柴油发动机高压共轨技术分析与应用研究.doc

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编号：

本科毕业论文

柴油发动机高压共轨技术分析与应用研究

院系：

电子科学与工程系

姓名：

闫乐乐

学号：

0832130116

专业：

汽车服务工程

年级：

2008级

指导教师：

职称：

完成日期：

2012.5.23

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摘要

随着能源和环境问题的日益突出,实现节能减排具有重要的现实意义。

高压共轨喷射系统对柴油机的经济性、动力性及减噪方面具有突出贡献,应用得越来越广泛。

共轨式电控喷射技术是今后现代车用柴油机发展的必然趋势。

经过多年的研究和新技术的应用，柴油机的现状已与往日不可同喻，这些技术将进一步把柴油机推向车用动力的主流。

文章阐述了柴油机高压共轨技术的发展历程，高压共轨柴油发动机的组成及其在现代车辆上的应用，同时分析了柴油机电控燃油喷射系统的发展趋势，重点分析了柴油机电控高压共轨系统的工作原理。

旨在让人们对柴油机有更深的了解，同时对柴油机的发展趋势作出预测。

关键词：

柴油机；高压共轨；发展趋势

Abstract

Withtheenergyandenvironmentalissuesbecomeincreasinglyprominent,toachieveenergysavinghasimportantpracticalsignificance.Thehighpressurecommonrailinjectionsystemhavemadeagreatcontributiontothefueleconomy,powerandnoisereductionofdieselengines.Andsoitwaswidelyapplied.TheCommonRailinjectiontechnologyistheinevitabletrendofthefutureofmoderncardieselenginedevelopment.Afteryearsofresearchandapplicationofnewtechnologies,thestatusofthedieselenginecannotbementionedinthesamebreath.Thesetechnologieswillfurtherthedieseltothemainstreamofthevehiclepower.Thispaperdescribesthecourseofdevelopmentofhigh-pressuredieselcommonrailtechnology,thecompositionofthehigh-pressurecommon-raildieselengineanditsapplicationinmodernvehicles,andalsoanalyzedthedevelopmenttrendofelectroniccontrolfuelinjectionsystem,especiallyontheoperrationalprinciple.Thepaperaimedatadeeperunderstandingofthedieselenginetopeopleandmakeaforecastofthedevelopmenttrendofdieselengines.

Keywords:

DieselEngines;HighPressureCommonRail;DevelopmentTrends

目录

1绪论 1

1.1高压共轨技术的国内外发展现状 1

1.2论文研究的目的与意义 2

1.3论文的主要内容 2

2电控高压共轨系统的结构、原理及其特点 4

2.1高压共轨系统简介 4

2.2高压共轨电喷柴油机的工作原理 4

2.2.1电控喷射技术 4

2.2.2共轨技术 4

2.3高压共轨的结构组成及主要部件 5

2.3.1系统主要组成及其功用 5

2.4共轨式柴油发动机与其它发动机的主要区别及其优点 5

3高压共轨技术在现代车辆上的应用 5

3.1在轿车和轻型商用车上的应用 5

3.2在卡车柴油机上的应用 5

3.3实例分析 5

4高压共轨技术的发展前景和方向 5

参考文献 5

1绪论

1.1高压共轨技术的国内外发展现状

笨重、噪音大、喷黑烟，令人对柴油的直观印象不佳[1]，加上柴油机构造比较复杂，不少人对柴油机缺乏了解，尤其是对现代先进的柴油机缺乏了解，因此柴油机汽车在一些城市成了“被限制的对象”，受到种种歧视，为了改善柴油机运转性能和降低燃油消耗率，同时也为了适应严格的柴油机排放标准的需要，经过多年的研究和新技术的应用，尤其是高压共轨技术的应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻，柴油机轿车已比较普遍，奔驰、大众、宝马、福特、沃尔沃等名牌车都有采用柴油发动机的车型。

柴油机电控燃油喷射技术经历了凸轮压油位置控制、电磁阀时间控制和共轨式压力时间控制三代电控技术发展。

毫无疑问，柴油机电控高压共轨燃油喷射技术是柴油机发展史上的一座里程碑。

柴油机高压共轨系统采用多种燃油喷射控制策略实现了燃油供给、喷油正时、喷射压力及喷油率的全工况高压电控灵活柔性控制。

因此，高压共轨技术已经被汽车工业界认定为柴油机动力车领域最具发展前途的燃油喷射技术。

国外在柴油机电控共轨喷射系统方面的研究起步较早，进展也很快，并有多种共轨喷射系统设计并投产，其相关产品和技术已经成熟。

主要有德国Bosch、日本电装和美国德尔福，其中Bosch公司是柴油机燃油喷射技术领域的鼻祖，其开发的电控共轨系统也具有代表性。

到目前为止，Bosch公司总共设计了四代高压共轨系统[2]。

第一代已经于1997年7月批量投放市场，其高压泵总是保持在最高压力，导致燃油的浪费和很高的燃油温度。

第一代共轨系统为商用车设计的，最高喷射压力为140MPa，乘用车喷射压力为135MPa。

第二代于2000年开始批量生产，其共轨系统可根据发动机需求而改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能。

带有控制油量的油泵，喷射压力能达到160MPa，即使在压力较低的情况下，该系统也可以根据实际情况提供适量的喷油压力，不仅有助于降低燃油消耗，而且还可以降低燃油温度，从而省去燃油冷却装置。

预喷射降低了发动机噪声：

在主喷射之前百万分之一秒内少量的燃油被喷进了气缸压燃，预热燃烧室。

预热后的气缸使主喷射后的压燃更加容易，缸内的压力和温度不再是突然地增加，有利于降低燃烧噪音。

第三代共轨喷射系统的开发重心转移到系统的技术复杂程度和精密度上，其带有压电直列式喷油器。

2003年，第三代共轨系统面世，它省去了回油管，在结构上更简单。

压力从20-200MPa弹性调节。

最小喷射量可控制在0.5以内，减小了烟度和NOX的排放。

最高喷射压力达到180MPa。

此套采用新研发的压电直列式喷油器的系统使带预喷和后喷的喷油率曲线范围更为自由。

第三代共轨系统的研制成功，在欧洲等发达国家已大量匹配在各类运输车辆和各类工程机械当中，并取得了良好的社会效益。

Bosch公司第四代高压共轨喷射系统将会采用最新研制的同轴可变喷嘴及压力扩大器技术，最高喷射压力将会超过200MPa,达到220MPa[3]。

在国内，虽然我国柴油机电控技术及高压共轨技术的研究起步较晚，基础薄弱。

但是发展很快。

有许多企业和科研院校在进行高压共轨项目的研究，主要有无油所（一汽无锡油泵油嘴研究所）、辽宁新风集团、潍柴、大柴、玉柴、北汽、云内动力等。

其中无油所历经十几年的研发，完全掌握了电控高压共轨系统的设计、制造技术，并且拥有全部的知识产权，在技术方面已完全掌握，在产品方面也已经在一些车上得到了应用，可以说，为中国电控高压共轨柴油机走向世界奠定了坚实的基础；辽宁新风集团通过购买国外技术，然后再投入人力、物力、财力进行二次开发，拥有了具有自主知识产权的高压共轨产品，已有产品进入市场；潍柴等一些企业通过与一些国外公司合作，也有产品投入市场。

在政策方面，国家对高压共轨技术也很重视，“电控共轨柴油喷射系统制造技术与关键装备的研发与应用”作为十二五—国家04重大专项计划已有无油所带头，九个企业参与进行研发[4]。

1.2论文研究的目的与意义

柴油机电控高压共轨射技术有助于减少柴油机的尾气排放量，以及改善噪声、燃油消耗等方面的综合性能。

它在有利于地球环境保护的同时，也必将促进柴油机工业、汽车工业及与之相关工业的发展。

近几年来，中国的汽车行业迅猛发展，中国已成为一个汽车大国，但距成为一个汽车强国还有一段距离，高压共轨技术作为车用柴油机行业的一项全新技术，对于汽车行业特别是柴油机汽车必将有大的改进。

论文的写作目的是在通过分析高压共轨系统原理组成的基础上，指出它的优点，旨在让人们对柴油机有更深的了解，同时对柴油机共轨技术的发展方向和趋势加以分析研究。

1.3论文的主要内容

本文首先介绍了柴油机高压共轨技术的国内外发展现状，然后重点分析了柴油机电控高压共轨燃油供给系统的功能原理及其组成，简要介绍其特点，其次通过对比分析说明高压共轨技术的优点，最后分析了柴油机共轨系统的发展前景和方向。

2电控高压共轨系统的结构、原理及其特点

2.1高压共轨系统简介

高压共轨系统为时间压力控制式燃油喷射系统，在该系统中，高压油泵并不直接控制喷油，只是向共轨腔供油以维持所需的共轨压力，通过连续调节共轨压力来控制喷射压力，利用电磁阀控制喷射过程。

因此，高压共轨系统实现了将高压燃油的建立和喷油过程剥离开来，分别进行控制。

这就给系统的控制自由度和精度带来了很大的发展和提高空间[5]。

2.2高压共轨电喷柴油机的工作原理

柴油机高压共轨系统的基本工作原理是：

利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除燃油中的压力波动，然后在输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。

其主要有两大技术：

电控喷射技术和共轨技术。

2.2.1电控喷射技术

柴油机的电控喷射系统是通过控制喷油时间来调节出油量的大小，而柴油机喷油控制则是由发动机的转速和加速踏板位置（油门拉杆位置）来决定的。

因此，其基本原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制位置传感器的信号进行反馈修正，从而确定最佳喷油量[6]。

电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构三部分组成，其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。

采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与已储存的参数值进行比较，经过处理计算，按照最佳值对喷油泵、废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，驱动喷油系统使柴油机运作状态达到最佳。

2.2.2共轨技术

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。

ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启