文献综述：柴油机高压共轨燃油喷射系统研究综述

文献综述题目柴油机高压共轨燃油喷射系统研究综述二级学院专业班级学生姓名学号指导教师职称时间文献综述PAGE1柴油机高压共轨燃油喷射系统研究综述摘要：高压共轨燃油喷射系统被认为是20世纪的三大技术飞跃之一，具有高度的控制灵活性，是未来柴油机燃油喷射系统的主要发展方向。本文介绍了高压共轨燃油喷射系统的组成、工作原理和特点，综述了高压共轨喷油系统领域的研究现状，并提出了未来的研究目标和发展方向。关键词：柴油机燃油喷射系统高压共轨Abstract:HighpressurecommonrailfuelinjectionsystemisoneofthethreemajortechnicalleapintwentiethCentury,highcontrolflexibility,isthemaindevelopmentdirectionofthedieselfuelinjectionsystem.Thispaperintroducesthehighpressurecommonrailfuelinjectioncomposition,workingprincipleandcharacteristicsofthesystem,thestatusquoofthefieldofhigh-pressurecommonrailfuelinjectionsystemaresummarized,andputforwardtheresearchgoalandthedirectionoffuturedevelopment.Keyword:dieselengine；fuelinjectionsystem；high-pressurecommon-rail；前言：面对世界各国日益严格的排放法规和环保节能要求，若想在保持直喷柴油机卓越的燃油经济性的同时，又能满足越来越严格的排放法规，柴油机除了应降低机油消耗、优化涡轮增压系统和发展先进的废气后处理系统外，更重要的是需要进一步改善其燃烧过程。而柴油机燃烧过程中效率的高低取决于燃油喷射系统性能的优劣，为了显著地提升柴油机放任燃油经济性、改善动力性，燃油喷射系统必须具备较高的喷油压力和燃油喷射控制，高压共轨喷射系统正是顺应以上需求而出现的，并得到了很大的发展。【1】一、柴油机高压共轨燃油喷射系统的结构组成和工作原理1.1结构组成高压共轨电控燃油喷射系统主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器组成。这些部件的工作流程是：低压燃油泵把燃油输入高压油泵一高压油泵给燃油施加压力一电控单元调节共轨管中的燃油压力一电子喷油器把燃油喷入气缸。1.2.工作原理高压共轨燃油喷射系统采用公共控制油道一共轨管来输送燃油，共轨管的油压由高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统进行调控。高压共轨喷射系统通过设置在喷油泵和喷油器之间的一个具有较大容积的公共供油管把高压油泵输出的燃油蓄积起来并有效的平抑压力波动，然后通过对公共供油管内的油压实现精确控制，把燃油输送到每一个喷油器上。而每个喷油器上都装有高速电磁开关阀，高速电磁开关阀的开启与闭合的交替变换会导致每个喷油器能够定时、定量地往柴油机燃烧室喷射高压油【2】。在整个过程中，高压油泵只是向公共控制油道供油以保持燃油喷射所需的共轨压力，通过调压阀连续调节共轨压力来控制喷射压力。【1】柴油机高压共轨燃油喷射技术相对于传统的技术而言，它不仅能很好地确保柴油机的最佳点火时间，准确地控制点火能量，而且还能极大地提高燃烧效率，降低污染物的排放量【2】。二、高压共轨燃油喷射系统的特点高压共轨燃油喷射技术具有很强的实用性。柴油机高压共轨燃油喷射系统零部件较少，结构简单，能够匹配多种型号和排量的柴油机。更重要的一点是，它能优化柴油机，使柴油机的使用更加经济、紧凑和环保，受到相关企业的青睐和重视。每循环喷油量可控：高压共轨燃油喷射系统喷油定时与燃油计量完全分开，精确计量的喷油量可以提高发动机的功率密度和燃油经济性，系统以发动机的转速和油门开度信号为基础，通过ECU计算出最佳喷油量。2.喷油压力可调节：高压共轨燃油喷射系统中共轨腔内的持续高压直接用于喷射，省去了传统喷油器内的增压机构，高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。同时，高压共轨燃油喷射系统中喷油压力的建立与喷油过程无关，可以利用共轨压力传感器和压力调节器，根据不同工况确定所需要的最佳喷射压力，调整供油泵的供油量和共轨压力，实现对喷油压力的精确控制，大大优化了柴油机的综合性能。喷油时间可控：由ECU根据工况计算控制喷油时间，取代了机械式燃油系统中的提前器。高压共轨燃油喷射系统可独立地柔性控制喷油定时，具有良好的喷油特性，ECU根据接受的发动机转速、进气压力等参数，计算并确定最佳喷油时间，然后控制电控喷油器适时开启和关闭，从而精确控制喷油时间。喷油率可控：通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时、喷射油量以及喷射速率，从而精确控制不同工况下预喷射和后喷射的喷油量以及与主喷射的时间间隔【10】，容易实现预喷射、快速停喷、后喷射和多次喷射，既能降低柴油机NOx的排放，又能保证优良的动力性和经济性。【1，4】三、国内外的高压共轨燃油喷射系统的研究状况3.1国外高压共轨技术的研究现状高压共轨燃油喷射技术一经问世，就备受世界各国柴油机生产厂家的青睐。目前，国外在柴油机高压共轨燃油喷射系统方而的研究进展很快，国际上有多种高压共轨燃油喷射系统设计并投产，并已经形成了很多技术成熟的产品。比如意大利菲亚特(Fiat)集团的Unijet系统、关国德尔福公司的Multec;DCR系统和德国博世(Bosc;h)公司的CR系统、日本电装(Nippondenso)公司开发的ECD-UZ系统、英国LueasVarity公司的LDCR系统等。1.德国 CR系统Bosch公司以压电石英作为执行器代替高速电磁阀，并采用最新研制的同轴可变喷嘴及压力扩大器技术，喷射压力高达200MPa，针阀运动速度达到1.3m/s，预喷射油量可控制在1m耐之内。在控制策略上，以经典控制理论和现代控制理论为基础的开环控制和闭环控制在电控高压共轨系统中得到了广泛应用Us7。【1】2.日本ECD-UZ系统日本电装公司的ECD-UZ系统由高压油泵、共轨管、喷油器、ECU(电子控制单元)和传感器群组成。喷油泵采用三“桃尖”凸轮，起动时，共轨管中油压迅速上升。按油泵启动供油量600mm3/s(3倍于标定油)，油泵工作3个行程(启动时间为0.55s)后，共轨压力就超过喷嘴开启压力(20MPa)了，发动机在0.6、内达到怠速。当发动机转速降至500r/min时，共轨管内压力仍可达100MPa，即ECD一UZ在任何转速和任何工况下均可实现高压喷射。【1】3.意大利Unijet系统愈大利Fiat集团的Unijet高压共轨系统主要由带压力调节器的喷油泵、各种油道压力传感器、电液控制喷油器和ECU组成。高压喷油泵是等排量的径向柱塞泵，三个泵油柱塞彼此间隔1200，由一个偏心轮驱动(借助于三角形轴瓦)，泵的驱动轴扭矩几乎不变。所有泵油柱塞偶件的供油t都集中在泵内，用一根高压油管把高压油输至共轨管。其中一个泵油柱塞的供油端装有开关电磁阀。发动机低速、低负荷时，开关电磁阀不激励，封闭柱塞供油端，只用其2/3的泵油f，这对于减小燃油温度影响和康擦损失有利.泵和发动机传动轴间无相位要求。共轨中油压由压力调节阀和固定在高压输出端的一个比例回油电磁阀来控制。【3】英国LDCR系统英国LucasVarity公司的LDCR型高压共轨喷油系统能够实现预喷射和后喷射，可以有限地降低嗓声，提高De-NOx催化转换器的效率，在整个转速范围内都可以实现高压喷射，烟度低、经济性好。该系统的高压泵设有高压油压力调节器和进油计量阀，嫩油共轨管上有压力传感器，系统还有电控喷油器和电子控制单元。LDCR型共轨系统最显著的特点就是利用转速信号控制绝对扭矩，并用加速度传感器来监控燃烧敲缸现象。通过进油计量阀控制共轨压力具有经济性好的优点，同时由于整个转速范围内燃油流动量减少，可以降低燃油箱的燃油温度。【3】3.2国内的研究现状国内在柴油机高压共轨燃油喷射技术方而的研究起步较晚，自21世纪90年代初期开始进行有关柴油机电控技术的初步研究，经过20多年的发展，在相关控制理论、系统、关键零部件等方而取得了进展，并着手进行自主研发。清华大学欧阳明高等研制出了适合我国直列泵应用广泛的国情，并且具有结构兼容性好、硬件简单等特点的PPVI系统(泵一管一阀一嘴系统)。天津大学与山东龙口油泵油嘴股份有限公司合作开发出高压共轨燃油喷射系统，该系统能实现预喷射功能，并且喷射压力可高达110Mpa;但是，系统喷油量不是采用改变电磁阀的通电时间来调节，而是通过改变公共蓄压管的压力来调节的，因此难于实现喷油量的精确调节。北京理工大学发动机实验室研制成功的柴油机电控蓄压共轨喷油系统，最高喷射压力可达129MPa。上海交通大学开发的GD一1型高压共轨系统处于匹配玉柴6110柴油机的准备阶段无锡威孚集团与博世公司已经联合组建了无锡博世汽车柴油机系统股份有限公司，开始了高压共轨系统的生产。在控制策略上，目前国内主要采用经典PID控制方法，这种方法原理简单，易于实现，稳定性好，但存在需要在不同工况下反复调节和不能在线调节等缺点。【1】四、高压喷射系统的存在的问题以及发展方向4.1、虽然共轨喷射技术有着很大的优势，但也存在不足，柴油机喷射系统需要解决的问题有：1)解决高压共轨系统的恒高压密封问题。2)解决高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题。3)解决高压共轨系统的多MAP(三维控制数据表)优化问题。4)解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。【5】4.2高压喷射系统的研究方向a.进一步提升共轨燃油喷射系统内的喷油压力。b.更小的喷孔直径、更短的响应时间和更低的功率消耗，提高关键部件的可靠性和寿命。c.新型智能型传感器的研制。d.新型电磁阀的研究。e.共轨燃油压力波动的控制和计算的研究。f.最佳控制策略的研究，即多次喷射的控制技术以及通过控制压力调节喷油规律等。g.安全保护与提高故障诊断及紧急运行能力的研究。h.研究整个喷射系统优化匹配。【7】五、结论：我国柴油机高压共轨燃油喷射技术的研发起步较晚，目前还处于研制开发的初级阶段。高压共轨燃油喷射技术相对于传统的燃油技术具有显著的优越性。这项技术的投入使用能实现稳定、灵活、环保的高压喷射，给柴油机的发展带来了曙光。高压共轨燃油喷射技术给柴油机的发展带来了新的动力，综合分析国内外的研究史和发展现状，柴油机高压共轨喷射系统将会有更大的发展空间。参考文献：［1］郝胜强等.柴油机高压共轨燃油喷射系统研究进展，机械制造，2013[2]韩春莲.柴油机高压共轨燃油喷射技术的相关探讨，SILIC0NVALLEY，2014年第18期总第162期[3]王钧效,陆家祥,谭王强,张锦杨.柴油机高压共轨喷油系统的发展动态，柴油机，2001年第5期[4]江锋，柴油机高压共轨技木简介，中国道路运输，2010年第8期总第395期[5]亢凤林,王俊昌.柴油机高压共轨技术研究，小型内燃机与摩托车，第39卷第1期2010年2月[6]赵亚杰,张希武,邹乃威.柴油机高压共轨燃油喷射技术，机械工程师，2006年第