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柴油发动机论文范文

摘要：燃油供给系是柴油机的“心脏”,柴油机的发展历史其实就是柴油机喷射技术不断更新换代的过程,喷射系统围绕效率与环保两个主题不断改进和发展,经历了从机械式喷射系统到电子控制式喷射系统两个阶段.本文阐述了从最典型的机械式喷射系统——直列泵,到现代最先进的高压共轨技术的发展历程,并且分析了不同类型喷射系统为实现效率和环保目标而做出的结构上的改进.

关键词：柴油机;喷射系统;发展

1893年迪塞尔发明了世界上第一台柴油发动机,揭开了发动机发展的序幕,但是其低效率和高排放始終限制了它的普及和推广.直到1927年德国工程师博世发明了直列泵式喷射系统其低效,高排放的不足才得以克服,到现在为止柴油发动机喷射系统经历了机械式,电子控制式,高压共轨式三代,其效率与环保性能更加稳定和高效,而且发动机动力性也得到不断改进和提升.目前为止高压共轨式喷射系统成为柴油机的主流,欧洲众多汽车品牌都配有共轨式柴油发动机,如标致公司HDI共轨式柴油发动机,菲亚特公司的JTD发动机;在我国高压共轨技术也得到大力发展,上海柴油机有限公司开发的8DK、9DK系列发动机得到了广泛运用.

一、机械式柴油机喷射系统

1.机械式喷射系统组成及工作原理

柱塞泵是典型的机械式柴油发动机喷射系统,其结构如图1所示,驱动力来自发动机曲轴前端的定时齿轮,主要构件有高压油泵,高压油管,喷油嘴,即传统的泵喷嘴结构,输油泵经低压油管从油箱中抽取柴油并经柴油滤清器最终输送给高压油泵.除此之外柴油发动机为保持稳定转速还必须具有调速器以及喷油提前器,这使得机械式喷射系统结构复杂而且控制很不精确.

图1

2.机械式喷射系统的不足

首先与电子控制式喷射系统相比其喷油阀的开闭,高压油泵的供油量,供油提前角的调整均采用传统的气动或液压传动,存在机械效率不高,传动延时,使得喷油量的控制无法做到精确及时;除此之外传统的机械式喷射系统只能利用负荷的变化控制喷油量而不能直接控制喷油规律,从而不能有效控制发动机的功率以及NOx,微粒的排放,所以在环保和效率方面仍有发展空间.

二、电控式柴油机喷射系统

1.位置控制型电控喷射系统

和传统的机械式柴油喷射系统相比,结构方面并没有较大改进,例如TICS直列泵电控系统的泵体是在原P型泵的基础上进行改进的,具有与P型泵相似的结构特点,所以在生产位置控制型电控系统时,柴油机结构基本无需改动,生产继承性好.而改进部分是采用电磁式供油量控制装置（或步进电动机）和电磁式供油定时控制装置.这两个控制装置按照电控单元（ECU）控制指令调节供油量、供油时刻,进而调节柴油机运行状态,所以控制精度以及响应特性比机械式喷射系统更高.在TICS直列泵电控系统中,使用了线性步进电动机以及位置传感器等组成了电控调速器,同时配置了供油量调节齿杆位置传感器以及滑套式可变预行程控制机构.而也正是由于结构改进不大,所以系统的控制相应特性低,喷油压力和喷油规律不能独立控制,工作效率并没有本质上的提高.

2.时间控制型电控喷射系统

柴油机时间控制式电控喷射系统,包括VE型时间控制式电控喷射系统、单体泵、泵喷嘴.时间控制型电控系统在高压油路中利用电磁阀直接控制喷油时间,以改变喷油量和喷油定时,具有直接控制、响应快等特点.在该系统中使用闭环控制,可以准确地控制目标喷射时刻和喷射量,明显增强柴油的使用效率.其结构主要由控制喷射量的高速电磁阀、各类传感器以及ECU等组成.与位置控制型电控喷射系统相比时间控制型电控喷射系统的控制电路简单,泵体结构紧凑,可以大大提高系统的工作效率.

三、高压共轨式柴油机喷射系统

1.高压共轨式喷射系统组成及工作原理

高压共轨式喷射系统如图2所示,主要由电控单元,供油泵,调压控制阀,燃油分配管,共轨管,电控喷油器和传感器组成.供油泵的作用是产生高压的燃油,并将其输送到共轨管再经燃油分配管分配给各个喷油器,在共轨管末端安装有调压控制阀,它使得燃油分配管中的压力可随发动机负荷变化而调整,喷油器采用电控式,利用电磁阀的开启和关闭来实现供油时机,供油时间的控制,提高了控制的快速性和准确性.除此之外,在高压共轨管中还存在大量的传感器来实时监测油压、油温,以及发动机负荷,并将数据传送给EPU,而后EPU计算出最佳供油量以及供油提前角,从而使得供油量计算更为合理.

图2

2.高压共轨式喷射系统优点

高压共轨式喷射系统与传统的机械式喷射系统和时间式、位置式电控喷射系统相比,首先共轨管中的高压油液直接喷射,省去了复杂的增压机构,除此之外电控式喷油器的使用使喷油器开闭更为准确及时,而且传感器的数据经过处理器的计算得到更为合理的油量和精确的时间间隔,使得发动机功率性,经济性,环保性得到保障.