柴油發動機噴射技術發展

李忠良 王成民 張宇

摘要：燃油供給系是柴油機的“心臟”，柴油機的發展歷史其實就是柴油機噴射技術不斷更新換代的過程，噴射系統圍繞效率與環保兩個主題不斷改進和發展，經歷了從機械式噴射系統到電子控制式噴射系統兩個階段。本文闡述了從最典型的機械式噴射系統——直列泵，到現代最先進的高壓共軌技術的發展歷程，并且分析了不同類型噴射系統為實現效率和環保目標而做出的結構上的改進。

關鍵詞：柴油機;噴射系統;發展

1893年迪塞爾發明了世界上第一臺柴油發動機，揭開了發動機發展的序幕，但是其低效率和高排放始終限制了它的普及和推廣。直到1927年德國工程師博世發明了直列泵式噴射系統其低效，高排放的不足才得以克服，到現在為止柴油發動機噴射系統經歷了機械式，電子控制式，高壓共軌式三代，其效率與環保性能更加穩定和高效，而且發動機動力性也得到不斷改進和提升。目前為止高壓共軌式噴射系統成為柴油機的主流，歐洲眾多汽車品牌都配有共軌式柴油發動機，如標致公司HDI共軌式柴油發動機，菲亞特公司的JTD發動機;在我國高壓共軌技術也得到大力發展，上海柴油機有限公司開發的8DK、9DK系列發動機得到了廣泛運用。

一.機械式柴油機噴射系統

1.機械式噴射系統組成及工作原理

柱塞泵是典型的機械式柴油發動機噴射系統，其結構如圖1所示，驅動力來自發動機曲軸前端的定時齒輪，主要構件有高壓油泵，高壓油管，噴油嘴，即傳統的泵噴嘴結構，輸油泵經低壓油管從油箱中抽取柴油并經柴油濾清器最終輸送給高壓油泵。除此之外柴油發動機為保持穩定轉速還必須具有調速器以及噴油提前器，這使得機械式噴射系統結構復雜而且控制很不精確。

圖1

2.機械式噴射系統的不足

首先與電子控制式噴射系統相比其噴油閥的開閉，高壓油泵的供油量，供油提前角的調整均采用傳統的氣動或液壓傳動，存在機械效率不高，傳動延時，使得噴油量的控制無法做到精確及時;除此之外傳統的機械式噴射系統只能利用負荷的變化控制噴油量而不能直接控制噴油規律，從而不能有效控制發動機的功率以及NOx，微粒的排放，所以在環保和效率方面仍有發展空間。

二.電控式柴油機噴射系統

1.位置控制型電控噴射系統

和傳統的機械式柴油噴射系統相比，結構方面并沒有較大改進，例如TICS直列泵電控系統的泵體是在原P型泵的基礎上進行改進的，具有與P型泵相似的結構特點，所以在生產位置控制型電控系統時，柴油機結構基本無需改動，生產繼承性好。而改進部分是采用電磁式供油量控制裝置（或步進電動機）和電磁式供油定時控制裝置。這兩個控制裝置按照電控單元（ECU）控制指令調節供油量、供油時刻，進而調節柴油機運行狀態，所以控制精度以及響應特性比機械式噴射系統更高。在TICS直列泵電控系統中，使用了線性步進電動機以及位置傳感器等組成了電控調速器，同時配置了供油量調節齒桿位置傳感器以及滑套式可變預行程控制機構。而也正是由于結構改進不大，所以系統的控制相應特性低，噴油壓力和噴油規律不能獨立控制，工作效率并沒有本質上的提高。

2.時間控制型電控噴射系統

柴油機時間控制式電控噴射系統，包括VE型時間控制式電控噴射系統、單體泵、泵噴嘴。時間控制型電控系統在高壓油路中利用電磁閥直接控制噴油時間，以改變噴油量和噴油定時，具有直接控制、響應快等特點。在該系統中使用閉環控制，可以準確地控制目標噴射時刻和噴射量，明顯增強柴油的使用效率。其結構主要由控制噴射量的高速電磁閥、各類傳感器以及ECU等組成。與位置控制型電控噴射系統相比時間控制型電控噴射系統的控制電路簡單，泵體結構緊湊，可以大大提高系統的工作效率。

三.高壓共軌式柴油機噴射系統

1.高壓共軌式噴射系統組成及工作原理

高壓共軌式噴射系統如圖2所示，主要由電控單元，供油泵，調壓控制閥，燃油分配管，共軌管，電控噴油器和傳感器組成。供油泵的作用是產生高壓的燃油，并將其輸送到共軌管再經燃油分配管分配給各個噴油器，在共軌管末端安裝有調壓控制閥，它使得燃油分配管中的壓力可隨發動機負荷變化而調整，噴油器采用電控式，利用電磁閥的開啟和關閉來實現供油時機，供油時間的控制，提高了控制的快速性和準確性。除此之外，在高壓共軌管中還存在大量的傳感器來實時監測油壓、油溫，以及發動機負荷，并將數據傳送給EPU，而后EPU計算出最佳供油量以及供油提前角，從而使得供油量計算更為合理。

圖2

2.高壓共軌式噴射系統優點

高壓共軌式噴射系統與傳統的機械式噴射系統和時間式、位置式電控噴射系統相比，首先共軌管中的高壓油液直接噴射，省去了復雜的增壓機構，除此之外電控式噴油器的使用使噴油器開閉更為準確及時，而且傳感器的數據經過中央處理器的計算得到更為合理的油量和精確的時間間隔，使得發動機功率性，經濟性，環保性得到保障。

四.結語

綜上所述，從傳統的機械式噴射系統到電控式噴射系統再到高壓共軌式噴射系統，發動機工作效率不斷提高，燃油消耗率大幅降低，并有效減少了NOx和微粒的排放，這與我國綠色經濟發展理念相適應，對未來更加先進高效的柴油機噴射系統提供了有力的技術支撐。

參考文獻：

[1]張蘭英等.電控柴油機共軌技術[J].應用技術.2006.6.

[2]史文庫，姚為民.汽車構造[M].人民交通出版社.2013.6.

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