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柴油发动机燃油共轨电控供油技术
 
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  本文来源:中国工程机械商贸网    添加时间:2009-8-23 14:57:23    浏览次数:1683

柴油发动机燃油共轨电控供油技术

      柴油发动机由于工作压力高、动力输出强,而噪声和振动较大,因而多用于重型汽车和工程机械上。随着柴油机技术的不断进步与发展,现代新型柴油机逐渐克服和改善了老式柴油机重量大、升功率小、转速低、噪声大等一些痼疾,与汽油机相比,其能量密度高、安全性高、温室效应气体排放少和燃油经济性好等特点显现出更大的优势。
    燃油共轨系统是目前最为先进的柴油机燃油喷射系统,被内燃机行业公认为20世纪的三大突破之一,它能够在不同工况下都以120MPa(或更高)的喷射压力实现稳定可控喷射,使各工况的燃烧达到最佳状况,性能大大优化,排放中的有害成分进一步减少。燃油共轨系统是柴油机满足欧洲Ⅱ号、欧洲Ⅲ号甚至欧洲Ⅳ号排放法规的理想燃油喷射系统。
1柴油发动机燃油共轨电控喷射技术
    通常在柴油机高速运转时柴油喷射过程仅有千分之几秒,通过实验可以看到,喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动,使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后,使高压油管内的压力再次上升,达到使喷油器针阀开启的压力,迫使已经关闭的针阀重新打开,产.生二次喷油现象。由于二次喷油无法完全燃烧,增加了烟度和碳氢化合物的排放量,使油耗增大。此外,每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化,随之引起不稳定的喷射,尤其在低转速区域容易产生上述现象,严重时不仅喷油不均匀,而且会发生间歇性不喷射现象。随着发动机自动控制技术的发展和进步,为了解决柴油机燃油压力变化所造成的燃油喷射燃烧缺陷,研发了柴油机共轨供油和电控喷射技术,使柴油机的性能得到了全面提升。
    现代柴油发动机采用的燃油共轨电控喷射技术(简称共轨技术),是指高压油泵、压力传感器和ECU组成一个闭环控制的燃油喷射系统,它是一种将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的供油方式。该系统工作时由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管,通过对公共供油管内的油压实现精确控制,使高压油管压力的大小与发动机的转速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化,因此也就减少了传统柴油机的缺陷。实现共轨供油的控制核心是ECU模块,ECU模块根据负荷(用油门开度表示)、转速、水温、进气温度和油温,以及燃油轨(公共供油管)油压和尾气中含氧量的多少,通过控制电磁阀开启时间的长短,确定每次喷油量的大小。
    由此可以看到,燃油共轨供油系统将燃油压力的产生和燃油喷射分离开来,彻底改变了传统的单体泵柴油机供油喷射系统。柴油机共轨供油系统近似于汽油机汽油顺序喷射系统,开辟了降低柴油发动机排放和噪声的新途径
2柴油发动机共轨喷射技术的发展及特点
    国外在柴油机电控高压共轨燃油喷射系统方面的研究开展得较早而且比较深入,有多种共轨系统已经投产,并与整车进行了匹配应用。
第一代共轨喷射技术,其供油压力总是保持在最高压力,导致能量的浪费和很高的燃油温度。第二代技术可根据发动机的需求而改变输出压力,并具有预喷射和后喷射功能。预喷射降低了发动机噪声,在主喷射之前百万分之一秒内少量燃油被喷进了汽缸压燃,预加热燃烧室;预热后的汽缸使主喷射后的压燃更加容易,缸内的压力和温度不再突然地增加,有利于降低燃烧噪声;在膨胀过程中进行后喷射,产生二次燃烧,将缸内温度增加200~250℃,使燃烧更彻底,有效地降低了排气中的碳氢化合物。
  随着电子控制技术和电子控制元件制造技术的迅速发展,第三代压电式共轨系统已成为新的研究目标。用压电执行器代替电磁阀,可以得到更加精确的喷射控制;在供油回路结构上去除了回油管,使共轨供油系统更简单;共轨供油压力不但进一步得到提高,还能够进行弹性调节,每次最小喷射量可控制在0.5立方毫米,使每次喷射更均匀、更细密,喷油和断油反应更灵敏,响应特性更好,有利于充分燃烧,极大地减小了烟度和NOx的排放。
3燃油共轨电控喷射的技术优越性
(1)随着世界范围内的能源危机和环境污染问题的日益严重,对于车辆发动机在节能和控制污染物排放方面要求日益提高。虽然柴油机的CO、HC排放量很低,但其碳烟和微粒的排放量很高,采用先进的燃油共轨电控喷射的技术,可以极大地改善污染物的排放,达到欧Ⅳ排放标准。
(2)柴油机具有能耗低、功率大的优势,使用先进的燃油共轨电控喷射技术后,能够在较少改动柴油机本身结构的情况下,使柴油机得到更广泛的应用,使汽车工业更好地达到节约能源保护环境的目的。
(3)通过先进的燃油共轨电控喷射技术的使用,柴油机的燃油喷射更均匀,燃烧控制更为精准,使柴油机能够不断降低燃烧噪声,得到更高的比功率,在车辆上得到更广泛应用。
4电控燃油共轨喷射技术的研究方向
电控燃油共轨喷射技术现在已经是柴油机的主要发展趋势,但是在新技术的使用过程中,根据不同的使用特点,电控燃油共轨技术在不同使用条件下,与发动机系统的匹配上还有很大的发展空间。今后一个时期共轨技术的研究与开发将集中在以下几个方面:
(1)高压共轨系统的恒高压密封问题;
(2)高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题;
(3)高压共轨系统的数据控制优化问题;
(4)高频响电磁开关阀微结构设计与制造过程中的关键技术问题。
   总之,共轨技术有助于减少柴油机的尾气排放量,并可降低噪声及燃油消耗,在有利于环境保护的同时,必将促进工业、汽车工业及相关工业的发展。

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