1 前言
國(guó)內(nèi)外已有多家公司和研究機(jī)構(gòu)投入大量人力、物力進(jìn)行研究，國(guó)外已有成熟的機(jī)型獲得應(yīng)用。共軌式燃油噴射系統(tǒng)，是隨著世界范圍內(nèi)對(duì)內(nèi)燃機(jī)排放要求的提高以及電控燃油系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生的第三代電控燃油系統(tǒng)，在對(duì)內(nèi)燃機(jī)排放要求和經(jīng)濟(jì)性要求日益增長(zhǎng)的今天，共軌系統(tǒng)相對(duì)于其它燃油系統(tǒng)具有極大的優(yōu)越性。雖然如此，該型燃油系統(tǒng)也有它固有的不足，如整個(gè)系統(tǒng)始終處于高壓燃油作用之下，各系統(tǒng)產(chǎn)生變形而使得漏泄量更大，由于油軌壓力固定使得實(shí)現(xiàn)理想靴型噴油規(guī)律較困難等。為克服這些不足，針對(duì)以上的缺點(diǎn)提出了對(duì)共軌系統(tǒng)的新構(gòu)想。
2 內(nèi)腔式共軌噴油器
共軌噴油器作為系統(tǒng)中的重要部件以及最復(fù)雜部件，對(duì)整個(gè)共軌系統(tǒng)噴射特性具有重要的影響。常規(guī)典型共軌噴油器結(jié)構(gòu)如圖1 所示，為保證對(duì)噴油器針閥的控制，噴油器上部為控制柱塞，與控制柱塞套為精密配合偶件。由于控制室為高壓燃油，在高壓燃油的作用下，控制柱塞直徑減小，控制柱塞套直徑增大，使該偶件的配合件的配合間隙增大，導(dǎo)致漏泄量增大。為解決此問題，提出了內(nèi)腔式共軌噴油器[1]，結(jié)構(gòu)如圖2 所示。圖3 為控制部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
圖1 典型共軌噴油器 圖2 內(nèi)腔式共軌噴油器
圖3 控制部分結(jié)構(gòu)圖 圖4 內(nèi)腔式共軌噴油器漏泄量
該型噴油器的主要特點(diǎn)，是將高壓燃油引入控制柱塞內(nèi)部，利用高壓燃油的平衡來減小控制柱塞的變形，從而減小由控制柱塞部分的漏泄量。圖4 給出了該型噴油器控制柱塞和針閥偶件處的漏泄量對(duì)比，控制柱塞的漏泄量是針閥體漏泄量的1/5，這一方面是由于使用的是常規(guī)噴射系統(tǒng)采用的標(biāo)準(zhǔn)S 形噴嘴，針閥體的徑向配合間隙是4μm，而柱塞體的徑向間隙是2μm，并且在控制柱塞上有一個(gè)接通進(jìn)油量孔的充滿高壓燃油的較大的內(nèi)孔，這意味著控制柱塞由于內(nèi)孔中的高壓燃油的壓力而使其外徑增大，這樣由于當(dāng)導(dǎo)向體的內(nèi)徑由于壓力而增大時(shí)，則可保證配合間隙保持在一個(gè)范圍之間，從而使其漏泄量相對(duì)于沒有內(nèi)孔的柱塞少。
該型噴油器的另一個(gè)特點(diǎn)是用一個(gè)平面閥代替通常共軌噴油器采用的球形閥，如圖5 所示。采用平面電磁閥，可大大減小電磁閥關(guān)閉時(shí)對(duì)閥座的沖擊應(yīng)力，為減小高壓燃油作用在電磁閥上的液壓力，在電磁閥座上開了泄流槽，保證電磁閥在燃油壓力下產(chǎn)生小的漏泄時(shí)的燃油迅速泄流。采用該型電磁閥后，其靜態(tài)漏泄量極小，圖6 給出了不同壓力下的電磁閥靜態(tài)漏泄量試驗(yàn)結(jié)果，如在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min，系統(tǒng)壓力2000bar 時(shí)，其漏泄量為每循環(huán)16mm3，而對(duì)應(yīng)于此時(shí)的循環(huán)噴油量為每循環(huán)220mm3。
圖5 平面電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖 圖6 平面電磁閥的靜態(tài)漏泄試驗(yàn)結(jié)果
3 新一代共軌系統(tǒng)(NCRS)
由于共軌系統(tǒng)具有極大的柔性，在噴油壓力和噴油定時(shí)控制方面具有更大的自由度，使得在任何運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)噴油壓力和噴油定時(shí)的優(yōu)化控制成為可能，這使得共軌系統(tǒng)成為未來最滿意的燃油噴射系統(tǒng)之一。但是共軌系統(tǒng)具有一個(gè)近似于矩形的噴油規(guī)律，相對(duì)于脈動(dòng)式噴射系統(tǒng)如泵管嘴系統(tǒng)和凸輪驅(qū)動(dòng)的整體噴油器系統(tǒng)來說，起初的噴油量較大。這產(chǎn)生的后果就是發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噪聲和Nox水平較高，為解決此矛盾，提出了新一代共軌系統(tǒng)[2]的概念。
圖7 為新一代共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。NCRS 的基本部件包括：(a)噴油器，(b)低壓油軌(LPCR)，(c)高壓油軌(HPCR)，(d)高壓油泵，(e)LPCR 控制閥，(f)噴油器的開關(guān)控制閥，(g)檢查閥和量孔，( h)油管和連接件。這個(gè)系統(tǒng)除了轉(zhuǎn)換閥、LPCR 和LPCR 壓力控制閥以外，就是典型的CRS。
圖7 新一代共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
噴油規(guī)律形狀的控制通過打開LPCR 和HPCR 向噴油器的供油來實(shí)現(xiàn)。在噴射開始前，所有的電磁閥和轉(zhuǎn)換閥都是關(guān)閉的，低壓燃油通過LPCR 供給噴油器。噴油器電磁閥打開，開始噴油，由于初始噴射階段轉(zhuǎn)換閥仍保持關(guān)閉，又LPCR 提供燃油進(jìn)行低壓噴射。在達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，轉(zhuǎn)換閥打開，高壓燃油由HPCR 供給噴油器，完成高壓噴射。在高壓噴射期間，檢查閥防止了高壓燃油回流到LPCR。完成噴射后，噴油器電磁閥關(guān)閉停止噴油，然后關(guān)閉檢查閥。由此可以看出，如果LPCR 壓力、HPCR 壓力、轉(zhuǎn)換閥的開啟時(shí)間同時(shí)調(diào)整，就可實(shí)現(xiàn)噴油規(guī)律的柔性控制。
圖8 給出了在不同轉(zhuǎn)換閥開啟定時(shí)情況下的噴油規(guī)律測(cè)試結(jié)果。從圖中可以看出噴油規(guī)律的靴型部分可由轉(zhuǎn)換閥的開啟定時(shí)有效控制，靴型部分持續(xù)到轉(zhuǎn)換閥完全開啟，然后高壓主噴射開始。這樣，NCRS的噴油規(guī)律為明顯的靴型，而常規(guī)的CRS 的噴油規(guī)律近似于矩形，當(dāng)NCRS 的轉(zhuǎn)換閥開啟定時(shí)為0，即LPCR 不起作用時(shí)，NCRS 系統(tǒng)即為傳統(tǒng)的CRS。測(cè)試結(jié)果也可看出，噴油規(guī)律的靴型部分決定于LPCR的壓力，轉(zhuǎn)換閥打開后，由于HPCR的供油而使壓力持續(xù)上升，在噴油規(guī)律的后半段達(dá)到HPCR 壓力。
圖8 轉(zhuǎn)換閥開啟定時(shí)對(duì)噴油規(guī)律的影響 圖9 LPCR 壓力對(duì)噴油規(guī)律的影響
圖9 給出了LPCR 在不同壓力時(shí)對(duì)噴油規(guī)律的影響對(duì)比，這里所有測(cè)試狀態(tài)的轉(zhuǎn)換閥開啟定時(shí)相同。可以看出，隨著LPCR 壓力的增加，噴油規(guī)律由靴型逐漸變?yōu)樘菪?，初始噴油量增加，然而和傳統(tǒng)CRS相比較，初始噴油量仍然非常低。在LPCR壓力為20MPa時(shí)，初始噴油量比傳統(tǒng)CRS低90%，到40MPa時(shí)仍比傳統(tǒng)CRS 低一半。這可看出NCRS 可柔性控制初始噴油量，從而根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有效優(yōu)化初始噴油量。
4 結(jié)束語
為使具有極大優(yōu)越性的共軌燃油噴射系統(tǒng)具有更好的性能，采用不同的方法來改進(jìn)其不足之處，可使共軌噴射系統(tǒng)在未來內(nèi)燃機(jī)性能發(fā)展中發(fā)揮極大的作用，在共軌燃油系統(tǒng)研究中已處于相對(duì)落后狀態(tài)的情況下，更應(yīng)注重共軌系統(tǒng)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，加大研究力度，縮短與國(guó)際研究水平的差距，提高我國(guó)內(nèi)燃機(jī)發(fā)展水平。
（轉(zhuǎn)載）
