柴油机电控燃油喷射系统现状与发展趋势

智刚毅1,王桂香2

(1.河北省科技工程学校,河北保定071000; 2.河北大学汽车工程系,河北保定071002)

摘要:介绍了目前应用的电控泵喷嘴和电控高压共轨燃油喷射系统的组成、原理和特点。为满足更为严格的排放法规要求,国外柴油机电控燃油喷射系统采用了高喷油压力、电控蓄压式泵-喷嘴、压电晶体喷油器和高度柔性调节能力的高压喷油系统等新技术。通过分析这些新技术的特点,归纳出柴油机电控燃油喷射系统将向高喷油压力、响应更快、多次喷射、精量控制、高度的柔性调节和低能耗的方向发展。

关键词:柴油机;电控燃油喷射系统;现状;发展趋势

中图分类号:TK423文献标识码:A文章编号:1003-188X(2008)06-0206-02

0引言

柴油机电控燃油喷射系统集直喷技术、预喷技术和电控技术于一体,通过精确控制喷油压力、喷油量和油时间等参数,使柴油机各工况的性能达到最优化,它是现代柴油机发展的必然趋势。

1应用现状

1.1电控泵喷嘴系统

电控泵喷嘴是把柱塞泵、喷油嘴和电磁阀集成一体的单体式燃油喷射系统。它直接安装在缸盖上,无高压,由凸轮轴驱动喷油泵加压,喷油压力可达150M Pa以上,但受到柴油机转速的影响与采用电子控制,可根据工况由电磁阀精确控制喷油正时量和喷油量,能实现多次喷射和对喷油速率、燃烧过程的优化控制,但燃油的加压和喷射两个过程在时序上不能完全分开。

1.2电控高压共轨燃油喷射系统

该系统主要由高压油泵、带调压阀的共轨、带电磁阀的喷油器、电控单元(ECU)和各种传感器组成。其工作原理是:采用共轨把高压油泵输出的燃油积蓄起来,通过各高压送到每个喷油器。喷油过程由EC U根据工况控制执行器完成,它通过高速电磁阀实现对预喷油量、主喷油量、预喷间隔、喷油正时以及喷油速率的柔性控制和精确控制,因而其特性是影响该系统性能的重要因素。柴油机各缸的

收稿日期:2007-09-07

作者简介:智刚毅(1963-),男,河北保定人,高级讲师,(E-m ail) z h i ny031@si n a.co m。喷油器共用一个高压燃油蓄压管,它是一种以燃油的加压和喷射过程相互分离为特征的压力-时间式电控燃油喷射系统.其主要特点:一是:采用先进的电子控制装置及高速电磁开关阀,控制精度高,喷油过程参数控制十分方便,有利于全程优化燃烧过程;二是能相互地控制喷油时间和喷油量,从而实现对喷油时间、喷油量和喷油速率的最优控制,能方便地实现预喷射与后喷等多种喷油规律的功能,有利于优化喷油规律,实现柴油机高效、清洁、低噪的燃烧过程,减少废气的排放量;三是喷油压力高(120~170M Pa),柔性可调,喷射可靠,且喷油压力不受柴油机负荷和转速的影响,有利于降低低速工况的排放污染;四是采用高压共轨方式供油,喷油系统压力和循环喷油量波动小,使各缸供油不均匀得到改善,有利于减轻柴油机的振动;五是高压共轨系统结构改装与移植方便,与小中型及重型柴油机均能良好匹配。

2发展趋势

2.1喷油压力高压化

高压喷油的基本目的是改善雾化质量,是满足不同阶段排放法规要求的有效技术之一。目前,泵喷嘴系统喷油压力可达200M Pa以上,美国威斯康辛大学开发的电控泵喷嘴系统(UH I P-S)最高喷油压力已达260MPa[1]。BOSC H公司第1代共轨系统的喷油压力只有135M Pa,第2代达到160MPa,第3代已经达到180MPa,第4代将增大到220M Pa。新型电控喷油系统的最高喷油压力已超过150MPa,超高压电控喷油系统的最大喷射压力可达300M Pa。

高喷油压力对喷油系统的可靠性提出更高要求,而先进的喷油系统可使喷油压力达到250MPa以上。

泵喷嘴系统在喷油压力方面有比较明显的优势,而电控共轨燃油系统在柔性控制性方面优点突出。因此,将高喷油压力和柔性控制集于一身的具有高压和高灵活性的喷油系统则代表了未来柴油机电控喷油系统的发展方向。

2.2采用压电晶体喷油器

压电晶体喷油器将成为新型高压共轨喷射系统的新宠。西门子VCO的压电晶体喷油器主要由带弹簧的多孔油嘴、控制活塞、进出油节流孔、二位二通阀和压电晶体部件组成。压电晶体部件采用的多层压电晶体执行器由20~200L m陶瓷层烧结而成。与电磁阀相比,压电晶体喷油器具有的特点:一是响应速度更快,由于压电晶体阀芯的变形速度在0.1m s以内即可完成一次喷油针阀的开启动作,所以对于同样的喷油量,只需要更短的喷油持续时间;二是重复精度高,由于压电晶体块在喷油器内,整个喷油控制链上的累积公差进一步降低,能更精确地计量喷油量;三是采用多孔喷油器(6孔以上,孔径为0.11~0.13mm),最小喷油量可控制在0.5mm3,具有很高的燃油喷射压力[2](20~ 200M Pa调节);四是新颖的调节功能有助于高精度、多级喷射和改善排放性能;五是具有集成化、低能耗、寿命长与工作稳定可靠等优点。

2.3电控泵喷嘴系统由机械驱动向蓄压方向发展

首先,将电控和液压技术相结合,响应快,能按时间控制喷油过程和喷油压力;其次,工作过程与柴油机转速无关,可在宽广的工况范围内保持较高喷油压力,喷油压力可达150M Pa以上;其三,可优化控制喷油规律,改善柴油机的排放性能;其四,能满足17~2910k W 柴油机的匹配需要。

2.4采用具有高度柔性调节能力的高压喷油系统

B OS

C H公司的增压活塞共轨系统(APCRS系统)、卡特皮勒公司的HEU I-CRD和De l p h i公司的E3-EU I是3种典型的未来先进柔性高压喷油系统[3]。其共同特点:一是在结构上每缸都采用了两个控制电磁阀,一个控制喷油压力(PCV阀),另一个控制喷油时刻和喷油量(SC V阀),通过两个控制电磁阀的配合可以实现喷射速率的柔性调节;二是最大喷油压力都超过200MPa,且都有达到240MPa的潜力;三是喷油压力控制的瞬态响应快,避免了传统共轨系统在变工况时因油轨压力滞后而产生的油量控制误差和转速的瞬时波动;四是都具有进行多次喷射的能力。

参考文献:

[1]徐家龙.柴油机电控喷油技术[M].北京:人民交通出版社

出版,2004.

[2]冒晓建.轿车动力柴油化的技术措施探析[J].汽车文摘,

2007(4):8-9.

[3]东方天威汽车维修工程师俱乐部.汽车维修职业教育改

革与汽车新技术[M].北京:机械工业出版,2004.

St at us and Tre nd on E lectronic Control for Fuel Injection Syste m of

D iesel Engi ne

Z H I Gang-yi1,WANG Gu i-x iang2

(1.H ebei Sc ience and Techno l o gy Eng i n eeri n g Schoo,l Baoding071000,China;2.Auto m ob il e Engineeri n g Dep.t H ebei Un i v ersity,B aod i n g071002,China)

Abst ract:Th is paper i n troduces the constructi o n,the pri n c i p les and the characteristics o f t w o k i n ds o f typical e lectron i c contro l fo r the fuel i n jection syste m of d iese l eng i n e.I n order to m eet i n creasi n gly strict e m ission regu lations,the high in-jecti o n pressure,the e lectron ically controlled accumu lator type unit i n jector,t h e p iezoelectric ity crysta l i n j e ctor,the high i n jecti o n pressure syste m o f the high l y flex i b le m odu lation e tc.w ere used i n abroad.Thr ough ana lyzes the characteristics of the ne w techno logy,induce the developm ent direction of electron ic contro l for fuel i n jecti o n syste m of d i e sel eng i n es,that higher i n jecti o n pressure,faster response ve loc ity,m any ti m es injection,exactitude contro,l high ly flex ilble m odu lation and lo w er consum ption o f energy are use f u.l

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