柴油发动机在工业史上有着非常重要的地位,在工程机械、大型货物运输、汽车船舶等领域经常能够看到柴油机的身影
相比于汽油机,柴油机拥有更好的燃油经济性和更低的能源成本(油价),但是也存在噪音大、排放差的缺点,在柴油机的发展历程中,燃料的喷射方式经历了三次重大变革
柴油机喷射系统
最早期的柴油机使用高压气瓶为供油系统提供一定的压力,燃油喷射效果很差,直到机械式燃油泵的出现,才让巨大的气瓶成为历史
机械式燃料喷射系统由发动机凸轮轴进行驱动,借助于高压油泵将柴油输送到各个气缸的燃烧室,燃油喷射的压力会随着发动机的转速高低而变化,在燃油喷射压力、喷油量和喷油正时等各方面的控制都有很大的局限性,燃油喷射质量很难满足发动机的实际工况需求,最终导致柴油雾化效果不好、冷启动困难、疯狂冒黑烟等现象
于是就有了电子燃料喷射系统,目前主流的柴油机电喷系统主要有电控单体泵和高压共轨系统,单体泵燃油系统是将供油系统分成了高压油路和低压油路两个部分,以此满足柴油机不同的工况需求
而高压共轨系统,是一种能够将燃油压力的产生和喷射过程完全分离的系统
高压共轨技术
高压共轨系统主要包含喷油器、高压泵、高压油轨、电控单元四大核心部件
喷油嘴主要用于将柴油雾化,由电磁阀控制;高压泵的作用是将燃油从低压状态压缩成高压状态
高压油轨主要用于储存燃油,同时需要抑制高压泵供油和喷油嘴喷油产生的压力波动,确保系统的压力稳定,电控系统通过对各种运行参数的分析下达控制命令
系统工作时高压油泵将燃油输送到公共供油管,结合压力传感器和电控单元的数据,对公共供油管内的油压实现精确控制,彻底改变了供油压力会随着发动机转速变化的缺陷,这种燃油喷射系统有很多优点
首先就是极大改善了柴油机的燃油经济性,把喷油正时和喷油计量完全分开,可以根据发动机的工况,动态调整燃油喷射策略,摆脱了发动机转速的限制,让发动机在各种工况下都能匹配最佳的喷油控制
第二个好处就是可以实现柴油的预喷射,很多人都知道柴油机采用压燃的点火方式,工作时先吸入空气,将空气压缩升温后再喷入柴油,利用柴油燃点更低的特性,让柴油发生自燃
以前的机械式燃油喷射系统,是在活塞临近上止点时,将柴油一次性喷入气缸,导致气缸内混合气浓度过高,从而造成速燃期内发动机工作不稳定,出现噪音大、震动大的现象
而引入电子喷射系统之后,可以在主喷射之前增加一个预喷射操作,先将少量的柴油喷入气缸内进行预燃,提升缸内温度和压力,再进行二次喷射,有点像汽油机的分层燃烧技术
这样做的好处就是缸内燃烧的温度和压力不再是突然增加,既可以降低了发动机的噪音和震动,也提升了缸内燃烧温度,大大降低排气中的碳氢化合物,让柴油机更符合当前的排放标准
国内共轨技术现状
高压共轨技术既可以提升燃油经济性,又能降低尾气排放,所以这项技术在柴油机上的应用越来越多,但是在国内“电喷车”还没有完全普及
一方面是因为故障率比较高,维修保养成本更高,另一方面是对燃油品质有更高的要求,让高压共轨技术在直喷技术面前显得有些“娇贵”
再加上国内共轨技术配套体系不健全,像单片机芯片、共轨压力传感器这些部件还依赖进口
虽然搭载高压共轨技术的柴油机已经越来越多,但离真正普及还有很长的路要走
,