论文部分内容阅读
一、引言
柴油机于1892年被德国工程师迪塞尔提出后，已经历100多年的发展历程。由于没有找到合适的燃油供给系统，起初被冷落了30多年，直到1936年德国奔驰公司设计出260D柴油机后才被应用到乘用车上。到上个世纪70年代第一次石油危机出现，柴油车开始扩大使用并在美国和西欧开始销售，但那时的技术还不能和汽油机相比，尽管有很好的燃油经济性，但因噪音大、笨重、排放差、成本高等因素，没能像汽油机那样被公众广泛接受。近30年来，柴油机应用技术经历了一次巨大的演变过程，使得传统柴油机形象得到了根本改变。
高压共轨燃油系统和发动机电控系统是现代柴油机的两大技术核心，二者的紧密结合成为内燃机行业公认的20世纪三大突破之一，在实际研究与应用中越来越显示出在减轻环境污染、节约能源及柴油机智能化等方面的技术优势。
二、共轨技术
高压共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。
高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。
预喷射在主喷射之前，将小部分燃油喷入气缸，在缸内发生预混合或者部分燃烧，缩短主喷射的着火延迟期。这样缸内压力升高率和峰值压力都会下降，发动机工作比较缓和，同时缸内温度降低使得NOx排放减小。预喷射还可以降低失火的可能性，改善高压共轨系统的冷起动性能。
主喷射初期降低喷射速率，也可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量。提高主喷射中期的喷射速率，可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期，使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成，提高输出功率，减少燃油消耗，降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油，降低烟度和碳氢排放。
共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，如果把单体泵柴油喷射技术比做柴油技术的革命的话，那共轨就可以称作反叛了，因为它背离了传统的柴油系统而近似于顺序汽油喷射系统。共轨系统开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。
共轨系统目前已在欧美和日本的部分新开发机型上应用，在国内该系统的产业化开发才刚刚开始。虽然有几所高校和研究所从事这方面的研究，如无锡油泵油嘴研究所、上海交通大学、北京理工大学、天津大学、华中科技大学等。但总体上仍处于试验研究的阶段，距投产阶段还有很长一段艰难的道路要走。
三、共轨技术在我国的发展
国内对共轨技术的研究源于中压共轨技术。天津大学开发的PAIRCUI型共轨蓄压式电控喷系统，在该系统中，主要研究了PAIRCUI喷油器、共轨系统的喷油规律、电控共轨系统喷射参数的优化和系统喷射参数对柴油机性能的影响。北京理工大学在2000 年完成了柴油机电控蓄压共轨喷油系统与柴油机的初步配机实验，最高喷射压力达129 MPa ，喷油定时实现了灵活可调与精确控制。
在2000年之后，国内部分研究机构开始将注意力转向高压共轨技术研究，其中，成绩最为突出的是无锡油泵油嘴研究所，“已全面掌握了电控共轨技术”，拥有20多项电控系统的专利，其中9项是发明专利；开发的国内第一辆自主电控共轨公交车已经在无锡投入运行，实现了共轨技术小批量性能过关。无锡油泵油嘴研究所的成功，打破了外国企业垄断汽车发动机核心技术的局面。上海交通大学基于玉柴6 缸车用柴油机研制了GD-1 高压共轨燃油喷射系统。研究方向包括系统控制策略、喷油特性、故障诊断等。北京理工大学曾于1999 年开展过柴油机电控高压共轨喷油系统的实验研究，设计并加工出用于该系统上的高速电磁阀、喷油器，并在台架试验上取得了阶段性的成功，并有进一步的研究。2006年，对共轨柴油机的缸压反馈技术进行研究。清华大学在6HK1柴油机上研究了高压共轨起动过程中共轨压力的建立、转速升高过程和动态烟度的特点，以排气烟度为优化目标，提出了按转速进行分段考察和采用正交试验方法对起动过程喷油参数进行标定和优化的方法。
此外，国内一生柴油机厂家为了满足更严格的排放标准，直接引进国外成熟的高压共轨喷油系统，与本单位生产的柴油机进行匹配。上海柴油机股份有限公司和无锡柴油机厂引进日本电装的ECD-U2共轨喷油系统，分别在D6114B柴油机和CA6110柴油机上进行性能匹配。虽然在短时间内生产出样机，但不拥有高压共轨的关键技术。
四、结语
国内柴油机研究到目前为止，虽有较大的进展，但是离实用仍有较大的距离，主要原因在于研究力量分散，未能对核心技术进行深入的研究。面对国外共轨系统的强大攻势，我国柴油机厂、油泵厂、研究所和高校需密切联合，深度合作，共同开发属于我国自己的高压共轨系统，为我国的国防事业和经济发展提供重要保障。
柴油机于1892年被德国工程师迪塞尔提出后，已经历100多年的发展历程。由于没有找到合适的燃油供给系统，起初被冷落了30多年，直到1936年德国奔驰公司设计出260D柴油机后才被应用到乘用车上。到上个世纪70年代第一次石油危机出现，柴油车开始扩大使用并在美国和西欧开始销售，但那时的技术还不能和汽油机相比，尽管有很好的燃油经济性，但因噪音大、笨重、排放差、成本高等因素，没能像汽油机那样被公众广泛接受。近30年来，柴油机应用技术经历了一次巨大的演变过程，使得传统柴油机形象得到了根本改变。
高压共轨燃油系统和发动机电控系统是现代柴油机的两大技术核心，二者的紧密结合成为内燃机行业公认的20世纪三大突破之一，在实际研究与应用中越来越显示出在减轻环境污染、节约能源及柴油机智能化等方面的技术优势。
二、共轨技术
高压共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。
高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。
预喷射在主喷射之前，将小部分燃油喷入气缸，在缸内发生预混合或者部分燃烧，缩短主喷射的着火延迟期。这样缸内压力升高率和峰值压力都会下降，发动机工作比较缓和，同时缸内温度降低使得NOx排放减小。预喷射还可以降低失火的可能性，改善高压共轨系统的冷起动性能。
主喷射初期降低喷射速率，也可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量。提高主喷射中期的喷射速率，可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期，使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成，提高输出功率，减少燃油消耗，降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油，降低烟度和碳氢排放。
共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，如果把单体泵柴油喷射技术比做柴油技术的革命的话，那共轨就可以称作反叛了，因为它背离了传统的柴油系统而近似于顺序汽油喷射系统。共轨系统开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。
共轨系统目前已在欧美和日本的部分新开发机型上应用，在国内该系统的产业化开发才刚刚开始。虽然有几所高校和研究所从事这方面的研究，如无锡油泵油嘴研究所、上海交通大学、北京理工大学、天津大学、华中科技大学等。但总体上仍处于试验研究的阶段，距投产阶段还有很长一段艰难的道路要走。
三、共轨技术在我国的发展
国内对共轨技术的研究源于中压共轨技术。天津大学开发的PAIRCUI型共轨蓄压式电控喷系统，在该系统中，主要研究了PAIRCUI喷油器、共轨系统的喷油规律、电控共轨系统喷射参数的优化和系统喷射参数对柴油机性能的影响。北京理工大学在2000 年完成了柴油机电控蓄压共轨喷油系统与柴油机的初步配机实验，最高喷射压力达129 MPa ，喷油定时实现了灵活可调与精确控制。
在2000年之后，国内部分研究机构开始将注意力转向高压共轨技术研究，其中，成绩最为突出的是无锡油泵油嘴研究所，“已全面掌握了电控共轨技术”，拥有20多项电控系统的专利，其中9项是发明专利；开发的国内第一辆自主电控共轨公交车已经在无锡投入运行，实现了共轨技术小批量性能过关。无锡油泵油嘴研究所的成功，打破了外国企业垄断汽车发动机核心技术的局面。上海交通大学基于玉柴6 缸车用柴油机研制了GD-1 高压共轨燃油喷射系统。研究方向包括系统控制策略、喷油特性、故障诊断等。北京理工大学曾于1999 年开展过柴油机电控高压共轨喷油系统的实验研究，设计并加工出用于该系统上的高速电磁阀、喷油器，并在台架试验上取得了阶段性的成功，并有进一步的研究。2006年，对共轨柴油机的缸压反馈技术进行研究。清华大学在6HK1柴油机上研究了高压共轨起动过程中共轨压力的建立、转速升高过程和动态烟度的特点，以排气烟度为优化目标，提出了按转速进行分段考察和采用正交试验方法对起动过程喷油参数进行标定和优化的方法。
此外，国内一生柴油机厂家为了满足更严格的排放标准，直接引进国外成熟的高压共轨喷油系统，与本单位生产的柴油机进行匹配。上海柴油机股份有限公司和无锡柴油机厂引进日本电装的ECD-U2共轨喷油系统，分别在D6114B柴油机和CA6110柴油机上进行性能匹配。虽然在短时间内生产出样机，但不拥有高压共轨的关键技术。
四、结语
国内柴油机研究到目前为止，虽有较大的进展，但是离实用仍有较大的距离，主要原因在于研究力量分散，未能对核心技术进行深入的研究。面对国外共轨系统的强大攻势，我国柴油机厂、油泵厂、研究所和高校需密切联合，深度合作，共同开发属于我国自己的高压共轨系统，为我国的国防事业和经济发展提供重要保障。