油的壓力及溫度的不同而發(fā)生變化。從而實現了發(fā)動機性能在全工況范圍內的優(yōu)化。

共軌系統(tǒng)在國外已經進行過大量的研究，伴隨著微電腦技術的飛速發(fā)展及其在內燃機行業(yè)內的應用，以及由于一直以來對低燃油消耗率的追求和日益嚴格的排放法規(guī)的要求，共軌系統(tǒng)也開始由結構簡單的、調節(jié)范圍有限的共軌系統(tǒng)，向精確的、多自由度的、全柔性控制的、智能型共軌系統(tǒng)發(fā)展。

目前，國外柴油機的共軌燃油噴射技術已經較為成熟，而且已經在一些產品上應用，但是由于對我國進行技術封鎖，我國無法單獨購買到電控柴油機燃油噴射系統(tǒng)相關配件，也很難得到有關技術參數。柴油機共軌可變氣門技術也即將遇到同樣的問題。國外已經有產品上市，而國內相關技術的研究工作尚未起步。這勢必造成柴油機行業(yè)的長期落后，失去競爭力。因此，我們迫切需要掌握有關柴油機共軌噴油、配氣綜合系統(tǒng)的技術及其工作機理。１．３現代化柴油機對燃油噴射系統(tǒng)的要求

為滿足對柴油機經濟性、可靠性和日趨嚴格的排放法規(guī)要求。未來的柴油機燃油噴射系統(tǒng)將具備如下特征”１：

１）較高的、靈活可調的平均有效噴射壓力Ｐ。；

２）低的初期噴油速率或預噴射功能；

３）快速停油功能；

４）靈活的噴油定時控制；

５）完善的柴油機電控功能。

靈活可調的Ｐ。噴油規(guī)律可控及噴油定時的靈活控制能使燃油噴射過程在所有工況范圍內滿足燃燒的需求。

１．３．１高壓噴射

從碳煙和ＮＯｘ生成機理來看，碳煙排放和ＮＯｘ排放存在著相互制約的關系，要實現兩者同時降低是有困難的。而采用高壓噴射，可以促使噴霧液滴更加細化，提高燃油與空氣的混合質量，使燃料得以充分燃燒，從而提高

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燃油經濟性，抑制了碳煙的形成。同時，，噴射壓力的提高，可大大縮短噴油時間和著火延遲期，如果采用減少先期著火時噴入的燃油量，再與推遲噴油正時相結合，就能縮短滯燃期和燃燒時間，從而抑制ＮＯｘ的生成。因此，提高噴油壓力是同時降低碳煙和Ｎ０。排放的行之有效的技術之一。

研究得知：噴射壓力在１００～１５叫鏟。時，柴油機可達熱效率的最高值（約４８％），噴霧粒徑達到最小，此時的碳煙排放也最小“”…１；噴射壓力超過１５０ＭＰ。時，單位油滴表面積的增加較為緩慢，再通過提高噴油壓力來改善混合氣形成的質量很困難”“。但是，最前采用的直列泵一噴嘴系統(tǒng)或一體式泵一噴嘴系統(tǒng)是隨著發(fā)動機凸輪軸的旋轉而對燃油進行瞬時壓縮、噴射的所謂沖擊式噴油系統(tǒng)，其產生的最高噴射壓力必然與發(fā)動機的轉速相對應，即噴射壓力對轉速有依存性。其缺點是，在發(fā)動機低速區(qū)難以獲得足夠的噴射壓力。另外，對柴油機而言，也并不是只要求進行高壓噴射，在極低負荷時（如空轉時），為了達到降低噪音等目的，要求進行低壓噴射。也就是說，對噴射壓力

的要求是，能達到柱

斌

囂

需

越

化１００～１５０腳。的最高壓力噴射，同時還具有能隨發(fā)動

機負荷和轉速的

改變而進行最佳

噴射壓力控制的

自由度。這樣的功

能只有采用電控

噴油才能達到。發(fā)動機轉速圖１—１各運行條件最佳噴油率波形

１．３．２噴油速率的柔性控制

所謂噴油速率，就是隨時間而變化的噴油量，即單位時間的噴油量。實現噴油速率最佳化對降低ＮＯｘ排放和噪聲有重要作用。就噴油率模式而言，在從開始噴射到著火這一段時間內所噴射的燃油量即初始燃油噴射率就得控制得很小，這樣才能緩和初期燃燒，達到減少ＮＯｘ生成、降低噪聲的目４

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的。即要求能實現三角形噴射及預噴射，為了避免預噴射對碳煙排放的不利影響，采用小噴孔、精確控制預噴射量及預噴射相位是十分關鍵的：在噴油中期采用較高的噴油速率以控制微粒的排放；在噴油結束期，要做到在高壓下一下子噴出必要的燃油量并快速中止噴射，即快速斷油，這對于改善煙度和減少Ｈｃ的排放，降低油耗都是重要的。圖１—１為各運行工況下最佳噴油率波形的一個實例““。

１．３．３獨立的噴油正時控制

眾所周知，噴射正時直接影響到在柴油機上止點前噴入氣缸的油量，因而就決定了氣缸的最高爆發(fā)壓力和最高燃燒溫度。通常，噴油提前，燃油在較低的溫度和壓力下噴入氣缸，著火延遲期延長，預混合燃燒的比例增加，導致燃燒溫度升高和ＮＯｘ的增加；但燃燒過程提前結束，有利于提高燃油經濟性和降低碳煙顆粒排放。噴油推遲，一方面會降低初始放熱率和最高燃燒溫度，從而降低ＮＯｘ的排放。另一方面，噴油推遲會導致燃燒過程的推遲，降低了最高爆發(fā)壓力，使經濟性變壞，并產生后燃，使排溫升高，功率下降。對于每一組負荷和轉速，都存在著一個使柴油機某些性能指標（燃油經濟性、ＮＯｘ和碳煙排放等）最佳的噴油提前角（噴油正時）。因此，具有不依賴與轉速和負荷的噴油正時控制能力，是在燃油經濟性和排放之間實現最佳組合的關鍵措施。

１．４柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展

柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)從發(fā)明到如今近３０年的發(fā)展歷程中，世界上有許多研究機構和公司的研究部門都在致力于該系統(tǒng)的研制，所以現在的燃油噴射系統(tǒng)是結構上五花八門，功能上是各有千秋。但總體上我們還是按燃油噴射系統(tǒng)的工作原理和控制方法將它劃分為以下三代。

１．４．１第一代電控燃油噴射系統(tǒng)

第一代電控燃油噴射系統(tǒng)基本上不改變傳統(tǒng)的機械式供油和噴射系統(tǒng)５

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它保留了傳統(tǒng)的泵一管一嘴系統(tǒng)及噴油泵的齒條、滑套、柱塞上的控制斜槽等控制油量的機械傳動機構，只是對齒條和滑套的運動位置給予電子控制，所以也稱之為“位置控制式”電控燃油噴射系統(tǒng)。

目前該類系統(tǒng)的成熟產品主要有在直列噴油泵上實施位置控制的美國Ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ的ＰＥＥＣ系統(tǒng)、德國Ｂｏｓｃｈ公司的ＥＤＲ系統(tǒng)、日本Ｚｅｘｅｌ公司的ＣＯＰＰＥＣ系統(tǒng)和可變預行程ＴＩＣＳ系統(tǒng)、日本電裝（Ｎｉｐｐｉｎｄｅｎｓｏ）公司的ＥＣＤ．Ｐ２系統(tǒng)等：以及在分配泵上實施位置控制的日本電裝公司的ＥＣＤ—Ｖ１系統(tǒng)、同本Ｚｅｘｅｌ公司的ＣＯＶＥＣ系統(tǒng)，德國Ｂｏｓｃｈ公司的ＥＤＣ系統(tǒng)、英國Ｌｕｃａｓ公司的ＥＰＩＣ系統(tǒng)、美國ＳＴａｎａｄｙｎｅ公司的ＰＣＦ系統(tǒng)和美國ＡＭＢＡＣ公司的電控１００型分配泵系統(tǒng)等等。

這些系統(tǒng)因為在現有柴油機上改動較少，繼承性好，而且作為執(zhí)行器的電磁閥和旋轉電磁鐵等技術容易過關，所以為柴油機生產企業(yè)和用戶接受，是目前國外商品化程度最高的產品。但是由于燃油泵輸送和計量機構基本不變，噴油系統(tǒng)參數受柴油機轉速影響大，很難實現噴油規(guī)律控制，凸輪機構、柱塞套的應力和變形限制了噴油壓力的提高。

１．４．２第二代電控燃油噴射系統(tǒng)

第二電控燃油噴射系統(tǒng)改變了第一代電控燃油噴射系統(tǒng)的工作原理和結構，通過高速電磁閥在電子控制單元驅動下對噴油量、噴油正時、噴油速率進行控制。其泵油機構和控制機構是完全分開的，而且燃油的計量是由噴油器的開啟時問長短和噴油壓力的大小決定的。由于高速電磁閥是以時間為基礎工作的，所以稱之為“時間控制式”電控燃油噴射系統(tǒng)。

目前應用比較廣泛的時間控制式系統(tǒng)主要有在單體泵上實施時間控制的德國Ｂｏｓｃｈ公司的ＥＵＰｌ３型，以及在分配泵上實旌時間控制的日本Ｚｅｘｅｌ公司的Ｍｏｄｅｌ．１型系統(tǒng)、日本電裝公司的ＥＣＯ．Ｖ３系統(tǒng)、德國Ｂｏｓｃｈ公司的ＶＰ４４系統(tǒng)和美國Ｓｔａｎａｄｙｎｅ公司的ＤＳ系統(tǒng)等等。

第二代電控燃油噴射系統(tǒng)有許多比純機械式或第一代電控燃油噴射系統(tǒng)優(yōu)越的地方，但它們的燃油噴射壓力仍然與發(fā)動機的轉速有關，噴射后殘余壓力不恒定。另外電磁閥的響應直接影響噴射特性，特別是在轉速較高或瞬態(tài)轉速變化很大的情況下尤為嚴重，而且電磁閥必須承受高壓，因此對電６

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磁閥提出了很高的要求。

１．４．３第三代電控燃油噴射系統(tǒng)

第三代電控燃油噴射系統(tǒng)完全擺脫了傳統(tǒng)的柱塞泵分缸脈動供油原理，并通過控制噴油器上的電磁閥實現噴射的開始和終止，電磁閥起作用的時刻決定噴油定時，起作用的持續(xù)時間和共軌壓力共同決定噴油量，即采用的是壓力／時間式燃油計量原理，所以也稱之為“壓力／時間控制式”或“共軌式”電控燃油噴射系統(tǒng)。與傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)相比，共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

１）可以實現高壓噴射，噴油壓力比一般直列泵系統(tǒng)高出一倍，最高已達２００ＭＰ。；

２）噴油壓力獨立于發(fā)動機轉速，可以改善發(fā)動機低速、低負荷的性能；３）可以實現預噴射和后噴射，自由調節(jié)噴油率形狀，實現理想噴油規(guī)律：

４）噴油正時和噴油量可以自由選定；

５）消除了壓力波動引起的異常噴射和高速大油量時過高的噴射壓力引起的泵油機構損壞，具有良好的噴油特性，優(yōu)化了燃燒過程，使發(fā)動機燃油耗、煙度、噪聲和排放等綜合指標得到明顯改善，并有利于改進發(fā)動機扭矩特性；

６）結構簡單，適用性強，可以在新老發(fā)動機上應用。

１．５國外共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展及動向

現在世界上共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)種類繁多，但基本可分為兩大類：中壓共軌系統(tǒng)（即增壓式共軌系統(tǒng)）和高壓共軌系統(tǒng)。其中中壓共軌系統(tǒng)又分為共軌蓄壓式系統(tǒng)和共軌液壓式系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)噴油壓力的形成原理是相同的（均為帕斯卡增壓原理），只是所用的控制油和待噴燃油的壓力源不同（共軌蓄壓式系統(tǒng)的控制油和燃油均來自共軌管；共軌液壓式系統(tǒng)的控制油來自共軌管，待噴燃油來自燃油輸油泵）。７

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