柴油機(jī)以笨重、噪聲大、冒黑煙等特征令人對(duì)其印象不佳。隨著世界各國(guó)對(duì)機(jī)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃,商用卡車和工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)也納入到行業(yè)規(guī)劃中。無論是國(guó)內(nèi)使用、生產(chǎn)許可還是產(chǎn)品出口,排放標(biāo)準(zhǔn)都已成了硬性指標(biāo)。近年一些柴油機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用降低了油耗和噪聲,提高了排放標(biāo)準(zhǔn),滿足了日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。
高壓共軌和單體泵技術(shù)是目前爭(zhēng)論比較集中的兩種電子控制燃油噴射系統(tǒng)。
1.高壓共軌技術(shù)特點(diǎn)
高壓共軌式噴油系統(tǒng)采用高壓供油泵,將高壓燃油儲(chǔ)存在軌道內(nèi)并保持一個(gè)高壓環(huán)境,依靠噴油器電磁閥的開閉控制噴油時(shí)間和噴油量。高壓共軌噴油系統(tǒng)的軌道壓力始終保持在設(shè)定值,便于實(shí)現(xiàn)噴射的靈活控制,容易實(shí)現(xiàn)單循環(huán)多次噴射。獨(dú)特的技術(shù)使其更容易達(dá)到歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)之后更高的排放要求。其特點(diǎn)如下:
(1)共軌噴油器高速電磁閥一次噴射最多可進(jìn)行5次脈動(dòng),要求響應(yīng)速度更快,對(duì)電子控制要求較高。
(2)共軌軌道壓力較高(一般為150~180 MPa),焊接和鉚接工藝水平要求高,一旦發(fā)生漏油,可能會(huì)危及到人員的安全。
(3)軌道和高壓油管始終處在高壓環(huán)境下,對(duì)密封材料和金屬材質(zhì)的要求更高。
(4)對(duì)燃油品質(zhì)比較敏感。油品中會(huì)對(duì)燃油系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響的是燃油中的水分、雜質(zhì)和芳香烴等,雜質(zhì)會(huì)加速運(yùn)動(dòng)副磨損甚至使其卡死,芳香烴會(huì)使橡膠失去彈性從而影響密封。
2.單體泵技術(shù)特點(diǎn)
單體泵技術(shù)是在每個(gè)氣缸裝配1個(gè)高壓泵,最高噴射壓力可達(dá)200 MPa。它的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、性能可靠、故障率低、壽命長(zhǎng)且維修方便。單體泵系統(tǒng)制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,成本低,產(chǎn)品價(jià)格也低。另外,單體泵對(duì)油品的清潔度(即雜質(zhì)和芳香烴類)不太敏感,尤其是大功率柴油機(jī),由于噴射壓力更高,在當(dāng)前國(guó)內(nèi)油品質(zhì)量不穩(wěn)定的情況下,單體泵技術(shù)具有更好的工作保障。其特點(diǎn)如下:
(1)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,凸輪軸同步驅(qū)動(dòng),無需獨(dú)立的高壓泵。
(2)噴射高壓在泵體內(nèi)形成,由高速電磁閥控制,可以實(shí)現(xiàn)提前和延時(shí)的高壓脈沖。
(3)噴射高壓只是在極短的時(shí)間內(nèi)存在,對(duì)密封材料和金屬材質(zhì)要求相對(duì)較低。
3.兩種技術(shù)的選擇及應(yīng)用
目前,高壓共軌和單體泵兩種技術(shù)都有各自的市場(chǎng),高壓共軌系統(tǒng)多用于中小功率的柴油機(jī),而單體泵多用于大功率的重型柴油機(jī)。歐洲市場(chǎng)上85%以上的重型柴油機(jī)均采用電控單體泵技術(shù)。
從排放功能的實(shí)現(xiàn)來看,電控單體泵由于增加了與柴油機(jī)缸體同等數(shù)量的外置泵,使最高噴油壓力可達(dá)200MPa。正是較高的噴油壓力使得燃油能夠充分燃燒,從而提高了排放水平。因此,在達(dá)到歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)之后對(duì)更高排放標(biāo)準(zhǔn)的追求中,電控單體泵也具有一定的優(yōu)勢(shì)。
從使用看,電控單體泵對(duì)油品的要求不高,而電控共軌技術(shù)要求油品必須達(dá)到歐Ⅲ或以上排放所需要的標(biāo)準(zhǔn)。在我國(guó)油品質(zhì)量普遍難以達(dá)到歐Ⅲ或以上要求的條件下,電控單體泵技術(shù)不挑剔燃油的優(yōu)勢(shì)已被公眾普遍認(rèn)可。
同時(shí),對(duì)比國(guó)外主要發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的選擇,通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),在奔馳、道依茨、沃爾沃和卡特比勒等8家國(guó)際知名的發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)中,只有3家選擇了共軌技術(shù),其中還有1家同時(shí)也選擇了單體泵技術(shù)。同時(shí),面對(duì)國(guó)際上對(duì)更高排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,學(xué)術(shù)界傾向于電控共軌技術(shù)和電控單體泵技術(shù)的融合發(fā)展。
國(guó)產(chǎn)CA6DE3系列歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)柴油機(jī)采用了電控單體泵技術(shù),是在原CA6DE2系列柴油機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,提高經(jīng)濟(jì)性和可靠性而開發(fā)的環(huán)保機(jī)型,不僅其排放指標(biāo)達(dá)到國(guó)家3號(hào)標(biāo)準(zhǔn),而且更具有價(jià)格優(yōu)勢(shì),市場(chǎng)潛力巨大。在國(guó)內(nèi)選擇電控單體泵技術(shù)的企業(yè)還有國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)業(yè)翹楚的玉柴機(jī)器。
國(guó)內(nèi)學(xué)者在高度肯定電子控制燃油噴射技術(shù)的同時(shí)也提出了很好的建議:國(guó)家必須在制定環(huán)保法規(guī)的同時(shí),制定針對(duì)燃油質(zhì)量的強(qiáng)制性法規(guī),以目前質(zhì)量低劣的柴油現(xiàn)實(shí)情況,根本無法滿足電子控制共軌噴射系統(tǒng)的要求。
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