柴油機電控高壓共軌燃油系統(tǒng)概論

張秀梅振乾

（1.萬榮縣農(nóng)機發(fā)展中心，山西 萬榮 044200；2.運城市晉禹黃河工程維修養(yǎng)護有限公司，山西 運城 044000）

柴油機燃油噴射系統(tǒng)已進入電控共軌時代。隨著機動車排放法規(guī)越來越嚴(yán)苛，傳統(tǒng)柴油機燃油系統(tǒng)已不能適應(yīng)排放法規(guī)要求，高壓共軌燃油系統(tǒng)應(yīng)運而生，它改變了柴油機冒黑煙、噪聲大、滿身油污等傳統(tǒng)形象，展示出了清潔、噪聲小、省油等全新形象[1]。

盡管現(xiàn)在對椰果采摘機的研究技術(shù)還不夠成熟，但是絕對不能急于求成，一定要科學(xué)規(guī)劃，合理布局，考慮到綜合經(jīng)濟效益。1992年2月，海南省第二屆人民代表大會從實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、發(fā)揮海南環(huán)境優(yōu)勢、打造海南特色和加快和實現(xiàn)全省經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展的大局出發(fā)，做出了建設(shè)生態(tài)省的決定。而建設(shè)大型椰子種植基地響應(yīng)了海南建設(shè)生態(tài)省的目標(biāo)，所以機械化椰果采收模式的使用必然會有力地推動“百萬畝椰林工程”的建設(shè)，促進椰子產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。同時，應(yīng)注重基礎(chǔ)性的人才培養(yǎng)，在年輕人群當(dāng)中，樹立有關(guān)椰果采摘機的研究意識，為培養(yǎng)優(yōu)秀專項人才儲備奠定基礎(chǔ)。

1 發(fā)展歷程

1.1 三座里程碑

燃油供給系統(tǒng)是柴油機的關(guān)鍵部件之一，柴油機的發(fā)明、創(chuàng)新主要圍繞燃油系統(tǒng)進行。柴油機問世一百多年來，燃油系統(tǒng)經(jīng)歷了三個大的發(fā)展階段，每一次發(fā)展都可稱為一個里程碑。高壓共軌燃油系統(tǒng)被稱為第三座里程碑[2]。

（二）病理變化 剖檢見腹腔有少量黃色或淡紅色腹水，漿膜表面有出血斑點。剖檢變化主要發(fā)生在肝臟，肝臟色黃腫大，質(zhì)脆，嚴(yán)重的有灰黃色壞死灶，小葉中心出血和間質(zhì)明顯增生，質(zhì)地變硬，膽囊萎縮，膽汁少而濃。大腿前和肩下區(qū)的皮下肌肉內(nèi)發(fā)生出血，其他部位也常見肌肉出血，胃底彌漫性出血，有的出現(xiàn)潰瘍，腸道有出血性炎癥，胃腸道中有血凝塊，腎臟腫脹，蒼白或淡黃色，全身淋巴結(jié)腫脹，充血。脾臟通常無變化 ，心外膜和心內(nèi)膜有明顯出血，脂肪黃染，有時結(jié)腸漿膜呈膠樣浸潤，通過對臨床癥狀和剖檢病理變化的分析，初步懷疑是霉玉米引起的黃曲霉素中毒。再做實驗室診斷。

第一座里程碑：1893年柴油機問世。魯?shù)婪颉さ屹悹枺≧udolfDiesel，1858.3.18～1913.9.30）最初研制成功的柴油機采用空氣式燃油噴射系統(tǒng)。這種系統(tǒng)機型龐大，效率低，只能用于固定作業(yè)和船舶。為了將燃料送進燃燒室內(nèi)，需要單獨的壓縮機，不僅成本昂貴，效率也很低。

恒協(xié)基愛養(yǎng)老服務(wù)中心，作為民間養(yǎng)老服務(wù)機構(gòu)，其業(yè)務(wù)模式基本迎合了我省當(dāng)下養(yǎng)老服務(wù)體系建設(shè)的規(guī)劃，除了日常養(yǎng)老服務(wù)中心的托管運營服務(wù)工作，承擔(dān)社區(qū)老年人福利性服務(wù)外，還承接政府在老齡化事業(yè)服務(wù)中“兜底一批”的業(yè)務(wù)內(nèi)容，例如:為80歲以上老人、行動不便的老人上門送餐服務(wù)等；開展了老年人日間托管、長期入住照護、居家服務(wù)、送餐服務(wù)、家政、陪聊看護、助浴等為老服務(wù)項目。

第二座里程碑：1927年，德國博世公司成功生產(chǎn)出機械式燃油噴射系統(tǒng)，由此取代了空氣式燃油噴射系統(tǒng)，不僅使柴油機迅速發(fā)展，還將柴油機用途擴大到汽車、拖拉機上。羅伯特·博世（Robert Bosch,1861-1942）1922年開始著手研究柴油機燃油系統(tǒng)，博世公司于1927年生產(chǎn)出了直列式噴油泵，為柴油機高速、小型化解決了關(guān)鍵技術(shù)問題。

第三座里程碑：1995年，日本電裝公司在藤澤英也領(lǐng)導(dǎo)下，成功研制并批量生產(chǎn)重型柴油機電控共軌系統(tǒng)，開創(chuàng)了清潔柴油機新時代。1997年，德國博世公司推出了乘用車柴油發(fā)動機共軌系統(tǒng)。在其后不長的時間內(nèi)，這兩家公司都開發(fā)出了完整的共軌系統(tǒng)，并展開了激烈的研發(fā)競賽。

1.2 研發(fā)競賽

競賽的核心內(nèi)容是噴油壓力（即壓強，下同）和一個工作循環(huán)內(nèi)噴油次數(shù)。對于高壓共軌系統(tǒng)來說，產(chǎn)品的最高噴油壓力越高,每個工作循環(huán)最多噴油次數(shù)越多，技術(shù)水平就越高。開始階段，兩公司圍繞這兩項指標(biāo)進行了你追我趕。后來兩家追求目標(biāo)發(fā)生分歧，博世公司將目標(biāo)噴油壓力定為250 MPa，但并不追求每循環(huán)噴油次數(shù)；電裝公司的目標(biāo)噴油壓力為200 MPa，但追求較多的噴油次數(shù)。

競爭的原動力來自世界各國一次比一次更嚴(yán)格的排放法規(guī)，為了滿足法規(guī)要求，共軌系統(tǒng)需要不斷進步。在高壓方面首先取優(yōu)的是博世公司，其第一代共軌噴油壓力為135 MPa；2000年生產(chǎn)的第二代噴油壓力為160 MPa，2003年開始生產(chǎn)壓電晶體式噴油器，噴油壓力仍為160 MPa,而且可以先導(dǎo)噴油；2005年生產(chǎn)的第三代噴油壓力為180 MPa；2008年即所謂的第四代共軌系統(tǒng)實現(xiàn)了最高噴油壓力250 Mpa。同年，電裝公司實現(xiàn)了目標(biāo)噴油壓力200 Mpa。研究表明，提高噴油壓力，能提高發(fā)動機的輸出功率、減少冒黑煙、減少顆粒物（PM）的排放。

此外，濟青高鐵首發(fā)列車還有諸多體現(xiàn)人性化的細(xì)節(jié)。如WiFi免費、洗手有溫水、顯示屏可判斷座位有人否等。

地球化學(xué)數(shù)據(jù)是研究礦產(chǎn)資源開發(fā)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的重要基礎(chǔ)，所以地球化學(xué)數(shù)據(jù)的收集尤為重要。本文研究主要基于水系沉積物的實測金屬元素含量數(shù)據(jù)，研究礦業(yè)開發(fā)產(chǎn)生的金屬元素含量在水系沉積物中的分布規(guī)律及演化情況，為礦產(chǎn)資源開發(fā)時空演化機制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

小直徑壓力鋼管根據(jù)現(xiàn)場的運輸和起吊條件，在制造廠內(nèi)盡可能完成多的焊接工作，一般將設(shè)計單節(jié)組對成大節(jié)后出廠，減少安裝現(xiàn)場的工作量。使用自動組對設(shè)備進行鋼管環(huán)縫的組裝，從而實現(xiàn)大節(jié)組對。拼裝時將已焊好的單節(jié)壓力鋼管吊裝到滾輪架上，通過操控一側(cè)的帶驅(qū)動滾輪架，使兩節(jié)壓力鋼管靠攏。之后轉(zhuǎn)動一側(cè)的滾輪架調(diào)節(jié)焊縫間隙，待間隙初步符合要求后，通過調(diào)節(jié)滾輪高度使兩節(jié)鋼管一段范圍內(nèi)的間隙及錯位達(dá)到規(guī)范要求，并進行定位焊接，如圖3所示。

電控高壓共軌的壓力控制也可概括為三代：第一代，系統(tǒng)中高壓泵總是保持最高壓力（如160MPa），由此造成了能量浪費和很高的燃油溫度。第二代，系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動機需求改變輸出壓力，并具有預(yù)噴和后噴射功能。第三代，因為使用壓電式噴油器，所以稱為壓電式共軌系統(tǒng)。系統(tǒng)中用壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，響應(yīng)性好，噴油控制更加精確[4]。

1.3 技術(shù)形成過程

共軌概念首次出現(xiàn)在1913年，當(dāng)年Thomas Galf發(fā)明的“Electro Magnetically Operated Nozzle（電磁閥開閉噴油嘴）”是目前知道的最早柴油機共軌系統(tǒng)模型。1913年—1933年，在美國先后發(fā)表過與共軌相關(guān)的專利，且有記錄證明曾經(jīng)生產(chǎn)過共軌柴油機。1962年出版的由Buman Deluca撰寫的《燃油噴射與控制（Fuel Injection and Control）》一書中指出：在1962年以前就有共軌系統(tǒng)了，而且也是用電磁力驅(qū)動噴油嘴上部高壓油路的開閉。但不知何因沒有形成生產(chǎn)力就悄然無息了。筆者分析可能當(dāng)時計算機技術(shù)并不成熟，不能為其提供配套技術(shù)。

20世紀(jì)80年代初，發(fā)達(dá)國家汽油機電子控制燃油噴射系統(tǒng)（EFI,Electronic Fuel Injection）已經(jīng)完全代替了傳統(tǒng)的化油器,EFI就是汽油機的共軌系統(tǒng)，我國俗稱為“電噴”。該系統(tǒng)的原型是1951年VENDIX獲得專利的Electrojector,當(dāng)時沒有得到使用。環(huán)保部門提出了減少汽車尾氣有害物質(zhì)的要求，博世、電裝為了適應(yīng)節(jié)能減排要求才將該系統(tǒng)成功產(chǎn)業(yè)化。這其中原因一是當(dāng)時計算機技術(shù)已成熟，二是汽油的噴射壓力很低，一般為250～350 Kpa[5]，所以較易實現(xiàn)。

在完成了汽油機電控噴油系統(tǒng)之后，日本電裝公司1991年發(fā)表了ECD-U2高壓共軌系統(tǒng)論文，人們就將和該系統(tǒng)相似的燃油噴射系統(tǒng)一律稱之為“共軌系統(tǒng)”或“共軌”。共軌這個詞開始進入柴油機世界。1995年，該公司開始批量生產(chǎn)中重型柴油機的電控共軌系統(tǒng)，世界上第一輛配置共軌系統(tǒng)的載貨汽車是日野公司的“RANGER”載重汽車[6]。博世公司1997年成功生產(chǎn)出柴油乘用車共軌系統(tǒng)。此后，在很短的時間內(nèi)，歐洲的柴油乘用車高壓共軌系統(tǒng)幾乎全部取代了傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)。2000年，共軌系統(tǒng)擴大到農(nóng)業(yè)機械和工程機械。

根據(jù)國家發(fā)改委有關(guān)部門的統(tǒng)一安排，中國煤炭加工利用協(xié)會研究提出了我國“十二五”期間煤炭工業(yè)環(huán)境保護、資源綜合利用、煤炭洗選、煤矸石低熱值煤發(fā)電、礦井水利用、節(jié)能、循環(huán)經(jīng)濟規(guī)劃發(fā)展戰(zhàn)略，以引導(dǎo)煤炭企業(yè)按照科學(xué)發(fā)展觀的要求，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，推動煤炭工業(yè)又好又快健康發(fā)展。本文摘要介紹我國“十一五”期間煤炭洗選加工方面取得的重要成績、存在的主要問題及“十二五”發(fā)展目標(biāo)。

1.4 產(chǎn)業(yè)化道路

（3）噴油器：共軌系統(tǒng)噴油器由上部的控制部分和下部的噴油嘴組成，控制部分有電磁閥式和壓電晶體式兩種型式。噴油器按照控制部分不同分為電磁閥式何壓電晶體式?？刂撇糠质怯脕斫油ê徒刂垢邏喝加偷臋C構(gòu)，對噴油器本身來說，它起控制作用，對燃油系統(tǒng)來說，它是執(zhí)行機構(gòu)。

（1）供油泵：供油泵就是高壓油泵，它將燃油加壓后送入共軌內(nèi)。供油泵和輸油泵做成一體，輸油泵從油箱抽取燃油，并輸送給供油泵。供油泵采用柱塞泵，有直列式和分配式兩種型式，大多采用電控分配式。

2 電控高壓共軌燃油系統(tǒng)原理和組成

2.1 電控高壓共軌燃油系統(tǒng)的原理

首先從外觀上看，裝有高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的柴油機，氣門室罩上部有一個長管狀密閉容器，這個容器叫做燃油軌，各缸噴油器都連接到這個容器上，共同使用這一燃油軌，稱為“共軌”。燃油軌又叫做高壓蓄壓器、共軌管等，是存儲高壓燃油的地方。供油泵（電裝公司稱為供油泵或供給泵，博世公司稱為高壓油泵）通過單向電磁閥向共軌內(nèi)不斷供入柴油產(chǎn)生高壓，裝在共軌管上的壓力傳感器將共軌內(nèi)壓力值反饋給控制單元，控制單元通過控制安裝在共軌上的電磁泄壓閥的適當(dāng)開啟泄油，調(diào)節(jié)共軌壓力。各個電磁閥的開閉，都受電子控制單元的控制，叫做“電控”。共軌內(nèi)的壓力等于噴油器的噴油壓力，可達(dá)100～250 Mpa，是傳統(tǒng)柴油機噴油壓力的 6～20 倍，稱為“高壓”。

控制系統(tǒng)主要由傳感器、控制器（ECU）和執(zhí)行器等3部分組成，這和其他電控系統(tǒng)沒有大的區(qū)別。

2.2 電控高壓共軌燃油系統(tǒng)的組成

共軌系統(tǒng)無疑是高精尖技術(shù)的結(jié)晶，其基礎(chǔ)技術(shù)有四項：即高壓技術(shù)、電磁閥技術(shù)、ECU技術(shù)和傳感器技術(shù)。共軌系統(tǒng)按其功能可分為控制系統(tǒng)和燃油供給系統(tǒng)兩部分。

（2）控制器：又稱為控制單元，核心是ECU。ECU就是一個微型計算機，它將傳感器送來的信息與其已儲存的數(shù)值進行比較，對供油泵、噴油器上的電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)進行控制，使柴油機達(dá)到最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)。在機車上，ECU還可以和其他控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換和傳輸，根據(jù)其他系統(tǒng)輸入的信息，對噴油量、噴油時間等適當(dāng)修正。

2.2.1 控制系統(tǒng)

為區(qū)別汽油機習(xí)慣叫法的“電噴”，將柴油機叫做“電控”，正規(guī)叫電控高壓共軌。裝有電控高壓共軌燃油系統(tǒng)的柴油機，可簡稱“電控柴油機”、“高壓共軌柴油機”或“共軌柴油機”等。

（1）傳感器：是實時檢測發(fā)動機和機車運行狀態(tài)及駕駛員操作量等信息，并反饋給電子控制單元ECU。共軌系統(tǒng)傳感器種類較多，為便于條理化，將其按功能分為四類:即溫度傳感器；壓力傳感器；轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角及控制傳感器；排氣成分傳感器。

自從中國實行改革開放以來，我國社會走上了轉(zhuǎn)型之路。各種思想文化的激蕩也造成了人們思想觀念的巨大轉(zhuǎn)變。為避免不良文化對于青少年身心的侵蝕，故而要積極開展傳統(tǒng)文化教學(xué)，引領(lǐng)學(xué)生建立正確的人生觀、價值觀。只有以中華傳統(tǒng)文化和民族精神為支柱，才能擔(dān)負(fù)起中華民族偉大復(fù)興的歷史責(zé)任。

（3）執(zhí)行器：如電磁閥、噴油器等，是執(zhí)行ECU指令的部件，它能把電信號變成機械動作。

共軌系統(tǒng)起初各氣缸一個工作循環(huán)只能進行兩次噴油，即先導(dǎo)噴油和主噴油。由于研制出高響應(yīng)特性的新型電磁閥式壓電晶體式噴油器[3]，2008年，電裝公司實現(xiàn)了一個工作循環(huán)每個氣缸可以噴油9次，博世公司實現(xiàn)一個循環(huán)噴油5次，這已經(jīng)是很高的技術(shù)了，預(yù)噴油和主噴油之間僅僅間隔萬分之一秒（0.1 ms），而人眼眨一下需要五百分之一秒（2 ms）。2011年，博世公司生產(chǎn)出了一個循環(huán)可以噴油8次（比電裝僅差一次）、噴油壓力為200 Mpa的乘用車共軌系統(tǒng)。增加噴油次數(shù)能使發(fā)動機工作更加柔和，減少噪聲、爆燃和顆粒物排放。

2.2.2 燃油供給系統(tǒng)

燃油供給系統(tǒng)主要由供油泵、共軌、噴油器等3部分組成。

為驗證本文方法在的可行性和有效性，選取條紋密度較高的模擬工程實踐中出現(xiàn)的4倍peaks(512 pixel×512 pixel)函數(shù)進行仿真，結(jié)果如圖2.

（2）共軌：共軌管上有限壓閥、壓力傳感器以及高壓油管接口等零部件。

目前世界上主要有三大公司在研發(fā)和生產(chǎn)柴油機高壓共軌系統(tǒng)，日本電裝、德國博世、美國福特[7]。此外，還有美國德爾福和德國西門子等公司。據(jù)2009年市場統(tǒng)計，全世界共軌產(chǎn)品銷售額中，博世占60%以上，電裝占20%左右，其他所有公司占不到20%。此后雖有變化，但變化不大。

3 使用效果

3.1 動力強勁

共軌系統(tǒng)噴油壓力不受柴油機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷影響。在低轉(zhuǎn)速下，仍可實現(xiàn)較高的燃油噴射壓力，可使低速低負(fù)荷工況的性能得到改善，尤其可進行低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩啟動。在啟動或者加速時，都能倍感動力十足強勁，在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)、各種場合下都能充分發(fā)揮其動力性，平穩(wěn)加速、噪聲很低、平順行駛、駕乘舒適。

3.2 經(jīng)濟性好

共軌柴油機和以前傳統(tǒng)的機械式泵管嘴燃油系統(tǒng)柴油機相比，燃油消耗大約降低5%；和相同排量的氣道噴射式柴油發(fā)動機相比，燃油消耗量可節(jié)省30%以上，如果加上柴油價格較低，按現(xiàn)在價格估算，相同排量下柴油車的燃油費用是汽油車的60%。

博世公司認(rèn)為，未來的柴油機可以比現(xiàn)在更高效，燃油消耗最大可降低到1/3。因此中型車有望做到燃油消耗3 L/100 km（即 33 km/L），CO2排放量低于 99 g/km。

3.3 排放清潔

現(xiàn)在的共軌柴油機實際排放和1970年—1980年相比，氮氧化合物（NOX）和PM排放值都已經(jīng)降低了90%以上，且還有進一步降低的空間。今天的清潔柴油機排放已經(jīng)達(dá)到汽油機的排放水平，有些機型已經(jīng)超過了汽油機。

共軌柴油機堪稱清潔柴油機，它的排放非常干凈。有人描述：如果戴上白手套觸摸排氣管內(nèi)壁，手套不會變黑，用眼睛直觀排氣管內(nèi)壁，能夠看到管壁原來的金屬底色。

4 國內(nèi)應(yīng)用概況

國內(nèi)推廣應(yīng)用高壓共軌柴油發(fā)動機有兩個顯著特點：一是先在汽車上應(yīng)用，再應(yīng)用到拖拉機等其他機械；二是先在大中型柴油機上應(yīng)用，再延伸到小型機上。

從時間上看，首先在實施汽車國三排放標(biāo)準(zhǔn)時推廣應(yīng)用。2005年12月30日，北京率先實施國三標(biāo)準(zhǔn)。2007年7月1日，全國范圍內(nèi)開始全面實施國三排放標(biāo)準(zhǔn)。由于當(dāng)時大部分柴油汽車還是機械式燃油系統(tǒng)，為滿足國三排放要求，大部分柴油車采用引進技術(shù)。2009年12月23日，國內(nèi)首款擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、具有國際先進水平的CA6DM重型柴油發(fā)動機生產(chǎn)線在一汽解放錫柴分公司建成[8]。

目前，全國機動車（主要指汽車）普遍實施國五標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)報道，從2019年7月1日起，北京、上海、天津、廣東、安徽、山東、河南、海南等省市[9]以及山西太原、陽泉、長治、晉城、呂梁、晉中、臨汾、運城等8市提前實施國六機動車排放標(biāo)準(zhǔn)[10]。

大約在2014年—2015年，共軌柴油機開始在我國農(nóng)業(yè)機械、工程機械應(yīng)用，一些知名制造企業(yè)的柴油機[11]和大中型拖拉機、聯(lián)合收割機、工程機械等都采用了共軌柴油發(fā)動機。作為節(jié)能減排、滿足更高排放要求的支撐性技術(shù)[12]，柴油機高壓共軌技術(shù)必將得到快速推廣。