柴油机高压共轨与单体泵技术的特点及应用

2012-01-12 502168503 45842

  柴油机以笨重、噪声大、冒黑烟等特征令人对其印象不佳。随着世界各国对机动车辆发动机尾气排放标准的规划,商用卡车和工程机械发动机的排放标准也纳入到行业规划中。无论是国内使用、生产许可还是产品出口,排放标准都已成了硬性指标。近年一些柴油机新技术的应用降低了油耗和噪声,提高了排放标准,满足了日益严格的环保要求。

  高压共轨和单体泵技术是目前争论比较集中的两种电子控制燃油喷射系统。
 
1.高压共轨技术特点
  高压共轨式喷油系统采用高压供油泵,将高压燃油储存在轨道内并保持一个高压环境,依靠喷油器电磁阀的开闭控制喷油时间和喷油量。高压共轨喷油系统的轨道压力始终保持在设定值,便于实现喷射的灵活控制,容易实现单循环多次喷射。独特的技术使其更容易达到欧Ⅲ标准之后更高的排放要求。其特点如下:
  (1)共轨喷油器高速电磁阀一次喷射最多可进行5次脉动,要求响应速度更快,对电子控制要求较高。
  (2)共轨轨道压力较高(一般为150~180 MPa),焊接和铆接工艺水平要求高,一旦发生漏油,可能会危及到人员的安全。
  (3)轨道和高压油管始终处在高压环境下,对密封材料和金属材质的要求更高。
  (4)对燃油品质比较敏感。油品中会对燃油系统产生不良影响的是燃油中的水分、杂质和芳香烃等,杂质会加速运动副磨损甚至使其卡死,芳香烃会使橡胶失去弹性从而影响密封。
 
2.单体泵技术特点
  单体泵技术是在每个气缸装配1个高压泵,最高喷射压力可达200 MPa。它的优势是结构相对简单、性能可靠、故障率低、寿命长且维修方便。单体泵系统制造工艺相对简单,成本低,产品价格也低。另外,单体泵对油品的清洁度(即杂质和芳香烃类)不太敏感,尤其是大功率柴油机,由于喷射压力更高,在当前国内油品质量不稳定的情况下,单体泵技术具有更好的工作保障。其特点如下:
  (1)结构相对简单,凸轮轴同步驱动,无需独立的高压泵。
  (2)喷射高压在泵体内形成,由高速电磁阀控制,可以实现提前和延时的高压脉冲。
  (3)喷射高压只是在极短的时间内存在,对密封材料和金属材质要求相对较低。
  
3.两种技术的选择及应用
  目前,高压共轨和单体泵两种技术都有各自的市场,高压共轨系统多用于中小功率的柴油机,而单体泵多用于大功率的重型柴油机。欧洲市场上85%以上的重型柴油机均采用电控单体泵技术。
  从排放功能的实现来看,电控单体泵由于增加了与柴油机缸体同等数量的外置泵,使最高喷油压力可达200 MPa。正是较高的喷油压力使得燃油能够充分燃烧,从而提高了排放水平。因此,在达到欧Ⅲ标准之后对更高排放标准的追求中,电控单体泵也具有一定的优势。
  从使用看,电控单体泵对油品的要求不高,而电控共轨技术要求油品必须达到欧Ⅲ或以上排放所需要的标准。在我国油品质量普遍难以达到欧Ⅲ或以上要求的条件下,电控单体泵技术不挑剔燃油的优势已被公众普遍认可。
  同时,对比国外主要发动机企业的选择,通过统计分析发现,在奔驰、道依茨、沃尔沃和卡特比勒等8家国际知名的发动机企业中,只有3家选择了共轨技术,其中还有1家同时也选择了单体泵技术。同时,面对国际上对更高排放标准的要求,学术界倾向于电控共轨技术和电控单体泵技术的融合发展。
  国产CA6DE3系列欧Ⅲ标准柴油机采用了电控单体泵技术,是在原CA6DE2系列柴油机基础上进行优化,提高经济性和可靠性而开发的环保机型,不仅其排放指标达到国家3号标准,而且更具有价格优势,市场潜力巨大。在国内选择电控单体泵技术的企业还有国内发动机业翘楚的玉柴机器。
  国内学者在高度肯定电子控制燃油喷射技术的同时也提出了很好的建议:国家必须在制定环保法规的同时,制定针对燃油质量的强制性法规,以目前质量低劣的柴油现实情况,根本无法满足电子控制共轨喷射系统的要求。

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