1 前言

國內外已有多家公司和研究機構投入大量人力、物力進行研究，國外已有成熟的機型獲得應用。共軌式燃油噴射系統(tǒng)，是隨著世界范圍內對內燃機排放要求的提高以及電控燃油系統(tǒng)的發(fā)展，產生的第三代電控燃油系統(tǒng)，在對內燃機排放要求和經濟性要求日益增長的今天，共軌系統(tǒng)相對于其它燃油系統(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，如整個系統(tǒng)始終處于高壓燃油作用之下，各系統(tǒng)產生變形而使得漏泄量更大，由于油軌壓力固定使得實現理想靴型噴油規(guī)律較困難等。為克服這些不足，針對以上的缺點提出了對共軌系統(tǒng)的新構想。

2 內腔式共軌噴油器

共軌噴油器作為系統(tǒng)中的重要部件以及最復雜部件，對整個共軌系統(tǒng)噴射特性具有重要的影響。常規(guī)典型共軌噴油器結構如圖1 所示，為保證對噴油器針閥的控制，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，導致漏泄量增大。為解決此問題，提出了內腔式共軌噴油器[1]，結構如圖2 所示。圖3 為控制部分的詳細結構圖。

圖1 典型共軌噴油器 圖2 內腔式共軌噴油器

圖3 控制部分結構圖 圖4 內腔式共軌噴油器漏泄量

該型噴油器的主要特點，是將高壓燃油引入控制柱塞內部，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)采用的標準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接通進油量孔的充滿高壓燃油的較大的內孔，這意味著控制柱塞由于內孔中的高壓燃油的壓力而使其外徑增大，這樣由于當導向體的內徑由于壓力而增大時，則可保證配合間隙保持在一個范圍之間，從而使其漏泄量相對于沒有內孔的柱塞少。

該型噴油器的另一個特點是用一個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閉時對閥座的沖擊應力，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生小的漏泄時的燃油迅速泄流。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)漏泄量試驗結果，如在柴油機轉速1000r/min，系統(tǒng)壓力2000bar 時，其漏泄量為每循環(huán)16mm3，而對應于此時的循環(huán)噴油量為每循環(huán)220mm3。

圖5 平面電磁閥結構示意圖 圖6 平面電磁閥的靜態(tài)漏泄試驗結果

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控制方面具有更大的自由度，使得在任何運行狀態(tài)下實現噴油壓力和噴油定時的優(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)具有一個近似于矩形的噴油規(guī)律，相對于脈動式噴射系統(tǒng)如泵管嘴系統(tǒng)和凸輪驅動的整體噴油器系統(tǒng)來說，起初的噴油量較大。這產生的后果就是發(fā)動機的燃燒噪聲和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)結構示意圖。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)噴油器的開關控制閥，(g)檢查閥和量孔，( h)油管和連接件。這個系統(tǒng)除了轉換閥、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)結構示意圖

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現。在噴射開始前，所有的電磁閥和轉換閥都是關閉的，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換閥仍保持關閉，又LPCR 提供燃油進行低壓噴射。在達到設定時間時，轉換閥打開，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，噴油器電磁閥關閉停止噴油，然后關閉檢查閥。由此可以看出，如果LPCR 壓力、HPCR 壓力、轉換閥的開啟時間同時調整，就可實現噴油規(guī)律的柔性控制。

圖8 給出了在不同轉換閥開啟定時情況下的噴油規(guī)律測試結果。從圖中可以看出噴油規(guī)律的靴型部分可由轉換閥的開啟定時有效控制，靴型部分持續(xù)到轉換閥完全開啟，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NCRS 的轉換閥開啟定時為0，即LPCR 不起作用時，NCRS 系統(tǒng)即為傳統(tǒng)的CRS。測試結果也可看出，噴油規(guī)律的靴型部分決定于LPCR的壓力，轉換閥打開后，由于HPCR的供油而使壓力持續(xù)上升，在噴油規(guī)律的后半段達到HPCR 壓力。

圖8 轉換閥開啟定時對噴油規(guī)律的影響 圖9 LPCR 壓力對噴油規(guī)律的影響

圖9 給出了LPCR 在不同壓力時對噴油規(guī)律的影響對比，這里所有測試狀態(tài)的轉換閥開啟定時相同?？梢钥闯觯S著LPCR 壓力的增加，噴油規(guī)律由靴型逐漸變?yōu)樘菪危跏紘娪土吭黾?，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，初始噴油量比傳統(tǒng)CRS低90%，到40MPa時仍比傳統(tǒng)CRS 低一半。這可看出NCRS 可柔性控制初始噴油量，從而根據柴油機運轉狀態(tài)有效優(yōu)化初始噴油量。

4 結束語

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其不足之處，可使共軌噴射系統(tǒng)在未來內燃機性能發(fā)展中發(fā)揮極大的作用，在共軌燃油系統(tǒng)研究中已處于相對落后狀態(tài)的情況下，更應注重共軌系統(tǒng)發(fā)展的最新動態(tài)，加大研究力度，縮短與國際研究水平的差距，提高我國內燃機發(fā)展水平。

（轉載）