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浅谈高压共轨柴油发动机的发展

2017年06月06日 11:11    来源: 汽车之家    

  ,汽车零部件,柴油发动机

    如今,在大多数的商用车上我们都能够看见柴油发动机的身影,而其中高压共轨技术又是近几年在柴油机上配置频率最高的部件,今天小编就给大家介绍一下有关高压共轨柴油机的技术特点。

  首先我们先来说说柴油机的特性。

  为什么商用车特别是卡车装配的几乎都是柴油机呢?原因很简单,汽油的热值为44000KJ/kg而柴油的热值达到了46040KJ/kg,相同质量的情况下柴油的能量爆发要大于汽油。一般同等排量的柴油机与汽油机相比油耗要低百分之三十左右,主要原因还是柴油机采用了压燃式工作原理,而且柴油机的压缩比例越高其热效率越高,输出的扭矩就越大。柴油机也因它燃料和工作方式的特殊性使得一氧化碳、碳氢化合物和二氧化碳的排放量极低,但在氮氧化合物(NOx)排放控制和颗粒物(PM)抑制方面要比汽油机的处理方式更加复杂。

  柴油机的喷射控制系统是柴油机最为核心的部位,随着人们逐渐认识到颗粒物(PM)对环境带来的危害,指定的排放标准法规日趋严格,柴油机的喷射系统的改进更加受到重视。柴油机喷射系统经历了机械和电控两大时代。电控时代的柴油机喷射系统又可分为“位置控制式”、“时间控制式”和“时间压力控制式”。

  电控柴油机不再依靠驾驶员的油门深浅来控制机械泵的喷油量而是依托发动机ECU来处理整机信息,ECU会实时监测发动机整机的实时状况并且根据油门踏板的位置来调整喷油时间和喷油量。如今柴油机广泛使用都是第三代“时间压力控制式”喷油系统,也就是高压共轨。

  说到喷油系统大家不约而同会想到德国的博世。博世作为世界顶尖的发动机喷油系统研发公司,高压共轨系统和其他的电控喷射系统的应用十分广泛,质量也深入人心。但谁又曾想到过高压共轨技术实际上是日本的电装公司率先研发的,所以接下来我们就先来简单的介绍一下高压共轨的历史。

  进入20世纪90年代,各国相继制定了严格的柴油机排放法规。为满足柴油机增效减排的需求,电装公司在1991年发表了ECD-U2高压共轨柴油机研究论文,并于同年开始研发高压共轨喷油技术。1995年德国的博世推出了轿车使用的高压共轨系统,从此博世开始了高压共轨喷油系统的发展。目前世界上应用的比较广泛的高压共轨技术有博世的EDC,电装的ECD和德尔福的DCR。

  高压共轨技术顾名思义就是提供更高的喷油的压力,从而使得柴油达到最佳雾化效果与空气混合更加充分,提高柴油的燃烧效率。如今博世的电控柴油喷射器已经发展到第四代,喷油压力从第一代的135Mpa一直提高到当今的220Mpa。

  共轨系统则是将燃油通过共轨管均匀的分配到各个喷油器上,喷油器通过ECU的精确计算来达到最佳的喷油效果,也使得柴油机工作的平顺程度大大提高。以上的工作过程与传统机械泵供油发动机依靠发动机转速完全不同,一切均依靠喷油器上的柱塞式高压泵产生压力。

  高压共轨柴油机的电控系统主要由三个部分组成:传感器 、控制器和执行机构,这三个结构密不可分。

  传感器将实时车速、凸轮轴位置、曲轴位置与转速、油温、进气温度、进气压力、冷却液温度和油门踏板位置实时反馈到控制单元,控制单元再通过事先写入ECU的程序进行计算,并将数据送到各大执行机构,包括喷油嘴,高低压油泵等。执行机构根据控制器输送过来的指令对电磁阀进行控制进行准确喷油。不仅如此执行器还控制着EGR阀,保证柴油机的排放能够达到规定水平。

  介绍完电控系统我们再来看看发动机的“血管”——油路。高压共轨柴油发动机的油路可以笼统的分为两大类:低压油路和高压油路。

  低压油路由油箱、输油泵、燃油滤清器和低压油管等部分组成,主要作用是向高压油泵供应燃油。高压油路由高压油泵、共轨管、限压阀、喷油器和输送燃油的高压油管构成。而高压油路的作用不仅仅是喷油,还要起到高压燃油储存,燃油分配的作用。上述两个输油部分都是高压共轨柴油机不可或缺的的一部分。

  斯堪尼亚研发的XPI超高压燃油喷射系统是目前世界上应用最广泛的一种,国内的康明斯的ISG、ISZ和欧美国家使用的康明斯ISX发动机均使用的是斯堪尼亚的XPI技术。

  电控高压共轨柴油机不仅仅是基于常规直接喷射柴油机上改进,还结合了预喷射技术的喷油系统。预喷射技术是在发动机主喷射前预先将一部分的燃油喷入发动机气缸,使得这一部分燃油在发动机内预先与空气混合燃烧,缩短了主喷射燃油的燃烧延迟性。预喷射使得发动机气缸内的工作压力升高峰值压力下降,整机运作起来会比较平缓。但目前共轨系统已经发展到第四代,使用同轴可变喷油器,取消了预喷射过程。

  高压共轨柴油机主要特点还是在于喷油正时和燃油计量两个部分是完全分开的,油压控制和喷油过程均由ECU控制,油门踏板只是起到一个发号施令的作用,并不能对发动机喷油起到一个关键性的控制作用。喷油器可根据发动机实时,工况来调整喷油压力,时间,并达到高精度的油量喷射,最大化的降低燃油损耗。与涡轮增压和EGR以及后处理系统相结合应用,能最大化的减少氮氧化合物(NOx)和颗粒物(PM)的排放。随着增效减排的理念深入贯彻,柴油机发展趋势中高压共轨必定会成为一种主流。

(责任编辑: 龚磊 )

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