李忠良 王成民 張宇

摘要：燃油供給系是柴油機(jī)的“心臟”，柴油機(jī)的發(fā)展歷史其實(shí)就是柴油機(jī)噴射技術(shù)不斷更新?lián)Q代的過(guò)程，噴射系統(tǒng)圍繞效率與環(huán)保兩個(gè)主題不斷改進(jìn)和發(fā)展，經(jīng)歷了從機(jī)械式噴射系統(tǒng)到電子控制式噴射系統(tǒng)兩個(gè)階段。本文闡述了從最典型的機(jī)械式噴射系統(tǒng)——直列泵，到現(xiàn)代最先進(jìn)的高壓共軌技術(shù)的發(fā)展歷程，并且分析了不同類(lèi)型噴射系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)效率和環(huán)保目標(biāo)而做出的結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);噴射系統(tǒng);發(fā)展

1893年迪塞爾發(fā)明了世界上第一臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，揭開(kāi)了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的序幕，但是其低效率和高排放始終限制了它的普及和推廣。直到1927年德國(guó)工程師博世發(fā)明了直列泵式噴射系統(tǒng)其低效，高排放的不足才得以克服，到現(xiàn)在為止柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴射系統(tǒng)經(jīng)歷了機(jī)械式，電子控制式，高壓共軌式三代，其效率與環(huán)保性能更加穩(wěn)定和高效，而且發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性也得到不斷改進(jìn)和提升。目前為止高壓共軌式噴射系統(tǒng)成為柴油機(jī)的主流，歐洲眾多汽車(chē)品牌都配有共軌式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，如標(biāo)致公司HDI共軌式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，菲亞特公司的JTD發(fā)動(dòng)機(jī);在我國(guó)高壓共軌技術(shù)也得到大力發(fā)展，上海柴油機(jī)有限公司開(kāi)發(fā)的8DK、9DK系列發(fā)動(dòng)機(jī)得到了廣泛運(yùn)用。

一.機(jī)械式柴油機(jī)噴射系統(tǒng)

1.機(jī)械式噴射系統(tǒng)組成及工作原理

柱塞泵是典型的機(jī)械式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴射系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，驅(qū)動(dòng)力來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前端的定時(shí)齒輪，主要構(gòu)件有高壓油泵，高壓油管，噴油嘴，即傳統(tǒng)的泵噴嘴結(jié)構(gòu)，輸油泵經(jīng)低壓油管從油箱中抽取柴油并經(jīng)柴油濾清器最終輸送給高壓油泵。除此之外柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速還必須具有調(diào)速器以及噴油提前器，這使得機(jī)械式噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且控制很不精確。

圖1

2.機(jī)械式噴射系統(tǒng)的不足

首先與電子控制式噴射系統(tǒng)相比其噴油閥的開(kāi)閉，高壓油泵的供油量，供油提前角的調(diào)整均采用傳統(tǒng)的氣動(dòng)或液壓傳動(dòng)，存在機(jī)械效率不高，傳動(dòng)延時(shí)，使得噴油量的控制無(wú)法做到精確及時(shí);除此之外傳統(tǒng)的機(jī)械式噴射系統(tǒng)只能利用負(fù)荷的變化控制噴油量而不能直接控制噴油規(guī)律，從而不能有效控制發(fā)動(dòng)機(jī)的功率以及NOx，微粒的排放，所以在環(huán)保和效率方面仍有發(fā)展空間。

二.電控式柴油機(jī)噴射系統(tǒng)

1.位置控制型電控噴射系統(tǒng)

和傳統(tǒng)的機(jī)械式柴油噴射系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)方面并沒(méi)有較大改進(jìn)，例如TICS直列泵電控系統(tǒng)的泵體是在原P型泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，具有與P型泵相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以在生產(chǎn)位置控制型電控系統(tǒng)時(shí)，柴油機(jī)結(jié)構(gòu)基本無(wú)需改動(dòng)，生產(chǎn)繼承性好。而改進(jìn)部分是采用電磁式供油量控制裝置（或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）和電磁式供油定時(shí)控制裝置。這兩個(gè)控制裝置按照電控單元（ECU）控制指令調(diào)節(jié)供油量、供油時(shí)刻，進(jìn)而調(diào)節(jié)柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，所以控制精度以及響應(yīng)特性比機(jī)械式噴射系統(tǒng)更高。在TICS直列泵電控系統(tǒng)中，使用了線性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及位置傳感器等組成了電控調(diào)速器，同時(shí)配置了供油量調(diào)節(jié)齒桿位置傳感器以及滑套式可變預(yù)行程控制機(jī)構(gòu)。而也正是由于結(jié)構(gòu)改進(jìn)不大，所以系統(tǒng)的控制相應(yīng)特性低，噴油壓力和噴油規(guī)律不能獨(dú)立控制，工作效率并沒(méi)有本質(zhì)上的提高。

2.時(shí)間控制型電控噴射系統(tǒng)

柴油機(jī)時(shí)間控制式電控噴射系統(tǒng)，包括VE型時(shí)間控制式電控噴射系統(tǒng)、單體泵、泵噴嘴。時(shí)間控制型電控系統(tǒng)在高壓油路中利用電磁閥直接控制噴油時(shí)間，以改變噴油量和噴油定時(shí)，具有直接控制、響應(yīng)快等特點(diǎn)。在該系統(tǒng)中使用閉環(huán)控制，可以準(zhǔn)確地控制目標(biāo)噴射時(shí)刻和噴射量，明顯增強(qiáng)柴油的使用效率。其結(jié)構(gòu)主要由控制噴射量的高速電磁閥、各類(lèi)傳感器以及ECU等組成。與位置控制型電控噴射系統(tǒng)相比時(shí)間控制型電控噴射系統(tǒng)的控制電路簡(jiǎn)單，泵體結(jié)構(gòu)緊湊，可以大大提高系統(tǒng)的工作效率。

三.高壓共軌式柴油機(jī)噴射系統(tǒng)

1.高壓共軌式噴射系統(tǒng)組成及工作原理

高壓共軌式噴射系統(tǒng)如圖2所示，主要由電控單元，供油泵，調(diào)壓控制閥，燃油分配管，共軌管，電控噴油器和傳感器組成。供油泵的作用是產(chǎn)生高壓的燃油，并將其輸送到共軌管再經(jīng)燃油分配管分配給各個(gè)噴油器，在共軌管末端安裝有調(diào)壓控制閥，它使得燃油分配管中的壓力可隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化而調(diào)整，噴油器采用電控式，利用電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)供油時(shí)機(jī)，供油時(shí)間的控制，提高了控制的快速性和準(zhǔn)確性。除此之外，在高壓共軌管中還存在大量的傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油壓、油溫，以及發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，并將數(shù)據(jù)傳送給EPU，而后EPU計(jì)算出最佳供油量以及供油提前角，從而使得供油量計(jì)算更為合理。

圖2

2.高壓共軌式噴射系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

高壓共軌式噴射系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)械式噴射系統(tǒng)和時(shí)間式、位置式電控噴射系統(tǒng)相比，首先共軌管中的高壓油液直接噴射，省去了復(fù)雜的增壓機(jī)構(gòu)，除此之外電控式噴油器的使用使噴油器開(kāi)閉更為準(zhǔn)確及時(shí)，而且傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)中央處理器的計(jì)算得到更為合理的油量和精確的時(shí)間間隔，使得發(fā)動(dòng)機(jī)功率性，經(jīng)濟(jì)性，環(huán)保性得到保障。

四.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從傳統(tǒng)的機(jī)械式噴射系統(tǒng)到電控式噴射系統(tǒng)再到高壓共軌式噴射系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率不斷提高，燃油消耗率大幅降低，并有效減少了NOx和微粒的排放，這與我國(guó)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念相適應(yīng)，對(duì)未來(lái)更加先進(jìn)高效的柴油機(jī)噴射系統(tǒng)提供了有力的技術(shù)支撐。

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