電控泵噴嘴系統的成敗

如圖1所示，電控泵噴嘴系統是將油泵和油嘴做成一體直接裝于氣缸蓋上，由頂置凸輪軸驅動。頂置凸輪軸必須具有極高的硬度和剛度以承受噴油器產生的高壓，同時，凸輪軸的驅動系統也需專門設計。其最大優點是能夠減輕或者消除在柴油流動和噴射過程中高壓油管內壓力波的影響。因為這個壓力波會妨礙噴油系統與負荷轉速的良好匹配，并隨著高壓管的增長而增大。此系統結構緊湊、噴射壓力高，低速和小負荷時燃油噴射穩定性好，具有較好的控制靈活性，低速時發動機綜合性能顯著改善。

電控泵噴嘴系統主要設計原理是通過氣缸蓋頂端的頂置凸輪軸直接驅動燃油形成高壓。由于沒有了額外的高壓燃油管路，故消除了管路壓力損失也避免了管路泄漏的可能。由于燃油增壓與噴射裝置的一體化，故可以在短時間內高效高壓完成燃油噴射并對其噴油量、壓力、正時進行靈活控制。該系統的噴油壓力一般都超過共軌系統和單體泵系統所能夠達到的水平。

由于該系統發動機缸蓋頂置凸輪軸的結構特點，加大了缸蓋剛度、強度的設計要求。按國外產品經驗，采用該系統的發動機，氣缸內能夠承受的最大爆發壓力一般需要達到２０ＭＰａ。該系統的最大優勢是可以形成更高的噴射壓力，從而使得發動機具備國Ⅳ、國Ⅴ排放升級的潛力。因為對發動機缸蓋的設計難度增大，從近期國內主要商用車企業已申報和正在申報的國Ⅳ發動機產品公告來看，到目前為止國內還沒有此種系統的實際應用。

電控單體泵系統的優劣

      單體式噴油泵簡稱單體泵。如圖2所示，此系統是將整體式噴油泵化整為零安裝在發動機每個氣缸上，燃油噴射由各自的獨立噴射單元來完成。噴油泵與噴油嘴之間用一根很短的高壓油管相連。電控單體泵系統是在泵噴嘴系統的基礎上衍生出來的，除了壓力比泵噴嘴稍低一點外，其他功能基本和泵噴嘴相近。

單體泵系統主要由柱塞、柱塞套筒、回位彈簧、彈簧座、出油閥、出油閥座、出油閥彈簧、出油閥壓緊螺帽等零件組成。作為在國內外都有著成熟應用的電控單體泵技術，其系統基本布置
是：將油泵柱塞驅動與發動機配氣機構所需凸輪軸整合為一體，包含在機體內部，從而實現油泵到噴油器的燃油管路最短化。發動機工作時則通過發動機周邊安裝眾多的傳感器以檢測發動機狀態，作為控制油泵電磁閥開啟時間的輸入信息，對燃油噴射量、噴射正時實行電子控制。其主要工作原理是通過電子系統對噴入氣缸的噴油量、噴油正時進行精確、柔性的控制，以及通過油泵結構設計的優化進而實現對噴油氣缸噴油壓力的提高，從而改善發動機的燃燒工作過程，最終在有效降低發動機的排放水平以滿足法規要求的同時，還能夠較大改善發動機的燃油經濟性、噪聲特性。

該系統已在歐美成功使用了十多年，被公認為性能優越、穩定可靠的電控燃油噴射系統之一。此系統主要包括一個帶有出油控制閥的高壓油泵、機械噴油器，以及連接所需的燃油管路、濾清系統。其技術的主要特征是在發動機機體上集成噴油泵的功能，并通過在油泵上加裝電磁閥控制其出油時間、油量，從而達到燃油噴射優化的目的。其油泵與發動機配氣機構共用一根凸輪軸，從而在結構上使其最大程度得到簡化，并縮短了油泵出油口到噴油器的管路距離。由于在油泵的出油口加裝了精確燃油計量、時間控制的電磁閥，因而能夠對噴油正時和噴油量進行較為精確的控制，有利于燃燒過程的優化。

目前，國內商用車企業配套使用的電控單體泵系統來源主要有：德爾福單體泵、衡陽單體泵和威特單體泵等。在國內產品的應用中，考慮到重新設計發動機機體需要對現有發動機的鑄造、加工生產線有較大地變動，為控制成本，國Ⅲ階段一般都采用外掛式單體泵，但這種設計，對噪聲、振動會有一定的負面影響。而在國Ⅳ階段則與歐美產品接軌，普遍采用半內置式單體泵系統。

電控共軌系統的沉浮

目前國內商用車企業的大多數中重型國Ⅲ、國Ⅳ柴油機都采用了電控高壓共軌技術。如圖3所示，該系統的基本結構是：增設用來存儲高壓燃油的共軌管，由ＥＣＵ根據實際使用工況條件對燃油噴射過程實行精確控制，通過控制噴油器電磁閥開啟時刻、持續時間從而控制噴射提前角和燃油噴射量，通過控制高壓油泵電磁閥開啟持續時間從而控制共軌油管內的燃油壓力。該系統已經在歐、美、日成功使用了多年，并被公認為是性能最優越、可靠性最高的電控燃油噴射系統。

       共軌技術一經問世，就得到了世界上大多數柴油機生產廠商的青睞，被認為是20世紀內燃機技術的三大突破之一。國外經過多年的發展，已經形成了比較成熟的產品，如FIAT集團的Unijet系統、電裝公司的ECDU2系統和博世公司的CR系統等。其中，博世公司用壓電石英作為執行器代替高速電磁閥，噴射壓力已經高達180 MPa，針閥運動速度達到1.3m/s，預噴射油量可控制在1mm3 之內。

在控制策略上，以經典控制理論和現代控制理論為基礎的開環控制和閉環控制在電控高壓共軌系統中得到了廣泛應用。

國內對電控高壓共軌燃油噴射系統的研究起步較晚，目前正處于研制階段。其中天津大學研制的FIRCRI高壓共軌系統正處于硬件在環仿真和實機測試階段；上海交通大學開發的GD-1型高壓共軌系統處于匹配玉柴6110 柴油機的準備階段；北京理工大學、華中理工大學等也正在開發自己的高壓共軌系統。無錫威孚集團與博世公司已經聯合組建了無錫博世汽車柴油機系統股份有限公司，并開始了高壓共軌系統的生產。在控制策略上，目前國內主要采用經典PID 控制方法，這種方法原理簡單，易于實現，穩定性好，但存在需要在不同工況下反復調節和不能在線調節等缺點。