高壓共軌

高壓共軌

供油方式
高壓共軌(Common Rail)電噴技術是指在高壓油泵、壓力傳感器和電子控制單元(ECU)組成的閉環系統中,将噴射壓力的産生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。[1]共軌系統将燃油壓力産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,因為它背離了傳統的柴油系統而近似于順序汽油噴射系統。共軌系統開辟了降低柴油發動機排放和噪音的新途徑。
    中文名:高壓共軌 外文名: 所屬學科: 英文名:Common Rail 功用:一種供油方式 特點:可以省去噴油器内的增壓機構 ECU作用:控制噴油器的噴油量 最新型号:E320

高壓共軌

歐洲可以說是柴油車的天堂,在德國柴油轎車占了39%。柴油轎車已有了近70年的曆史,可以說柴油發動機有了突飛猛進的發展。在1997年,博世與奔馳公司聯合開發了共軌柴油噴射系統(Common Rail System)。今天在歐洲,衆多品牌的轎車都配有共軌柴油發動機,如标緻公司就有HDI共軌柴油發動機、菲亞特公司的JTD發動機,而德爾福則開發了Multec DCR柴油共軌系統。

1.高壓油泵

高壓油泵的供油量的設計準則是必須保證在任何情況下的柴油機的噴油量與控制油量之和的需求以及起動和加速時的油量變化的需求。由于共軌系統中噴油壓力的産生與燃油噴射過程無關,且噴油正時也不由高壓油泵的凸輪來保證,因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應力最小和最耐磨的設計原則來設計。

大部分公司采用由柴油機驅動的三缸徑向柱塞泵來産生高達135MPa的壓力。該高壓油泵在每個壓油單元中采用了多個壓油凸輪,使其峰值扭矩降低為傳統高壓油泵的1/9,負荷也比較均勻,降低了運行噪聲。該系統中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過對共軌腔中燃油的放洩來實現的,為了減小功率損耗,在噴油量較小的情況下,将關閉三缸徑向柱塞泵中的一個壓油單元使供油量減少。

2.高壓油軌(共軌管)

共軌管将供油泵提供的高壓燃油分配到各噴油器中,起蓄壓器的作用。它的容積應削減高壓油泵的供油壓力波動和每個噴油器由噴油過程引起的壓力震蕩,使高壓油軌中的壓力波動控制在5MPa之下。但其容積又不能太大,以保證共軌有足夠的壓力響應速度以快速跟蹤柴油機工況的變化。

高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器、液流緩沖器(限流器)和壓力限制器。壓力傳感器向ECU提供高壓油軌的壓力信号;液流緩沖器(限流器)保證在噴油器出現燃油漏洩故障時切斷向噴油器的供油,并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動;壓力限制器保證高壓油軌在出現壓力異常時,迅速将高壓油軌中的壓力進行放洩。

3.電控噴油器

電控噴油器是共軌式燃油系統中最關鍵和最複雜的部件,它的作用根據ECU發出的控制信号,通過控制電磁閥的開啟和關閉,将高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入柴油機的燃燒室。

為了實現預定的噴油形狀,需對噴油器進行合理的優化設計。控制室的容積的大小決定了針閥開啟時的靈敏度,控制室的容積太大,針閥在噴油結束時不能實現快速的斷油,使後期的燃油霧化不良;控制室容積太小,不能給針閥提供足夠的有效行程,使噴射過程的流動阻力加大,因此對控制室的容積也應根據機型的最大噴油量合理選擇。

此外噴油嘴的最小噴油壓力取決于回油量孔和進油量孔的流量率及控制活塞的端面面積。這樣在确定了進油量孔、回油量孔和控制室的結構尺寸後,就确定了噴油嘴針閥完全開啟的穩定、最短噴油過程,同時就确定了噴油嘴的穩定最小噴油量。控制室容積的減少可以使針閥的響應速度更快,使燃油溫度對噴嘴噴油量的影響更小。

但控制室的容積不可能無限制減少,它應能保證噴油嘴針閥的升程以使針閥完全開啟。兩個控制量孔決定了控制室中的動态壓力,從而決定了針閥的運動規律,通過仔細調節這兩個量孔的流量系數,可以産生理想的噴油規律。

由于高壓共軌噴射系統的噴射壓力非常高,因此其噴油嘴的噴孔截面積很小,如BOSCH公司的噴油嘴的噴孔直徑為0.169mm×6,在如此小的噴孔直徑和如此高的噴射壓力下,燃油流動處于極端不穩定狀态,油束的噴霧錐角變大,燃油霧化更好,但貫穿距離變小,因此應改變原柴油機進氣的渦流強度、燃燒室結構形狀以确保最佳的燃燒過程。

對于噴油器電磁閥,由于共軌系統要求它有足夠的開啟速度,考慮到預噴射是改善柴油機性能的重要噴射方式,控制電磁閥的響應時間更應縮短。

4.高壓油管

高壓油管是連接共軌管和電控噴油器的通道,它應有足夠的燃油流量減小燃油流動時的壓降,并使高壓管路系統中的壓力波動較小,能承受高壓燃油的沖擊作用,且起動時共軌中的壓力能很快建立。各缸高壓油管的長度應盡量相等,使柴油機每一個噴油器有相同的噴油壓力,從而減少發動機各缸之間噴油量的偏差。各高壓油管應盡可能短,使從共軌到噴油嘴的壓力損失最小。BOSCH公司的高壓油管的外經為6mm,内徑為2.4mm,日本電裝公司的高壓油管的外經為8mm,内徑為3mm

最新型号

最新代共軌發動機

噴油器的緊湊結構使得共軌系統即使對小排量4氣門發動機也是一個實用方案。在1999年年底誕生了裝配着3缸共軌柴油發動機的Smart,它的排量隻有799mL,最大功率30kW,在1800~2800rpm時輸出最大扭矩100Nm。

在今年奔馳公司推出的E320上安裝了第二代共軌發動機,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的廣闊區域内實現500Nm的峰值扭矩。0~100km/h的加速時間隻有7.7秒,最高車速243km/h。綜合油耗是6.9L/100km,80L的油箱使續航能力達到了1000km。而配有汽油機的E320的綜合油耗是9.9L/100km。

維護保養

高壓共軌系統為保證高壓噴射,精确流量控制,其各組成部分的精度都非常高,偶件間隙控制相當嚴格,部分直線度在0.8微米以下,偶件間隙在1.5-3.7微米之間,所以對柴油清潔度提出了很高的要求。傳統的柴油濾清器隻能過濾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壟斷,主機廠配套幾乎都是國外公司的進口産品或外資企業在國内的投資工廠生産,目前也有民族品牌進入主機配套,如蘇州工業園區的達菲特。這些企業的産品質量可靠,主要的有:外資企業:曼.胡(MH)、帕克(Parker)、弗列加(Fleetguard)、博世(BOSCH)等;國産品牌有如達菲特(DIFITE)等。

目前高壓共軌系統部件成本昂貴,如果不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。以目前一台重卡的噴油器為例,大概需要1500元以上的費用。

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