《柴油机电控共轨系统的发展现状》由会员分享，可在线阅读，更多相关《柴油机电控共轨系统的发展现状（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二届中国C A E 工程分析技术年会柴油机电控共轨系统的发展现状张倩( 中北大学机电工程学院，山西太甄0 3 0 0 5 I )羹要：分析了紫油机电控共轨系统结构特点及工作原理，对国内外中压、高压共轨系统的研究现状作了详细阐述，同时对一些典型的中压、高压共轨系统结构及技术特点进行了介绍，最后总结了柴油机电控共轨系统的发展趋势关健词：柴油机；电控i 高压共轨D e v e l o p m e n tO fE l e c t r o n i c a yC o n t r o l l e dC o m m o nR a i lS y s t e mf o rD i e s e lE n g i n
2、 e sZ H A N GQ i a n( M e c h a n i c a la n dE l e c t r o n i cE n g i n e e r i n gI n m i t u t e ，N o r t hU n i v e r s i t yo f C h i n a , T a i y u a n0 3 0 0 5 l ，C h i n a )A b s t r a c t ：T h es t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo f e l e c t r o n i c a l l yc o n t r o
3、 l l e dc o m m o nr a i ls y s t e mf o rd i e s e le n g i n e sa p ea n a l y z e dT h er e s e a r c h i n gs t a t u so f m e d i u m - p r e s s u r ea n dh i g h p r e s s u r ec o m m o nr a i ls y s t e ma r ed e s c r i b e di nd e t a i li nt h ew o r l d w i d eS i m u l t a n e o u s l
4、y , t h es t r u c t u r ea n dt e c h n i c a lc h a r a c t e ro fs o m et y p i c a lm e d i u m p r e s s u r ea n dh i g h p r e s s u r ec o m m o nr a i ls y s t e ma r ei n t r o d u c e d D e v e l o p m e n tt r e n do fc o m m o nr a i ls y s t e mf o rd i e s e le n g i n e sa r ep r e s
5、 e n l e di nt h ee n dK e y w o r d s ：d i e s e le n g i n e ；e l e c t r o n i c a l l yc o n t r o l ；h i g h - p r e S S U r ec o m m o nr a i l1 概述电控喷射技术已经在柴油机上得到了广泛应用，而共轨喷射技术的应用，更是实现了柴油机发展史上的一大飞跃，它将燃油压力的产生和燃油喷射过程完全分开，开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。共轨系统在上世纪3 0 年代提出，直到6 0 年代电子控制技术和高速电磁阀技术发展成熟后，才得以发展，9 0 年
6、代中后期进入实用化阶段。共轨式喷油系统又称为压力时间控制系统或第三代电控喷油系统，分为中压共轨系统和高压共轨系统。共轨喷油系统有一个共同的特点。就是有一个共同的高压燃油蓄势器，称为共轨。高压供油泵只负责向这个蓄势器提供高压燃油，不负责控制燃油定量和喷油定时，管理燃油压力和向各个气缸输送燃油的任务通过共轨完成。这样，燃油喷射过程可以不受压力产生和燃油输送过程的牵制，燃油定量控制和喷油定时控制可以更为灵活和自由。2 中压共轨系统及其研究现状2 1 中压共轨系统第二届中国C A E 工程分析技术年会中压共轨系统也叫增压式共轨系统，在系统中输油泵将中、低压燃油( 压力约为1 0 3 0 M P a )
7、输入共轨，然后进入喷油器，经喷油器的液压放大结构加压到1 2 0 1 d P a 以上，然后喷入气缸。中压共轨系统可分为共轨蓄压式和共轨液压式两种系统。这两种系统喷油压力的形成原理均为帕斯卡增压原理，只是所用的控制油和待喷燃油的压力源不同，共轨蓄压式系统的控制油和燃油均来自共轨管，共轨液压式系统的控制油来自共轨管，待喷燃油来自燃油输油泵。蓄压式系统的喷油过程是蓄压室燃油压力的自然释放过程，无法对喷油过程进行时间控制：同时，针阀开启时，蓄压室燃油压力较高。喷油速率较高，随着喷油过程的进行，蓄压室燃油压力迅速降低，导致喷油后期的喷油压力较低，喷油速率较低。前高后低状的喷油速率，对改善燃烧和降低排放
8、不利，难以满足现代柴油机的要求。液力增压式喷油器是通过改变共轨压力和增压时间实现对喷油量的控制，克服了蓄压式喷油器无法对喷射过程进行时间控制的弱点，改善了喷油规律，在小喷油量的情况下也能实现较高的喷射压力，提高了断油速度。同时，液力增压式喷油器在结构上为预喷提供了可能性。图1 、图2 分别为蓄压式和液力增压式喷油器的原理示意图。圈1 蓄压式噎油器的原理示意图图2 液力增压式喷油器的原理示意图 2 2 中压共轨系统研究现状中压共轨系统以美国C a t e r p i l l e r 公司的I t E U I 系统、B K d 公司S e r v o j e t 系统应用较多，另外C o m m
9、i n s 公司的H P I 系统，日本小松公司K O I l P I C S 系统等也有应用。H E U I 系统属于共轨式液压喷油系统，主要特点是：将电控和液压技术相结合，按时间控制喷射过程和喷射压力；该系统的工作与发动机转速无关。可在宽广的工况范围内保持较高的喷油压力，最高喷油压力可达到1 5 0 1 “P a ：具有喷油速率控制功能，对初始供油期、着火延迟期和主喷期间的供油量进行优化控制；应用该喷油系统的柴油机的烟度、颗粒和N O x 排放以及响应性都获得了改善。S e r v o j c t 系统属于共轨蓄压式喷油系统，中压共轨供油压力仅为1 0 2 0 l d P a ，利用喷油器
10、中的液压放大器( 增压器) 实现高压喷射，避免了恒高压泄露，对电磁阀响应时间的要求很低。S e r v o j e t 系统的结构决定了它难以实现预喷射。随着国外柴油机电控技术的迅速发展。国内对柴油机电控喷油系统的研究也日趋重视。部分科研单位与高校先后做了一些探索性工作，取得了一些成果，但大多仍停留在对直列泵、泵喷嘴、单体泵等的研究上，对共轨系统的研究尚处于起步阶段，大多数停留在实验研究和理论研究阶段，较为典型的有天津大学开发的P A I R C U I 系统，该系统具有预喷射和快速停油功能。还有无锡油泵油嘴研究所、上海交通大学、北京理工大学等科研机构也在进行这方面的工作。3 高压共轨系统及其
11、研究现状3 1 高压共轨系统第二届中国C A E 工程分析技术年会高压麸轨系统是世界上最为先进的燃油喷射系统，被世界内燃机行业公认为2 0 世纪三大突破之一它能够在各种工况下均以1 2 0 M P a 的喷射压力实现稳定可控喷射，使柴油机各工况的燃烧达到最佳状况，进一步优化柴油机性能，减少有害物排放。高压共轨系统是柴油机满足欧I I 、欧l I I 甚至欧排放法规的理想燃油喷射系统。典型的高压共轨喷油系统如图3 所示，主要由高压泵、带调压阀的共轨管、带电磁阀的喷油器、各种传感器和电控单元( E C u ) 组成。高压泵直接输出高压燃油到共轨容器蓄积起来，压力可达1 2 0 1 4 P以上因此整
12、个系统从高压泵到喷油嚣均处于高压圈3 高压共轨赜射系统结构状态。通过电控单元( E E U ) 控制喷油器上电磁阀的动作以控制喷油的开始和终止，电磁阀通电开启时刻决定喷油定时，电磁阀开启持续时间和共轨压力共同决定喷油量。 3 2 高压共轨系统研究现状目前已投入使用的共轨喷油系统，大多数是高压共轨喷油系统。国内进行高压共轨式电控喷油系统的研究大多数停留在实验研究和理论研究阶段，至今无成功产品。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。成熟的共轨系统有德国博世( B o s c h ) 的c R 系统、意大利菲亚特( F
13、i a t ) 的u n i j e t 系统、日本电装( D e n s o ) 公司的E C D U 2 系统，英国L U C A S 公司、D E L P H ID I E S E LS Y S T E M S 公司也有比较成熟的共轨系统。3 2 1B o s c h 公司迄今为止。B o s c h 公司共设计了3 代高压共轨系统，据报道第4 代高压共轨系统正在研 发中。各代产品参数如表l 所示。囊1B G S C H 公司高压共轨系统参数最高喷最小稳定喷油投产瞳孔直径 产品代数油压力喷油量次数 日期( m )应用及其它( M P a )( 孵稿)话环D a i m l e r B e
14、 n z4 气门直 第一代1 3 52 - 3l 一21 9 9 70 2喷式柴油机5 5 k W L 以下的发动机：使用具有油量调节功能的高压第二代1 6 01 叫1 42 0 0 00 1 4泵、改进的电磁阀喷油器：喷射循环由预喷射、主喷射和多级喷射等多次喷射组成采用了紧凑压电直列喷油第三代1 8 0l1 - 52 0 0 3O 1 l O 1 3器首次用在A u d i 公司的车型上第四代2 2 0在研第二届中国C A E 工程分析技术年会该公司有代表性的C R 系统采用二通高速电磁阀、径向柱塞供油泵，面向轿车柴油机，技术关键是实现预喷射的小升程( 0 0 5 m m ) 球阀、电容放电
15、式高电压驱动电路和电容快速充电技术。该系统可实现部分停缸控制可降低低压时的功率消耗，共轨内的压力1 5 1 4 0 M P a 内自由调节，能成功实现低的喷油率、预喷射和多次喷射，电磁阀的响应时间很短，开启与闭合时间之和小于05 m s 。件3 2 2F i a t 公司图4 菲亚特集团的U n i j e t 喷射系统为了解决轿车用直喷柴油机噪声问题，F i a t 公司研制成功了U n i j e t 高压共轨系统，如图4所示。该系统主要技术参数：发动机转速1 0 0 0 - 6 0 0 0 r m i n 、最大供油量l O O m m 。行程、喷射压力调节范围1 5 1 3 0 M P
16、 a 、发动机气缸问和工作循环问喷油量和正时可控制，预喷量可非常小。U n i j e t 高压共轨系统能降低柴油机的燃油消耗、提高柴油机的低转速扭矩、降低燃烧噪声、改善柴油机的冷起动性能。3 2 3D e n s o 公司E C D U 2 系统是D e n s o 开发的一种典型的高压共轨式燃油喷射系统。如图5 所示，该系统采用三通高速电磁阀( 也有二通电磁阀) 、电磁阁控制的2 缸凸轮( 近视为三角形) 高压直列泵，凸轮每转一圈柱塞往复三次，启动时油压上升很快，能使发动机快速起动。喷油压力可达1 2 0 M P a ，喷油定时为柔性调节，能实现三角形喷射、预喷和靴形喷射。电装公司的第二代共轨系统，高压油泵的最高压力能够达到1 8 0 M P a ，有t i P 一3 型与H P 一4 型两种：喷油器采用高响应性的电磁阀，最大能进行5 次喷油。该共轨系统为清洁而高功率、低油耗的柴油机作出了贡献，在车辆重量1 6 0 0 k g 级的乘用车上，在不装柴油微粒捕集器的情况下，能够满足欧排放法规。由于开发了
