共軌系統(tǒng)將燃油壓力產(chǎn)生和燃油噴射分離開來,如果把單體泵柴油噴射技術比做柴油技術的革命的話,,那共軌就可以稱作反叛了,,因為它背離了傳統(tǒng)的柴油系統(tǒng)而近似于順序汽油噴射系統(tǒng)。共軌系統(tǒng)開辟了降低柴油發(fā)動機排放和噪音的新途徑ffice ffice" /> & n0 o2 r3 A8 R
歐洲可以說是柴油車的天堂,,在德國柴油轎車占了39%,。 6 y" b K' S( E- Z: Z
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柴油轎車已有了近70年的歷史,而最近10年可以說柴油發(fā)動機有了突飛猛進的發(fā)展,。在1997年,,博世與奔馳公司聯(lián)合開發(fā)了共軌柴油噴射系統(tǒng) (Common Rail System)。今天在歐洲,,眾多品牌的轎車都配有共軌柴油發(fā)動機,,如標致公司就有HDI共軌柴油發(fā)動機,菲亞特公司的JTD發(fā)動機,,而德爾福則開發(fā)了Multec DCR柴油共軌系統(tǒng),。
% h2 T' Y o+ i" D' V 共軌系統(tǒng)與之前以凸輪軸驅(qū)動的柴油噴射系統(tǒng)不同,共軌式柴油噴射系統(tǒng)將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開,。電磁閥控制的噴油器替代了傳統(tǒng)的機械式噴油器,,燃油軌中的燃油壓力由一個徑向柱塞式高壓泵產(chǎn)生,,壓力大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關,,可在一定范圍內(nèi)自由設定。共軌中的燃油壓力由一個電磁壓力調(diào)節(jié)閥控制,,根據(jù)發(fā)動機的工作需要進行連續(xù)壓力調(diào)節(jié),。電控單元作用于噴油器電磁閥上的脈沖信號控制燃油的噴射過程。噴油量的大小取決于燃油軌中的油壓和電磁閥開啟時間的長短,,及噴油嘴液體流動特性,。
9 H# y4 H7 R' ^- `- r9 a z 燃油噴射壓力是柴油發(fā)動機的重要指標,因為它聯(lián)系著發(fā)動機的動力,、油耗,、排放等。共軌柴油噴射系統(tǒng)已將燃油噴射壓力提高到1800巴 - z0 Z. j9 m- \) X- Q V
最近2年,,匹配直噴柴油發(fā)動機的轎車在歐洲得到了顯著發(fā)展,,有著高效和出色的燃油經(jīng)濟性,并降低了發(fā)動機噪音,。直噴柴油發(fā)動機使用的是泵噴嘴系統(tǒng),,國內(nèi)生產(chǎn)的1.9TDI寶來就應用這一系統(tǒng),,最高噴射壓力可達到1800巴。泵噴嘴直噴系統(tǒng)好雖好,,但燃油壓力不能保持恒定,,隨著排放控制的更加苛刻,就需要更高及恒定的柴油噴射壓力和更完善的電子控制,,于是眾多制造商們就把優(yōu)點更多的柴油共軌系統(tǒng)作為柴油發(fā)動機的發(fā)展方向,。這一系統(tǒng)有很高的燃油壓力,并能提供彈性燃油分配控制,,通過ECU靈活地控制燃油分配,、燃油噴射時間、噴射壓力和噴射速率,。通過對以上特性的控制,,共軌已經(jīng)使柴油機的響應性和駕駛舒適性達到了汽油發(fā)動機水平,,同時它具有著顯著的燃油經(jīng)濟性和低排放特性,。 8 A4 u" H* f% H7 c$ f: q+ s f
在發(fā)動機所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證高燃油壓力,高的噴射壓力可以在低轉(zhuǎn)速工況下獲得良好的燃燒特性 ) d+ G$ T! I* E: ?! u+ z
由凸輪軸驅(qū)動控制的軸向柱塞式分配泵的發(fā)動機,,燃油系統(tǒng)壓力與發(fā)動機轉(zhuǎn)速呈線性關系,,在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時形成燃油壓力不足,,而共軌系統(tǒng)能夠在發(fā)動機的所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得非常高的燃油壓力。靈活的電子控制系統(tǒng)對正時和噴射壓力的控制在發(fā)動機各種工況下都能夠獲得低排放和高效率,。由于壓力的形成與噴射過程分離,,使發(fā)動機設計人員在研究燃燒和噴油過程時獲得了更大的自由�,?筛鶕�(jù)發(fā)動機工況的要求調(diào)節(jié)噴射壓力和噴射正時,,使發(fā)動機在低速工況下也能實現(xiàn)完全燃燒,所以既使是在很低的轉(zhuǎn)速也能獲得大扭矩,。預噴射技術的應用在降低排放和噪音方面取得了更大的進步,。 % B: c& F9 |4 W* `" l0 v- g2 A, n
供油系統(tǒng)得到精確控制
8 ^$ m& Y- {# B9 b% S. { 低壓油泵將柴油從油箱中吸出,經(jīng)過過濾提供給高壓油泵,,在低壓泵內(nèi)有一電磁閥控制燃油到達高壓泵室,,燃油進入管形蓄壓器—燃油軌道。在共軌上有壓力傳感器時時監(jiān)測燃油壓力,,并將這一信號傳遞給ECU,,通過對流量的調(diào)節(jié)控制共軌內(nèi)的燃油壓力達到希望值。噴射壓力根據(jù)發(fā)動機運轉(zhuǎn)條件的不同從200~1800巴,,再通過電腦控制分別噴射到氣缸中,,共軌不但保持了燃油壓力,還消除了壓力波動。 & Z+ q( q( O U% m! ]% O: g
燃油噴射是很復雜的機械,、液壓,、電子系統(tǒng)聯(lián)合做業(yè),要適應發(fā)動機各種工況下的工作環(huán)境,,在燃燒之前燃油必須經(jīng)過過濾和增壓,,在準確的時間以一定的噴射速率噴射到每一個氣缸內(nèi)。發(fā)動機電腦控制廢氣再循環(huán),、增壓,、排氣后處理系統(tǒng),以得到最佳的發(fā)動機特性和廢氣排放,。
" k0 I: I( o: D* I% Y( y 最小排量的共軌發(fā)動機和最新一代共軌發(fā)動機 ' z, p, x. I4 i% m5 y
噴油器的緊湊結(jié)構(gòu)使得共軌系統(tǒng)即使對小排量4氣門發(fā)動機也是一個實用方案,。在1999年年底誕生了裝配著3缸共軌柴油發(fā)動機的Smart,它的排量只有799mL,,最大功率30kW,,在1800~2800rpm時輸出最大扭矩100Nm。
: \) D6 Y" @) B5 D3 ]# ?* C- _ 在今年奔馳公司推出的E320上安裝了第二代共軌發(fā)動機,,最大功率150kW,,1000rpm時輸出扭矩250Nm,在1400rpm時即可得到峰值扭矩的85%,,在1800~2600rpm的廣闊區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)500Nm的峰值扭矩,。0~100km/h的加速時間只有7.7秒,最高車速243km/h,。綜合油耗是6.9L/100km,,80L的油箱使續(xù)航能力達到了1000km。而配有汽油機的E320的綜合油耗是9.9L/100km,。
. m( g/ m }; H+ ^) c. p 柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了3代,,它有著強大的技術潛力 - _' f: B2 P8 k6 N* j/ `
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(jù)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。預噴射降低了發(fā)動機噪音:在主噴射之前百萬分之一秒內(nèi)少量的燃油被噴進了氣缸壓燃,,預加熱燃燒室。預熱后的氣缸使主噴射后的壓燃更加容易,,缸內(nèi)的壓力和溫度不再是突然地增加,,有利于降低燃燒噪音。在膨脹過程中進行后噴射,,產(chǎn)生二次燃燒,,將缸內(nèi)溫度增加200~250℃,降低了排氣中的碳氫化合物。 % L2 B8 T: F$ F( E. H% r5 b8 K
由于其強大的技術潛力,,今天各制造商已經(jīng)把目光定在了共軌系統(tǒng)第3代——壓電式(piezo)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,。沒有了回油管,,在結(jié)構(gòu)上更簡單。壓力從200~2000巴彈性調(diào)節(jié),。最小噴射量可控制在0.5mm3,,減小了煙度和NOX的排放。 * ?! @6 Y/ S6 ~( h" \& O9 ^8 K) g; c
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