1、柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)概述摘要：本文概述了柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)在現(xiàn)代社會發(fā)展的必然性以及其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)?；仡櫫穗娍厝加蛧娚湎到y(tǒng)的發(fā)展歷程，對各階段的噴射系統(tǒng)做了簡要介紹，并展望了未來的發(fā)展方向。最后針對高壓共軌式電控噴射系統(tǒng)的工作原理、特點(diǎn)和發(fā)展前景做了描述。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；電控；共軌1、 前言目前，能源危機(jī)和生態(tài)環(huán)境污染問題是全世界人們關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著汽車和動力機(jī)械的保有量迅速增加，汽車排放的有害氣體和微粒已超過工業(yè)污染物的排放量而成為一大公害，人們對這兩個問題越來越重視，各國都相繼制定了越來越嚴(yán)格的汽車排放規(guī)定。1973年的石油危機(jī)，使人們更深刻認(rèn)識到了自然資源的有限性和合理利用的必要性。

2、同時，隨著社會的發(fā)展，人們對汽車的經(jīng)濟(jì)性和舒適性要求也越來越高。迫于各方面的壓力，人們開始尋找新的途徑來解決排放和油耗問題。其中排氣凈化和節(jié)能是決定汽車能否繼續(xù)生存發(fā)展的兩大課題。這樣內(nèi)燃機(jī)的電子控制技術(shù)就蓬勃發(fā)展起來。首先發(fā)展起來的是汽油機(jī)的電控技術(shù)。到目前為止，主要轎車生產(chǎn)國的汽油機(jī)已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了電子控制。而柴油機(jī)則可以通過改進(jìn)燃燒系統(tǒng)和增壓中冷等技術(shù)措施來改善排放、降低油耗、提高功率。傳統(tǒng)的柴油機(jī)是采用機(jī)械控制系統(tǒng)來控制柴油機(jī)的噴油正時和噴油量，也具有優(yōu)越的控制性能。另一方面由于研制快速、大功率、高性能的電控執(zhí)行器技術(shù)要求高，難度大。所以柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展要晚于汽油機(jī)。20世紀(jì)80年代

3、以來，微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及其在汽油機(jī)電控方面的成功應(yīng)用，解決了柴油機(jī)電控技術(shù)的瓶頸，使得柴油機(jī)電控技術(shù)也能夠發(fā)展起來。采用電控技術(shù)可以改善駕駛性能，降低噪聲和振動，提供舒適、易操作的行駛控制功能；可以借助于故障顯示和自診斷功能改善車輛的安全性和維護(hù)保養(yǎng)的方便性；可以改善冷起動、穩(wěn)定怠速和良好的加速等性能，從而推動和加速了柴油機(jī)電控的發(fā)展。2、 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢提高柴油機(jī)動力性，實(shí)現(xiàn)低污染、低油耗的中心任務(wù)就是改善柴油機(jī)的燃燒過程。也就是要保證組成燃燒過程的進(jìn)氣、噴油、燃燒三要素中的油、氣良好混合和在不同工況下滿足不同的燃燒和放熱要求。其中噴油是最重要的因素。因此噴油系統(tǒng)

4、的控制成為柴油機(jī)電控的核心。2.1 柴油機(jī)電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展柴油機(jī)的電子控制技術(shù)大致可分為3個階段：20世紀(jì)70年代的初始研發(fā)階段，此時電控主要用于發(fā)電機(jī)組用柴油機(jī)。20世紀(jì)80年代的實(shí)用階段，發(fā)展了多種位置控制式和時間控制式電噴系統(tǒng)，被控量也有原來的一種發(fā)展為多種。20世紀(jì)90年代為成熟階段，功能更為強(qiáng)大的電噴系統(tǒng)可以控制噴油量、噴油正時、噴油壓力以及噴油率。從控制噴油量的方式來看，首先研制出來的是位置控制式，隨后是時間控制式，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了研究得最多的是壓力時間控制式。2.1.1 位置控制式這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，保留了傳統(tǒng)的泵-管-嘴系統(tǒng)，對原有噴油系統(tǒng)改裝較少。它保留了原直列噴油泵和

5、分配泵的基本結(jié)構(gòu)，只是在噴油泵上裝有齒桿位移傳感器和凸輪軸相對曲軸的轉(zhuǎn)角位移傳感器和微處理器組成的控制系統(tǒng)，分別對噴油量和噴油正時進(jìn)行控制。根據(jù)其噴油泵結(jié)構(gòu)以及高壓油管的連接長度不同可分為直列泵位置控制系統(tǒng)和分配泵位置控制系統(tǒng)。直列泵位置控制系統(tǒng)有日本電裝公司的ECD-P3系統(tǒng)，日本Zexel公司的COPEC系統(tǒng)和TICS系統(tǒng)，德國BOSCH公司的EDR系統(tǒng)等。分配泵位置控制如德國BOSCH公司的EDC系統(tǒng)，英國LUCAS公司的EPIC系統(tǒng)和日本電裝公司的ECD系列電控系統(tǒng)以及美國Standyne公司的PCF系統(tǒng)等。這種控制方式缺點(diǎn)是，控制過程比較慢，精度低，噴射壓力也難以進(jìn)一步提高，無法改變

6、原噴油系統(tǒng)中的噴油規(guī)律（可變預(yù)行程有一定的調(diào)節(jié)作用）。2.1.2 時間控制式時間控制系統(tǒng)拋棄了傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的泵管嘴系統(tǒng)，用高速電磁閥直接控制高壓燃油的通斷，噴油量由電磁閥開啟和切斷的時間來確定。時間控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，將噴油量和噴油正時的控制合二為一，控制的自由度更大，同時能較大地提高噴油壓力。但這種控制方式仍然采用脈沖高壓供油原理，無法控制噴油壓力，對高速電磁閥的性能依靠度較大，制造有相當(dāng)?shù)睦щy。分配泵時間控制的典型系統(tǒng)有日本電裝公司的ECD-V3和ECD-V4，電控泵-噴嘴噴油系統(tǒng)典型代表有美國底特律柴油機(jī)公司的DDEC系統(tǒng)，德國Bosch公司開發(fā)的EUP13型電控單體泵系統(tǒng)。2.1.3 共

7、軌式電控噴油系統(tǒng)20世紀(jì)90年代以后出現(xiàn)的共軌式噴油系統(tǒng)是柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展過程中的一個大的飛躍。它改變了傳統(tǒng)的噴油系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，最大的特點(diǎn)就是將燃油壓力產(chǎn)生和燃油噴射分離開來，通過對共軌管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速基本無關(guān)。電磁閥控制的噴油器替代了傳統(tǒng)的機(jī)械式噴油器，共軌中的燃油壓力由一個高壓泵產(chǎn)生，壓力大小與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定。共軌中的燃油壓力由一個電磁壓力調(diào)節(jié)閥控制，根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作需要進(jìn)行連續(xù)壓力調(diào)節(jié)。電控單元作用于噴油器電磁閥上的脈沖信號控制燃油的噴射過程。噴油量的大小取決于燃油軌中的油壓和電磁閥開啟時間的長短，及噴油嘴液體流動特性

8、。按照噴油高壓形成的不同，共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)有兩種基本型式，即高壓共軌式和中壓共軌式。高壓共軌系統(tǒng)。高壓輸油泵(壓力在120MPa以上)直接產(chǎn)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(dāng)電子控制裝置按需要發(fā)出指令信號后，高速電磁閥迅速打開或關(guān)閉，進(jìn)而控制噴油器工作，即按設(shè)定的要求噴出或停噴高壓燃油。中壓共軌系統(tǒng)。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(dāng)高速電磁閥開關(guān)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(guān)閉，從而控制燃油器工作，隨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(12

9、0-150MPa)后噴出或停噴。中壓共軌系統(tǒng)又包括共軌蓄壓式和共軌液壓式，共軌蓄壓式的控制油和噴射油均來自共軌管；而共軌液壓式的控制油來自共軌管，噴射油來自燃油輸油泵，所以該系統(tǒng)的控制油和噴射油可以采用不同物質(zhì)。其典型代表有日本電裝公司的高壓共軌式噴油系統(tǒng)ECD-U2，英國Lucas Varity公司的LDCR型高壓共軌噴油系統(tǒng)，德國Benz 公司的OM611柴油機(jī)上的電控高壓共軌噴油系統(tǒng)，美國BKM公司的Servojet共軌蓄壓式電控噴射系統(tǒng)，美國Caterpillar公司的HEUI共軌液壓式噴射系統(tǒng)。2.2 電控技術(shù)的發(fā)展前景未來的汽車采用柴油動力的比例將會越來越高，而要使柴油機(jī)達(dá)到各項標(biāo)

10、準(zhǔn)，電控燃油噴射是一項關(guān)鍵技術(shù)。雖然柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展比汽油機(jī)晚了很多，但起點(diǎn)教高，最近幾年來的發(fā)展尤其迅速，到現(xiàn)在為止已經(jīng)發(fā)展了三代。未來將向噴射壓力高壓化及靈活調(diào)整、噴射量及噴油定時自由控制、噴油速度最佳控制的方向發(fā)展。最終實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的全電子控制是必然趨勢。高壓電控燃油噴射系統(tǒng)對控制排放十分有利，其中，共軌式電控噴射系統(tǒng)的供油和燃油計量是完全分開的，從而其噴油壓力、噴油過程和噴油持續(xù)期不受負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的影響，尤為各國青睞。3. 高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)3.1 高壓共軌系統(tǒng)的工作原理：高壓共軌系統(tǒng)是一種全新概念的噴油系統(tǒng)，給人耳目一新的感覺。它可以全方位的改進(jìn)柴油機(jī)性能，使得其成為目前柴油

11、機(jī)研究領(lǐng)域的一大熱門方向。其組成主要包括高壓泵、帶壓力調(diào)節(jié)閥的共軌管、帶電池閥的噴油器、電控單元和各種傳感器。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的map圖中確定合適的噴油定時、噴油持續(xù)期，由噴油器將燃油噴入氣缸。圖1 ECU-U2高壓共軌系統(tǒng)示意圖3.2 高壓共軌系統(tǒng)的特點(diǎn)：1. 共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)，對不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能。2. 可獨(dú)立地柔性控制噴油正時，配合高的噴射壓力（ 120

12、Mpa200MPa ），可同時控制 NOx 和微粒在較小的數(shù)值內(nèi)，以滿足排放要求。3. 柔性控制噴油速率變化，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，既可降低柴油機(jī) NOx ，又能保證優(yōu)良的動力性和經(jīng)濟(jì)性。4. 由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機(jī)的振動和降低排放。3.3 高壓共軌系統(tǒng)的發(fā)展前景：高壓共軌系統(tǒng)被認(rèn)為是20世紀(jì)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的3大突破之一。目前，有待研究的有：1. 高壓共軌系統(tǒng)的恒高壓密封問題。2. 高壓共軌系統(tǒng)中共軌壓力的微小波動所造成的噴油量不均勻問題。3.

13、 高壓共軌系統(tǒng)三維控制數(shù)據(jù)的優(yōu)化問題。4. 微結(jié)構(gòu)、高頻響應(yīng)電磁開關(guān)閥在制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題。綜上所述，高壓共軌式電控燃油噴射技術(shù)有助于減少柴油機(jī)的有害尾氣排放量，并具有降低噪聲、降低燃油耗、提高動力輸出等方面的綜合性能。高壓共軌電控燃油噴射技術(shù)的應(yīng)用有利于地球環(huán)境保護(hù)，加速促進(jìn)柴油機(jī)工業(yè)、汽車工業(yè)，特別是工程機(jī)械相關(guān)工業(yè)的向前發(fā)展。4. 結(jié)論：柴油機(jī)電控技術(shù)從誕生到現(xiàn)在僅僅20多年時間，發(fā)展了三代，取得了巨大的進(jìn)步。尤其是共軌系統(tǒng)的開發(fā)，極大的提高了柴油機(jī)性能和排放性能，代表了柴油機(jī)噴射技術(shù)未來的發(fā)展方向。有一個觀點(diǎn)認(rèn)為：隨著排放后處理技術(shù)和空燃比控制技術(shù)的進(jìn)步，不再以犧牲柴油機(jī)的高熱效率為代價，就可以生產(chǎn)出排放和噪聲都接近或者超過汽油機(jī)的柴油機(jī)車。柴油機(jī)汽車所占的比例越來越高就是一個象征。參考文獻(xiàn)：1 魏春源，張衛(wèi)正，葛蘊(yùn)珊高等內(nèi)