【電子行業(yè)】柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的發(fā)展

1、 隨心編輯，值得下載擁有! =1 LOGO beikezhang YOUR COMPANY NAME IS HERE 專業(yè)I專注I精心I卓越 【電子行業(yè)】柴油機(jī)電子控 制系統(tǒng)的發(fā)展 Please en ter your compa nys n ame and contentv 目錄 1 前言3 2 電子控制柴油機(jī)概述4 21何謂電噴柴油機(jī)4 22柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 5 2.3 柴油機(jī)電子控制技術(shù)的目的及優(yōu)點(diǎn) 6 2.3.1 柴油機(jī)電子控制技術(shù)的目的 6 2.3.2柴油機(jī)電子控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 6 2.4 柴油機(jī)電控技術(shù)的特點(diǎn) 7 2.4.1 柴油機(jī)是一種熱效率比較高的動(dòng)力機(jī)械 7 2.4

2、.2柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)形式多樣7 2.5 電控柴油噴射系統(tǒng)分類 7 2.5.1 位置控制系統(tǒng)8 2.5.2 時(shí)間控制方式9 2.5.3時(shí)間一壓力控制方式9 2.5.4壓力控制方式.10. 3 電子控制柴油機(jī)技術(shù)介紹 .10. 3.1 單體泵技術(shù).1.1. 3.1.1 單體泵控制油路 12. 3.1.2 單體泵系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì) 12 3.2 泵噴嘴技術(shù)13. 3.3 高壓共軌技術(shù).15. 4 柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 17. 4.1 高的噴射壓力.17. 4.2 獨(dú)立的噴射壓力控制 17. 4.3 改善柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性 1.7. 4.4 獨(dú)立的燃油噴射正時(shí)控制 17. 4.5 可變的預(yù)噴射控制

3、能力 1.8. 4.6 最小油量的控制能力18. 4.7 快速斷油能力.18. 4.8 降低驅(qū)動(dòng)扭矩沖擊載荷18. 5 結(jié)論1.9. 6 參考文獻(xiàn)20. 摘要 柴油機(jī)的發(fā)展水平一直是車輛發(fā)展水平的重要標(biāo)志，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視 和國(guó)際石油價(jià)格高漲，我國(guó)應(yīng)對(duì)柴油機(jī)的發(fā)展引起足夠重視。車用柴油機(jī)面臨著 日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)和降低燃油消耗率等要求， 采用電子控制技術(shù)是使柴油機(jī)同 時(shí)滿足各種要求的有效手段，而電控單元是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，其中的硬件和 控制軟件設(shè)計(jì)是否合理將對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影響。車用柴油機(jī)的結(jié)構(gòu) 比較復(fù)雜，尤其是新興的電子控制技術(shù)，對(duì)于廣大汽車駕駛與維修人員來(lái)說(shuō)有著 十分重要的

4、意義。文章介紹了柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、 控制原理和應(yīng)用 特點(diǎn)及高壓共軌技術(shù)的工作原理、研究方向、應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：柴油機(jī)電子控制發(fā)展 、八 前言 隨著汽車電子技術(shù)日趨完善，時(shí)至今日，汽車電子化已達(dá)到相當(dāng)高的程度。 柴油機(jī)發(fā)展越來(lái)越完善， 以它的高效、功率范圍寬廣，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、 軍用和民用等領(lǐng)域。 隨著柴油機(jī)數(shù)量的不斷增多， 也引起了人們對(duì)柴油機(jī)燃油經(jīng) 濟(jì)性和排放性能的關(guān)注， 特別是當(dāng)今排放性能已經(jīng)被提到首要位置。 因此人們也 一直在不斷地致力于完善柴油機(jī)的性能，以期得到好的排放性、經(jīng)濟(jì)性、 動(dòng)力性 及低噪聲，保持一個(gè)人類賴于生存的良好環(huán)境。 影響柴油機(jī)排放性、 經(jīng)濟(jì)性的

5、因素很多，而且相當(dāng)復(fù)雜。 改善柴油機(jī)的排放 性能、經(jīng)濟(jì)性能最主要的手段是改善燃燒性能， 這在實(shí)踐中葉得到了證實(shí)。 控制 燃燒性能的最主要的方法有兩種： 一是合理組織燃燒室內(nèi)的渦流； 二是采取燃燒 室內(nèi)燃油高壓噴射。 另外，還可以通過(guò)控制燃油噴射率以改善燃燒性能。因?yàn)槿加蛧娚渎蕦?duì) NOx 、黑煙、噪聲的影響也很大。在低負(fù)荷時(shí)，降低平均噴射率可以降低 NOx 的排放； 而在高負(fù)荷時(shí)， 相對(duì)提高平均噴射率則有助于減少黑煙。 噴射初期的噴 射率是決定預(yù)混合氣量的重要因素之一，為了降低 NOx和噪聲，噴射初期希望 噴射率低一些。噴射中期，為了降低黑煙，則希望噴射率高一些，而噴射后期則 希望盡量短，噴油提

6、前角對(duì)柴油機(jī)的排放性和經(jīng)濟(jì)性影響也較大。而且影響結(jié)果 有時(shí)是相互矛盾的。比如，噴油提前角增大，HC排放量減少，但又增加了 NOx 的排放量。所以，現(xiàn)代直噴式柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)必須具備以下要求： a 具有高的噴射壓力，且壓力靈活可調(diào)； b能夠精確控制噴油定時(shí)和噴油量； c.能夠最優(yōu)控制燃油噴射率； d 斷油干脆。 而要同時(shí)達(dá)到以上要求，傳統(tǒng)的依靠凸輪機(jī)構(gòu)組成的噴油系統(tǒng)是無(wú)法達(dá)到 的。因此必須采用電子控制式柴油機(jī)噴油系統(tǒng)。 2電子控制柴油機(jī)概述 2.1何謂電噴柴油機(jī) 采用電子控制燃油噴射及排放的柴油機(jī)即為電噴柴油機(jī)。電噴柴油噴射系統(tǒng) 由信號(hào)輸入裝置（傳感器）、電子控制單元（ECU）和執(zhí)行元件三大部

7、分，如圖 2-1所示。 圖2-1柴油機(jī)電控系統(tǒng)的組成 其任務(wù)是對(duì)噴油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況 的實(shí)時(shí)控制。采用轉(zhuǎn)速、油門踏板位置、噴油時(shí)刻、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、燃油 溫度、冷卻水溫度等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同時(shí)輸入計(jì)算機(jī)（ECU），與已儲(chǔ) 存的設(shè)定參數(shù)值或參數(shù)圖譜 （MAP 圖）進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)處理計(jì)算按照最佳值或計(jì) 算后的目標(biāo)值把指令送到執(zhí)行器。 執(zhí)行器根據(jù) ECU 指令控制噴油量 （供油齒條位 置或電磁閥關(guān)閉持續(xù)時(shí)間 ）和噴油正時(shí) （正時(shí)控制閥開閉或電磁閥關(guān)閉始點(diǎn) ），同時(shí) 對(duì)廢氣再循環(huán)閥、 預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制， 使柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到最佳 1 。 2.2

8、柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 柴油機(jī)電子控制技術(shù)始于 20 世紀(jì) 70 年代， 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，英國(guó)盧 卡斯公司、德國(guó)博世公司、奔馳汽車公司、美國(guó)通用的底特律柴油機(jī)公司、康明 斯公司、卡特彼勒公司、 日本五十鈴汽車公司及小松制作所等都競(jìng)相開發(fā)新產(chǎn)品 并投放市場(chǎng)，以滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求。 由于柴油機(jī)具備高扭矩、高壽命、低油耗、低排放等特點(diǎn)，柴油機(jī)成為解決 汽車及工程機(jī)械能源問(wèn)題最現(xiàn)實(shí)和最可靠的手段。 因此柴油機(jī)的使用范圍越來(lái)越 廣，數(shù)量越來(lái)越多。同時(shí)對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、控制廢氣排放和噪聲 污染的要求也越來(lái)越高。 依靠傳統(tǒng)的機(jī)械控制噴油系統(tǒng)已無(wú)法滿足上述要求， 也 難以

9、實(shí)現(xiàn)噴油量、噴油壓力和噴射正時(shí)完全按最佳工況運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。近年來(lái)， 隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)、 傳感器技術(shù)及信息技術(shù)的迅速發(fā)展， 使電子產(chǎn)品的可靠性、 成本、 體積等各方面都能滿足柴油機(jī)進(jìn)行電子控制的要求， 并且電子控制燃油噴射很容 易實(shí)現(xiàn)。 實(shí)際上，柴油機(jī)排氣中 CO 和 HC 比汽油機(jī)少得多， NOx 排放量與汽油機(jī) 相近，只是排氣微粒較多， 這與柴油機(jī)燃燒機(jī)理有關(guān)。 柴油機(jī)是一種非均質(zhì)燃燒， 可燃混合氣形成時(shí)間很短，而且可燃混合氣形成與燃燒過(guò)程交錯(cuò)在一起。 通過(guò)分 析柴油機(jī)噴油規(guī)律得到：噴入燃料的霧化質(zhì)量、汽缸內(nèi)氣體的流動(dòng)以及燃燒室形 狀等均直接影響燃燒過(guò)程的進(jìn)展以及有害排放物的生成。提高噴油壓力

10、和柴油霧 化效果、使用預(yù)噴射、分段噴射等可以有效的改善排放。 經(jīng)過(guò)多年的研究和新技術(shù)應(yīng)用，柴油機(jī)的現(xiàn)狀已與以往大不相同。現(xiàn)代先進(jìn) 的柴油機(jī)一般采用電控噴射、高壓共軌、渦輪增壓中冷等技術(shù)，在重量、噪音、 煙度等方面已取得重大突破，達(dá)到了汽油機(jī)的水平。隨著國(guó)際上日益嚴(yán)格的排放 控制標(biāo)準(zhǔn)(如歐洲W、V標(biāo)準(zhǔn))的頒布與實(shí)施，無(wú)論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)都面臨著 嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，解決的辦法之一是采用電子控制燃油噴射的技術(shù)。現(xiàn)在，柴油機(jī)電 子控制技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用率已達(dá)到 60%以上。 2.3柴油機(jī)電子控制技術(shù)的目的及優(yōu)點(diǎn) 231柴油機(jī)電子控制技術(shù)的目的 優(yōu)化動(dòng)力性、改善燃油使用經(jīng)濟(jì)性、控制排放，使柴油機(jī)從怠速至額

11、定轉(zhuǎn)速 范圍內(nèi)均能獲得最佳工作狀況，防止可能發(fā)生的危險(xiǎn)運(yùn)行狀況，延長(zhǎng)零件的使用 壽命。 2.3.2柴油機(jī)電子控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) (1) 具有多功能的自動(dòng)調(diào)節(jié)性能 工程機(jī)械用柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況是多變的，而且對(duì)油耗、排放和可靠性等要求 較高。自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于柴油機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)正好可以實(shí)現(xiàn)多功能的自動(dòng)調(diào)節(jié)， 從而保證柴油機(jī)動(dòng)力性、 燃料使用經(jīng)濟(jì)性、 可靠性和操作方便性等性能充分發(fā)揮 （2）減輕質(zhì)量、縮小尺寸、提高柴油機(jī)的緊湊性 對(duì)于現(xiàn)代高速柴油機(jī)而言， 由于驅(qū)動(dòng)噴油泵的扭矩較大， 要設(shè)計(jì)一個(gè)緊湊和 可靠的供油提前自動(dòng)調(diào)節(jié)器很復(fù)雜， 而且在柴油機(jī)總體布置上也比較困難。 采用 自動(dòng)控制技術(shù)解決供油提前角自動(dòng)調(diào)

12、節(jié)問(wèn)題， 不僅可以容易地解決上述難題， 而 且提高了柴油機(jī)的緊湊性。 （3）部件安裝連接方便，提高了維修性 采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，相關(guān)部件尺寸減小 （特別是燃油供給系統(tǒng) ），安裝部位免 受空間位置的約束，連接簡(jiǎn)便，有利于柴油機(jī)日常維護(hù)及修理。 （4）擴(kuò)展了故障診斷、聯(lián)絡(luò)等功能 采用自動(dòng)控制系統(tǒng)， 可方便地與微型計(jì)算機(jī)相連， 很容易實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)性能檢 測(cè)與故障診斷功能， 柴油機(jī)運(yùn)行及檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳遞等問(wèn)題也迎刃而解， 便 于科學(xué)管理和使用。 （5）使柴油機(jī)的動(dòng)力輸出和負(fù)荷得到更精確的匹配 隨著工程機(jī)械制造技術(shù)高速發(fā)展， 為了提高自行式工程機(jī)械的作業(yè)效能， 采 用了電噴柴油機(jī)， 電控自動(dòng)變速器等自動(dòng)

13、控制裝置， 使自行式工程機(jī)械在作業(yè)時(shí)， 能隨著負(fù)荷的變化在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)整動(dòng)力輸出、 動(dòng)力傳遞， 柴油機(jī)的動(dòng)力輸 出和負(fù)荷得到更精確的匹配，充分發(fā)揮工程機(jī)械作業(yè)效能。 2.4 柴油機(jī)電控技術(shù)的特點(diǎn) 柴油機(jī)電控技術(shù)與汽油機(jī)電控技術(shù)有許多相似之處，整個(gè)系統(tǒng)都是由傳感 器、電控單元和執(zhí)行器三部分組成。在電控噴射方面柴油機(jī)與汽油機(jī)的主要差別 是，汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比（汽油與空氣的比例），柴油機(jī)的電控 噴射系統(tǒng)則是通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出油量的大小，且柴油機(jī)噴油控制是由 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置（油門、供油拉桿位置）來(lái)決定的。柴油機(jī)電控技術(shù) 有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是柴油噴射電控執(zhí)行器復(fù)

14、雜，二是柴油電控噴射系統(tǒng)的多 樣化。 241柴油機(jī)是一種熱效率比較高的動(dòng)力機(jī)械 柴油機(jī)燃油噴射具有高壓、高頻、脈動(dòng)等特點(diǎn)。其噴射壓力高達(dá)200MPa， 為汽油機(jī)噴射壓力的百倍以上。對(duì)燃油高壓噴射系統(tǒng)實(shí)施噴油量的電子控制，困 難大得多。而且柴油噴射對(duì)噴射正時(shí)的精度要求很高，相對(duì)于柴油機(jī)活塞上止點(diǎn) 的角度位置遠(yuǎn)比汽油機(jī)要求準(zhǔn)確，這就導(dǎo)致了柴油噴射的電控執(zhí)行器要復(fù)雜得 多。 2.4.2柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)形式多樣 傳統(tǒng)的柴油機(jī)具有直列泵、分配泵、泵噴油器、單缸泵等結(jié)構(gòu)完全不同的系 統(tǒng)。實(shí)施電控技術(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜， 形成了柴油噴射系統(tǒng)的多樣化；同時(shí)柴 油機(jī)需要對(duì)油量、定時(shí)、噴油壓力等多參數(shù)進(jìn)行綜合控制

15、，其軟件的難度也大于 汽油機(jī)。 2.5電控柴油噴射系統(tǒng)分類 最先出現(xiàn)的是電控噴油泵技術(shù)，而后又發(fā)展了電控泵噴嘴技術(shù)和高壓共軌噴 射技術(shù)， 后兩種技術(shù)是現(xiàn)在最主要的柴油機(jī)電控噴射技術(shù)。其中， 電控泵噴嘴技 術(shù)的噴油壓力非常高， 可以達(dá)到 200MPa ，并且泵和噴嘴裝在一起， 所以只需要 很短的高壓油引導(dǎo)部分， 泵噴嘴系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)很小的預(yù)噴量， 其噴油特性是三 角形的，并采用了分段式預(yù)噴射，這是很符合柴油機(jī)的要求 （大眾公司的 TDI 發(fā) 動(dòng)機(jī)就是使用這種技術(shù) ）。但電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速影響，使 用蓄壓系統(tǒng)的高壓共軌技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題。它的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng)， 能達(dá)到 1

16、60MPa 。 2.5.1 位置控制系統(tǒng) 第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)也稱位置控制系統(tǒng)， 它用電子伺服機(jī)構(gòu)代替 機(jī)械調(diào)速器控制供油滑套位置以實(shí)現(xiàn)供油量的調(diào)整。 其特點(diǎn)是保留了傳統(tǒng)的噴油 泵高壓油管噴油器系統(tǒng)，只是對(duì)齒條或滑套的運(yùn)動(dòng)位置由原來(lái)的機(jī)械調(diào)速 器控制改為計(jì)算機(jī)控制， 如圖 2-2 所示。使控制精度和響應(yīng)速度得以提高。 其優(yōu) 點(diǎn)是柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)幾乎不需要改動(dòng)， 生產(chǎn)繼承性好， 便于對(duì)現(xiàn)有柴油機(jī)進(jìn)行升級(jí) 換代。缺點(diǎn)是“位置控制”系統(tǒng)響應(yīng)慢、控制頻率低、控制自由度小、控制精度 還不夠高， 噴油壓力也無(wú)法獨(dú)立控制。 這類技術(shù)已發(fā)展到了可以同時(shí)控制定時(shí)和 預(yù)噴射的 TICS 系統(tǒng)。 圖 2-2 第

17、一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)（常規(guī)壓力電控噴油系統(tǒng)） 2.5.2時(shí)間控制方式 供油量的“位置控制”特點(diǎn)是用模擬量來(lái)控制執(zhí)行元件工作，通過(guò)對(duì)噴油 泵油量控制機(jī)構(gòu)的定位來(lái)得到所需的供油量。不論采用何種類型的電子調(diào)速器， 總是需要由部分機(jī)械裝置來(lái)完成對(duì)噴油泵供油量的調(diào)節(jié)，也會(huì)降低控制精度和響 應(yīng)速度，所以繼供油量“位置控制”之后出現(xiàn)了“時(shí)間控制”。 2.5.3時(shí)間一壓力控制方式 第二代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)中最典型的是電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)。在 電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)中，對(duì)噴油量的控制采用“時(shí)間一壓力控制”或“壓力 控制”，用的最多的是“時(shí)間一壓力控制”方式，如圖2-3所示。 在該系統(tǒng)中，ECU通過(guò)設(shè)

18、置傳感器、電控單元、高速電磁閥和相關(guān)電 /液控 制執(zhí)行元件等，組成數(shù)字式高頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有電磁閥的通、斷電時(shí)刻和通、斷電 時(shí)間控制噴油泵的供油量和供油正時(shí)，如圖2-4所示。 圖2-3 （高壓電控噴油系統(tǒng)） 圖2-4電/液控柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng) 2.5.4壓力控制方式 在后期開發(fā)的柴油機(jī)電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)中，為降低對(duì)供油壓力的要 求，噴油量的控制采用控制噴油壓力的方法實(shí)現(xiàn)， 即噴油量的“壓力控制”方式。 噴油器噴孔尺寸一定， 噴油時(shí)間一定，控制噴油壓力即可控制噴油量； 而在 增壓活塞和柱塞尺寸一定時(shí)，噴油壓力（即增壓壓力）取決于共軌中的油壓，共 軌中的油壓是由 ECU 根據(jù)各種傳感器信號(hào)通過(guò)

19、燃油壓力調(diào)節(jié)閥來(lái)控制的，所以 將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。在系統(tǒng)中， ECU 根據(jù)實(shí)際的共 軌壓力信號(hào)對(duì)共軌壓力進(jìn)行閉環(huán)控制 2 。 3 電子控制柴油機(jī)技術(shù)介紹 20 世紀(jì) 30 年代就已經(jīng)有了柴油乘用車， 但早期柴油車的發(fā)展源于二戰(zhàn)時(shí)期 蘇軍 T-34 坦克的獨(dú)特命運(yùn)由于 T-34 坦克采用柴油機(jī)，即使中彈也不容易 起火，成為戰(zhàn)場(chǎng)上的佼佼者。 現(xiàn)在的中國(guó)市場(chǎng)如同早期的國(guó)際市場(chǎng)， 消費(fèi)者談到 柴油車時(shí)，常常會(huì)笑言“柴油車最大的好處是不會(huì)著火” 。 但隨著柴油技術(shù)日益發(fā)展， 人們?cè)絹?lái)越發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)的無(wú)窮魅力：高扭矩、高 壽命、低油耗、低排放，柴油機(jī)成為解決汽車能源問(wèn)題最現(xiàn)實(shí)和最可靠的

20、手段。 如今歐洲每推出一款新車都會(huì)配有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車型。 但一個(gè)不爭(zhēng)的現(xiàn)實(shí)擺在了 我們面前：隨著能源危機(jī)，溫室效應(yīng)的逐漸增加，人們對(duì)動(dòng)力性要求的提高，盡 管電子燃油噴射已經(jīng)被廣泛使用，僅僅靠汽油車的解決方案不足以解決這些問(wèn) 題。所以在汽車工業(yè)的腹地德國(guó)一刻也沒(méi)有停止對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。瑞 風(fēng)柴油車所搭載的 2.5 升柴油機(jī)是引進(jìn)韓國(guó)現(xiàn)代汽車公司 D4BH 發(fā)動(dòng)機(jī)，而一 汽- 大眾的 4 款柴油乘用車均采用德國(guó)大眾與博世公司合作的柴油機(jī)，這 5 款柴 油乘用車全部是柱塞泵、泵噴嘴技術(shù)。 柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：省油、環(huán)保、動(dòng)力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)、維修方便，只要解決缺點(diǎn)就 具有更大的市場(chǎng)前景，而實(shí)現(xiàn)電控柴油機(jī)的方案

21、現(xiàn)在看來(lái)是一個(gè)很好的解決措 施。實(shí)現(xiàn)柴油控制有三條技術(shù)路線圖，分別是單體泵、泵噴嘴和高壓共軌。目前 主要的國(guó)際汽車配件供應(yīng)商都在進(jìn)行著柴油共軌噴射系統(tǒng)的開發(fā)，如：博世、德 爾福、西門子、電裝公司、VDO和瑪格納-馬瑞利公司，它們是全球主要的共軌 噴射系統(tǒng)供應(yīng)商，而目前在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)共軌柴油噴射系統(tǒng)的還只有博世一家。下面 分別介紹三種技術(shù)：?jiǎn)误w泵技術(shù)，泵噴嘴技術(shù)，高壓共軌技術(shù)。 3.1單體泵技術(shù) 圖3-1單體泵的外形圖 德爾福在重型車上采用單體泵系統(tǒng)。 從成本上講，國(guó)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)從歐U向歐 川升級(jí)時(shí)，如果采用單體泵，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)非常小，僅以外掛式的凸輪軸箱代替 歐U發(fā)動(dòng)機(jī)的直列泵就可。當(dāng)從歐川向歐W升

22、級(jí)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身主體結(jié)構(gòu)仍然不 變，只要把歐川系統(tǒng)里機(jī)械式噴油器改成德爾福的電控噴油器，形成雙電磁閥單 體泵系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)不做大的調(diào)整下，就可以達(dá)到歐W的排放水平，單 體泵的外形如圖3-1所示，單體泵系統(tǒng)控制如圖3-2所示。 圖3-2 電控單體泵（EUP） 3.1.1單體泵控制油路 在性能方面，目前在國(guó)內(nèi)單體泵使用的壓力達(dá)到200MPa，當(dāng)向歐W升級(jí)， 這個(gè)壓力可以達(dá)到 250 MPa 。在單體泵上采用了類似于共軌 I2C 的系統(tǒng)一致性 控制，來(lái)優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。 在供油控制方面， 如果使用雙電磁閥單體泵系統(tǒng)， 不僅可以對(duì)壓力進(jìn)行控制，還可以對(duì)噴射進(jìn)行控制，而且還可以采用多次噴射。

23、它可以達(dá)到歐W或者歐V的標(biāo)準(zhǔn)。目前，德爾福的雙電磁閥單體泵系統(tǒng)在歐洲大 批量生產(chǎn)，主要供應(yīng)給歐W標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，歐V標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)正在做開 發(fā)工作。 3.1.2 單體泵系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì) 單體泵系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是它的可靠性和壽命， 這些性能已經(jīng)在歐洲和北 美市場(chǎng)上得到了 10 年甚至是 15 年的實(shí)際使用時(shí)間、 數(shù)百萬(wàn)輛整車使用的證明。 單體泵系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中，可以保證排放和燃油消耗率低。目前， 這種非 常強(qiáng)化、非?？煽康男阅芎褪褂脡勖?，仍然在進(jìn)一步提高。所以，從德爾福的觀 點(diǎn)來(lái)看，在技術(shù)方面，相信在 2010 年之前，所有歐洲和北美的重型車生產(chǎn)商絕 大多數(shù)會(huì)采用單體泵系統(tǒng)和泵噴嘴技

24、術(shù)。 德爾福也在研發(fā) 2010 年以后新的排放 法規(guī)所要求的新的系統(tǒng)。 3.2 泵噴嘴技術(shù) 優(yōu)良的混合氣是提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、 燃油經(jīng)濟(jì)性；降低排放率、噪音率 的關(guān)鍵因素。這就要求噴射系統(tǒng)產(chǎn)生足夠高的噴射壓力，確保燃油霧化良好， 同 時(shí)還必須精確控制噴油始點(diǎn)和噴油量。而泵噴嘴系統(tǒng)能夠符合上述的嚴(yán)格要求。 因此， 早在 1905 年柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的創(chuàng)始人 Rudolf diesel 先生就提出了泵噴油器 概念，設(shè)想將噴油泵和噴嘴合成一體，省去高壓油管并獲得高噴射壓力。20世 紀(jì)50年代，間歇控制泵噴射系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)就已應(yīng)用在輪船及卡車上。之后， Volkswagen和Robert Bosh AG

25、 公司合作研制出適用于乘用車的電磁閥控制泵 噴射系統(tǒng)，泵噴嘴的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。 圖3-3泵噴嘴結(jié)構(gòu)圖及示意圖 其中主要部件作用如下： （1 ）單向閥：發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，防止燃油回流。 （2）旁通閥：若燃油內(nèi)有空氣，則通過(guò)此處排出。 （3 ）節(jié)流孔與過(guò)濾器：收集、分離供油管內(nèi)的氣泡。 （4）限壓閥1:調(diào)節(jié)供油管內(nèi)壓力大于0.75MPa時(shí)打開。 （5）限壓閥2:保持回油管內(nèi)壓力在0.10MPa。 （6）燃油泵：燃油泵是間歇式葉片泵，其優(yōu)點(diǎn)是在較低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)也可 供油。泵體內(nèi)油道使油泵轉(zhuǎn)子始終處于被燃油浸潤(rùn)的狀態(tài)，從而可隨時(shí)輸送燃油， 如圖3-4所示。 圖3-4燃油泵油路連接圖 （7）燃油分配管

26、集成：燃油分配管集成在缸蓋內(nèi)的供油管內(nèi)，其功能是等 量向各泵噴嘴分配燃油，在此，燃油與受熱燃油混合，并被泵噴嘴強(qiáng)制流回供油 管,使供油管內(nèi)流向各缸的燃油溫度一致。所有泵噴嘴被提供相同量的燃油，使 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。否則，泵噴嘴的油溫將會(huì)不同，并且泵噴嘴被提供不同質(zhì)量的 燃油。這將會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)并將在前幾個(gè)缸中產(chǎn)生極度高溫， 燃油分配管 如圖 3-5 所示。 圖 3-5 燃油分配管 （8）燃油冷卻泵：使冷卻液在冷卻環(huán)路中循環(huán)。當(dāng)燃油溫度達(dá)到70 C,發(fā) 動(dòng)機(jī)控制單元通過(guò)燃油冷卻泵繼電器將其接通。 在國(guó)內(nèi)很多的乘用車上使用泵噴嘴,如：寶來(lái) TDI 、途安 TDI 和奧迪 TDI 等。泵噴嘴技術(shù)

27、相對(duì)于之前的技術(shù)（如柱塞泵） ,已經(jīng)具有明顯改進(jìn),而其最大 的好處是大大增加了噴油壓力, 其渦輪增壓泵噴嘴的噴射壓力都能達(dá)到 200MPa 以上。由于噴射壓力直接影響柴油燃燒做功效率, 因此,泵噴嘴的燃燒效率很高。 3.3 高壓共軌技術(shù) “CRDI ”是英文 Common Rail Direct Injection的縮寫,意為高壓共軌 柴油直噴技術(shù), CRDI 技術(shù)和 SDI （自然吸氣直接噴射柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）技術(shù)、 TDI （直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）技術(shù)均為德國(guó)博世公司研發(fā)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。 共軌系統(tǒng)由高壓泵、噴油管、高壓蓄壓器（共軌） 、噴油器、電控單元和傳感器 及執(zhí)行器組成。 共軌式噴油系

28、統(tǒng)主要的貢獻(xiàn)就是將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分 開,通過(guò)對(duì)共軌管內(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 基本無(wú)關(guān)。這一柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新最大限度地降低了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車型的振動(dòng) 和噪聲, 同時(shí)將油耗進(jìn)一步降低, 使排放更加清潔。 但共軌技術(shù)的噴油壓力低于 泵噴嘴系統(tǒng)，一般只能達(dá)到160MPa左右。由于噴油壓力調(diào)節(jié)寬泛，米用共軌 技術(shù)的柴油車能更好地適應(yīng)各種工況，起步也不會(huì)困難。 博世公司首家于1997年開始批量生產(chǎn)共軌燃油噴射系統(tǒng)的乘用車， 當(dāng)時(shí)博 世和奔馳聯(lián)合推出共軌技術(shù)柴油奔馳 C級(jí)別車，而在當(dāng)時(shí)阿爾法羅密歐 156也 是最早使用高壓共軌的乘用車之一。 在國(guó)產(chǎn)車中，華

29、泰現(xiàn)代使用的是共軌噴射系 統(tǒng)。柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了 3代。 第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導(dǎo)致燃油的浪費(fèi)和很高的燃油溫 度。第一代共軌系統(tǒng)為商用車設(shè)計(jì)的， 最高噴射壓力為140MPa，乘用車噴射壓 力為 135MPa。 第二代共軌系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)需求而改變輸出壓力，并具有預(yù)噴射和后噴射 功能。帶有控制油量的油泵，噴射壓力能達(dá)到160MPa。即使在壓力較低的情況 下，該系統(tǒng)也可以根據(jù)實(shí)際狀況提供適量的噴油壓力。 不僅有助于降低燃油消耗， 而且還可以降低燃油溫度，從而省去燃油冷卻裝置。預(yù)噴射降低了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲， 在主噴射之前百萬(wàn)分之一秒內(nèi)少量的燃油被噴進(jìn)了汽缸壓燃，預(yù)熱燃燒室。預(yù)熱 后的汽缸使

30、主噴射后的壓燃更加容易， 缸內(nèi)的壓力和溫度不再是突然地增加， 有 利于降低燃燒噪音。在膨脹過(guò)程中進(jìn)行后噴射，產(chǎn)生二次燃燒，將缸內(nèi)溫度增加 200250 C,降低了排氣中的碳?xì)浠衔?。博世公司的第二代共軌系統(tǒng)產(chǎn)品已 經(jīng)在沃爾沃的S60、V70D5及寶馬的230d等乘用車上試用。 第三代共軌系統(tǒng)帶有壓電直列式噴油器。2003年，第三代共軌系統(tǒng)面世， 壓電式（piezo ）共軌系統(tǒng)的壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，于是得到了更加精確的 噴射控制。省去了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單。壓力從 20200MPa彈性調(diào)節(jié)。 最小噴射量可控制在 0.5mm 3，減小了煙度和 NOx 的排放。最高噴射壓力達(dá)到 180 MPa

31、 ，如圖 3-6 所示。 圖 3-6 壓電直列式噴油器 1-電動(dòng)輸油泵 2-燃油濾清器 3-回油閥 4- 回油儲(chǔ)存器 5-CP1 高壓泵 6-高壓控制閥 7-共管壓力傳感器（RPS）8-共管9-噴油器10-ECU控制單元11-油溫傳感器12-其它傳感 器 此套采用新研發(fā)的壓電直列式噴油器的系統(tǒng)使帶預(yù)噴和后噴的噴油率曲線 范圍更為自由。 與其它噴射系統(tǒng)相比， 共軌系統(tǒng)把壓力產(chǎn)生與實(shí)際燃油噴射過(guò)程 分離?！败墶北蛔鳛楦邏盒顗浩?，其內(nèi)部燃油壓力始終保持與發(fā)動(dòng)機(jī)具體工況相 適應(yīng)的最佳壓力。共軌系統(tǒng)可被輕易地安裝到各類不同的發(fā)動(dòng)機(jī)中。除此之外， 共軌系統(tǒng)還提供了更廣闊的擴(kuò)展功能和在燃燒過(guò)程設(shè)計(jì)上更多大的

32、自由度， 它可 以使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以更低的排放、 更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和低噪聲運(yùn)行。 由于這些因素， 電控共軌技術(shù)已普遍為新一代乘用車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用 3 。 4 柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 4.1 高的噴射壓力 為滿足排放法規(guī)的要求， 柴油噴射壓力從 10MPa 提高到 200MPa 。如此高 的噴射壓力可明顯改善柴油和空氣的混合質(zhì)量， 縮短著火延遲期， 使燃燒更迅速、 更徹底，并且控制燃燒溫度，從而降低廢氣排放。 4.2獨(dú)立的噴射壓力控制 傳統(tǒng)柴油機(jī)的供油系統(tǒng)的噴射壓力與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速負(fù)荷有關(guān)。這種特性對(duì)于 低轉(zhuǎn)速、部分負(fù)荷條件下的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放不利。若供油系統(tǒng)具有不依賴轉(zhuǎn)速 和負(fù)荷的噴射壓力控制

33、能力，就可選擇最合適的噴射壓力使噴射持續(xù)期、著火延 遲期最佳，使柴油機(jī)在各種工況下的廢氣排放最低而經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。 4.3改善柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性 用戶對(duì)柴油機(jī)的燃油消耗率非常關(guān)注。高噴射壓力、獨(dú)立的噴射壓力控制、 小噴孔、高平均噴油壓力等措施都能降低燃油消耗率，從而提高了柴油機(jī)的燃油 使用經(jīng)濟(jì)性。 4.4獨(dú)立的燃油噴射正時(shí)控制 噴射正時(shí)直接影響到柴油機(jī)活塞上止點(diǎn)前噴入汽缸的油量，決定著汽缸的峰 值爆發(fā)壓力和最高溫度。高的汽缸壓力和溫度可以改善燃油使用經(jīng)濟(jì)性，但導(dǎo)致 NOx增加。而不依賴于轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的噴射正時(shí)控制能力，是在燃油消耗率和排 放之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡的關(guān)鍵措施。 4.5可變的預(yù)噴射控制能力 預(yù)噴射可以降低顆粒排放，又不增加 NO