柴油机驱动高压泵产业发展总述

第一节 国际柴油机驱动高压泵产业发展历程

一、产业发展历程

国外柴油机电控喷油系统的研究主要始于20世纪70年代,到现在已发展了3代。

第1代电控喷油系统是位置控制式,即在不改变传统喷油系统结构的基础上,用电控组件来代替原有的机械控制机构,提高控制精度和响应速度。

其优点是无须对柴油机的结构进行改动,生产继承性好,便于对现有机型进行技术改造;

缺点是控制自由度小,精度差,喷油率和喷油压力难于控制,而且不能改变传统喷油系统固有的喷射特性,因此很难较大幅度地提高喷射压力。

第2代电控喷油系统是时间控制式,利用柱塞泵可承载高压的特性,并采用高速强力电磁阀的溢流特性来控制喷油量和喷油定时,但由于电磁阀的响应时间对喷油过程的影响较大,特别是在高速时,电磁阀的响应速度相对变慢,因此,必须对电磁阀进行合理的设计,以尽可能缩短响应时间,提高控制精度。

第3代电控喷油系统是时间-压力控制式,利用高压共轨或共轨蓄压或液力增压形式获得高压,采用时间-压力式燃油计量原理,即高压油泵并不直接控制喷油,只是向公共控制油道(共轨) 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。同时根据柴油机运行工况的不同,适时控制喷油量与喷油定时,从而达到与其相适应的最佳状态。

由于共轨式喷油系统中共轨压力与喷射压力互不相关,因此其喷射压力不受柴油机转速和喷油量的影响。共轨式喷油系统取消了齿杆、调速器、提前器等传统的油量调节机构,利用高速电磁阀控制系统的喷油量、喷油定时、喷射压力及喷油速率等,实现了喷油系统的全电子控制,将高压喷射与电子控制完美地结合起来,目前已成为柴油机电控喷油系统的主流方式。

目前新型电控喷油系统的最高喷射压力早已超过了150MPa,其中美国卡特匹勒公司的NGEUI喷油系统的最高喷射压力为207MPa,而日本电装公司和杰克赛尔公司联合研制的电控超高压喷油系统的最大喷射压力可达300MPa。

而L’orange公司在产业化产品上使系统压力达到了180 MPa。该系统用在新的单缸排量为l737L的MTU 8000系列V型柴油机上。

二、产业发展面临的问题

1、高压共轨系统的恒高压密封问题。

高压共轨系统的密封性能影响燃油喷射压力的提高和柴油机性能。传统燃油系统和电控泵只在20~30A内高压供油，油泵驱动扭矩的峰值很高，但泄漏时间很短，而高压共轨燃油系统在一个循环内都高压供油，喷油器中的针阀偶件和控制活塞偶件长期处于恒定高压中，泄漏量大幅增加，因此，必须进一步解决零部件的恒高压密封问题。

2、解决共轨压力的微小波动造成的喷油量不均匀问题。

高压共轨系统的动态压力稳定性直接影响系统理想喷油规律的实现，因此，对高压共轨系统压力波动性的研究已经成为当前的热点之一。

3、解决高压共轨系统的多MAP优化问题。

电控燃油系统中，ECU根据其内部存储的MAP控制喷射过程，现有的电控泵ECU中只有喷油量MAP和喷油定时MAP而高压共轨燃油系统除这两者外,还有喷油压力,MAP和预喷射MAP等，控制数据较多，要根据排放和燃油耗进行优化，工作量很大。因此需要研究统计学方法，神经网络模型映射MAP数据、自学习优化方法等很多关键技术，以解决多MAP优化问题。

三、产业技术发展现状及趋势

电控高压共轨燃油喷射系统的应用使柴油机的排放，噪声及燃烧性能都得到了很大改善，远远超过了传统内燃机，大大增强了柴油机的竞争力。随着电子技术、材料技术以及控制理论等的不断发展，该技术还具有很大的发展潜力，进一步的研究主要体现以下趋势：

1、设计开发新的执行器，以及通过对高压油泵喷嘴材料和加工过程的改进进一步提高燃油喷射压力及其精确性，使燃烧更为充分。

2、通过最优控制、自适应控制、预测控制等控制理论的研究，将模糊控制、人工神经网络、基于非线性的滑模控制、基于辨识模型的自适应控制等运用到电控高压共轨燃油喷射系统中，改进其控制策略。

3、研究新的喷油规律。随着柴油车数量增加，柴油机尾气已经成为大气的主要污染源之一。因此，世界各国都在积极探索新方法和采取有效的技术措施主动减少和控制污染物的排放，欧洲已经制订出严格的欧V、欧VI排放法规，预计2014年开始实施欧VI排放法规。因此，必须不断研究满足新的排放标准的喷油规律，进一步降低柴油机的排放。

4、燃油喷射系统的数值模拟技术。通过仿真软件建立电控高压共轨燃油系统的数值模型，分析燃油的喷射过程及系统参数对燃油喷射特性的影响，为燃油系统的优化设计，故障分析提供理论依据，降低产品开发成本，缩短开发周期。

5、传感器技术。随着喷射压力的不断提高，要求有更高精度和响应速度的新型智能传感器。

第二节 国际柴油机驱动高压泵产业市场现状分析

一、产业市场总述

目前世界上主要有三大公司在研发和生产柴油机高压共轨系统，日本电装、德国博世和美国德尔福。共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，如果把单体泵柴油喷射技术比做柴油技术的革命的话，那共轨就可以称作反叛了，因为它背离了传统的柴油系统而近似于顺序汽油喷射系统。共轨系统开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。

由于其强大的技术潜力，今天各制造商已经把目光定在了共轨系统第3代——压电式(piezo)共轨系统，压电执行器代替了电磁阀，于是得到了更加精确的喷射控制。没有了回油管，在结构上更简单。压力从200～2000帕弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3，减小了烟度和NOX的排放。

二、2010-2011年市场发展分析

柴油燃油喷射系统从机械控制式发展到电子控制式系统后，电子喷射系统又经历了三次变革，即位置式燃油喷射系统、时间式燃油喷射系统和时间压力式燃油喷射系统（共轨系统）。高压共轨系统实现了压力建立和喷射过程的分离，从而使控制过程更具有柔性，能更准确地实现小油量的精确控制，更好地实现多次喷射。

随着全球性的环境和能源问题越来越严峻，电控喷射技术在柴油机中已经得到了广泛的应用。共轨喷射技术的应用，实现了柴油机发展史上的一大飞跃，是21世纪柴油喷射系统的主流。

第三节 主要国家柴油机驱动高压泵产业发展情况分析

一、美国

美国德尔福公司自2000年兼并了英国卢卡斯公司的柴油系统及其相关的售后市场业务以后，在柴油喷射系统和柴油发动机管理系统方面得到了进一步发展。该公司开发的Multec DCR1400型电控高压共轨喷油系统，以其独特的喷油器设计、精确的喷油量控制能力、创新的控制策略和良好的系统配套适应性，得到了市场的认可，并可以使柴油机排放达到欧3标准。

二、欧洲

德国的汽车公司对共轨喷油系统尤为推崇。在Mercedes-Benz公司，共轨喷射系统正以惊人的速度替代常规的喷油系统。

BMW也是共轨喷射系统的主要倡导者之一，其530D六缸柴油机被誉为目前为止最精确优化的柴油机。BMW公司已生产小排量320型共轨柴油机，这种发动机被列入了Rover75型汽车的320D发动机系列中。

三、日本

3、日本DENSO公司

电装株式会社(DENSOCORPORATION)成立于1949年12月16日，是世界汽车系统零部件的顶级供应商。截至2005年3月31日，株式会社电装在全球31个国家和地区设有171家子公司，共有104，183名员工在其中供职，全球联合销售额为约260.53亿美元。在2005年8月《财富》周刊公布的世界500强企业排名中位列203位。

作为提供汽车前沿技术、系统以及不见的顶级全球供应商之一，电装在环境保护、发动机管理、车身电子产品、驾驶控制与安全、信息和通讯等领域，成为全球主要整车生产商可信赖的合作伙伴。

电装提供多样化的产品及其售后服务，包括汽车空调设备和供热系统、电子自动化和电子控制产品、燃油管理系统、散热器、火花塞、组合仪表、过滤器、产业机器人、电信产品以及信息处理设备。目前，电装共有21种产品排名世界第一。

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