在汽車工業的發展進程中,排放標準的不斷升級是推動技術進步的關鍵因素。國六排放標準的實施,對柴油機的噴油泵技術提出了前所未有的挑戰。從傳統的機械式噴油泵到先進的電控噴油泵,這一技術演進不僅提升了柴油機的性能,更為滿足嚴格的排放標準提供了有力支撐。
機械式噴油泵主要包括直列柱塞式噴油泵和轉子分配式噴油泵。直列柱塞式噴油泵通過多個獨立的噴油通道,將燃油壓縮后噴射到燃燒室。其特點是需要多個柱塞,有多少個缸就需要多少個噴油柱塞,這種結構使得體積較大,對于高速使用的轎車不太合適,因此主要應用于商用車。轉子分配式噴油泵則不同,它只需一個柱塞就能管理所有氣缸的噴油動作,通過一個柱塞進行噴油分配,在轎車應用領域曾有廣泛應用,如以前的捷達SDI就采用了博世的VP 37電控分配泵。然而,機械式噴油泵存在諸多局限。柱塞式噴油泵采用柱塞脈動式供油方式,導致進一步提高燃油噴射壓力受到限制。同時,噴油泵結構復雜,在機械式調速器和供油提前裝置的自動調節過程中,不可避免地出現磨損和慣性沖擊等問題,使油量調節受到影響,提前供油受到限制,造成動力性和經濟性下降,以及排放煙度、噪聲和耐久性受到影響。
隨著計算機和傳感檢測技術的飛速進步,電控噴油技術應運而生并逐漸占據主導地位。電控噴油泵技術從最初的位置控制型演變至時間控制型,再到如今成熟的電控共軌系統,實現了質的飛躍。
位置控制系統保留了傳統的泵 - 管 - 嘴系統,只是對齒條或者滑套的運動位置予以電子控制。例如,日本Denso公司的ECD - V1、德國Bosch公司的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都屬于位置控制的電控分配泵系統。但這種系統仍需部分機械裝置完成對噴油泵供油量的調節,控制精度和響應速度較低。
時間控制系統則用高速強力電磁閥直接控制高壓燃油,取消了原P - T燃油系統中結構復雜的調速器和噴油器中的計量裝置。高速電磁閥關閉的時刻即是噴油開始時刻,關閉的持續時間決定了噴油量。如日本Zexel公司的Model - 1電控分配泵、美國Detroit公司的DDEC電控泵噴嘴等都屬于時間控制系統。
電控共軌式燃油噴射系統是第二代電控噴射系統的典型代表,也是目前柴油機燃油系統的主流技術。在電控共軌式燃油噴射系統中,對噴油量的控制采用“時間 - 壓力控制”或“壓力控制”方式。ECU控制供油壓力調節閥使噴油器的噴油壓差保持不變,再通過控制三通電磁閥工作實現噴油量和噴油正時的控制。以德國戴姆勒?奔馳公司利用Bosch公司的技術推出的采用新型高壓共軌燃油噴射系統的4氣門直噴式柴油機為例,該系統將油泵輸出的高壓燃油蓄積在共軌腔內,消除燃油中的壓力波動,再輸送給每個噴油器,通過控制噴油器上的電磁閥實現噴射的開始和終止。
國六排放標準對柴油機的顆粒物排放、氮氧化物排放等提出了更為嚴格的要求。電控噴油泵技術通過多種方式滿足這些要求。高壓共軌燃油噴射系統能夠提供高達100 - 200MPa的噴射壓力,并且可以實現預噴射、主噴射和后噴射等多種噴射組合。預噴射在主噴射之前,將小部分燃油噴入氣缸,在缸內發生預混合或者部分燃燒,縮短主噴射的著火延遲期,降低缸內壓力升高率和峰值壓力,使發動機工作比較緩和,同時降低NOX排放。主噴射初期降低噴射速率,可以減少著火延遲期內噴入氣缸內的油量;提高主噴射中期的噴射速率,可以縮短噴射時間從而縮短緩燃期,使燃燒在發動機更有效的曲軸轉角范圍內完成,提高輸出功率,減少燃油消耗,降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油,降低煙度和碳氫排放。
此外,電控噴油泵技術能夠精確控制噴油壓力、噴油時機和噴油量,使柴油與空氣充分混合,提高燃燒效率,減少污染物的排放。例如,博世為中國輕型商用車市場量身定制的高壓共軌系統,配備了在中國本土最新研發的2000巴高壓泵CB4 - 20/1和噴油器CRI1 - 20,不僅滿足國六排放標準,而且能降低油耗和噪音。
從機械式到電控,噴油泵技術的演進是汽車工業發展的必然趨勢。電控噴油泵技術以其卓越的性能,滿足了國六排放標準的嚴格要求,為柴油機的可持續發展奠定了堅實基礎。未來,隨著技術的不斷進步,噴油泵技術將繼續在提高發動機性能、降低排放方面發揮重要作用。
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