現代汽車新技術 ―柴油機

現代汽車新技術 ―柴油機

(1)電控噴射

(2)共軌技術

(3)渦輪增壓中冷

在電控噴射方面柴油機與汽油機的主要差別是,汽油機的電控噴射系統只是控制空燃比(汽油與空氣的比例),柴油機的電控噴射系統則是通過控制噴油時間來調節輸出的大小,而柴油機噴油控制是由發動機的轉速和加速踏板位置(油門拉桿位置)來決定的。因此,基本工作原理是計算機根據轉速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號,首先計算出基本噴油量,然後根據水溫、進氣溫度、進氣壓力等傳感器的信號進行修正,再與來自控制套位置傳感器的信號進行反饋修正,確定最佳噴油量的。 電控柴油噴射系統由傳感器、ECU(計算機)和執行機構三部分組成。其任務是對噴油系統進行電子控制,實現對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控制。採用轉速、溫度、壓力等傳感器,將實時檢測的參數同步輸入計算機,與巳儲存的參數值進行比較,經過處理計算按照最佳值對噴油泵、廢氣再循環閥、預熱塞等執行機構進行控制,驅動噴油系統,使柴油機運作狀態達到最佳。

在汽車柴油機中,高速運轉使柴油噴射過程的時間只有千分之幾秒,實驗證明,在噴射過程中高壓油管各處的壓力是隨時間和位置的不同而變化的。由於柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動,使實際的噴油狀態與噴油泵所規定的柱塞供油規律有較大的差異。油管內的壓力波動有時還會在主噴射之後,使高壓油管內的壓力再次上升,達到令噴油器的針閥開啟的壓力,將已經關閉的針閥又重新打開產生二次噴油現象,由於二次噴油不可能完全燃燒,於是增加了煙度和碳氫化合物(HC)的排放量,油耗增加。此外,每次噴射循環後高壓油管內的殘壓都會發生變化,隨之引起不穩定的噴射,尤其在低轉速區域容易產生上述現象,嚴重時不僅噴油不均勻,而且會發生間歇性不噴射現象。為了解決柴油機這個燃油壓力變化的缺陷,現代柴油機採用了一種稱為“共軌”的技術。

共軌技術是指在高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環系統中,將噴射壓力的產生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。

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的油壓精確控制,使高壓油管壓力大小與發動機的轉速無關,可以減小柴油機供油壓力隨發動機轉速的變化,因此也就減少了傳統柴油機的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量,噴油量大小取決於燃油軌(公共供油管)壓力和電磁閥開啟時間的長短。

柴油機共軌式電控燃油噴射技術是一種全新的技術,因為它集成了計算機控制技術、現代傳感檢測技術以及先進的噴油結構於一身。該技術的主要特點是:

[1] 採用先進的電子控制裝置及配有高速電磁開關閥;

[2] 採用共軌方式供油;

[3] 高速電磁開關閥頻響高,控制靈活;

[4] 系統結構移植方便,適應範圍寬。

這一技術的研究與開發熱點在於:

(1)如何解決高壓共軌系統的恆高壓密封問題;

(2)如何解決高壓共軌系統中共軌壓力的微小波動所造成的噴油量不均勻問題;

(3)如何解決高壓共軌系統的多MAP(三維控制數據表)優化問題;

(4)如何解決微結構、高頻響電磁開關閥設計與製造過程中的關鍵技術問題。

增壓可使柴油機在排量不變,重量增加不大的情況下達到增加輸出功率的目的。與相同功率的非增壓柴油機相比,增壓柴油機不僅體積小,重量輕,功率大,而且還降低了單位功率的成本。因此,增壓技術不僅廣泛應用在柴油機上,而且還推廣到汽油機,是改善內燃發動機的重要技術手段。但是事物總有矛盾性,空氣壓力的提高就是空氣密度的提高,空氣密度的提高必然會使空氣溫度也同時增高,這如同給輪胎打氣時泵會發熱一樣。發動機渦輪增壓器的出風口溫度也會隨著壓力增大而升高,溫度提高反過來會限制空氣密度的提高,要進一步提高空氣密度就要降低增壓空氣的溫度。據實驗顯示,在相同的空燃比條件下,增壓空氣溫度每下降10攝氏度,柴油機功率能提高3%-5%,還能降低排放中的氮氧化合物(NOx),改善發動機的低速性能。因此,也就產生了中間冷卻技術。

柴油機中間冷卻技術的類型分兩種,一種是利用柴油機的循環冷卻水對中冷器進行冷卻,另一種是利用散熱器冷卻,也就是用外界空氣冷卻。當利用冷卻水冷卻時,需要添置一個獨立循環水的輔助系統才能達到較好的冷卻效果,這種方式成本較高而且機構複雜。因此,汽車柴油機大都採用空氣冷卻式中冷器。

空氣冷卻式中冷器利用管道將壓縮空氣通到一個散熱器中,利用風扇提供的冷卻空氣強行冷卻。空氣冷卻式中冷器可以安裝在發動機水箱的前面、旁邊或者另外安裝在一個獨立的位置上,它的波形鋁製散熱片和管道與發動機水箱結構相似,熱傳導效率高,可將增壓空氣的溫度冷卻到50至60攝氏度。

中間冷卻技術不是一項簡單的技術,過熱無效果白費工夫,過冷在進氣管中形成冷凝水會弄巧成拙。因此要將中冷器和渦輪增壓器進行精確的匹配,使得壓縮空氣達到要求的冷卻溫度。


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