高壓共軌系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

張剛

【摘 要】隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和柴油機(jī)電控技術(shù)的不斷進(jìn)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(jīng)成為現(xiàn)代柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。本文結(jié)合我公司車輛現(xiàn)狀著重介紹了電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、發(fā)展趨勢(shì)、特點(diǎn)和維修，并給出了今后的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】柴油機(jī)；燃油噴射系統(tǒng)；高壓共軌；發(fā)展趨勢(shì)

1.緒論

1.1項(xiàng)目背景

由于發(fā)動(dòng)機(jī)柴油混合氣形成時(shí)間極短，只占15°-35°的曲軸轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的燃油供給系統(tǒng)擁有良好的匹配。而傳統(tǒng)的柴油機(jī)完全通過(guò)機(jī)械間的作用來(lái)完成這一匹配，就導(dǎo)致了大家印象中的冒黑煙，大噪聲的出現(xiàn)，而且柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)也被埋沒(méi)。隨著科技的進(jìn)步，特別是當(dāng)共軌技術(shù)成功運(yùn)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上后，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)立馬體現(xiàn)出來(lái)，而冒黑煙之類的弊病也不再存在。越來(lái)越多的車輛都開(kāi)始使用高壓共軌系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)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(shí)間控制一直發(fā)展到了現(xiàn)在的壓力時(shí)間控制，也就是大家所熟知的共軌噴射技術(shù)，作為第三代的柴油機(jī)電控噴射技術(shù)，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(shuō)的共軌），再由共軌將柴油送入各缸的噴油器。這樣一來(lái)，共軌柴油噴射系統(tǒng)的噴油壓力就與噴油量無(wú)關(guān)，也不受發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的影響，能根據(jù)要求任意改變壓力水平，這樣不僅提高了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，改善了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)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(shè)備現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

我公司目前車輛339臺(tái)，其中高壓共軌車輛12臺(tái)（其中沃爾沃客車4臺(tái)、宇通客車2臺(tái)、35噸北起多田野吊車6臺(tái)）。

目前的維修技術(shù)力量主要集中在歐Ⅰ、歐Ⅱ排放車輛的修理上，對(duì)歐Ⅲ及以上的電控共軌車輛維修僅僅停留在機(jī)件和電路的常規(guī)維修上，而對(duì)電控高壓共軌系統(tǒng)的修理技術(shù)缺乏，因此一直以來(lái)都是委托外部人員進(jìn)行修理，隨著電控高壓共軌車輛的不斷發(fā)展，勢(shì)必面臨電控維修技術(shù)缺乏的境地，界時(shí)將嚴(yán)重影響公司的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。

1.3預(yù)計(jì)實(shí)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(yùn)行效益，專門(mén)成立共軌技術(shù)攻關(guān)小組，對(duì)汽車電控高壓共軌系統(tǒng)維修技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。

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(jù)油軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元確定合適的噴油定時(shí)、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.共軌式電控燃油噴射技術(shù)的原理

在共軌式蓄壓器噴射系統(tǒng)中，ECU通過(guò)接收各傳感器的信號(hào)，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(diǎn)噴射出正確的噴油量，保證柴油機(jī)最佳的燃燒比、霧化和最佳的點(diǎn)火時(shí)間，以及良好的經(jīng)濟(jì)性和最少的污染排放。

4.高壓共軌系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

電控高壓共軌技術(shù)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(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此分開(kāi)的一種技術(shù)，由高壓油泵把高壓燃油輸送到共軌管，通過(guò)對(duì)共軌管內(nèi)的油壓進(jìn)行閉環(huán)控制，噴壓獨(dú)立可調(diào)。這種系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

4.1可靠性

對(duì)輕型車來(lái)說(shuō)系統(tǒng)零部件成熟且有長(zhǎng)期使用考核驗(yàn)證、中型比較成熟；但是對(duì)重型柴油機(jī)使用壽命未經(jīng)驗(yàn)證（單體泵供應(yīng)商聲稱100萬(wàn)公里，而共軌供應(yīng)商尚無(wú)一敢承諾30萬(wàn)公里）。

4.2繼承性

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。

4.3靈活性

共軌油壓獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制、整車控制功能強(qiáng)，適應(yīng)輕型車特別是乘用車的要求。

4.4優(yōu)化噪聲

預(yù)噴技術(shù)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(jī)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(lái)說(shuō)比單體泵和泵噴嘴要低，所以在油耗上有3%左右的劣勢(shì)；將來(lái)做到1800bar以上但是需要采用增壓共軌技術(shù)，還沒(méi)有成熟，成本增加較大。

4.7多次噴射

可以實(shí)現(xiàn)多次噴射，目前最好的共軌系統(tǒng)可以進(jìn)行6次噴射；共軌系統(tǒng)的靈活性好，但是勢(shì)必帶來(lái)匹配工作的難度。時(shí)間和技術(shù)人員的水平，決定了一定階段在中國(guó)使用太靈活的系統(tǒng)不一定能達(dá)到預(yù)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(kāi)發(fā)了3代，它有著強(qiáng)大的技術(shù)潛力 。

第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導(dǎo)致能量的浪費(fèi)和很高的燃油溫度。第二代可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)需求而改變輸出壓力，并具有預(yù)噴射和后噴射功能。

由于其強(qiáng)大的技術(shù)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。

“電控”是指噴油系統(tǒng)由電腦控制， ECU（俗稱電腦）對(duì)每個(gè)噴油嘴的噴油量、噴油時(shí)刻進(jìn)行精確控制，能使柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性達(dá)到最佳的平衡，而傳統(tǒng)的柴油機(jī)則是由機(jī)械控制，控制精度無(wú)法得以保障。

“高壓”是指噴油系統(tǒng)壓力比傳統(tǒng)柴油機(jī)要高出3倍，最高能達(dá)到200MPa（而傳統(tǒng)柴油機(jī)噴油壓力在60-70MPa），壓力大霧化好燃燒充分，從而提高了動(dòng)力性，最終達(dá)到省油的目的。

“共軌”是通過(guò)公共供油管同時(shí)供給各個(gè)噴油嘴，噴油量經(jīng)過(guò)ECU精確的計(jì)算，同時(shí)向各個(gè)噴油嘴提供同樣質(zhì)量、同樣壓力的燃油，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平順，從而優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能。而傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由各缸各自噴油，噴油量和壓力不一致，運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，造成燃燒不平穩(wěn)，噪音大，油耗高。

6.實(shí)施情況

6.1綜合診斷技術(shù)

一般當(dāng)共軌車輛出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)診斷維修步驟如下。

①咨詢駕駛員車輛存在何種故障現(xiàn)象。

②檢查儀表盤(pán)是否有故障顯示。

③連接解碼器，讀取故障碼，查看并記錄當(dāng)前和歷史故障信息，然后進(jìn)行清除故障碼，如果故障未清除，則說(shuō)明故障為當(dāng)前故障。

④讀取數(shù)據(jù)流，有時(shí)候故障顯示并不準(zhǔn)確，需要與數(shù)據(jù)流對(duì)比方能判斷其好壞。

⑤根據(jù)解碼器診斷結(jié)果實(shí)施修理，在進(jìn)行檢修過(guò)程中，主要判斷電器元件、線路。

6.2取得的效果

2012年通過(guò)公關(guān)小組的不斷研究與學(xué)習(xí)，累計(jì)排除故障汽車電控系統(tǒng)故障33項(xiàng)，故障問(wèn)題全部得到排除，恢復(fù)了車輛性能，累計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約38.37萬(wàn)元，主要是節(jié)約的修理費(fèi)、材料費(fèi)用，高效、快速的解決了共軌系統(tǒng)故障。

6.3存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的柴油濾清器只能過(guò)濾10微米以上的顆粒，3微米的顆粒過(guò)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(guò)濾效率。目前滿足該性能要求的柴油濾清器均被國(guó)外公司或外資企業(yè)在國(guó)內(nèi)的投資工廠生產(chǎn)壟斷。

目前高壓共軌系統(tǒng)部件成本昂貴，如果未按使用說(shuō)明定期更換濾清器，會(huì)造成噴油器，高壓泵損壞，維修成本相當(dāng)昂貴。

高壓共軌系統(tǒng)的維修，不僅是電工、機(jī)修、配修等單方面的工種維修，而是一項(xiàng)三方面全面考慮維修的技術(shù)，而目前國(guó)內(nèi)這方面的維修人員較少。

7.結(jié)論

通過(guò)近一年來(lái)持續(xù)不斷的鉆研、學(xué)習(xí)、分析，以及不斷的修理驗(yàn)證，維修人員基本掌握了高壓共軌系統(tǒng)的維修技術(shù)，基本能夠解決出現(xiàn)的故障，為了進(jìn)一步熟練掌握這項(xiàng)技術(shù)，降低公司外委修理費(fèi)用，下一步將加大鉆研和學(xué)習(xí)的力度，為公司生產(chǎn)運(yùn)輸提供良好的保障。 [科]