柴油機高壓共軌燃油噴射的綜述（江蘇大學汽車與交通工程學院鎮(zhèn)江212013）摘要：介紹了柴油機電控高壓共軌噴射系統(tǒng)組成與工作原理，闡述了高壓共軌燃油噴射技術(shù)的特點及亟待解決的問題，并對當今國外典型的高壓共軌噴射系統(tǒng)進行介紹和分析,總結(jié)各種系統(tǒng)的最新進展。關(guān)鍵詞：柴油機高壓共軌噴射系統(tǒng)OverviewonHigh-pressureCommon-RailfuelinjectioninDieselEngines(SchoolofAutomobileandTrafficEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang202013)Abstract：Thecompositionsandworkingprinciplesofelectronicallycontrolledhigh-pressurecommon-railinjectionsystemhavebeenintroduced.Thefeaturesandproblemstobesolvedofhigh-pressurecommon-railfuelinjectionsystemhavebeendescribed.Besides,foreigntypicalhigh-pressurecommon-railinjectionsystemshavebeenintroducedandanalyzed.Thelatestdevelopmentsinvarioussystemshavebeensummarized.Keywords：DieselengineHigh-pressurecommon-railsystemInjectionsystem0前言隨著排放法規(guī)的日益嚴格，傳統(tǒng)的柴油機供油方式已無法滿足社會對于環(huán)境保護的需求，高壓共軌燃油噴射技術(shù)作為柴油機發(fā)展過程中的第3次飛躍[1]，是柴油機滿足歐洲Ⅲ、歐洲Ⅳ甚至歐洲V排放法規(guī)的理想燃油噴射系統(tǒng)。對此，國內(nèi)外柴油機研究機構(gòu)均投入了大量的人力、物力進行研究。世界上主要有四大公司在研發(fā)和生產(chǎn)柴油機高壓共軌燃油系統(tǒng)：博世公司的CR系統(tǒng)，德爾福公司的LDCR系統(tǒng)，日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)以及西門子威迪歐[2]。其中德國博世公司研究的高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的新一代產(chǎn)品（第3代），代表目前最高的技術(shù)水平，在能夠?qū)崿F(xiàn)柴油機最低的排放和最低的噪音的同時，具有非常好的燃油經(jīng)濟性，在國內(nèi)已經(jīng)得到很多專家的一致好評。最新動態(tài)顯示博世已研發(fā)出第四代共軌系統(tǒng)：兩級增壓，超高壓共軌系統(tǒng)，高達200Mpa的噴射壓力，采用直接噴油器針閥控制技術(shù)的新壓電噴油器，給發(fā)動機帶來的好處是極為理想的指標，可以實現(xiàn)更為靈活的柔性控制[3]。國外最新開發(fā)的共軌燃油系統(tǒng)的最高噴射壓力已達250MPa，由于噴射壓力非常高，能使很細的噴射油束與空氣更好的混合，從而使燃燒更加清潔，效率更高。我國對柴油機高壓共軌燃油系統(tǒng)的研究起步落后于國外，目前主要研究院校和科研單位有:天津大學內(nèi)燃機研究所、上海交通大學、北京理工大學和無錫油泵油嘴研究所等[4]。天津大學內(nèi)燃機燃燒學國家重點試驗室開發(fā)的新型共軌蓄壓式電控燃油系統(tǒng)PAIRCUI正處于硬件在環(huán)仿真和實機測試階段。浙江大學在錫柴CA6110發(fā)動機上進行了高壓共軌系統(tǒng)匹配試驗。上海交通大學基于自主開發(fā)GD-1型高壓共軌系統(tǒng)處于匹配玉柴YC6110柴油機的準備階段。廣西玉林柴油機廠與清華大學合作開發(fā)了GDI型柴油機高壓共軌噴射系統(tǒng)。無錫油泵油嘴研究所與無錫柴油機廠合作，已成功的在CA6110增壓中冷柴油機進行了共軌式噴射系統(tǒng)的試驗。無錫威孚集團與博世公司已經(jīng)聯(lián)合組建了無錫博世汽車柴油機系統(tǒng)股份有限公司，開始了高壓共軌系統(tǒng)的生產(chǎn)。1共軌柴油噴射系統(tǒng)組成與工作原理圖1高壓共軌系統(tǒng)組成示意圖高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)是建立在直噴技術(shù)、預噴射技術(shù)和電控技術(shù)基礎之上的一種全新概念的燃油噴射系統(tǒng)。其主要由低壓供油系統(tǒng)、高壓供油系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)和電控管理系統(tǒng)等組成，如圖1所示。關(guān)鍵部件是由高速電磁閥控制噴射的噴油器和所有噴油器公用的公共蓄壓油管(共軌)。1.1電控單元(ECU)及傳感器電控單元是系統(tǒng)的核心部分,它一般有輸入、輸出、控制、通信4模塊組成,ECU根據(jù)傳感器信號獲得油門踏板位置和發(fā)動機狀態(tài)信息,如:油門踏板位置、曲軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角、共軌油壓、增壓壓力、進氣溫度、冷卻液溫度、燃油溫度、進氣量等信息,通過計算和處理發(fā)出控制信號,對壓力調(diào)節(jié)閥(PCV)、噴油器和其它執(zhí)行器如:排氣再循環(huán)閥、渦輪增壓調(diào)節(jié)器等進行控制?；镜目刂乒δ苁前岩欢康牟裼驮谶m當?shù)臅r刻以設定的壓力噴入燃燒室,以保證柴油機動力大、油耗低、排放少及噪聲小。1.2共軌管共軌管起著將高壓油泵提供的高壓燃油分配到各噴油器的作用。共軌管內(nèi)柴油壓力可維持在130～160MPa范圍內(nèi)。共軌管上設有壓力傳感器，將共軌油壓信號輸送到電控單元(ECU)，由電控單元對PCV閥實施反饋控制，使共軌油壓穩(wěn)定于目標值。液流緩沖器(限流器)保證在噴油器出現(xiàn)燃油漏泄故障時切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動；壓力限制器保證高壓油軌在出現(xiàn)壓力異常時，迅速將高壓油軌中的壓力進行放泄。1.3高壓油泵高壓油泵將高壓燃油(120MPa以上)輸入共軌。供油量必須滿足柴油機在任何工況下的噴油量與控制油量之和的需求以及起動和加速時的油量變化的需求。供油泵上有供油壓力調(diào)節(jié)閥(PCV閥)。通過供油量增減調(diào)節(jié)共軌油壓。1.4噴油器噴油正時、噴油量、預噴射和多次噴射由發(fā)動機ECU控制噴油器完成。目前使用的噴油器有電磁式噴油器和壓電晶體式噴油器(piezoinlineinjectors)。如圖2所示,電磁式噴油器由孔式噴嘴、液壓伺服系統(tǒng)和電磁閥3部分組成。來自共軌的高壓燃油通過接口直接進入噴嘴油腔,并通過進油節(jié)流閥進入控制腔?？刂魄煌ㄟ^溢流節(jié)流閥與泄油接口相通,流出節(jié)流閥的開閉由電磁閥控制。噴油器有3種狀態(tài),即靜止狀態(tài)、開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)[5]。噴油器靜止狀態(tài)當沒有控制信號時，電磁閥彈簧把球閥壓緊在流出節(jié)流閥的閥座上,控制腔中油壓與共軌中油壓相同。油腔中也是共軌油壓。此時，作用在控制活塞上端平面上的油壓力和噴嘴彈簧的彈力之和大于作用在針閥軸肩上向上的推力，噴嘴處于關(guān)閉狀態(tài)。噴油器開啟狀態(tài)當電磁閥受到開啟電流的作用，電磁閥線圈產(chǎn)生的吸力大于電磁閥彈簧的彈力時，銜鐵帶著球閥離開閥座,打開流出節(jié)流閥，控制腔中的高壓燃油從流出節(jié)流閥經(jīng)回油口流回燃油箱。由于流入節(jié)流閥的節(jié)流作用,控制腔中油壓低于共軌油壓,而針閥油腔中仍然是共軌油壓。這時作用在控制活塞上端平面上的油壓力減小,作用在針閥軸肩向上推力大于控制活塞上端面上的油壓力和噴嘴彈簧的彈力之和,針閥向上移動,噴嘴打開,噴油開始。在一定的噴油壓力作用下,噴油量與電磁閥通電時間成正比,而與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和噴油泵轉(zhuǎn)速無關(guān)。圖2電磁式噴油器噴油器關(guān)閉狀態(tài)當控制電磁閥的信號消失,電磁閥彈簧把銜鐵向下推,球閥又使流出節(jié)流閥關(guān)閉。壓力油經(jīng)流入節(jié)流閥流進控制腔,控制腔油壓又回升到共軌壓油,作用在控制活塞上端平面上的油壓力增大,使針閥落入閥座,噴嘴關(guān)閉,噴油過程結(jié)束。針閥的開啟和關(guān)閉速度與流出節(jié)流閥、流入節(jié)流閥節(jié)流口大小有關(guān)。采用液壓增力系統(tǒng)間接控制針閥的開閉,是因為快速開啟針閥所需的力較大,電磁力直接驅(qū)動作用力不夠。1.5高壓油管高壓油管是連接共軌管和電控噴油器的通道,它應有足夠的燃油流量,減小燃油流動時的壓降,并使高壓管路系統(tǒng)中的壓力波動較小,能承受高壓燃油的度。整個系統(tǒng)采用積木式設計,便于應用于不同形式和不同種類的發(fā)動機。圖6德爾福公司的MultecDCR-1400近年來德爾福公司確定了三個研發(fā)領域:1、噴油器和噴油嘴設計參數(shù)的最佳化;2、系統(tǒng)液力穩(wěn)定性和多次噴射控制策略的最佳化;3、改善發(fā)動機參數(shù)的協(xié)調(diào)性,以滿足未來排放法規(guī)的要求和降低噪聲。德爾福將進一步改進其柴油噴射系統(tǒng),以滿足下一輪全球排放法規(guī)[9]。4總結(jié)電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展是一門綜合性的新興技術(shù)。隨著現(xiàn)代制造業(yè)和電子工業(yè)的發(fā)展，未來柴油機的經(jīng)濟性、動力性及排放性能將會隨之而改善。綜合分析國內(nèi)外的研究史和發(fā)展現(xiàn)狀,柴油機高壓共軌噴射系統(tǒng)將會有更大的發(fā)展空間。參考文獻：[1]亢鳳林,王俊昌.柴油機高壓共軌技術(shù)研究[J].小型內(nèi)燃機與摩托車,2010,39(1):88-91.[2]聶建軍.柴油機高壓共軌燃油系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].內(nèi)燃機,2009,4:6-9.[3]陸靜兵，高昌，李軍輝.我國柴油機高壓共軌技術(shù)發(fā)展前景淺析[C].The11thNationalAnnualSymposiumonIndustrialTechnologyofEconomicManagementInstitutions,151-156.[4]胡祝昌，蘇鐵熊，李鵬等.柴油發(fā)動機高壓共軌技術(shù)研究[J].機械管理開發(fā),2011,122(4):23-26.[5]陳亮,高獻坤,王導南.柴油機電子燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀[J].內(nèi)燃機,2008,(2):1-4.[6]張靜秋,歐陽光耀,唐開元.高壓共軌技術(shù)發(fā)展的思考[J]