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带您解读柴油发动机的高压共轨技术!

带您解读柴油发动机的高压共轨技术!

概念介绍

高压共轨柴油直喷技术(Common Rail Direct Injection,缩写:CRDI)是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系统中,将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油机器。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管,通过公共供油管内的油压实现精确控制,使高压油管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变化的程度。

全球以罗伯特·博世有限公司,德尔福汽车系统,电装公司,和西门子威迪欧(现由大陆集团独资)为现代共轨系统的主要供应商。

优势特点

柴油机共轨技术的主要优势在于,它能够将燃油喷射压力的产生与喷射过程彼此完全分离。通过共轨管内的油压来保证各喷油器拥有相同的燃油喷射压力,使喷射压力不受发动机转速的影响,从而保证发动机稳定、高效的运行。

柴油共轨技术的使用最大限度地降低了柴油发动机所产生的振动和噪音,同时进一步降低油耗,降低尾气中有害颗粒物含量,减小污染。

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而传统柴油发动机最大的诟病就是在工作过程中噪音大,振动大。柴油发动机噪音的产生,主要由于发动机在燃烧过程当中,经历的速燃期过程所产生的。而直接影响速燃期燃烧稳定的,就是速燃期之前,即喷油器开始喷入气缸的过程中,至燃油开始燃烧时,所经历的备燃期。而传统的直喷发动机喷油器,在高压泵压力建立并达到喷油器设定的压力值后,直接开启喷油器针阀,将燃油“一股脑”的全部喷入到气缸当中,导致气缸内混合气浓度过高,从而造成速燃期内发动机工作不稳定,也就是常说的噪音大,“哆嗦”。

电喷系统通过采用电子控制装置,可以在主喷射之前(速燃期),进行预喷射(备燃期)。在主喷射之前百万分之一秒内,将少量的燃油喷入燃烧室内,进行预燃,预热燃烧室。在经过预喷射后,气缸温度已有所增加,再进行主喷射的压燃就更加容易。由于缸内的燃烧温度及压力不是突然增加,从而有利于降低燃烧时所产生的噪音。而在缓燃期后再进行后喷射(后燃期),令燃烧后的废气进行二次燃烧,将缸内温度增加200~250℃,从而降低了排气中的碳氢化合物,保护了环境,减少了尾气污染。

发展历程

世界上主要有三大公司在研发和生产柴油机高压共轨系统,日本电装、德国博世和美国福特。共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来,如果把单体泵柴油喷射技术比做柴油技术的革命的话,那共轨就可以称作“反叛”了,因为它背离了传统的柴油系统而近似于顺序汽油喷射系统。共轨系统开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径 。

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由于其强大的技术潜力,各制造商已经把目光定在了共轨系统第3代——压电式(piezo)共轨系统,压电执行器代替了电磁阀,于是得到了更加精确的喷射控制。没有了回油管,在结构上更简单。压力从200~2000帕弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3,减小了烟度和NOX的排放。

现有技术

现代的高压共轨喷射的控制系统,是通过由各个传感器,检测发动机转速,曲轴位置,凸轮轴位置,来判断具体的喷油时刻,并根据具体的传感器数据,经过发动机电脑板处理后,给予各缸喷油器相应电流信号,以控制喷油器的喷油时刻及喷油量,使发动机能够根据具体工况得到实时调节,满足工作需求。

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由于为了保证高压共轨系统能够高效精准的控制,对燃油及保养周期的要求采取了更高的要求,使得高压共轨系统在适应性极强的直喷系统面前,显得有些“娇贵”。

近些年来,国际各大厂商由于受到石油危机及不断升级的发动机排放标准的影响,逐步的开始在自家设备上装备使用电控系统的柴油发动机,以适应政策及环境标准的变化。例如国内知名的进口挖掘机型号,如:卡特彼勒CAT320D,小松PC200-8,沃尔沃EC240BP,日立ZX240-3,所使用的均为高压共轨燃油系统。而这些机型又都是厂商在国内乃至全球的主打机型。但限制于国内油品质量的问题,导致了这些大牌厂商中,采用高压共轨系统的机械设备故障率较高,使得电控发动机的各项优势无法施展出来,令“电喷车”在国内遇冷。

应用范围

柴油燃油喷射系统从机械控制式发展到电子控制式系统后,电子喷射系统又经历了三次变革,即位置式燃油喷射系统、时间式燃油喷射系统和时间压力式燃油喷射系统(共轨系统)。高压共轨系统实现了压力建立和喷射过程的分离,从而使控制过程更具有柔性,能更准确地实现小油量的精确控制,更好地实现多次喷射。

共轨燃油喷射系统应用十分普遍,博世公司已生产出2500万套共轨系统,并在江苏无锡投资建设了技术中心和工厂,实现了本地化生产。长城汽车与博世公司开发出了高压共轨柴油发动机。此外奥迪、奔驰、华泰等品牌也推出了采用共轨系统的汽车。我国部分大学、研究所和企业也通过合作或独立自主研发,取得了各具特色的研究成果,并有数十项专利公布。因此,我国在电控直喷式柴油机方面已积累了一定的经验,但总体来说与国外还存在差距,主要体现在制造工艺和批量生产的质量控制。此外,国内共轨系统相关配套体系不健全,部分零部件还依靠进口,如单片机芯片、共轨压力传感器等。

专用车时代原创内容,作者:Bob,该文章不代表专汽通立场。转载请注明出处:https://www.spvtime.com/112456/

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