电控单体泵在柴油机中的技术应用

电控单体泵在柴油机中的技术应用

发布时间:2008-11-17 阅读次数:530 责任编辑:吴恬怡 

　　电控柴油喷射技术是柴油机问世以来继机械喷射技术、增压技术之后的第三块里程碑！国内使用的柴油电控技术主要有：德尔福电控单体、共轨，博世共轨，电装共轨，康明斯电控共轨，衡阳单体泵和威特单体泵等。电控单体泵喷油系统是一种能够自由灵活调整喷油量和喷油正时、具有高喷射压力的新型燃油喷射系统，其为柴油机的燃油喷射过程提供了更为灵活的控制技术；并且大幅度提高了喷油压力，以精确的喷油过程有效地配合高效燃烧控制。电控单体泵式喷油系统的柴油机，不仅提高了功率、扭矩，降低了燃料消耗；并且改善了排放，降低了噪声，有效地满足日益严格的国家环保法规要求。单体泵燃油系统成为大功率柴油机的理想燃油系统极具前景。

一、电控单体泵的优越性

   电控单体泵式喷射能使各种参数的调节和对各种过程的控制更为精确和“柔性”，比机械式柴油喷射更容易实现性能的优化；电控单体泵式喷射突破了传统机械式柴油喷射结构的复杂性和局限性，实现了预喷射精确控制，喷油率及喷油压力控制等；其控制对象和目标大大扩展，除常规稳态性能外，还能对各种过渡工况进行优化控制、故障自动监控与处理、操作过程自动化及自适应控制等等。

    近年来，在该领域中理论研究及材料应用发展较为迅速,半导体和金属膜技术、陶瓷烧结技术等迅猛发展，智能化、集成化和数字化将是传感器的未来发展趋势。

二、柴油机电控系统总体构成

1.传感器

如转速传感器，油门位置传感器，温度传感器，压力传感器，爆震传感器等等。

功能：采集、监测柴油机及车辆运行状态，向ECU提供必要的控制信号。

2.ECU

 国Ⅲ柴油机电控燃油系统技术路线角逐与前景

[摘要]

由于柴油机具有大扭矩、低油耗的特点，及随着现代柴油机技术的日益发展，使发动机的柴油化已成为节能减排措施之一。为了控制柴油机的排放，在已经强制实施的国Ⅲ排放法规下，实现汽车柴油机电控的方案是明确的最优解决措施和发展方向，即要求柴油机用电喷系统全面取代现有的机械式喷油系统……

     由于柴油机具有大扭矩、低油耗的特点，及随着现代柴油机技术的日益发展，使发动机的柴油化已成为节能减排措施之一。为了控制柴油机的排放，在已经强制实施的国Ⅲ排放法规下，实现汽车柴油机电控的方案是明确的最优解决措施和发展方向，即要求柴油机用电喷系统全面取代现有的机械式喷油系统。柴油机电喷技术属于汽车核心零部件技术，直接决定了车用柴油机的排放和综合性能水平。在实现国家“节能减排”的长期目标中，柴油机电喷技术已成为摆在国内各大汽车发动机企业面前必须要攻克的首要问题。

目前，国内车用柴油机针对国III排放标准实施的燃油系统技术路线主要有四种：电控泵喷嘴(EUI)、高压共轨(CommonRail)、电控单体泵(EUP)和电控直列泵(EIL)+EGR。在这四种技术路线中，德尔福在中国市场针对中轻型车推广共轨技术，针对重型车提供泵喷嘴和单体泵技术；博世在中国市场主推高压共轨系统；电装目前正在研发第3代、第4代共轨系统和为中国市场的共轨系统作适应性二次开发；而自主国产的亚新科南岳、成都威特等则提出了电控单体泵的低成本解决方案。无疑，现在国内外柴油机燃油系统的技术路线之争都已经到了白日化阶段，而对于哪种技术方案最适合目前和将来中国柴油车发展的燃油系统技术市场，急待于业内人士的深思和考量。

    电控泵喷嘴技术

     早在1905年柴油机的创始人RudolfDiesel先生就提出了泵喷油器概念，设想将喷油泵和喷嘴合成一体，省去高压并获得高喷射压力。20世纪50年代，间歇控制泵喷射系统的柴油机就已应用在轮船及卡车上。之后，大众和博世公司合作研制出适用于乘用车的电磁阀控制泵喷射系统，匹配直喷式柴油机的轿车在欧洲得到了显著发展。该发动机具有高效和出色的燃油经济性，并降低了发动机噪声。

在泵喷嘴系统中，电控的油泵和喷油嘴之间没有管路连接，做成一体直接安装在气缸盖上，这样不占用更多的空间。每一个油泵都由顶置凸轮轴同时驱动气门和泵喷嘴，顶置凸轮轴必须具有极高的硬度和刚度以承受喷油器产生的高压。同时，凸轮轴的驱动系统也需要专门设计。电控泵喷嘴系统的优势在于系统结构紧凑，喷油嘴孔径非常小，所以燃油喷射压力非常高，形成优良的混合气，确保燃油雾化良好，燃烧效率很高，同时还可以精确控制喷油始点和喷油量，从而提高柴油机的动力性、燃油经济性，降低排放和改善NVH特性。目前，采用该项技术的车用柴油机可满足欧Ⅳ排放标准，峰值压力可达到2000bar。

泵喷嘴系统应用于直喷式柴油机，国内生产的1.9TDI宝来发动机应用该燃油喷射系统，最高喷射压力达到1800bar。但泵喷嘴直喷系统缺点在于燃油喷射压力不能保持恒定。图1为博世最新的泵喷嘴系统，图2为商用车泵喷嘴系统的示意图。

    高压共轨技术

    “CRDI”是英文CommonRailDirectInjection的缩写，意为高压共轨柴油直喷系统。该系统主要由高压油泵、喷、高压蓄压器(共轨)、喷油器、电控单元、传感器及执行器组成。在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，由高压油泵把高压燃油输送到公共供，通过控制高压油泵电磁阀开启持续时间从而对公共供内的燃油压力实现精确控制；通过控制喷油器电磁阀开启时刻、持续时间从而控制喷射提前角、燃油喷射量。高压压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，从而改善发动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，还能够改善发动机的燃油经济性和降低燃烧噪声。图3所示为电控高压共轨系统组成示意图，图4为电控高压共轨系统工作原理示意图。该系统的基本特点是： 

(1)相对于一般机械式直列泵喷射压力相对较高，目前国内最高喷射压力可以达到1800bar；

(2)喷油压力于发动机转速，可以改善发动机低速、大负荷时的性能；

(3)可以实现5次喷射，调节喷油率形状，实现理想喷油规律；

(4)喷油正时和喷油量可以由ECU控制自由设定；

(5)驱动扭矩小及其NVH指标较好；

(6)可以通过电控系统进行各缸工作均匀性校正；

(7)喷油压力调节范围宽泛，能适应各种工况，且起动性能好。

 共轨系统缺点在于：

(1)关键燃油喷射技术为国外少数几家公司所垄断；

(2)油品适应性差；

(3)共轨系统现今并未得到市场的可靠性认可；

(4)用户维修保养成本高，共轨发动机电控系统的故障必须依靠专业故障诊断仪器进行检测和维修，对于长途运输不利。

目前，主要国际汽车配件供应商都在进行柴油共轨喷射系统的开发，如：博世、德尔福、西门子、电装公司、VDO和玛格纳-马瑞利公司，它们是全球主要的共轨喷射系统供应商，而目前在国内生产共轨柴油喷射系统的还只有博世一家。图5为博世公司柴油机电控共轨系统仿真图。

    电控单体泵技术

    单体泵指一个气缸一个油泵，这里的油泵指的是高压油泵，或称为喷油泵。在国内外都已成熟应用的电控单体泵技术，主要包括一个带有出油控制阀的高压油泵、机械喷油器，以及连接所需的燃路、滤清系统。其基本结构为：将油泵柱塞驱动与发动机配气机构所需凸轮轴整合为一体，从而实现油泵到喷油器的燃路最短化。发动机工作时则通过发动机周围安装众多的传感器以侦测发动机状态，对喷入气缸的喷油量、喷油正时进行精确、柔性的控制。通过电子系统和油泵结构设计的优化进而实现对喷油气缸喷油压力的提高，从而改善发动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，改善发动机燃油经济性和噪声特性。图6为单体泵系统构成示意图。

电控单体泵技术的主要技术特征是其油泵与配气机构共用一根凸轮轴，使结构得到最大程度的简化，并缩短了油泵出油口到喷油器的管路距离。由于在油泵出油口加装的能够精确进行燃油计算、时间控制的电磁阀，因而能够对喷油正时和喷油量进行较为精确的控制，有利于燃烧过程的优化。由于油泵提升压力原理与直列泵类似，所以其喷油规律为“三角形”的前缓后急的特征，一定程度上有利于燃烧过程的优化，最高压力可达到1800~2000bar。但由于油泵压力和发动机转速成正比，低转速区域压力较低，因而不利于柴油机低速时燃烧性能的提高。在国Ⅲ排放要求阶段，喷油器的喷油开启方式仍是依靠弹簧压力控制。进入国Ⅳ阶段，需将机械式喷油器改成电控喷油器，形成双电磁阀单体泵系统，燃油喷射压力相应提高到2500bar，并采用系统一致性控制，来优化整个喷射过程，并且可以实现多次喷射。在对发动机整体结构不做大的调整下，可以达到欧Ⅳ排放水平，并具有达到欧Ⅴ排放的潜力。

    电控单体泵系统已在欧美成功使用了十多年，被公认为性能优越、稳定可靠、适用寿命长的电控燃油喷射系统之一。在近几年内，欧洲和北美的重型车生产商仍将会采用电控单体泵系统。

电子控制单元ECU是一个以单片机为核心的微处理器。

功能：处理来自整车不同部位的传感器数据，判断发动机的工作状况，再通过执行器对发动机进行准确的控制。

最重要控制指令：喷油量和喷油定时脉冲

3.执行器

如电磁线圈，电磁控制阀等。

功能：执行ECU发出的各种控制指令。

三、电控单体泵发动机常用控制功能

1. 油门油量控制

根据油门开度与柴油机转速计算出油门油量，从而司机可以控制柴油机转速与车辆运行速度。

2.目标喷油定时控制

根据排放、油耗、功率和其他性能，如冷起动、噪声等多方面综合要求确定最优喷油定时。

3.油量及喷油定时的补偿控制

根据环境参数、运行参数的变化，如大气压力，大气温度，冷却水温，机油。

4.冷起动及怠速稳定性的控制

油门踏板及发动机转速决定基本启动油量和定时，通过水温补偿与喷油定时调节快速实现冷起动——暖机——怠速全过程。通过各缸爆发转速与平均转速比较，并对各缸进行油量调节，实现稳定怠速。

5. 智能动力控制

短期超载，即短期增大输出扭矩的值，以方便司机不换挡爬坡。

6. 可变怠速仲裁控制

根据各种温度、蓄电池电压与空调请求调节怠速运行速度。

7.自动监控、安全保护与自适应控制

ECU可以监测和发现电控系统故障，并向使用、维修人员及时显示。若传感器出现故障，可直接利用储存在ECU中不经修正的目标值或用传感器继续工作。若ECU本身出现故障，则切换到备用回路继续工作。 ECU控制系统可识别控制值与实际值的偏差，系统的自适应功能就利用监测到的这些偏差，对电脑原始数据不断修正，使电控系统具有更好的适应能力。

8. 最高转速控制

在高转速运行或冷机状态下喷油量，避免柴油机因过大的机械应力或热负。

9. 最大供油量控制

根据柴油机转速与其他车辆运行参数，对指令油量进行，从而保证柴油机免受因过大的机械应力与热负荷而导致的损害。

10. 单体泵校正

对每个单体泵进行修正，以提高各缸均匀性和一致性。

除以上控制功能,还有怠速微调、长怠速停机和CAN通讯等。

四、电控单体泵燃油喷射系统的工作原理（见下图）

五、结束语 

　　电子控制燃油喷射系统在发动机上的应用，改变了原有机械式发动机的传统概念。它在燃油经济性、动力性，尤其在废气排放水平上的提高，是任何一种其他动力机械所无法比拟的。这一切都来源于电子技术发挥的作用。在现代社会发展的今天，人们已经充分认识到可持续发展的重要性，因此电子控制燃油喷射系统在发动机上的应用将变得日益普及。

国Ⅲ柴油机电控燃油系统技术路线角逐与前景 (1)

2009-02-11 19:57:36   作者：   来源：汽车与配件

关键字：国Ⅲ 柴油机 电控燃油系统 

 

　　由于柴油机具有大扭矩、低油耗的特点，及随着现代柴油机技术的日益发展，使发动机的柴油化已成为节能减排措施之一。为了控制柴油机的排放，在已经强制实施的国Ⅲ排放法规下，实现汽车柴油机电控的方案是明确的最优解决措施和发展方向，即要求柴油机用电喷系统全面取代现有的机械式喷油系统。柴油机电喷技术属于汽车核心零部件技术，直接决定了车用柴油机的排放和综合性能水平。在实现国家“节能减排”的长期目标中，柴油机电喷技术已成为摆在国内各大汽车发动机企业面前必须要攻克的首要问题。

　　目前，国内车用柴油机针对国III排放标准实施的燃油系统技术路线主要有四种：电控泵喷嘴(EUI)、高压共轨(Common Rail)、电控单体泵(EUP)和电控直列泵(EIL)+EGR。在这四种技术路线中，德尔福在中国市场针对中轻型车推广共轨技术，针对重型车提供泵喷嘴和单体泵技术;博世在中国市场主推高压共轨系统;电装目前正在研发第3代、第4代共轨系统和为中国市场的共轨系统作适应性二次开发;而自主国产的亚新科南岳、成都威特等则提出了电控单体泵的低成本解决方案。无疑，现在国内外柴油机燃油系统的技术路线之争都已经到了白日化阶段，而对于哪种技术方案最适合目前和将来中国柴油车发展的燃油系统技术市场，急待于业内人士的深思和考量。

电控泵喷嘴技术

　　早在1905年柴油机的创始人Rudolf Diesel 先生就提出了泵喷油器概念，设想将喷油泵和喷嘴合成一体，省去高压并获得高喷射压力。20世纪50年代，间歇控制泵喷射系统的柴油机就已应用在轮船及卡车上。之后，大众和博世公司合作研制出适用于乘用车的电磁阀控制泵喷射系统，匹配直喷式柴油机的轿车在欧洲得到了显著发展。该发动机具有高效和出色的燃油经济性，并降低了发动机噪声。

　　在泵喷嘴系统中，电控的油泵和喷油嘴之间没有管路连接，做成一体直接安装在气缸盖上，这样不占用更多的空间。每一个油泵都由顶置凸轮轴同时驱动气门和泵喷嘴，顶置凸轮轴必须具有极高的硬度和刚度以承受喷油器产生的高压。同时，凸轮轴的驱动系统也需要专门设计。电控泵喷嘴系统的优势在于系统结构紧凑，喷油嘴孔径非常小，所以燃油喷射压力非常高，形成优良的混合气，确保燃油雾化良好，燃烧效率很高，同时还可以精确控制喷油始点和喷油量，从而提高柴油机的动力性、燃油经济性，降低排放和改善NVH特性。目前，采用该项技术的车用柴油机可满足欧Ⅳ排放标准，峰值压力可达到2000bar。

　　泵喷嘴系统应用于直喷式柴油机，国内生产的1.9TDI宝来发动机应用该燃油喷射系统，最高喷射压力达到1800bar。但泵喷嘴直喷系统缺点在于燃油喷射压力不能保持恒定。

高压共轨技术

　　“CRDI”是英文Common Rail Direct Injection的缩写，意为高压共轨柴油直喷系统。该系统主要由高压油泵、喷、高压蓄压器(共轨)、喷油器、电控单元、传感器及执行器组成。在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，由高压油泵把高压燃油输送到公共供，通过控制高压油泵电磁阀开启持续时间从而对公共供内的燃油压力实现精确控制;通过控制喷油器电磁阀开启时刻、持续时间从而控制喷射提前角、燃油喷射量。高压压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，从而改善发动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，还能够改善发动机的燃油经济性和降低燃烧噪声。该系统的基本特点是：

　　(1) 相对于一般机械式直列泵喷射压力相对较高，目前国内最高喷射压力可以达到1800bar;

　　(2) 喷油压力于发动机转速，可以改善发动机低速、大负荷时的性能;

　　(3) 可以实现5次喷射，调节喷油率形状，实现理想喷油规律;

　　(4) 喷油正时和喷油量可以由ECU控制自由设定;

　　(5) 驱动扭矩小及其NVH指标较好;

　　(6) 可以通过电控系统进行各缸工作均匀性校正;

　　(7) 喷油压力调节范围宽泛，能适应各种工况，且起动性能好。

　　共轨系统缺点在于：

　　(1) 关键燃油喷射技术为国外少数几家公司所垄断;

　　(2) 油品适应性差;

　　(3) 共轨系统现今并未得到市场的可靠性认可;

　　(4) 用户维修保养成本高，共轨发动机电控系统的故障必须依靠专业故障诊断仪器进行检测和维修，对于长途运输不利。

　　目前，主要国际汽车配件供应商都在进行柴油共轨喷射系统的开发，如：博世、德尔福、西门子、电装公司、VDO和玛格纳-马瑞利公司，它们是全球主要的共轨喷射系统供应商，而目前在国内生产共轨柴油喷射系统的还只有博世一家。

电控单体泵技术

　　单体泵指一个气缸一个油泵，这里的油泵指的是高压油泵，或称为喷油泵。在国内外都已成熟应用的电控单体泵技术，主要包括一个带有出油控制阀的高压油泵、机械喷油器，以及连接所需的燃路、滤清系统。其基本结构为：将油泵柱塞驱动与发动机配气机构所需凸轮轴整合为一体，从而实现油泵到喷油器的燃路最短化。发动机工作时则通过发动机周围安装众多的传感器以侦测发动机状态，对喷入气缸的喷油量、喷油正时进行精确、柔性的控制。通过电子系统和油泵结构设计的优化进而实现对喷油气缸喷油压力的提高，从而改善发动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，改善发动机燃油经济性和噪声特性。

　　电控单体泵技术的主要技术特征是其油泵与配气机构共用一根凸轮轴，使结构得到最大程度的简化，并缩短了油泵出油口到喷油器的管路距离。由于在油泵出油口加装的能够精确进行燃油计算、时间控制的电磁阀，因而能够对喷油正时和喷油量进行较为精确的控制，有利于燃烧过程的优化。由于油泵提升压力原理与直列泵类似，所以其喷油规律为“三角形”的前缓后急的特征，一定程度上有利于燃烧过程的优化，最高压力可达到1800~2000bar。但由于油泵压力和发动机转速成正比，低转速区域压力较低，因而不利于柴油机低速时燃烧性能的提高。在国Ⅲ排放要求阶段，喷油器的喷油开启方式仍是依靠弹簧压力控制。进入国Ⅳ阶段，需将机械式喷油器改成电控喷油器，形成双电磁阀单体泵系统，燃油喷射压力相应提高到2500bar，并采用系统一致性控制，来优化整个喷射过程，并且可以实现多次喷射。在对发动机整体结构不做大的调整下，可以达到欧Ⅳ排放水平，并具有达到欧Ⅴ排放的潜力。

　　电控单体泵系统已在欧美成功使用了十多年，被公认为性能优越、稳定可靠、适用寿命长的电控燃油喷射系统之一。在近几年内，欧洲和北美的重型车生产商仍将会采用电控单体泵系统。

　　在国内产品的应用中，考虑到重新设计发动机机体需要对现有发动机的铸造、加工生产线有较大地变动，为控制成本，一般都采用外挂式单体泵。但这种设计，对噪声、振动会有一定的影响。

　　总的来说，电控单体泵技术通过将机械喷油器改进为电磁阀喷油器后，能够实现多次喷射，可以满足国Ⅲ排放要求和未来国Ⅳ排放控制阶段发动机对燃油系统的升级要求。但对于欧洲更严格的欧Ⅴ排放标准所采取的措施要求，目前电控单体泵相关系统的试验试制工作还在进行。

电控直列泵+EGR技术

　　电控直列泵+EGR技术全称为机械式电控直列泵燃油喷射系统和冷却的电控EGR(废气再循环)技术。该技术是由发动机ECU(电控单元)进行控制，通过进气温度传感器、进气压力传感器、水温传感器、发动机转速传感器、油门传感器以及车辆制动信号来感知发动机的各种状态，从而控制EGR控制阀的开度和废气再循环比率，引回部分废气与新鲜空气共同进入发动机气缸内参与燃烧，既降低气缸内的燃烧温度，又有效控制高温富氧条件下NOx的生成，从而降低发动机废气中的NOx含量。

　　系统采用电控供油速率燃油喷射泵，通过ECU对预行程调节机构的控制，来实现对喷油量、喷油定时和喷射压力的精确控制。该泵拥有预行程电控可调结构，其供油预行程可在一定范围内由ECU全程电控调节，按柴油机不同工况的需要改变预行程。通过ECU对预行程的控制，可以得到精确的喷油定时和喷射压力。同时配合油门位置传感器，使油量控制更精确，从而保证柴油机可在整个工作范围内达到最优化的经济性能和排放性能。该泵采用适用于欧Ⅲ排放要求的8孔低惯量喷油器，具有工作可靠、性能好、适应性广泛等特点，可以有效改善

电控直列泵+EGR系统发动机具有的经济和技术优势如下：

　　(1) 开发周期短，技术开发和匹配成本低;

　　(2) 单机成本优势明显;

　　(3) 油品适应性好，维护和维修费用低，用户使用成本低;

　　(4) 燃油喷射系统与原国Ⅱ机械喷油泵结构类似，维修保养方便;

　　(5) EGR系统设有控制阀和峰值单向阀，可控制不同负荷时的EGR率。

　　目前，国内只有中国重汽宣称拥有权威部门认可的电控直列泵+EGR技术的国Ⅲ发动机。而一汽研发的内置式EGR国Ⅲ发动机已经通过台架试验，并上报申请核准。玉柴、上柴、锡柴和潍柴等企业也都在开发EGR发动机。开发周期约为36个月。

对比与分析

　　目前，从国Ⅱ进入国Ⅲ排放的技术升级上，国家导向的意图在于帮助企业，让企业如何在尽量减少开发投入成本的情况下向国Ⅲ进行平滑升级。各家企业可以根据自身既有发动机的特点，选择其国Ⅲ产品的技术路线，选择可以不相同，但达到的效果要相同。从国Ⅱ升级到国Ⅲ，对发动机来说，确实是个质变。但这种质变，是从机械式喷油系统向电控系统的转变，并不必然是向某个特定的燃油喷射系统的转变。就满足国Ⅲ标准而言，一般认为要求是：需采用单缸4气门技术，通过对燃烧室的优化和尾气处理等措施，使用机械泵也可以满足欧Ⅲ排放法规。在上世纪末欧美重卡企业、发动机企业在从欧Ⅱ向欧Ⅲ过渡时，也是采取了多种技术路线，有走共轨技术路线的，也有采用泵喷嘴技术和单体泵技术的，也有用机械泵来实现国Ⅲ排放的。大量国内外实践经验和理论研究都表明：电控泵喷嘴系统、电控高压共轨系统、电控单体泵系统、电控直列泵系统等都有满足目前国Ⅲ和将来国Ⅳ排放要求的能力。这四种系统因各自的结构特点在技术上各有优劣，没有一种系统可以说是完美的，而是各有各的特点。就国内发动机市场发展来说，并不是一定要求舍弃哪种技术路线，坚决实行哪一种技术路线的问题，而是需要因地制宜，扬长避短，要从成本、性能、匹配、售后服务等各方面综合来分析，使之分别适用于不同种类、不同工况条件和不同使用特性要求的发动机。中国幅员广大，地区差异巨大，基础条件发展不平衡，许多用户素质并不高，对新技术的接受能力很有限，这一系列客观现实要求我们在开发、应用和推广新技术时必须从中国的国情出发，认真考虑、具体分析最后作出决策。

　　电控泵喷嘴系统和电控高压共轨系统可以达到很高的燃油喷射压力，发动机ECU根据发动机工况的要求，可以灵活控制燃油分配、燃油喷射时间、喷射压力和喷射速率，使发动机在低速工况下也能实现完全燃烧，获得大扭矩的输出，有着高效的燃油经济性和出色的排放性能，并且预喷射、多次喷射技术的应用也大大降低了柴油发动机噪声和振动。通过对以上特性的控制，柴油发动机的响应性和驾驶舒适性已经达到了汽油发动机的水平，同时它又具有着显著的燃油经济性和低排放特性。作为对于噪声、NVH特性要求相对较高、成本压力承受较强的乘用车市场，如轿车、高端轻型客车等配套发动机是非常适合的。

　　而对于我国广大的轻型卡车、低端轻型客车和工程机械用柴油机市场，由于这档车型价格定位较低，基本为生产工具型用途，当采用电控泵喷嘴、电控共轨等系统来达到国Ⅲ排放法规时，对企业来说不但开发成本、生产成本难以接受，企业售后服务和维修环节的压力也会很大;对用户来说，对油品和使用环境的要求也会使其望而却步。所以，综合而言在国内量大面广的轻型车市场上，基于“电控直列泵+ EGR”技术的发动机方案会比较合适。其优点就在于技术开发和匹配成本低，单机成本低，油品适应性好，维修保养方便。

　　对于中重型卡车和大型客车来说，采用电控单体泵或“电控直列泵+EGR系统”将会是较好选择。其最大优点在于结构相对简单，对原型发动机的改动较小，性能可靠，故障率低，寿命长，维修方便。相对于共轨和泵喷嘴具有成本优势，并且两者对油品要求都不高。比较适合于国内城市间的大型物流和旅游市场需求。

　　对以上4种技术方案的领域应用分类比较适合我们国内市场的发展特点，对国内燃油喷射系统行业和国内柴油机行业来说都具有很好的继承性和现实意义，也有助于提高我国车用柴油机的市场竞争能力。

电控单体泵在柴油机中的应用

字体: 小 中 大 | 打印 发表于: 2008-7-30 13:50    作者: 未来世界    来源: 春秋中文网 

电控柴油喷射技术是柴油机问世以来继机械喷射技术、增压技术之后的第三块里程碑！国内使用的柴油电控技术主要有：德尔福电控单体、共轨，博世共轨，电装共轨，康明斯电控共轨，衡阳单体泵和威特单体泵等。电控单体泵喷油系统是一种能够自由灵活调整喷油量和喷油正时、具有高喷射压力的新型燃油喷射系统，其为柴油机的燃油喷射过程提供了更为灵活的控制技术；并且大幅度提高了喷油压力，以精确的喷油过程有效地配合高效燃烧控制。电控单体泵式喷油系统的柴油机，不仅提高了功率、扭矩，降低了燃料消耗；并且改善了排放，降低了噪声，有效地满足日益严格的国家环保法规要求。单体泵燃油系统成为大功率柴油机的理想燃油系统极具前景。

一、电控单体泵的优越性

电控单体泵式喷射能使各种参数的调节和对各种过程的控制更为精确和“柔性”，比机械式柴油喷射更容易实现性能的优化；电控单体泵式喷射突破了传统机械式柴油喷射结构的复杂性和局限性，实现了预喷射精确控制，喷油率及喷油压力控制等；其控制对象和目标大大扩展，除常规稳态性能外，还能对各种过渡工况进行优化控制、故障自动监控与处理、操作过程自动化及自适应控制等等。

近年来，在该领域中理论研究及材料应用发展较为迅速,半导体和金属膜技术、陶瓷烧结技术等迅猛发展，智能化、集成化和数字化将是传感器的未来发展趋势。

二、柴油机电控系统总体构成

1.传感器

如转速传感器，油门位置传感器，温度传感器，压力传感器，爆震传感器等等。

功能：采集、监测柴油机及车辆运行状态，向ECU提供必要的控制信号。

2.ECU

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电子控制单元ECU是一个以单片机为核心的微处理器。

功能：处理来自整车不同部位的传感器数据，判断发动机的工作状况，再通过执行器对发动机进行准确的控制。

最重要控制指令：喷油量和喷油定时脉冲。

3.执行器

如电磁线圈，电磁控制阀等。

功能：执行ECU发出的各种控制指令。

三、电控单体泵发动机常用控制功能

1. 油门油量控制

根据油门开度与柴油机转速计算出油门油量，从而司机可以控制柴油机转速与车辆运行速度。

2.目标喷油定时控制

根据排放、油耗、功率和其他性能，如冷起动、噪声等多方面综合要求确定最优喷油定时。

3.油量及喷油定时的补偿控制

根据环境参数、运行参数的变化，如大气压力，大气温度，冷却水温，机油。

4.冷起动及怠速稳定性的控制

油门踏板及发动机转速决定基本启动油量和定时，通过水温补偿与喷油定时调节快速实现冷起动——暖机——怠速全过程。通过各缸爆发转速与平均转速比较，并对各缸进行油量调节，实现稳定怠速。

5. 智能动力控制

短期超载，即短期增大输出扭矩的值，以方便司机不换挡爬坡。

6. 可变怠速仲裁控制

根据各种温度、蓄电池电压与空调请求调节怠速运行速度。

7.自动监控、安全保护与自适应控制

ECU可以监测和发现电控系统故障，并向使用、维修人员及时显示。若传感器出现故障，可直接利用储存在ECU中不经修正的目标值或用传感器继续工作。若ECU本身出现故障，则切换到备用回路继续工作。

ECU控制系统可识别控制值与实际值的偏差，系统的自适应功能就利用监测到的这些偏差，对电脑原始数据不断修正，使电控系统具有更好的适应能力。

8. 最高转速控制

在高转速运行或冷机状态下喷油量，避免柴油机因过大的机械应力或热负。

9. 最大供油量控制

根据柴油机转速与其他车辆运行参数，对指令油量进行，从而保证柴油机免受因过大的机械应力与热负荷而导致的损害。

10. 单体泵校正

对每个单体泵进行修正，以提高各缸均匀性和一致性。

除以上控制功能,还有怠速微调、长怠速停机和CAN通讯等。

四、电控单体泵燃油喷射系统的工作原理（见下图）

3.jpg

五、结束语

电子控制燃油喷射系统在发动机上的应用，改变了原有机械式发动机的传统概念。它在燃油经济性、动力性，尤其在废气排放水平上的提高，是任何一种其他动力机械所无法比拟的。这一切都来源于电子技术发挥的作用。在现代社会发展的今天，人们已经充分认识到可持续发展的重要性，因此电子控制燃油喷射系统在发动机上的应用将变得日益普及。

单体泵的组成：单体泵由柱塞、柱塞套筒、回位弹簧、弹簧座、出油阀、出油阀座、出油阀弹簧、出油阀压紧螺帽等零件组成。

　　１、出油阀的构造

　　（１）出油阀和阀座是精密偶件，采用优质合金钢制造，其导孔、上下端面及座孔经过精密的加工和研磨，配对以后不能互换。

　　（２）出油阀的圆锥部是阀的轴向密封锥面，阀的锥部在导孔中滑动配合起导向作用。尾部加工有切槽，形成十字形断面，以便使燃油通过。出油阀中部的圆柱面叫减压带，它与密封锥面间形成了一个减压容积。

　　（３）阀座的下端面和柱塞套筒的上端面是精密加工严密贴合，它是通过压紧螺帽以规定的扭紧力矩来压紧的。压紧螺帽与阀座之间有一定厚度的铜制高压密封垫圈。出油阀压紧螺帽和壳体上端面间还有低压密封垫圈。

　　（４）在出油阀压紧螺帽内腔装有带槽的减容器，以减小内腔空间的容积，促进喷停迅速，出油阀最大升程的作用。

　　２、出油阀的作用

　　（１）防止喷油前滴油，提高喷射速度：喷油泵供油时，待油压高于出油阀弹簧的预紧力和高压内的残余压力后，出油阀升起，其密封锥面离开阀座。必须等到出油阀上的减压带完全离开阀座的导向孔时，泵油室的燃油才能进入高压。

　　Ｐ泵>Ｐ簧＋Ｐ残—开；

　　Ｐ泵簧＋Ｐ残—关。

　　（２）防止喷油后滴油，提高关闭速度：停止供油时，出油阀减压带的下沿一进入导管时，高压与泵室的通路便被切断。当出油阀完全座落后下降了一距离ｈ，因而高压的容积得到增大，使油压迅速地下降１MPa～２MPa，断油迅速干脆，防止了因油压的波动和“管缩油涨”而产生喷后滴油。

　　（３）防止燃油倒流，使高压内保持一定的残余压力。

电控单体泵 国内商用车重要选择之一

转眼间，国Ⅲ排放标准正式实施已经两个多月了。尽管商用车业内对于应对国Ⅲ该选择何种技术路线的争论依然不绝于耳，但是市场不等人，客户正在进行着自己的判断和选择。从国Ⅲ实施后的首月即7月份的重卡销售数据来看，7月重卡行业销量216辆，比实施前的6月份骤降51.06%。其中走常规排放控制技术路线(主要是电控高压共轨技术)的一汽与东风7月销量环比大降70%左右，远大于行业的降幅；而走非常规技术路线(H泵+EGR技术)的中国重汽7月销量环比也下降了35.18%，但降幅只有一汽与东风的一半，其当月销量5970辆，排名由6月份的第三重新恢复到2007年的行业第一。看来选择何种技术路线的确是值得各商用车企业，尤其是中、重卡企业深思的问题。 

    其实，经过半年多的争论，在商用车界，即使是商用车用户，也已对共轨技术和EGR技术颇为熟悉。共轨技术不仅先进，而且成熟，最有利于以后的排放升级，但是由于目前该技术几乎完全被博世等公司所垄断，故其成本高，再加上其对油品敏感、产能不足、维修服务不便且昂贵，因此在一定时期内中国客户对其有点望而却步应在情理之中。EGR技术因其被欧美等发达国家所淘汰，将来排放达标升级十分困难，特别是这种技术的发动机可通过加装“失效”装置，在检测时有效，而在平时失效，因此受到国内一汽、东风等商用车企业的质疑当然不足为怪。不过，由于该技术成本低廉，对油品不甚敏感，维修服务方便便宜，因此在短期内作为一种过渡方案而受到客户的欢迎也在情理之中。 

    然而，令人费解的是，目前业界争论的焦点主要集中在“电控高压共轨喷射”和“H泵+EGR”两大技术上，而很少人谈到欧洲商用车巨头们实现欧Ⅲ、甚至欧Ⅳ的主流技术——电控单体泵。 

    据统计，目前欧洲市场上85%以上的重型柴油机均采用电控单体泵技术。该技术发动机每个气缸燃油喷射由各自的喷射单元来完成。单体泵与喷油器之间用高压连接。柴油通过置于单体泵体内、由电磁控制的溢油阀供给喷油器。ECU接收和处理各传感器传来的发动机运行参数信息，并与存储的最优值进行比较，控制喷油正时和喷油量。其最高喷射压力目前可以达到2000bar或更高。 

    电控组合泵是把电控单体泵组合成一体的型式，其工作原理与电控单体泵基本相同。由于电控单体泵是给发动机每个气缸配装一个高压泵，因此它的最大优点是结构相对简单，对原型发动机改动少，性能可靠，故障率低，寿命长，维修方便。此外，单体泵对油品的清洁度不太敏感，尤其是因喷射压力较大，大功率柴油机的敏感性相对更弱。在当前国内油品质量无法满足要求的条件下，使用单体泵技术的优势不言而喻。当然，与高压共轨系统相比，电控单体泵也存在缺点，主要是无法做到自由控制燃油喷射压力、柴油机低速性能欠佳。 

    可喜的是，目前在国内，成都威特和亚新科南岳两家企业已完全攻克并掌握了单体泵技术的所有难题，据称，他们开发的自主创新产品——电控组合泵已经覆盖重、中、轻型所有商用柴油车的配套，而且其产品价格目前只有电控高压共轨喷射系统的一半；与此同时，一汽和东风两大龙头企业所属的发动机公司也已进入单体泵技术的最后攻关阶段，预计其产品将在2009年上半年推出。据预测，以成都威特和亚新科南岳为代表的国产电控组合泵产品在未来一年内有望形成25-35万套的生产能力，到时其价格可以降到共轨系统的35%-45%。

喷油泵的分类及结构 

来源： 作者：admin 发布时间：2007-04-04 

喷油泵又称高压油泵，是燃油系统中最重要的一个部件。喷油泵的功用是提高燃油压力，并根据柴油机工况的要求，将一定量的燃油在准确时间内喷入燃烧室。 

对喷油泵的要求是： 

(１)喷油泵的供油量应满足柴油机在各种工况下的需要，即负荷大时供油量增多：负荷小时供油量减少。同时还要保证对各缸的供油量应相等。 

(２)根据柴油机的要求，喷油泵要保证各缸的供油开始时刻相同，即各缸供油提前角一致，还应保证供油延续时间相同，而且供油应急速开始，停油要迅速利落，避免滴油现象。 

(３)根据燃烧室形式和混合气形成的方法不同，喷油泵必须向喷油器提供压力足够的燃油，以保证良好的雾化质量。 

喷油泵按其总体结构可分为单体泵和合成泵(整体泵)。 

１、单体泵 单体泵主要由一个柱塞和柱塞套构成，本身不带凸轮轴，有的甚至不带滚轮传动部件。由于这种单体泵便于布置在靠近气缸盖的部位，使高压大大缩短，目前应用在缸径为200mm以上的大功率中、低速柴油机上。 

２、合成泵 

合成泵是在同一泵体内安装与气缸数相同的柱塞偶件，每缸一组喷油元件，由泵体内凸轮轴的各对应凸轮驱动。 

现将整体喷油泵中，取出一个泵组加以说明。结构图如下： 

它的主要零件有：凸轮轴，滚轮体，柱塞和柱塞套，柱塞弹簧，转动套与齿圈，出油阀与阀座以及压紧管接等。柱塞套与柱塞是喷油泵中一对主要精密偶件，它们经过仔细的加工，互相研配，其直径间隙只有0.001-0.003mm，这对零件只能成对更换，不得单独调换。 

柱塞套上有两个孔，使柱塞套内腔与油道相通，右边油孔处有纵向槽，其中伸入螺钉，使柱塞套固定在泵体内不得转动。 

柱塞的上部有一环形槽，它以纵向槽与柱塞上端面相通。螺旋斜边从纵向槽开始，用以调节供油量。柱塞下部有两个凸肩和凸缘。柱塞凸肩插在转动套的切口内。转动套则自由地安装在柱塞套上。开口的齿圈又用螺钉紧固在转动套上，并与由齿杆相啮合。 

齿杆装在泵体的纵向孔内，并与调速器操纵杆相连。齿杆在操纵杆和调速器的作用下作轴向移动时，各油泵上的转动套和柱塞也随之转动一定的角度。 在柱塞凸缘上装有柱塞弹簧的下承盘。弹簧上承盘支承在泵体上。弹簧的功用是使柱塞下行。凸轮轴上的凸轮通过滚轮体作用在柱塞上，使其向上运动。 

滚轮体是凸轮与柱塞间的传动体，它本身承受侧推力而使柱塞只受到轴向力。滚轮体下部轴上装有滚轮，它装在滚针轴承上，滚轮体上端拧入调整螺钉和保险螺帽。 

电控单体泵

　　电控单体泵的特点

　　电控单体泵喷射压力高，达到200MPa；可靠性、耐久性好；喷油系统（包括单体泵、ECU、常规喷嘴、高压）成本低，发动机总

　　成本低；喷射压力随发动机转速负荷变化；喷射规律为先缓后急的三角形，与发动机燃烧系统的配合较好，有利于降低NOx的排放；

　　喷油时刻与凸轮型面关联，可实现预喷；达到欧Ⅲ排放，加上电控喷油器可以达到欧Ⅳ。电控单体泵的适用以中、重型车用柴油机为主，也可用于轻型车、皮卡等，单缸功率范围：20～70kW。

　　电控单体泵的的应用领域

　　电控专家基于电控单体泵燃油喷射系统柴油机进行研究，采用中断环方式实现预喷射控制算法，通过在DDC2000电控单体泵柴油机上安装缸压传感器和喷油嘴端压力传感器进行试验。结果表明，在单体泵燃油喷射系统上，采用合适的控制算法和执行器驱动，能很好地实现预喷射并取得良好结果。该算法于硬件平台，可以用于电控单体泵柴油机和共轨柴油机的喷射控制。

　　转眼间，国Ⅲ排放标准正式实施已经两个多月了。尽管商用车业内对于应对国Ⅲ该选择何种技术路线的争论依然不绝于耳，但是市场不等人，客户正在进行着自己的判断和选择。从国Ⅲ实施后的首月即7月份的重卡销售数据来看，7月重卡行业销量216辆，比实施前的6月份骤降51.06%。其中走常规排放控制技术路线(主要是电控高压共轨技术)的一汽与东风7月销量环比大降70%左右，远大于行业的降幅；而走非常规技术路线(H泵+EGR技术)的中国重汽7月销量环比也下降了35.18%，但降幅只有一汽与东风的一半，其当月销量5970辆，排名由6月份的第三重新恢复到2007年的行业第一。看来选择何种技术路线的确是值得各商用车企业，尤其是中、重卡企业深思的问题。

　　其实，经过半年多的争论，在商用车界，即使是商用车用户，也已对共轨技术和EGR技术颇为熟悉。共轨技术不仅先进，而且成熟，最有利于以后的排放升级，但是由于目前该技术几乎完全被博世等公司所垄断，故其成本高，再加上其对油品敏感、产能不足、维修服务不便且昂贵，因此在一定时期内中国客户对其有点望而却步应在情理之中。EGR技术因其被欧美等发达国家所淘汰，将来排放达标升级十分困难，特别是这种技术的发动机可通过加装“失效”装置，在检测时有效，而在平时失效，因此受到国内一汽、东风等商用车企业的质疑当然不足为怪。不过，由于该技术成本低廉，对油品不甚敏感，维修服务方便便宜，因此在短期内作为一种过渡方案而受到客户的欢迎也在情理之中。

　　然而，令人费解的是，目前业界争论的焦点主要集中在“电控高压共轨喷射”和“H泵+EGR”两大技术上，而很少人谈到欧洲商用车巨头们实现欧Ⅲ、甚至欧Ⅳ的主流技术——电控单体泵。

    据统计，目前欧洲市场上85%以上的重型柴油机均采用电控单体泵技术。该技术发动机每个气缸燃油喷射由各自的喷射单元来完成。单体泵与喷油器之间用高压连接。柴油通过置于单体泵体内、由电磁控制的溢油阀供给喷油器。ECU接收和处理各传感器传来的发动机运行参数信息，并与存储的最优值进行比较，控制喷油正时和喷油量。其最高喷射压力目前可以达到2000bar或更高。

    电控组合泵是把电控单体泵组合成一体的型式，其工作原理与电控单体泵基本相同。由于电控单体泵是给发动机每个气缸配装一个高压泵，因此它的最大优点是结构相对简单，对原型发动机改动少，性能可靠，故障率低，寿命长，维修方便。此外，单体泵对油品的清洁度不太敏感，尤其是因喷射压力较大，大功率柴油机的敏感性相对更弱。在当前国内油品质量无法满足要求的条件下，使用单体泵技术的优势不言而喻。当然，与高压共轨系统相比，电控单体泵也存在缺点，主要是无法做到自由控制燃油喷射压力、柴油机低速性能欠佳。

可喜的是，目前在国内，成都威特和亚新科南岳两家企业已完全攻克并掌握了单体泵技术的所有难题，据称，他们开发的自主创新产品——电控组合泵已经覆盖重、中、轻型所有商用柴油车的配套，而且其产品价格目前只有电控高压共轨喷射系统的一半；与此同时，一汽和东风两大龙头企业所属的发动机公司也已进入单体泵技术的最后攻关阶段，预计其产品将在2009年上半年推出。据预测，以成都威特和亚新科南岳为代表的国产电控组合泵产品在未来一年内有望形成25-35万套的生产能力，到时其价格可以降到共轨系统的35%-45%。

    据上分析，笔者认为，电控单体泵是适合我国国情的应对商用车国Ⅲ技术路线之重要选择，说成最佳选择也不为过。初步预计，到今年底，国内燃油喷射系统市场中，共轨系统将占60%，单体泵和直列泵+EGR各占20%；2009年年中，这三种技术将各占三分之一；但到2009年年底，单体泵将上升到40%或更高，而共轨系统和直列泵+EGR将各下降到30%以下。

单兵作战 - 化整为零—单体泵柴油喷射系统

汽车之友　2004年07月15日　来源：汽车之友　作者：东方　责任编辑：宋卫东

引言：单体泵柴油喷射系统（Dedicated-pump diesel systems）可以说是柴油发动机的一次，不仅是发动机性能的大幅度提高

单体泵柴油喷射系统（Dedicated-pump diesel systems）可以说是柴油发动机的一次，不仅是发动机性能的大幅度提高，而且在设计上也是一次彻底的革新，因为它每一个喷嘴上都带有一个高压油泵

在早先柴油发动机主要应用在重型运输工具上，随着人们对柴油发动机的进一步认识及柴油发动机的动力性、舒适性的进一步提高，同时伴随着燃油价格的不断上涨，柴油发动机也逐步应用在了家庭轿车上，在欧洲40%的家庭轿车在使用柴油发动机。柴油发动机具备油耗低、低速扭矩大、维修率低等特点。而柴油发动机的发展又与排放法规的一步步提高息息相关，回想上世纪80年代当美国加州制定了新的排放法规时，为了减小加速时的排烟，康明斯开发了机械可变正时（MVT）系统。随着欧Ⅱ、欧Ⅲ排放标准的提出，人们发现要想提高柴油发动机的性能需要具备两点: 一是电控; 二是高燃油喷射压力。于是上世纪90年代末能够达到1800巴喷油压力的单体泵柴油喷射系统开始在轿车和商用车上应用。

单体泵柴油喷射系统在结构上可分为两种形式，系统没有逃脱出凸轮轴的驱动力

单体泵柴油喷射系统在结构上可分为两种形式，一种是泵喷嘴系统UIS（Unit Injector System），主要应用在轿车上，尤其以大众品牌轿车最为常见，在结构上高压油泵和喷油嘴做成了一体，可直接安装在发动机缸盖上，泵喷嘴由发动机顶置凸轮轴驱动。另一种是单体泵系统UPS（Unit Pump System），主要应用在商用车上，在重型卡车上最为常见，单体泵与喷油嘴由一根很短的高压连接，分别安装在缸体和缸盖上，单体泵同样由凸轮轴驱动。我们回想传统柴油发动机，喷油嘴喷油时的动作是由凸轮轴来控制的，而在单体泵柴油喷射系统中凸轮轴提供了高压油泵的驱动力。

每缸喷油各自解决，统一由发动机控制模块

发动机每个气缸燃油的喷射由各自的喷射单元来完成。从结构上，喷油泵和喷油嘴越接近，喷射的精度就越高，所以两种单体泵系统都能提供高精度的喷射。柴油从油箱出来后先经过一个初级油泵将柴油加压，再经过单体泵加压，最高能够到达1800巴的高压喷射使燃油极好地雾化，良好的油气混合使燃烧更充分，燃油效率和经济性得到显著提高，可获得更大的功率和更好的排放特性。喷射由电磁阀控制，电磁阀的瞬时动作决定了喷油的时刻，喷油量则由电磁阀通电时间的长短来确定，电磁阀接受来自发动机控制模块的指令。

单体泵柴油喷射系统与它的前辈相比是进步多了，但还有着它的局限性

最高达1800巴的喷射压力加上电控闭环控制系统使它可轻松达到欧Ⅲ排放标准。精确的电子控制及高加工精度的燃油泵、喷嘴系统使发动机的噪音和振动有所降低。从前的直列泵使用一定时期之后需要去校泵，而单体泵柴油喷射系统不存在这一问题，但出了毛病就需要更换泵体。由于油泵需要安装在缸盖或缸体靠近凸轮的地方，对于12L排量的卡车V6发动机影响不大，但对于2L发动机的布局会受到一定影响。凸轮轴不仅要驱动进、排气门，还要驱动高压油泵，在结构上还较为复杂。最关键的是它并没有逃脱开凸轮轴驱动产生喷射压力，其工作原理决定了喷射压力与发动机转速和喷油量有关，它不能保持恒定的高压喷射压力，在低速小负荷时燃油压力必然会受到影响。

应用单体泵技术的奔驰重卡已经在国内跑了4年了，而今年新上市的宝来1.9TDi则应用了泵喷嘴系统

在2000年时作为最新一代重卡来到中国的奔驰重卡Actros应用了单体泵燃油喷射技术，在驾驶上给人强劲的马力，加速迅猛，发动机运转平稳，噪音也收敛了许多。Actros在中国大地上已经奔跑了几十万到上百万公里，还没有出现水土不服，说明单体泵柴油喷射系统还是能够适应中国柴油的，只是国产柴油杂质较多，从油水分离器就可以看出国产柴油的浑浊，而新车从天津港下船时我们所看到的柴油呈清澈透明的金黄色。现在燃油价格紧跟世界形势单边上行，而燃油品质却总是按兵不动，要想得到更好的排放，柴油品质的提升也很关键。

德国大众公司对泵喷嘴技术情有独衷，开发了多款泵喷嘴柴油发动机，并早就有心将它带到中国，毕竟谁先在中国占领柴油机市场谁就先在中国迈出了重要的一步。只是大众担心水土不服，2升的轿车发动机与十几升的卡车发动机相比就显得娇嫩了许多。大众经过2年的实地实验，终于，今年2月一汽大众推出了应用了泵喷嘴技术的宝来1.9TDi，TDI是Turbo Direct Injection的缩写，意为涡轮增压直接喷射。从它的发动机外特性曲线图中我们可以看出1800～2500rpm间240Nm的扭矩高原，体现了中、低速良好的扭矩特性，只是在3000rpm后动力明显下降，不过在城市中也很难跑到3000rpm以上，而90km/h等速油耗只有4.6升，说明它非常适合于城市交通。与1.9TDi功率相同的1.6L宝来的平均油耗大约是10L/100km，而1.9TDi约是5L/100km，燃油费用要节约一半，一年就是几千块钱，集腋成裘，这可是一个不小的诱惑！

电控燃油系统技术前景
	日期：2009-02-12 15:57	来源：中国汽车动态网	作者：

由于柴油机具有大扭矩、低油耗的特点，及随着现代柴油机技术的日益发展，使发动机的柴油化已成为节能减排措施之一。为了控制柴油机的排放，在已经强制实施的国Ⅲ排放法规下，实现汽车柴油机电控的方案是明确的最优解决措施和发展方向，即要求柴油机用电喷系统全面取代现有的机械式喷油系统。柴油机电喷技术属于汽车核心零部件技术，直接决定了车用柴油机的排放和综合性能水平。在实现国家“节能减排”的长期目标中，柴油机电喷技术已成为摆在国内各大汽车发动机企业面前必须要攻克的首要问题。       目前，国内车用柴油机针对国III排放标准实施的燃油系统技术路线主要有四种：电控泵喷嘴(EUI)、高压共轨(CommonRail)、电控单体泵(EUP)和电控直列泵(EIL)+EGR。在这四种技术路线中，德尔福在中国市场针对中轻型车推广共轨技术，针对重型车提供泵喷嘴和单体泵技术；博世在中国市场主推高压共轨系统；电装目前正在研发第3代、第4代共轨系统和为中国市场的共轨系统作适应性二次开发；而自主国产的亚新科南岳、成都威特等则提出了电控单体泵的低成本解决方案。无疑，现在国内外柴油机燃油系统的技术路线之争都已经到了白日化阶段，而对于哪种技术方案最适合目前和将来中国柴油车发展的燃油系统技术市场，急待于业内人士的深思和考量。     电控泵喷嘴技术     早在1905年柴油机的创始人RudolfDiesel先生就提出了泵喷油器概念，设想将喷油泵和喷嘴合成一体，省去高压并获得高喷射压力。20世纪50年代，间歇控制泵喷射系统的柴油机就已应用在轮船及卡车上。之后，大众和博世公司合作研制出适用于乘用车的电磁阀控制泵喷射系统，匹配直喷式柴油机的轿车在欧洲得到了显著发展。该发动机具有高效和出色的燃油经济性，并降低了发动机噪声。     在泵喷嘴系统中，电控的油泵和喷油嘴之间没有管路连接，做成一体直接安装在气缸盖上，这样不占用更多的空间。每一个油泵都由顶置凸轮轴同时驱动气门和泵喷嘴，顶置凸轮轴必须具有极高的硬度和刚度以承受喷油器产生的高压。同时，凸轮轴的驱动系统也需要专门设计。电控泵喷嘴系统的优势在于系统结构紧凑，喷油嘴孔径非常小，所以燃油喷射压力非常高，形成优良的混合气，确保燃油雾化良好，燃烧效率很高，同时还可以精确控制喷油始点和喷油量，从而提高柴油机的动力性、燃油经济性，降低排放和改善NVH特性。目前，采用该项技术的车用柴油机可满足欧Ⅳ排放标准，峰值压力可达到2000bar。     泵喷嘴系统应用于直喷式柴油机，国内生产的1.9TDI宝来发动机应用该燃油喷射系统，最高喷射压力达到1800bar。但泵喷嘴直喷系统缺点在于燃油喷射压力不能保持恒定。     高压共轨技术     “CRDI”是英文CommonRailDirectInjection的缩写，意为高压共轨柴油直喷系统。该系统主要由高压油泵、喷、高压蓄压器(共轨)、喷油器、电控单元、传感器及执行器组成。在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，由高压油泵把高压燃油输送到公共供，通过控制高压油泵电磁阀开启持续时间从而对公共供内的燃油压力实现精确控制；通过控制喷油器电磁阀开启时刻、持续时间从而控制喷射提前角、燃油喷射量。     高压压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，从而改善发动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，还能够改善发动机的燃油经济性和降低燃烧噪声。目前，主要国际汽车配件供应商都在进行柴油共轨喷射系统的开发，如：博世、德尔福、西门子、电装公司、VDO和玛格纳-马瑞利公司，它们是全球主要的共轨喷射系统供应商，而目前在国内生产共轨柴油喷射系统的还只有博世一家。 电控单体泵技术  单体泵指一个气缸一个油泵，这里的油泵指的是高压油泵，或称为喷油泵。在国内外都已成熟应用的电控单体泵技术，主要包括一个带有出油控制阀的高压油泵、机械喷油器，以及连接所需的燃路、滤清系统。其基本结构为：将油泵柱塞驱动与发动机配气机构所需凸轮轴整合为一体，从而实现油泵到喷油器的燃路最短化。发动机工作时则通过发动机周围安装众多的传感器以侦测发动机状态，对喷入气缸的喷油量、喷油正时进行精确、柔性的控制。通过电子系统和油泵结构设计的优化进而实现对喷油气缸喷油压力的提高，从而改善发动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，改善发动机燃油经济性和噪声特性。     电控单体泵技术的主要技术特征是其油泵与配气机构共用一根凸轮轴，使结构得到最大程度的简化，并缩短了油泵出油口到喷油器的管路距离。由于在油泵出油口加装的能够精确进行燃油计算、时间控制的电磁阀，因而能够对喷油正时和喷油量进行较为精确的控制，有利于燃烧过程的优化。由于油泵提升压力原理与直列泵类似，所以其喷油规律为“三角形”的前缓后急的特征，一定程度上有利于燃烧过程的优化，最高压力可达到1800-2000bar。     但由于油泵压力和发动机转速成正比，低转速区域压力较低，因而不利于柴油机低速时燃烧性能的提高。在国Ⅲ排放要求阶段，喷油器的喷油开启方式仍是依靠弹簧压力控制。进入国Ⅳ阶段，需将机械式喷油器改成电控喷油器，形成双电磁阀单体泵系统，燃油喷射压力相应提高到2500bar，并采用系统一致性控制，来优化整个喷射过程，并且可以实现多次喷射。在对发动机整体结构不做大的调整下，可以达到欧Ⅳ排放水平，并具有达到欧Ⅴ排放的潜力。

一汽集成电控单体泵系统开发纪实

2008-12-08 盖世汽车网 

　　编者按：2008年7月，我国全面实施国Ⅲ排放标准。“一石激起千层浪”，国Ⅲ时代的中国商用车市场热闹非凡。一时间，产品技术路线之争和市场竞争达到了白热化。

　　“高压共轨”、“EGR”(废气再循环)，这些词汇频繁进入人们的视线，吸引着大众的目光。与此同时，作为国内重要商用车生产基地的一汽却显得格外低调。面对国Ⅲ标准，一汽有着怎样的思考?其自主开发电控单体泵系统的具体情况如何?带着这些疑问，记者来到长春，走进一汽技术中心。

    

　　11月，入冬的长春，寒气逼人。当记者走进一汽技术中心(以下简称“中心”)，立刻感受到一股暖融融的工作气氛，每个员工都在有序地忙碌着，接受采访的领导、员工谈起自主开发的FEUPI(FAW Electronic Unit Pump Integration，一汽集成电控单体泵系统)，都充满了感情。

    

　　“自主创新不能空谈，要有实实在在的产品。”说起自主开发的FEUPI，中心主任李骏信心十足。

    

　　“从2006年首批应用于北京环卫车，到今年批量投放市场，匹配FEUPI的国Ⅲ发动机已销售6000余台，市场反映良好。”中心发动机附件室科长戈非用具体数字补充道。

    

　　■果断决策自主开发电控单体泵系统

    

　　实施国Ⅲ排放标准，使我国柴油机进入到了技术升级的新阶段，同时也使国内相关企业遭遇了前所未有的挑战。面对手握核心技术，来势汹汹的国际垄断企业，采取怎样的措施来应对，是每个柴油机生产企业不得不思考的问题。

    

　　“对核心技术的掌控是企业的战略问题。”李骏的话表明了一汽的态度和决心，那就是——自主研发，掌握核心技术。

    

　　进入新世纪，一汽敏锐地意识到，随着环保问题日益突出以及柴油机技术升级，如果不开发自主的电控燃油喷射系统，中国的柴油机产业将面临受制于人的窘境。鉴于此，一汽借鉴国际先进技术经验，踏上了柴油机电喷系统的自主研发之路。

    

　　从技术角度讲，对直喷式柴油机而言，要达到国Ⅲ排放，其喷油系统要具备两种技术特征：首先是要有1200帕以上的喷射压力，以降低微粒排放;其次是要实现对喷油正时的柔性控制，来解决氮氧化物的排放与油耗之间的矛盾。目前，国际上通用的成熟技术主要包括高压共轨系统、电控泵喷嘴系统和电控单体泵系统。高压共轨技术虽然最先进，但是其成本较高，对油品质量要求高，而且在短时间内实现国产化难度很大。

    

　　“要做就做国产化的产品。”戈非的话给记者留下了深刻的印象。由于电控单体泵系统不但具有实现国Ⅲ排放的技术特征，而且国产化难度相对较低，因此，在研究共轨系统的同时，2002年，一汽果断决策，开始着手电控单体泵系统的开发，以尽快掌握国Ⅲ柴油机的核心技术。

    

　　■“I战略”与“斩首行动”

    

　　在采访期间，“I战略”与“斩首行动”，这两个特别而又响亮的名词，引起了记者的注意。

    

　　“FEUPI中的‘I’，是英文单词integration(集成)的简写。我们认识到，要打破国外电喷系统供应商的垄断格局，最便捷的方法就是利用全球资源，走集成创新的路线，于是便有了‘I战略’的提出。”戈非告诉记者，“比如在FEUPI开发中，我们采用了德尔福的单体泵、摩托罗拉的ECU、西门子的传感器，由一汽完成系统定义，提出方案和要求，供应商只负责产品设计和生产。”

 

　　毫无疑问，如博世、电装等国际系统供应商，他们只向客户提供整套电喷系统，包括软、硬件，以便保留对产品价格的话语权，同时牢牢掌控核心技术。而“I战略”的实施，成功打破了国外供应商只提供整套系统的供货方式，是自主研发道路上迈出的一大步。或许有人会认为，如此集成开发的系统，所采用的各部件仍由国际供应商提供，并没有取得实质性突破。但是，事实上，集成创新与整套系统采购之间存在质的区别，这就涉及到一汽的另一个重要战略―――“斩首行动”。

    

　　何谓“首”?怎样去“斩”?作为“斩首”团队中的一员，中心电控单元开发室软件工程师李素文解开了记者心中的疑惑。

    

　　“如果把FEUPI比作人体，那么控制系统则相当于它的‘大脑’。要实施FEUPI集成战略，控制系统的开发是前提。只有掌握了控制软件，拥有了‘大脑’，才具备将各被控对象集成起来的资本，形成真正的自主电喷系统。”李素文说。

    

　　开展集成创新，不但要有创新的战略，而且要具备集成的能力。在FEUPI开发初期，一汽就致力于电控系统的自主开发，大刀阔斧地“斩”起“首”来。

    

　　据介绍，FEUPI控制系统的开发可以分为两个阶段。“2002～2005年，是技术开发阶段。在此期间，我们借鉴之前在电子调速器开发中积累的经验，结合国家863项目‘支持汽车电子的嵌入式软件平台’，联合吉林大学和浙江大学，完成了控制系统的设计工作。”李素文介绍说，“2006年～2008年，进入到产品开发阶段。控制系统要大批量投产，一定要解决生产和售后服务中所面临的问题。目前，生产下线调整工具和故障诊断仪等均已开发完成，系统已具备了批量生产能力和售后维修手段，实现了从技术开发到产品开发的蜕变。”

    

　　自主研发之路无疑是艰辛的，要开发出能够与国际成熟系统相匹敌的产品，更是难上加难。“包括转速传感器和相位传感器的相互协调、发动机怠速控制在内的一系列问题，要通过长时间的摸索和实践才能逐一解决。”李素文说，“尤其是控制系统整体构架的搭建。由于发动机工作情况复杂，在项目初期，对系统整体构架的全面构思难度很大，只能随着开发的深入逐步完善。”现在，“斩首行动”已经完成，这其中的酸甜苦辣，只有李素文这样身在其中的人才能有深切体会。

    

　　■借机全面提升电控研发能力

   

　　 “技术创新应该做长远考虑，拥有自主的国Ⅲ发动机只是眼前的成果。”中心发动机部高级工程师李康的话体现了一汽人面向未来的研发思路。伴随着国Ⅲ排放法规的全面实施，我国卡车已进入到了电子时代。在未来柴油机的技术升级过程中，EGR系统、可变增压器、冷却系统等均需实现电子控制。可见，谁拥有了电控技术，谁就掌握了未来柴油机市场的主导权。

    

　　“正是由于FEUPI的开发，使我们的电控研发能力得到了全面提升。”李骏一语道破了一汽在FEUPI开发过程中的最大收获。

    

　　“在FEUPI开发中学习总结的流程体系和管理经验，已在后来的项目中得到全面应用。”李素文对记者说。

    

　　为了保证FEUPI控制系统的质量，通过对内部人员结构的研究，一汽决定采用当时国内并不熟悉的V型开发流程。

　　“2005年，部门70%的员工在摩托罗拉总部进行了为期3个月的培训，学习开发流程和管理知识。通过学习和交流，大家从思想上接受了新的开发理念和流程，团队协作意识也明显增强。当时和培训人员的讨论十分热烈，有时由于意见不合，双方甚至会展开激烈的辩论，因此，每个人对新流程的理解都很深刻。”李素文说，“现在，部门所有项目都按照V型开发流程来操作。文档的管理、过程的控制很复杂，但使产品质量得到了有力保障。”

    

　　拥有了FEUPI的开发经验，目前，一汽电控系统研发的道路已越走越宽，越走越顺。“我们仅用两年多时间便开发出了高压共轨控制系统，目前已进入到道路试验阶段。”李素文自豪地说。

    

　　■FEUP实现一汽自主研发的更高追求

    

　　创新不是一时之举，企业发展的原动力在于持续创新。伴随着FEUPI的开发，一汽人意识到，由于缺乏对单体泵等关键部件技术的掌握，系统的成本优势并不明显，因此，2004年，一汽开始着手FEUP(一汽自主电控单体泵系统)的开发，集成创新与原始创新双管齐下。

    

　　“FEUPI与FEUP最大的区别在于前者采用德尔福提供的单体泵，而FE?鄄UP中的单体泵则完全是一汽自主研发生产的。”戈非介绍说。

   

　　基于直列泵生产企业无须大规模设备投入，就可以利用原有设施生产单体泵的现状，一汽与衡阳亚新科南岳有限公司(以下简称“南岳”)联合，突破了包括电磁阀封装面无泄漏、铝泵体高强化设计在内的六大技术难关，开发了FEUP。据了解，该系统将单体泵集成在一个凸轮箱内，使得原直列泵发动机无需大的改造就能实现国Ⅲ排放。“国产化后，单体泵的成本降低了50%。”戈非说。

    FEUP的开发，不但使一汽解决了国Ⅲ发动机配件不足的问题，降低了产品成本，而且标志着一汽对电控喷油系统核心技术的掌控更进了一步。同时，南岳生产的FEUP，不仅面向一汽，同时也向包括玉柴、东风49厂、扬动股份、天津珀金斯动力在内的多家发动机企业提供，填补了国产国Ⅲ电控喷油系统产品和产业的空白。这对我国的柴油机产业，无疑是一件幸事。一汽以实际行动体现了汽车行业“共和国长子”的风采。

    “目前，FEUP已在一汽的DEUTZ、CA6DF3和CA4DF3发动机上完成匹配开发，并已于今年小批量投放市场。”戈非告诉记者。