本文關(guān)鍵詞：柴油機(jī)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。

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號，開啟或關(guān)閉電磁閥而使油壓單元動作。其信號是隨柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和工作油的壓力及溫度的不同而發(fā)生變化。從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)性能在全工況范圍內(nèi)的優(yōu)化。

共軌系統(tǒng)在國外已經(jīng)進(jìn)行過大量的研究，伴隨著微電腦技術(shù)的飛速發(fā)展及其在內(nèi)燃機(jī)行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用，以及由于一直以來對低燃油消耗率的追求和日益嚴(yán)格的排放法規(guī)的要求，共軌系統(tǒng)也開始由結(jié)構(gòu)簡單的、調(diào)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(jī)的共軌燃油噴射技術(shù)已經(jīng)較為成熟，而且已經(jīng)在一些產(chǎn)品上應(yīng)用，但是由于對我國進(jìn)行技術(shù)封鎖，我國無法單獨(dú)購買到電控柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)相關(guān)配件，也很難得到有關(guān)技術(shù)參數(shù)。柴油機(jī)共軌可變氣門技術(shù)也即將遇到同樣的問題。國外已經(jīng)有產(chǎn)品上市，而國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的研究工作尚未起步。這勢必造成柴油機(jī)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(guān)柴油機(jī)共軌噴油、配氣綜合系統(tǒng)的技術(shù)及其工作機(jī)理。１．３現(xiàn)代化柴油機(jī)對燃油噴射系統(tǒng)的要求

為滿足對柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性、可靠性和日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)要求。未來的柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)將具備如下特征”１：

１）較高的、靈活可調(diào)的平均有效噴射壓力Ｐ。；

２）低的初期噴油速率或預(yù)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(jī)電控功能。

靈活可調(diào)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(nèi)滿足燃燒的需求。

１．３．１高壓噴射

從碳煙和ＮＯｘ生成機(jī)理來看，碳煙排放和ＮＯｘ排放存在著相互制約的關(guān)系，要實(shí)現(xiàn)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(xì)化，提高燃油與空氣的混合質(zhì)量，使燃料得以充分燃燒，從而提高

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燃油經(jīng)濟(jì)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(jié)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(shù)之一。

研究得知：噴射壓力在１００～１５叫鏟。時，柴油機(jī)可達(dá)熱效率的最高值（約４８％），噴霧粒徑達(dá)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(zhì)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(jī)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)而對燃油進(jìn)行瞬時壓縮、噴射的所謂沖擊式噴油系統(tǒng)，其產(chǎn)生的最高噴射壓力必然與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速相對應(yīng)，即噴射壓力對轉(zhuǎn)速有依存性。其缺點(diǎn)是，在發(fā)動機(jī)低速區(qū)難以獲得足夠的噴射壓力。另外，對柴油機(jī)而言，也并不是只要求進(jìn)行高壓噴射，在極低負(fù)荷時（如空轉(zhuǎn)時），為了達(dá)到降低噪音等目的，要求進(jìn)行低壓噴射。也就是說，對噴射壓力

的要求是，能達(dá)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(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的

改變而進(jìn)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(dá)到。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速圖１—１各運(yùn)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(shí)現(xiàn)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(nèi)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(dá)到減少ＮＯｘ生成、降低噪聲的目４

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的。即要求能實(shí)現(xiàn)三角形噴射及預(yù)噴射，為了避免預(yù)噴射對碳煙排放的不利影響，采用小噴孔、精確控制預(yù)噴射量及預(yù)噴射相位是十分關(guān)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(jié)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(yùn)行工況下最佳噴油率波形的一個實(shí)例““。

１．３．３獨(dú)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(jī)上止點(diǎn)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(yù)混合燃燒的比例增加，導(dǎo)致燃燒溫度升高和ＮＯｘ的增加；但燃燒過程提前結(jié)束，有利于提高燃油經(jīng)濟(jì)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(dǎo)致燃燒過程的推遲，降低了最高爆發(fā)壓力，使經(jīng)濟(jì)性變壞，并產(chǎn)生后燃，使排溫升高，功率下降。對于每一組負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，都存在著一個使柴油機(jī)某些性能指標(biāo)（燃油經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)速和負(fù)荷的噴油正時控制能力，是在燃油經(jīng)濟(jì)性和排放之間實(shí)現(xiàn)最佳組合的關(guān)鍵措施。

１．４柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展

柴油機(jī)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(jī)構(gòu)和公司的研究部門都在致力于該系統(tǒng)的研制，所以現(xiàn)在的燃油噴射系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)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(jī)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(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，只是對齒條和滑套的運(yùn)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(chǎn)品主要有在直列噴油泵上實(shí)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(yù)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(shí)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?yàn)樵诂F(xiàn)有柴油機(jī)上改動較少，繼承性好，而且作為執(zhí)行器的電磁閥和旋轉(zhuǎn)電磁鐵等技術(shù)容易過關(guān)，所以為柴油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)和用戶接受，是目前國外商品化程度最高的產(chǎn)品。但是由于燃油泵輸送和計(jì)量機(jī)構(gòu)基本不變，噴油系統(tǒng)參數(shù)受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速影響大，很難實(shí)現(xiàn)噴油規(guī)律控制，凸輪機(jī)構(gòu)、柱塞套的應(yīng)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(jié)構(gòu)，通過高速電磁閥在電子控制單元驅(qū)動下對噴油量、噴油正時、噴油速率進(jìn)行控制。其泵油機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)是完全分開的，而且燃油的計(jì)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(chǔ)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(yīng)用比較廣泛的時間控制式系統(tǒng)主要有在單體泵上實(shí)施時間控制的德國Ｂｏｓｃｈ公司的ＥＵＰｌ３型，以及在分配泵上實(shí)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(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，噴射后殘余壓力不恒定。另外電磁閥的響應(yīng)直接影響噴射特性，特別是在轉(zhuǎn)速較高或瞬態(tài)轉(zhuǎn)速變化很大的情況下尤為嚴(yán)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(shí)現(xiàn)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(jì)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(diǎn)：

１）可以實(shí)現(xiàn)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(dá)２００ＭＰ。；

２）噴油壓力獨(dú)立于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，可以改善發(fā)動機(jī)低速、低負(fù)荷的性能；３）可以實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和后噴射，自由調(diào)節(jié)噴油率形狀，實(shí)現(xiàn)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(jī)構(gòu)損壞，具有良好的噴油特性，優(yōu)化了燃燒過程，使發(fā)動機(jī)燃油耗、煙度、噪聲和排放等綜合指標(biāo)得到明顯改善，并有利于改進(jìn)發(fā)動機(jī)扭矩特性；

６）結(jié)構(gòu)簡單，適用性強(qiáng)，可以在新老發(fā)動機(jī)上應(yīng)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(xiàn)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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