高壓共軌系統(tǒng)的研究與應用

1、    高壓共軌系統(tǒng)的研究與應用    張剛【摘 要】隨著排放法規(guī)的日益嚴格和柴油機電控技術的不斷進步，高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)作為一種高度柔性控制的燃油噴射系統(tǒng)，以其顯著的優(yōu)越性，已經成為現代柴油機技術的發(fā)展趨勢之一。本文結合我公司車輛現狀著重介紹了電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的結構、原理、發(fā)展趨勢、特點和維修，并給出了今后的發(fā)展方向?！娟P鍵詞】柴油機；燃油噴射系統(tǒng)；高壓共軌；發(fā)展趨勢1.緒論1.1項目背景由于發(fā)動機柴油混合氣形成時間極短，只占15°-35°的曲軸轉角，燃燒室各處的混合氣成分很不均勻，所以需要柴油發(fā)動機的燃油供給系統(tǒng)擁有良好

2、的匹配。而傳統(tǒng)的柴油機完全通過機械間的作用來完成這一匹配，就導致了大家印象中的冒黑煙，大噪聲的出現，而且柴油發(fā)動機燃油經濟性的優(yōu)勢也被埋沒。隨著科技的進步，特別是當共軌技術成功運用于柴油發(fā)動機上后，柴油發(fā)動機燃油經濟性的優(yōu)勢立馬體現出來，而冒黑煙之類的弊病也不再存在。越來越多的車輛都開始使用高壓共軌系統(tǒng)。經過多年的發(fā)展完善，柴油電控噴射系統(tǒng)已由第一代的位移控制到第二代的時間控制一直發(fā)展到了現在的壓力時間控制，也就是大家所熟知的共軌噴射技術，作為第三代的柴油機電控噴射技術，共軌系統(tǒng)放棄了傳統(tǒng)使用的直列泵系統(tǒng)，供油泵建立一定油壓后送到各缸公用的高壓油管（也就是所說的共軌），再由共軌將柴油送入各缸的

3、噴油器。這樣一來，共軌柴油噴射系統(tǒng)的噴油壓力就與噴油量無關，也不受發(fā)動機負荷和轉速的影響，能根據要求任意改變壓力水平，這樣不僅提高了發(fā)動機輸出功率，改善了汽車的燃油經濟性，而且使氮氧化物和顆粒物排放都大為降低。1.2我公司設備現狀及存在的問題我公司目前車輛339臺，其中高壓共軌車輛12臺（其中沃爾沃客車4臺、宇通客車2臺、35噸北起多田野吊車6臺）。目前的維修技術力量主要集中在歐、歐排放車輛的修理上，對歐及以上的電控共軌車輛維修僅僅停留在機件和電路的常規(guī)維修上，而對電控高壓共軌系統(tǒng)的修理技術缺乏，因此一直以來都是委托外部人員進行修理，隨著電控高壓共軌車輛的不斷發(fā)展，勢必面臨電控維修技術缺乏的境

4、地，界時將嚴重影響公司的生產經營。1.3預計實施的解決方案為降低車輛故障發(fā)生率，提高車輛工作率，減少維修成本，提高車輛運行效益，專門成立共軌技術攻關小組，對汽車電控高壓共軌系統(tǒng)維修技術進行攻關。2.高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)及基本單元它主要由電控單元、高壓油泵、蓄壓器（高壓共軌管）、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌（蓄壓器），高壓油軌中的壓力由電控單元根據油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進行調節(jié)，高壓油軌內的燃油經過高壓油管，根據機器的運行狀態(tài)，由電控單元確定合適的噴油定時、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。3.共軌式

5、電控燃油噴射技術的原理在共軌式蓄壓器噴射系統(tǒng)中，ecu通過接收各傳感器的信號，借助于噴油器上的電磁閥，讓柴油以正確的噴油壓力在正確的噴油點噴射出正確的噴油量，保證柴油機最佳的燃燒比、霧化和最佳的點火時間，以及良好的經濟性和最少的污染排放。4.高壓共軌系統(tǒng)的技術特點電控高壓共軌技術是指在高壓油泵、共軌管、壓力傳感器和ecu組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產生和噴射過程彼此分開的一種技術，由高壓油泵把高壓燃油輸送到共軌管，通過對共軌管內的油壓進行閉環(huán)控制，噴壓獨立可調。這種系統(tǒng)具有以下特點：4.1可靠性對輕型車來說系統(tǒng)零部件成熟且有長期使用考核驗證、中型比較成熟；但是對重型柴油機使用壽命未經驗證（單

6、體泵供應商聲稱100萬公里，而共軌供應商尚無一敢承諾30萬公里）。4.2繼承性結構簡單，安裝方便。4.3靈活性共軌油壓獨立于發(fā)動機轉速控制、整車控制功能強，適應輕型車特別是乘用車的要求。4.4優(yōu)化噪聲預噴技術可以降低怠速噪聲。4.5噴油規(guī)律共軌系統(tǒng)的初始噴射率太高，不符合柴油機燃燒所需要的先緩后急的規(guī)律，不利于排放控制。4.6噴油壓力一代共軌噴油壓力1350-1450bar，二代做到1600bar，總體來說比單體泵和泵噴嘴要低，所以在油耗上有3%左右的劣勢；將來做到1800bar以上但是需要采用增壓共軌技術，還沒有成熟，成本增加較大。4.7多次噴射可以實現多次噴射，目前最好的共軌系統(tǒng)可以進行6

7、次噴射；共軌系統(tǒng)的靈活性好，但是勢必帶來匹配工作的難度。時間和技術人員的水平，決定了一定階段在中國使用太靈活的系統(tǒng)不一定能達到預期的效果。5.柴油共軌系統(tǒng)的發(fā)展柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了3代，它有著強大的技術潛力 。第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導致能量的浪費和很高的燃油溫度。第二代可根據發(fā)動機需求而改變輸出壓力，并具有預噴射和后噴射功能。由于其強大的技術潛力，今天各制造商已經把目光定在了共軌系統(tǒng)第3代壓電式共軌系統(tǒng)，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?！半娍亍笔侵竾娪拖到y(tǒng)由電腦控制， ecu（俗稱電腦）對每個噴油嘴的噴油量、噴油時刻進行精確控制，能使柴油機的燃油經濟性和動力

8、性達到最佳的平衡，而傳統(tǒng)的柴油機則是由機械控制，控制精度無法得以保障?！案邏骸笔侵竾娪拖到y(tǒng)壓力比傳統(tǒng)柴油機要高出3倍，最高能達到200mpa（而傳統(tǒng)柴油機噴油壓力在60-70mpa），壓力大霧化好燃燒充分，從而提高了動力性，最終達到省油的目的?！肮曹墶笔峭ㄟ^公共供油管同時供給各個噴油嘴，噴油量經過ecu精確的計算，同時向各個噴油嘴提供同樣質量、同樣壓力的燃油，使發(fā)動機運轉更加平順，從而優(yōu)化柴油機綜合性能。而傳統(tǒng)柴油發(fā)動機由各缸各自噴油，噴油量和壓力不一致，運轉不均勻，造成燃燒不平穩(wěn)，噪音大，油耗高。6.實施情況6.1綜合診斷技術一般當共軌車輛出現問題時診斷維修步驟如下。咨詢駕駛員車輛存在何種故

9、障現象。檢查儀表盤是否有故障顯示。連接解碼器，讀取故障碼，查看并記錄當前和歷史故障信息，然后進行清除故障碼，如果故障未清除，則說明故障為當前故障。讀取數據流，有時候故障顯示并不準確，需要與數據流對比方能判斷其好壞。根據解碼器診斷結果實施修理，在進行檢修過程中，主要判斷電器元件、線路。6.2取得的效果2012年通過公關小組的不斷研究與學習，累計排除故障汽車電控系統(tǒng)故障33項，故障問題全部得到排除，恢復了車輛性能，累計產生經濟效益約38.37萬元，主要是節(jié)約的修理費、材料費用，高效、快速的解決了共軌系統(tǒng)故障。6.3存在的問題傳統(tǒng)的柴油濾清器只能過濾10微米以上的顆粒，3微米的顆粒過濾效率很差。高壓共軌系統(tǒng)要求濾清器提供95%的水分離效率和98.6%的3-5微米的顆粒過濾效率。目前滿足該性能要求的柴油濾清器均被國外公司或外資企業(yè)在國內的投資工廠生產壟斷。目前高壓共軌系統(tǒng)部件成本昂貴，如果未按使用說明定期更換濾清器，會造成噴油器，高壓泵損壞，維修成本相當昂貴。高壓共軌系統(tǒng)的維修，不僅是電工、機修、配修等單方面的工種維修，而是一項三方面全面考慮維修的技術，而