电喷柴油机技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

柴油机则由于燃烧方式的不同，喷射系统工作压力较高，精确控制的难度很大。目前发动机企业提高燃油喷射压力，主要有电控单体泵、高压共轨、电控泵喷嘴技术三条技术路线，后两种是现在使用的主要技术。

电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到200MPa，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油特性是三角形的，并采用了分段式预喷射，这是很符合柴油机的要求（大众公司的TDI发动机就是使用这种技术）。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受柴油机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题。它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达到160MPa。有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节很宽泛的特点，逐步扩大其使用范围。

高压共轨燃油喷射技术基本上被跨国公司控制，全球仅有德国博世、日本电装、美国德尔福和德国西门子威迪欧等四家公司拥有成熟产品。我国柴油电喷技术刚刚起步，传统柴油机的燃油喷射系统采用的是机械式油泵，目前绝大部分燃油喷射系统生产企业仅能够生产普通的机械泵产品，在电控产品（如ECU、电磁铁等）方面基础十分薄弱。

第二节 产品工艺特点或流程

1、改善柴油机燃油经济性

用户对柴油机的燃油消耗率非常关注。高喷射压力、独立的喷射压力控制、小喷孔、高平均喷油压力等措施都能降低燃油消耗率，从而提高了柴油机的燃油使用经济性。

2、独立的燃油喷射正时控制

喷射正时直接影响到柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量，决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度。高的汽缸压力和温度可以改善燃油使用经济性，但导致NOX增加。而不依赖于转速和负荷的喷射正时控制能力，是在燃油消耗率和排放之间实现最佳平衡的关键措施。

3、最小油量的控制能力强

供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的小油量控制能力发生矛盾。当供油系统具有预喷射能力后将会使控制小油量的能力进一步降低。由于工程机械用柴油机的工况很复杂，怠速工况经常出现，而电喷柴油机容易实现最小油量控制。

4、快速的断油能力

喷射结束时必须快速断油，如果不能快速断油，在低压力下喷射的柴油就会因燃烧不充分而冒黑烟，增加HC排放。电喷柴油机喷油器上采用的高速电磁开关阀很容易实现快速断油。

5、降低驱动扭矩冲击载荷

燃油喷射系统在很高的压力下工作，既增加了驱动系统所需要的平均扭矩，也加大了冲击载荷。燃油喷射系统对驱动系统平稳加载和卸载的能力，是一种衡量喷射系统的标准。而电喷柴油机技术中的高压共轨技术则大大降低了驱动扭矩冲击载荷。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

随着社会经济的发展，对环保的要求越来越高，柴油机电控系统的研究和相应产品的开发必将成为汽车柴油机技术领域中的一个热点，这将大大促进汽车柴油机产品的更新换代，也为各国在未来时期里参与国际竞争奠定坚实的基础。

1、时间控制的柴油电喷技术

柴油机的新一代电喷系统采用时间控制，用高速电磁阀取代传统的机械喷阀，对高压燃油实现数字调节。现在这种喷射系统逐渐向高压化迈进，高压喷射可使柴油雾化得非常细，发动机的燃烧过程进行得相当完善，而且速度快，同时又不明显提高燃烧温度。提高了直喷式柴油机压力，不仅可以全面降低HC、CO、NOx、微粒物和碳烟的排放，而且还能显著的降低油耗。

2、共轨式电喷系统

为解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷，“共轨”技术将成为现代柴油机的发展趋向。它是柴油机高压喷射系统的一种，最高压力可达到200～220MPa。该系统不再采用通用的脉动原理，而是采用压力时间计量原理。“共轨喷射”是通过高压公用油道和各缸喷射电磁阀控制相结合的方式实现喷油控制。这种喷油系统可保证喷油压力不随发动机转数变化，可降低颗粒物的排放，电控共轨喷射又称为压力时间喷射或第三代喷射，它可分为中压共轨和高压共轨两大类。ECU产生的电脉冲按顺序触发喷油器电磁阀，确定发动机每次喷油的起始和关闭时刻，电控共轨喷射还可采用多次喷射的方式来灵活控制喷油的速率。美国、日本、德国、意大利等国已生产共轨式电喷系统，它将代表未来柴油机燃油喷射系统的主流。德国奔驰C200轿车，采用共轨式电控喷射系统，其功率、转矩及排放等各项指标均处于世界领先水平。

3、涡轮增压中冷技术

柴油机采用废气涡轮增压技术后，燃料能够完全燃烧，可降低CO和HC的生成量。但因进气温度升高，使NOx的排放量有所增加，若采用增压并附带中间冷却器可同时降低HC、CO、NOx的排放量。采用涡轮增压中冷技术还可提高柴油机的功率，一台装有涡轮增压器的柴油机功率输出比未装增压器可增加20%～30%，而采用增压中冷技术甚至可增加50%的功率。新型涡轮增压器的使用，意味着可以用小排量的发动机替代大排量发动机，减轻发动机和整车质量，提高经济性和排放性。

4、废气再循环技术