翁榮偉

[摘要]共軌電控燃油噴射系統(tǒng)利用先進(jìn)的電子技術(shù)、高頻高速電磁閥技術(shù)，能夠自由控制噴油量、噴油壓力、噴油正時(shí)和噴油頻率，目前正迅速發(fā)展，簡(jiǎn)要介紹該系統(tǒng)的發(fā)展過程、基本原理和類型，并闡述共軌系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]共軌噴射柴油機(jī)電子技術(shù)

中圖分類號(hào)；TM91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1 671—7597(2009)1010147—01

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車尾氣排放已經(jīng)成為環(huán)境污染的主要原因之一。柴油機(jī)具有顯著的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能，所以被廣泛使用，但是柴油機(jī)工作噪聲大，尾氣排放超標(biāo)，為了解決這些缺陷，現(xiàn)代柴油機(jī)都采用共軌電控燃油噴射技術(shù)。

一、柴油機(jī)共軌電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展過程

20世紀(jì)，柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展史上經(jīng)歷了三次重大的飛躍：機(jī)械式燃油系統(tǒng)、中冷增壓和電控噴射。在20世紀(jì)60年代后期，瑞士的Hiher教授研制了柴油機(jī)共軌電控系統(tǒng)的“原型”，其后以瑞士工業(yè)大學(xué)的Ganser教授為中心對(duì)共軌電控系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的研究。從20世紀(jì)70年代開始，鑒于柴油機(jī)有害氣體排放嚴(yán)重污染自然環(huán)境、石油資源的有限開采和利用，人們主動(dòng)而有效地利用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和控制理論推動(dòng)柴油機(jī)燃油噴射技術(shù)的發(fā)展。1995年末，日本電裝公司將ECD-U2型共軌電控系統(tǒng)成功的應(yīng)用于載重汽車用柴油機(jī)上并批量生產(chǎn)，從此開始了柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)的新時(shí)代，隨后，德國的Bosch公司、美國的Cummiese公司、瑞典的Volvo公司、意大利的Fiat公司和日本五十鈴公司等相繼將自行開發(fā)的分別用于轎車、載重汽車和工程機(jī)械的共軌電控燃油噴射系統(tǒng)柴油機(jī)投放市場(chǎng)。

二、柴油機(jī)共軌電控燃油噴射技術(shù)的基本原理

現(xiàn)代電控噴油技術(shù)的崛起，是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感檢測(cè)技術(shù)迅猛發(fā)展的結(jié)果。目前，電控噴油技術(shù)已從初期的位置控制型發(fā)展到時(shí)間控制型，共軌電控燃油噴射設(shè)技術(shù)正是屬于后者。共軌電控系統(tǒng)利用各種相關(guān)傳感器采集并輸送柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)給控制器(ECU)，ECU根據(jù)目標(biāo)設(shè)定值計(jì)算出噴油量、噴油壓力、噴油正時(shí)和噴油速率，隨后發(fā)出指令給執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)其動(dòng)作，讓柴油機(jī)處于最佳狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。

共軌電控噴射技術(shù)是指在高壓油泵、壓力傳感器和電子控制裝置(BCU)組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過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)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油油壓隨發(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，而是通過共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。

三、柴油機(jī)共軌電控燃油噴射技術(shù)的分類

按照噴油高壓形成的不同，共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)有兩種基本形式，即中壓共軌式和高壓共軌式。

(一)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(120～150MPa)后噴出或停噴。

(二)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。

上述兩個(gè)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于高壓燃油的獲得方式不同，高壓共軌系統(tǒng)由高壓燃油泵直接提供，而中壓共軌系統(tǒng)則借助于增壓柱塞增壓后獲得。

四、柴油機(jī)共軌電控燃油噴射技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

柴油機(jī)共軌電控燃油噴射技術(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，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)噪聲和大大減少廢氣的排放量。具體優(yōu)點(diǎn)有；

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，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)移植方便，適應(yīng)范圍廣，不像其他的電控燃料噴射系統(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)，與目前的中小型及重型柴油機(jī)均都能很好地匹配。

五、柴油機(jī)共軌電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展方向

正是由于共軌電控燃油噴射技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以該技術(shù)一經(jīng)問世，就得到世界上大多數(shù)柴油機(jī)制造廠商的青睞，其中，高壓共軌系統(tǒng)被認(rèn)為是20世紀(jì)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的三大突破之一。現(xiàn)在國內(nèi)外許多內(nèi)燃機(jī)專家學(xué)者都在致力于該項(xiàng)新技術(shù)的研究，并著手開發(fā)新一代的高壓共軌系統(tǒng)產(chǎn)品及其與之配套的產(chǎn)品。目前，這一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向有：1，可靠保證高壓共軌系統(tǒng)的恒高壓密封性；2，盡量降低高壓共軌系統(tǒng)中共軌壓力的微小波動(dòng)所造成的噴油量不均勻；3，進(jìn)一步優(yōu)化高壓共軌系統(tǒng)三維控制數(shù)據(jù)；4，解決微結(jié)構(gòu)、高頻響電磁開關(guān)閥涉及與制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)。

六、結(jié)束語

由于高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)具有可以對(duì)噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期、噴油壓力、噴油規(guī)律進(jìn)行柔性調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，該系統(tǒng)的采用可以使柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性能都有進(jìn)一步的提高，在有利于環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，也必將促進(jìn)柴油機(jī)、汽車工業(yè)及與之相關(guān)產(chǎn)業(yè)的向前發(fā)展。