【正文】 和安全可靠性等達(dá)到了一個全新的高度特別是其泵噴嘴技術(shù)，改善了直噴式工作的部分缺憾，使發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。一改人們心目中柴油發(fā)動機(jī)振動和噪聲都比較大的印象。寶來TDI裝備的大眾集團(tuán)首創(chuàng)的直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)(TDI)技術(shù)采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，例如泵噴射系統(tǒng)、可調(diào)葉片式渦輪增壓器等寶來TDI采用高壓燃油噴射技術(shù)—泵噴射系統(tǒng)此系統(tǒng)使柴油與空氣混合更充分，燃燒更徹底；同時(shí)采用氧化型催化反應(yīng)器，大大降低了C0, HC,顆粒的排放，其中CO2排放與同排量汽油車比可降低30%另外，采用EGR系統(tǒng)，大大降低了NOx產(chǎn)生，其排放指標(biāo)滿足歐III標(biāo)準(zhǔn)寶來TDI發(fā)動機(jī)每缸一個泵噴嘴，每個氣缸作功沖程所需的柴油量被分成預(yù)噴射和主噴射兩部分，主噴射在預(yù)噴射開始之后曲軸轉(zhuǎn)過幾度之后才進(jìn)行，它們之間的間隔由一個液壓機(jī)構(gòu)控制噴射時(shí)刻、噴油量以及停噴時(shí)刻都是由一個電磁閥控制的采用該技術(shù)使柴油發(fā)動機(jī)達(dá)到了平穩(wěn)、高效燃燒的理想狀態(tài)，并降低了燃燒噪聲、降低了尾氣中的氮氧化合物的含量寶來TDI采用的可調(diào)葉片式渦輪增壓器，在任何轉(zhuǎn)速下均可產(chǎn)生所需要的充氣壓力，性能比傳統(tǒng)的渦輪增壓器大大提高，改善了發(fā)動機(jī)的適應(yīng)性，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)也可以保證大功率的輸出。從捷達(dá)SDI與寶來TDI柴油轎車所應(yīng)用的技術(shù)來看，TDI在技術(shù)層面上比SDI更進(jìn)一步捷達(dá)SDI采用的是德國博世公司的柱塞式燃油分配泵噴射系統(tǒng)，而寶來TDI轎車裝備的大眾集團(tuán)首創(chuàng)的直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)，在任何轉(zhuǎn)速下均可產(chǎn)生所需要的充氣壓力，性能比傳統(tǒng)的渦輪增壓器大大提高如果說捷達(dá)SDI更適應(yīng)現(xiàn)在中國家庭的需要，那么寶來TDI則更加能夠代表未來中國柴油轎車的發(fā)展趨勢三、CRDI技術(shù) 如今，博世公司又在TDI的基礎(chǔ)上研發(fā)出了“CRDI”，英文Common Rail Direct Injection的縮寫，意為高壓共軌柴油直噴技術(shù)，該技術(shù)更是將燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性做到極致，并在國外的奔馳和寶馬產(chǎn)品上有所應(yīng)用2004年6月，，其中最大改進(jìn)之一要屬其發(fā)動機(jī)，解決了柴油機(jī)的噪聲問題，與汽油車沒有什么區(qū)別它使其可節(jié)省15%燃油，排放達(dá)歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。 共軌技術(shù)是指高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時(shí)間的長短。 柴油機(jī)共軌燃油噴射系統(tǒng) 柴油機(jī)共軌燃油噴射系統(tǒng)的工作原理 隨著世界各國城市交通運(yùn)輸車輛、船舶的急劇增加，柴油機(jī)排放的尾氣已經(jīng)成為對地球環(huán)境的主要污染源。世界各國業(yè)已開始尋找和采取有效的技術(shù)措施主動地減少和控制污染物的排放。柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射技術(shù)是一項(xiàng)較為成功的控制污染排放的新技術(shù)。在汽車柴油機(jī)中，高速運(yùn)轉(zhuǎn)使柴油噴射過程的時(shí)間只有千分之幾秒。實(shí)驗(yàn)證明，在噴射過程中高壓油管各處的壓力是隨時(shí)間和位置的不同而變化的。由于柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動，使實(shí)際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規(guī)定的柱塞供油規(guī)律有較大的差異。油管內(nèi)的壓力波動有時(shí)還會在 主噴射之后使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升，達(dá)到令噴油器的針閥開啟的壓力，將已經(jīng)關(guān)閉的針閥又重新打開，產(chǎn)生二次 噴油現(xiàn)象。由于二次噴油不可能完全燃燒，于是增加了煙度和碳?xì)浠衔?HC)的排放量，油耗增加。此外，每次噴射循環(huán)后高壓油管內(nèi)的殘余壓力都會發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴射，尤其在低轉(zhuǎn)速區(qū)域容易產(chǎn)生上述現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)不僅噴油不均勻，而且會發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。為了解決柴油機(jī)這個燃油壓力變化的缺陷，現(xiàn)代柴油機(jī)采用了一種稱為“共軌”的技術(shù)。 圖24 共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)原理共軌技術(shù)是指由高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷。共軌式電控燃油噴射技術(shù)，通過共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油分送到每個噴油器，并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁開關(guān)閥的開啟與閉合，定時(shí)定量地控制噴油器噴射至柴油機(jī)燃燒室的油量，從而保證柴油機(jī)達(dá)到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的著火時(shí)間、足夠的著火能量和最少的污染排放。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于共軌管(公共供油管)壓力和電磁閥開啟時(shí)間的長短。 共軌電控燃油噴射其主要由電控單元、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓共油軌，高壓共油軌中的壓力由電控單元根據(jù)共油軌壓力傳感器測量的共油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓共油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的MAP圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入汽缸(見圖26)。圖25 高壓共軌系統(tǒng)燃油流程 柴油機(jī)共軌燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展系統(tǒng)中采用一個輸油泵將燃油從燃油中抽出，系統(tǒng)油壓由高壓柱塞泵產(chǎn)生，高壓燃油被輸送到高壓油軌中，共軌系統(tǒng)中的高壓泵與噴油器之間的燃油容積起到一個蓄壓器的功能。在整個噴射過程中，油軌內(nèi)的壓力波動很小，幾乎保持不變。系統(tǒng)壓力由油軌中的壓力傳感器調(diào)節(jié)。它把檢測到的油軌壓力值傳送給電控單元。高壓泵、油軌壓力傳感器和電控單元形成了一個油軌壓力的閉環(huán)控制回路。電控單元將實(shí)測的油軌壓力值與根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與噴油量決定的設(shè)置值相比較，并據(jù)此調(diào)節(jié)高壓泵的供油量，以使油軌內(nèi)的壓力得到控制。一般認(rèn)為，柴油機(jī)噴油技術(shù)經(jīng)歷了傳統(tǒng)的純機(jī)械操縱式噴油和現(xiàn)代的電控操縱式噴油兩個發(fā)展階段。而現(xiàn)代電控噴油技術(shù)的崛起，則是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感檢測技術(shù)迅猛發(fā)展的結(jié)果。目前，電控噴油技術(shù)已從初期的位置控制型發(fā)展到時(shí)間控制型。共軌式電控燃油噴射設(shè)技術(shù)正是屬于后者。共軌式噴油系統(tǒng)主要的貢獻(xiàn)就是將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開，通過對共軌管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速基本無關(guān)。這一柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新最大限度地降低了柴油發(fā)動機(jī)車型的振動和噪聲，同時(shí)將油耗進(jìn)一步降低，使排放更加清潔。但共軌技術(shù)的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng)，一般只能達(dá)到160MPa左右。由于噴油壓力調(diào)節(jié)寬泛，采用共軌技術(shù)的柴油車能更好地適應(yīng)各種工況，起步也不會困難。 第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導(dǎo)致燃油的浪費(fèi)和很高的燃油溫度。第一代共軌系統(tǒng)為商用車設(shè)計(jì)的，最高噴射壓力為140MPa，乘用車噴射壓力為135MPa。第二代共軌系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動機(jī)需求而改變輸出壓力，并具有預(yù)噴射和后噴射功能。帶有控制油量的油泵，噴射壓力能達(dá)到160MPa。即使在壓力較低的情況下，該系統(tǒng)也可以根據(jù)實(shí)際狀況提供適量的噴油壓力。不僅有助于降低燃油消耗，而且還可以降低燃油溫度，從而省去燃油冷卻裝置。預(yù)噴射降低了發(fā)動機(jī)噪聲：在主噴射之前百萬分之一秒內(nèi)少量的燃油被噴進(jìn)了汽缸壓燃，預(yù)熱燃燒室。預(yù)熱后的汽缸使主噴射后的壓燃更加容易，缸內(nèi)的壓力和溫度不再是突然地增加，有利于降低燃燒噪音。在膨脹過程中進(jìn)行后噴射，產(chǎn)生二次燃燒，將缸內(nèi)溫度增加200～250℃，降低了排氣中的碳?xì)浠衔?。博世公司的第二代共軌系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)在沃爾沃的S60、V70D5及寶馬的230d等乘用車上試用。 第三代共軌系統(tǒng)帶有壓電直列式噴油器。2003年，第三代共軌系統(tǒng)面世，壓電式（piezo）共軌系統(tǒng)的壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，于是得到了更加精確的噴射控制。省去了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡單。壓力從20～200MPa彈性調(diào)節(jié)。，減小了煙度和NOX的排放。最高噴射壓力達(dá)到180MPa。此套采用新研發(fā)的壓電直列式噴油器的系統(tǒng)使帶預(yù)噴和后噴的噴油率曲線范圍更為自由。與其它噴射系統(tǒng)相比，共軌系統(tǒng)把壓力產(chǎn)生與實(shí)際燃油噴射過程分離?！败墶北蛔鳛楦邏盒顗浩?，其內(nèi)部燃油壓力始終保持與發(fā)動機(jī)具體工況相適應(yīng)的最佳壓力。共軌系統(tǒng)可被輕易地安裝到各類不同的發(fā)動機(jī)中。除此之外，共軌系統(tǒng)還提供了更廣闊的擴(kuò)展功能和在燃燒過程設(shè)計(jì)上更多大的自由度，它可以使柴油發(fā)動機(jī)以更低的排放、更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和低噪聲運(yùn)行。其噴油器的特殊設(shè)計(jì)，可實(shí)行靈活的多次噴射，且噴射壓力可在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷條件下任意調(diào)節(jié)，給發(fā)動機(jī)帶來的好處是極為理想的指標(biāo)。 柴油機(jī)共軌電控柴油噴射系統(tǒng)部件構(gòu)造圖26共軌系統(tǒng)基本組成圖26為高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成圖。它主要由電控單元、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。圖27 共軌式電控噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1 、高壓油泵高壓油泵的供油量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須保證在任何情況下的柴油機(jī)的噴油量與控制油量之和的需求以及起動和加速時(shí)的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產(chǎn)生于燃油噴射過程無關(guān)，且噴油正時(shí)也不由高壓油泵的凸輪來保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應(yīng)力最小和最耐磨的設(shè)計(jì)原則來設(shè)計(jì)凸輪。圖28 ECDU2高壓油泵Bosch 公司采用由柴油機(jī)驅(qū)動的三缸徑向柱塞泵來產(chǎn)生高達(dá) 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個壓油單元中采用了多個壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的1/9 ，負(fù)荷也比較均勻，降低了運(yùn)行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過對共軌腔中燃油的放泄來實(shí)現(xiàn)的，為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關(guān)閉三缸徑向柱塞泵中的一個壓油單元使供油量減少。日電裝公司采用了一個三作用凸輪的直列泵來產(chǎn)生高壓，如圖28所示。該高壓油泵對油量的控制采用了控制低壓燃油有效進(jìn)油量的方法，其基本原理如圖 29所示。圖29 ECUU2高壓油泵控制示意圖工作過程：（1）柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經(jīng)控制閥流入柱塞腔；（2）柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經(jīng)控制閥流回低壓腔；（3）在達(dá)到供油量定時(shí)時(shí)，控制閥通電，使之關(guān)閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經(jīng)出油閥進(jìn)入高壓油軌。利用控制閥關(guān)閉時(shí)間的不同，控制進(jìn)入高壓油軌的油量的多少，從而達(dá)到控制高壓油軌壓力的目的；（4）凸輪經(jīng)過最大升程后，柱塞進(jìn)入下降行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低，出油閥關(guān)閉，停止供油，這時(shí)控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進(jìn)入柱塞腔進(jìn)入下一個循環(huán)。該方法使高壓油泵不產(chǎn)生額外的功率消耗，但需要確定控制脈沖的寬度和控制脈沖與高壓油泵凸輪的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。2 、共軌管共軌管將供油泵提供的高壓燃油分配到各噴油器中，起蓄壓器的作用， ECDU2 系統(tǒng)的供軌管如圖210所示。它的容積應(yīng)削減高壓油泵的供油壓力波動和每個噴油器由噴油過程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動控制在 5Mpa 之下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應(yīng)速度以快速跟蹤柴油機(jī)工況的變化。 ECDU2 系統(tǒng)的高壓泵的最大循環(huán)供油量為 600mm3 ，共軌管容積為 94000mm3 。圖210 ECDU2共軌管 高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器、液流緩沖器（限流器）和壓力限制器。壓力傳感器向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號；液流緩沖器（限流器）保證在噴油器出現(xiàn)燃油漏泄故障時(shí)切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動；壓力限制器保證高壓油軌在出現(xiàn)壓力異常時(shí)，迅速將高壓油軌中的壓力進(jìn)行放泄。從上述分析可見，精確設(shè)計(jì)高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機(jī)是并不容易的。3 、電控噴油器電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的部件，它的作用根據(jù) ECU 發(fā)出的控制信號，通過控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時(shí)、噴油量和噴油率噴入柴油機(jī)的燃燒室。在每個噴油器上方有一個電控三通閥（TWV閥），如圖211所示。三通閥由內(nèi)閥、外閥和閥體組成。內(nèi)閥是一個自由活塞，外閥和電磁線圈的鐵心做成一體，由線圈通電來使外閥上下運(yùn)動，閥體則用來支承外閥。這三部分相互配合精度很高，分別形成密封錐座A和B。隨著外閥的運(yùn)動，A、B錐座交替關(guān)閉，三個油道兩兩交替連通。電磁閥不通電時(shí)，外閥處在下面位置，B座關(guān)閉。從公共油槽中來的高壓燃油進(jìn)入噴油器座面處，也通過三通閥進(jìn)入液力活塞上方。液力活塞在公共油槽高壓燃油作用下企圖下行，噴油器針閥升不起來，噴油器不噴油。當(dāng)電控三通閥通電時(shí)，三通閥的外閥向上運(yùn)動，A座關(guān)閉，擋住了公共油槽高壓燃油進(jìn)油口，阻止燃油進(jìn)入液力活塞上方，同時(shí)外閥上行，B座打開，泄油道打開，使液力活塞上方的油壓通過泄油道泄壓，噴油器針閥在公共油槽高壓燃油作用下升起，開始噴油。為使針閥升起速度不要太快，達(dá)到低于柴油機(jī)所需的初期噴油速率的要求，在液力活塞上方專門設(shè)計(jì)了一個單向閥和一個小孔節(jié)流通道(如圖211)。單向閥阻止液力活塞上方燃油通過，燃油只有通過小孔逐步泄出，造成液力活塞上方燃油壓力下降速度放慢，針閥升起緩慢。當(dāng)噴油結(jié)束時(shí)，三通閥斷電，在彈簧力作用下外閥向下運(yùn)動，B座關(guān)閉，泄油道關(guān)閉，而A座打開，亦即打開了燃油進(jìn)入液力活塞的通道，共軌高壓燃油通過單向閥迅速加到液力活塞上方，活塞下行。由于活塞直徑比針閥直徑大得多，因此就會產(chǎn)生很大油壓力使針閥迅速關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)快速停止噴油，以滿足柴油機(jī)的要求。圖211 BOSCH電控噴油器三通閥通電時(shí)刻決定了噴油始點(diǎn)，通電持續(xù)時(shí)間決定噴油量大小。噴射壓力可以根據(jù)柴油機(jī)工況要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。低速低負(fù)荷工況時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)所需要的某種程度高壓。噴射壓力的調(diào)節(jié)可以完全不受轉(zhuǎn)速、負(fù)荷工況的制約。,，三通閥全負(fù)荷能耗50W?？刂屏藝娪吐实男螤?，需對其進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的噴油形狀?？刂剖业娜莘e的大小決定了針閥開啟時(shí)的靈敏度，控制室的容積太大，針閥在噴油結(jié)束時(shí)不能實(shí)現(xiàn)快速的斷油，使