柴油機(jī)為何用電控高壓共軌燃油系統(tǒng)?

柴油發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷程

1893年2月17日,德國人魯?shù)婪?middot; 狄塞爾(Rudolf Diesel)讓“第一臺狄塞爾發(fā)動機(jī)”穩(wěn)定工作了一分多鐘。正是這一分多鐘,讓發(fā)動機(jī)行業(yè)打開了歷史新的一頁。時至今日,已過去120多年,柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)入了“電控共軌時代”。

在這過去的120年以及今后的發(fā)展過程中,柴油發(fā)動機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷“兩個30年”,“兩個50年”,總體是從機(jī)械控制向電子控制方向發(fā)展,從研發(fā)、探索到成熟,節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)今及未來的總體發(fā)展目標(biāo)。


柴油發(fā)動機(jī)分類的方法

柴油發(fā)動機(jī)按燃燒室結(jié)構(gòu)、燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制方式等,可以有如下(表二)幾種分類方式。

直噴式燃燒室發(fā)動機(jī),就是噴油器直接將燃油噴進(jìn)燃燒室的發(fā)動機(jī),簡稱直噴發(fā)動機(jī)。間隔式燃燒室是把燃燒室分隔成兩個部分,兩者中間由通道連接,這樣燃燒室的發(fā)動機(jī)被稱為間隔式燃燒室發(fā)動機(jī)。

市場上量較大的傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)是直噴、合成泵、機(jī)械控制燃油系的發(fā)動機(jī)(如:五十鈴的6BG1發(fā)動機(jī)),這類柴油發(fā)動機(jī)可以簡稱為傳統(tǒng)型柴油發(fā)動機(jī)。

傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)通常是:輸油泵將燃油送入柱塞式高壓油泵,高壓油泵將高壓燃油通過高壓油管送到噴油器,(泵噴嘴式發(fā)動機(jī)沒有高壓油管,高壓油泵與噴油嘴連在一起)高壓燃油達(dá)到開起壓力后機(jī)械式噴油器自動打開,燃油被噴入柴油機(jī)的燃燒室。

目前新型柴油發(fā)動機(jī)市場擁有量較多的是:直噴、高壓共軌、電子控制燃油系統(tǒng)發(fā)動機(jī)(如:五十鈴電控高壓共軌的4HK1發(fā)動機(jī)),可以簡稱電噴型柴油發(fā)動機(jī)。(目前行業(yè)內(nèi)常說的分類方式:直噴機(jī)與電噴機(jī),顯然是不太準(zhǔn)確的)


高壓共軌式燃油系統(tǒng)只有電子控制方式,機(jī)械控制方式很難實(shí)現(xiàn)對高壓共軌燃油系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制。(也正是這個原因,使高壓共軌燃油系統(tǒng)直到近20年,才得到發(fā)展) 高壓油泵通過高油管將燃油送入共軌。

共軌壓力傳感器檢測出到的共軌壓力信號,送入ECU(電腦板)進(jìn)行計算,然后ECU將控制信號輸送給高壓油泵的電磁閥,實(shí)現(xiàn)共軌壓力的控制。共軌中的高壓燃油通過高壓油管被送到每一個噴油器。

來自己ECU的控制信號控制著各缸噴油器的開起時刻及開起時間的長短。ECU隨時收集發(fā)動機(jī)工況的各種信息,并通過高壓油泵電磁閥及噴油器的控制,實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的工況的控制。

20世紀(jì)80年代柴油發(fā)動機(jī)開始使電控技術(shù)

20世紀(jì)80年代后,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,很多柴油機(jī)制造商把電子控制技術(shù)用在控制柴油發(fā)動機(jī)上,用以提高柴油發(fā)動機(jī)的各種性能,滿足環(huán)保要求。

非共軌燃油系統(tǒng)發(fā)動機(jī),用電子控制方式將傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)進(jìn)行升級,同樣可以實(shí)現(xiàn)“三次排放”的標(biāo)準(zhǔn)。如果加上尾氣后處理技術(shù),電控高壓油泵式柴油發(fā)動機(jī)用機(jī)械式噴油器目前最高可以滿足“四次排放”標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)環(huán)保節(jié)能的需求電控高壓共軌柴油發(fā)動機(jī)將成為主流

要實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)動機(jī)的節(jié)能與環(huán)保,需要對柴油發(fā)動機(jī)及柴油發(fā)動機(jī)的燃油系統(tǒng)進(jìn)行以下幾種控制:

1. 噴油壓力的控制;

2.噴油時間的控制;

3.噴油率的控制,即一個做功沖程的多次燃油噴射;

4.每個工作循環(huán)的燃油噴射量;

5.燃燒室的燃燒溫度;

6.發(fā)動機(jī)尾氣的處理。

20世紀(jì)90年代,隨著材質(zhì)、生產(chǎn)技術(shù)、電子控制技術(shù)的發(fā)展,電磁閥式噴油器、壓電晶體式噴油器、各種電子控制需要的傳感器及共軌油槽被制作出來,限制柴油機(jī)共軌技術(shù)發(fā)展的難題得到解決。

目前世界各國為了實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的保護(hù),都在逐步提高發(fā)動機(jī)尾氣排放的要求。所有這些,都在迫使發(fā)動機(jī)制造商加快對清潔發(fā)動機(jī)的研發(fā)。因此,近20年電控高壓共軌柴油發(fā)動機(jī)得到了快速發(fā)展。

電控高壓共軌技術(shù),可以也只有此技術(shù)可以做到自由控制噴油壓力,可在20-200MPa范圍間變化,使燃油霧化得更好,更充分的燃燒。共軌燃油噴射系統(tǒng),可以方便地實(shí)現(xiàn)多次噴油,每個循環(huán)最多可以實(shí)現(xiàn)9次噴油,可以實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射、主噴射、后噴射,實(shí)現(xiàn)了對氣缸內(nèi)燃燒狀況的控制。

傳統(tǒng)柴油機(jī)噴油量用機(jī)械式調(diào)速器控制,不能滿足現(xiàn)代柴油機(jī)所需的噴油精準(zhǔn)度。要降低燃油消耗、減少有害氣體排放,要求柴油發(fā)動機(jī)工作狀況及環(huán)境溫度變化時,快速調(diào)整噴油量,電控高壓共軌噴油技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)控制。

電控高壓共軌噴油技術(shù),因?yàn)楣曹墐?nèi)有持續(xù)的高壓燃油,加之可以精準(zhǔn)控制開、關(guān)時刻的高速噴油器,很容易地實(shí)現(xiàn)了對噴油時間的控制,可以根據(jù)發(fā)動機(jī)工況改變噴油的起始與結(jié)束。

綜上所述,電控高壓共軌柴油發(fā)動機(jī),很簡單實(shí)現(xiàn)了對上述6種共控制的需要,達(dá)到了現(xiàn)階段對柴油發(fā)動機(jī)的環(huán)保要求和節(jié)能要求。而且,隨著工藝技術(shù)的提高,電控高壓共軌柴油發(fā)動機(jī)很容易地就能滿足未來環(huán)保的要求。電控高壓共軌燃油系統(tǒng),將成為柴油機(jī)下一時代的主流。


高壓共軌式燃油系統(tǒng)只有電子控制方式,機(jī)械控制方式很難實(shí)現(xiàn)對高壓共軌燃油系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制。(也正是這個原因,使高壓共軌燃油系統(tǒng)直到近20年,才得到發(fā)展) 高壓油泵通過高油管將燃油送入共軌。

共軌壓力傳感器檢測出到的共軌壓力信號,送入ECU(電腦板)進(jìn)行計算,然后ECU將控制信號輸送給高壓油泵的電磁閥,實(shí)現(xiàn)共軌壓力的控制。共軌中的高壓燃油通過高壓油管被送到每一個噴油器。

來自己ECU的控制信號控制著各缸噴油器的開起時刻及開起時間的長短。ECU隨時收集發(fā)動機(jī)工況的各種信息,并通過高壓油泵電磁閥及噴油器的控制,實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的工況的控制。

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