自考論文：淺論柴油機(jī)共軌技術(shù)研究及發(fā)展前景

自考論文：淺論柴油機(jī)共軌技術(shù)研究及發(fā)展前景

摘要：目前,資源匱乏油價(jià)居高不下的嚴(yán)峻狀況。本人以資源的稀缺性為依托，對(duì)柴油機(jī)的發(fā)展，結(jié)合柴油機(jī)的優(yōu)良特性，通過(guò)闡述當(dāng)前先進(jìn)的電控柴油機(jī)共軌技術(shù)與之傳統(tǒng)柴油機(jī)做了鮮明的描述.對(duì)比與結(jié)論,和對(duì)柴油機(jī)共軌技術(shù)的未來(lái)發(fā)展前景,做了具體的淺析和深入的探索.

　　關(guān)鍵詞:柴油機(jī) 共軌技術(shù) 優(yōu)點(diǎn) 生力軍

　　一．問(wèn)題背景

　　能源短缺尤其是石油短缺是全球性的問(wèn)題，而作為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的中國(guó)在能源方面保持著強(qiáng)勁的需求。當(dāng)前，中國(guó)資源的“紅燈”已經(jīng)亮起，其中石油資源的短缺十分突出，據(jù)專家估計(jì)，中國(guó)已探明的石油可采儲(chǔ)量約我23億t，2004年中國(guó)累計(jì)進(jìn)口原油1.2億t,石油對(duì)我依存度已達(dá)到40%。目前我國(guó)汽車消耗燃油約占全國(guó)總石油消費(fèi)的三分之一。預(yù)計(jì)2010年，汽車燃油需求我1.38億t，占總消費(fèi)43%；2020年燃油需求我2.56億t，比例將達(dá)到75%；而到了2030年，這一比例將有可能達(dá)到77%。

　　笨重、噪聲大、噴黑煙，令許多人對(duì)柴油機(jī)的直觀印象不佳，加之柴油機(jī)的構(gòu)造比較復(fù)雜，不少人對(duì)柴油機(jī)缺乏了解，尤其對(duì)現(xiàn)代先進(jìn)的柴油機(jī)缺乏了解，因此柴油機(jī)汽車在一些城市成了“被限制的對(duì)象”、受到種種歧視。其實(shí)，經(jīng)過(guò)多年的研究和新技術(shù)應(yīng)用，現(xiàn)代柴油機(jī)已與傳統(tǒng)柴油機(jī)有了很大差別，在減少質(zhì)量、噪聲、廢氣煙度等方面取得了重大突破。其中，共軌技術(shù)就是現(xiàn)代柴油機(jī)采用的新技術(shù)之一。

　　二．柴油機(jī)的發(fā)展淺析

　　自1897年柴油機(jī)問(wèn)世至今，在一百多年的發(fā)展過(guò)程中，自20世紀(jì)20年代中期以德國(guó)BOSCH公司我代表推出的機(jī)械式噴油系統(tǒng)取代蓄壓式供油系統(tǒng)，是柴油機(jī)在汽車上的應(yīng)用成為可能，從而在許多地方取代了汽油機(jī)，并發(fā)展壯大。

　　柴油機(jī)發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段：

　　1.電控直列式噴右泵

　　電控直列式噴右泵在直列泵基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電子控制燃油噴射裝置，他具有噴油量與噴油定時(shí)控制功能或只具備其中一種功能，有些噴油壓力和噴油速率等控制功能。（如日本DKK公司的RED-型電子調(diào)速器。德國(guó)Heinzmann公司的E型電子調(diào)速器及美國(guó)Barber Colmann

　　公司的電子調(diào)速器等）

　　2.電控單體泵系統(tǒng)

　　德國(guó)Bosch公司的電控單體泵（EUP）系統(tǒng)，采用較短的高壓油管，可實(shí)現(xiàn)較高的噴油壓力，最高噴油壓力可達(dá)160MPa,該系統(tǒng)采用高速電磁閥控制噴油定時(shí)及噴油量。

　　3.電控分配泵

　　柴油機(jī)電控分配泵的噴油量及噴油定時(shí)的控制一般采用高速電磁閥，電磁閥的閉合時(shí)刻對(duì)應(yīng)著噴油定時(shí)，電磁閥從閉合到開啟的時(shí)間確定了噴油量，如日本豐田公司的ECD-2型電控VE泵。

　　4.電控泵噴嘴系統(tǒng)

　　電子控制泵噴嘴系統(tǒng)可分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)式和蓄壓式兩種，如美國(guó)底特律柴油機(jī)的DDEC型電控泵噴嘴，英國(guó)LucasCAV公司的EUI型電控泵噴嘴。

　　電控蓄壓十系統(tǒng)的特點(diǎn)是：將電控和液壓技術(shù)相結(jié)合，按時(shí)控制噴射過(guò)程和噴射壓力。如日本小松公司的KOMPICS電子液壓泵噴嘴系統(tǒng)。

　　5.電控共軌燃油系統(tǒng)

　　20世紀(jì)90年代研制出了一種全新的燃油噴射系統(tǒng)----電控共軌燃油系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖然正式問(wèn)世不久，但已顯示出它的巨大的優(yōu)越性。如日本的電裝公司的共軌系統(tǒng)ECD-2及德國(guó)Bosch公司的柴油機(jī)共軌電控蓄壓式噴射系統(tǒng)。

　　 三、現(xiàn)代共軌柴油噴射系統(tǒng)淺析

　　現(xiàn)代先進(jìn)的汽車柴油機(jī)一般采用電控噴射、共軌、渦輪增壓中冷等技術(shù)，在重量、噪音、煙度等方面已取得重大突破，達(dá)到了汽油機(jī)的水平，而且相比汽油機(jī)更環(huán)保。目前國(guó)外輕型汽車用柴油機(jī)日益普遍，奔馳、大眾、寶馬、雷諾、沃爾沃等歐洲名牌車都有采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車型。

　　在電控噴射方面柴油機(jī)與汽油機(jī)的主要差別是，汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只是控制www.zlunwen.com空燃比，柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)則是通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出的大小，而柴油機(jī)噴油控制是由發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置（油門拉桿位置）來(lái)決定的。因此，基本工作原理是計(jì)算機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號(hào)，首先計(jì)算出基本噴油量，然后根據(jù)水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的信號(hào)進(jìn)行修正，再與來(lái)自控制套位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行反饋修正，確定最佳噴油量的。

　　電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU（計(jì)算機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。其任務(wù)是對(duì)噴油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。采用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同步輸入計(jì)算機(jī)，與巳儲(chǔ)存的參數(shù)值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)處理計(jì)算按照最佳值對(duì)噴油泵、廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)噴油系統(tǒng)，使柴油機(jī)運(yùn)作狀態(tài)達(dá)到最佳。這類電控系統(tǒng)可分為：蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。以下就介紹一下高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)：

　?。ㄒ唬┕曹壖夹g(shù)

　　在汽車柴油機(jī)中，高速運(yùn)轉(zhuǎn)使柴油噴射過(guò)程的時(shí)間只有千分之幾秒，實(shí)驗(yàn)證明，在噴射過(guò)程中高壓油管各處的壓力是隨時(shí)間和位置的不同而變化的。由于柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動(dòng)，使實(shí)際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規(guī)定的柱塞供油規(guī)律有較大的差異。油管內(nèi)的壓力波動(dòng)有時(shí)還會(huì)在主噴射之后，使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升，達(dá)到令噴油器的針閥開啟的壓力，將已經(jīng)關(guān)閉的針閥又重新打開產(chǎn)生二次噴油現(xiàn)象，由于二次噴油不可能完全燃燒，于是增加了煙度和碳?xì)浠衔铮℉C）的排放量，油耗增加。此外，每次噴射循環(huán)后高壓油管內(nèi)的殘壓都會(huì)發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴射，尤其在低轉(zhuǎn)速區(qū)域容易產(chǎn)生上述現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)不僅噴油不均勻，而且會(huì)發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。為了解決柴油機(jī)這個(gè)燃油壓力變化的缺陷，現(xiàn)代柴油機(jī)采用了一種稱為"共軌"的技術(shù)。

　　1、原理。

　　共軌電噴技術(shù)是指在高壓油泵、壓力傳感器和電子控制裝置(ECU)組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開的一種供油方式。它是由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管，通過(guò)公共供油管內(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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的程度，因此，也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，其大小取決于燃油軌道(公共供油管)壓力和電磁閥開啟時(shí)間的長(zhǎng)短。該技術(shù)不再采用傳統(tǒng)的柱塞泵脈動(dòng)供油的原理，而是通過(guò)供軌直接或間接的形成恒定的高壓燃油，分送到每個(gè)噴油器，并借助于集成在每個(gè)噴油器上的高速電磁開關(guān)閥的啟閉，定時(shí)定量的控制噴油器噴射至柴油機(jī)燃燒室的油量，從而保證柴油機(jī)達(dá)到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的發(fā)火時(shí)間、足夠的能量和最少的污染排放。柴油機(jī)供軌式電控燃油系統(tǒng)的原理如附圖所示。

　　2、分類

　　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。

　　(1)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(dòng)，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(hào)后，高速電磁閥(響應(yīng)在200s左右)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。

　　(2)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(dòng)，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(hào)后，就迅速開啟或關(guān)閉，從而控制燃油器工作，迅即通過(guò)高壓柱塞的增壓作用，將從共軌中來(lái)的中壓燃油加壓至高壓(120-150MPa)后噴出或停噴。

　　高壓共軌系統(tǒng)與中壓共軌系統(tǒng)的主要判別在于，高壓燃油的獲得方式不同；前者由高壓燃油泵直接提供，而后者則借助于增壓柱塞增壓后獲得。3、特點(diǎn)

　　柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射技術(shù)集計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感檢測(cè)技術(shù)以及先進(jìn)的噴油器結(jié)構(gòu)于一身。它不僅能達(dá)到較高的噴射壓力、實(shí)現(xiàn)噴射壓力和噴油量的控制，而且還能實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和后噴，從而優(yōu)化噴油特性、減低柴油機(jī)噪聲和大大減少?gòu)U氣的排放量，其特點(diǎn)為：

　　(1)采用先進(jìn)的電子控制裝置及配有高速電磁開關(guān)閥，使得噴油過(guò)程的控制十分方便，并且可控參數(shù)多，利于柴油機(jī)燃燒過(guò)程的全程優(yōu)化。

　　(2)采用共軌方式供油，噴油系統(tǒng)壓力波動(dòng)小，各噴油器間相互影響小，噴射壓力控制精度較高，噴油量控制較準(zhǔn)確。

　　(3)高速電測(cè)開關(guān)閥頻率高，控制靈活，使得噴油系統(tǒng)的噴射壓力可調(diào)范圍大，并且能方便的實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射、后噴等功能，為優(yōu)化柴油機(jī)噴油規(guī)律、改善其性能和降低廢氣排放提供了有效手段。

　　(4)系結(jié)構(gòu)移植方便，適應(yīng)范圍廣，不像其他的擊中電噴油系統(tǒng)，對(duì)柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有專門要求；尤其是高壓共軌系統(tǒng)，與目前的小、中型及重性柴油機(jī)均能很好匹配，因而市場(chǎng)前景看好。

　?。ǘ└邏汗曹夒娍厝加蛧娚湎到y(tǒng)及基本單元

　　高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)主要由電控單元、高壓油泵、蓄壓器(共軌管)、電控噴油器以及各種傳感器等組成。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(蓄壓器)，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測(cè)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(guò)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(shí)、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。

　　1、高壓油泵

　　高壓油泵的供油量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須保證在任何情況下的柴油機(jī)的噴油量與控制油量之和的需求以及起動(dòng)和加速時(shí)的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產(chǎn)生于燃油噴射過(guò)程無(wú)關(guān)，且噴油正時(shí)也不由高壓油泵的凸輪來(lái)保證，因此高壓