國(guó)內(nèi)外電控燃油噴射技術(shù)分析

德?tīng)柛Ｔ谥袊?guó)市場(chǎng)針對(duì)中輕型車推廣共軌技術(shù)，針對(duì)重型車提供泵噴嘴和單體泵技術(shù)；博世電噴系統(tǒng)最新技術(shù)已經(jīng)由電控共軌發(fā)展到電控液力放大系統(tǒng)，博世在中國(guó)市場(chǎng)主推高壓共軌系統(tǒng)；電裝目前正在研發(fā)第三代、第四代共軌系統(tǒng)，它將適應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)需求的共軌系統(tǒng)帶到中國(guó)。在國(guó)外技術(shù)包圍中，自主國(guó)產(chǎn)的成都威特電噴提出了電控單體泵低成本解決方案。

德?tīng)柛＃汗曹壖夹g(shù)和單體泵技術(shù)各有側(cè)重
德?tīng)柛Ｆ囅到y(tǒng)中國(guó)投資有限公司的柴油系統(tǒng)銷售經(jīng)理張巍說(shuō)，對(duì)供油系統(tǒng)機(jī)械性能而言，其最主要的要求就是提高噴射壓力，所以德?tīng)柛９灸壳搬槍?duì)歐Ⅲ要求，給國(guó)內(nèi)用戶在共軌方面提供了1600巴的壓力系統(tǒng)，在單體泵方面提供了2000巴的壓力系統(tǒng)。
德?tīng)柛５漠a(chǎn)品線按照客戶的要求分成三部分：第一部分主要針對(duì)中輕型商務(wù)車，為客戶提供共軌系統(tǒng)；第二部分針對(duì)中型商務(wù)車，為客戶提供“轉(zhuǎn)子泵”系統(tǒng)、泵噴嘴系統(tǒng)或者提供中型共軌系統(tǒng)；第三部分針對(duì)重型車市場(chǎng)，德?tīng)柛Ｌ峁┍脟娮旌蛦误w泵技術(shù)。
德?tīng)柛２裼筒块T的前身是CAV公司，自1988年開(kāi)始向市場(chǎng)提供電控泵技術(shù)，自2000年開(kāi)始提供高壓共軌技術(shù)。到2005年，已經(jīng)累計(jì)向全球投放了400萬(wàn)套共軌系統(tǒng)。輕型車共軌系統(tǒng)針對(duì)歐Ⅲ、歐Ⅳ的要求，一方面是精確的電子控制，另一方面就是達(dá)到盡量高的壓力。
德?tīng)柛Ｔ谥匦蛙嚿辖ㄗh客戶采用單體泵系統(tǒng)。從成本上講，國(guó)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)從歐Ⅱ向歐Ⅲ升級(jí)時(shí)，如果采用單體泵，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)非常小，僅以外掛式的凸輪軸箱代替歐Ⅱ發(fā)動(dòng)機(jī)的直列泵。當(dāng)從歐Ⅲ向歐Ⅳ升級(jí)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身主體結(jié)構(gòu)仍然不變，只是把歐Ⅲ系統(tǒng)里機(jī)械式噴油器改成德?tīng)柛５碾娍貒娪推?，形成雙電磁閥單體泵系統(tǒng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)不做大的調(diào)整下，就可以達(dá)到歐Ⅳ的排放水平。
在性能方面，目前在國(guó)內(nèi)單體泵使用的壓力達(dá)到2000巴，當(dāng)向歐Ⅳ升級(jí)、在雙閥系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)壓力可以達(dá)到2500巴。而且單體泵的理論設(shè)計(jì)原理可以由凸輪型線產(chǎn)生逐漸上升的噴油壓力曲線，這是發(fā)動(dòng)機(jī)需要的理想的供油曲線。同時(shí)在單體泵上采用了類似于共軌I2C的系統(tǒng)一致性控制，來(lái)優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。在供油控制方面，如果使用雙閥系統(tǒng)，不僅可以對(duì)壓力進(jìn)行控制，還可以對(duì)噴射進(jìn)行控制，而且可以采用多次噴射。它的標(biāo)準(zhǔn)可以達(dá)到歐Ⅳ或者歐Ⅴ的能力。目前，德?tīng)柛５碾p閥系統(tǒng)在歐洲大批量生產(chǎn)，供應(yīng)給歐Ⅳ發(fā)動(dòng)機(jī)，配套歐Ⅴ發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)系統(tǒng)正在做開(kāi)發(fā)工作。
單體泵系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是它的可靠性和壽命，這些性能已經(jīng)在歐洲和北美市場(chǎng)上得到了10年甚至是15年的實(shí)際使用時(shí)間、數(shù)百萬(wàn)輛整車使用的證明。單體泵系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中，可以保證排放水平和燃油消耗率水平。目前，這種非常強(qiáng)化、非常可靠的性能和使用壽命，仍然在進(jìn)一步提高。所以從德?tīng)柛５挠^點(diǎn)來(lái)看，在技術(shù)方面，相信在2010年之前，所有歐洲和北美的重型車生產(chǎn)商絕大多數(shù)會(huì)采用單體泵和泵噴嘴技術(shù)。德?tīng)柛Ｒ苍谘邪l(fā)2010年以后新的排放法規(guī)所要求的新的系統(tǒng)。
博世：在中國(guó)大力推廣高壓共軌技術(shù)
博世對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的保守預(yù)測(cè)是，到2015年，柴油車所占比例能達(dá)到25%。中國(guó)車用柴油系統(tǒng)現(xiàn)在所使用的絕大多數(shù)還是機(jī)械噴射系統(tǒng)，但往電控發(fā)展的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。博世柴油噴射系統(tǒng)概括了各種各樣的系統(tǒng)。預(yù)計(jì)未來(lái)的發(fā)展方向是，電控高壓共軌系統(tǒng)將占據(jù)絕大部分市場(chǎng)，到2010年，將占所有柴油系統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售的三分之二左右。
博世為乘用車和輕型卡車量身定做了發(fā)動(dòng)機(jī)排量在1～4升之間的柴油機(jī)系統(tǒng)，即第二代高壓共軌系統(tǒng)。
博世對(duì)于中型卡車制定了一套適應(yīng)中國(guó)環(huán)境的平臺(tái)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)適用于3.5噸以上車輛，氣缸排量4～8升，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是2200～2700轉(zhuǎn)之間。發(fā)動(dòng)機(jī)排量比較大也需要容量比較大的泵，建議使用CP3系列，上面同樣有一個(gè)電控計(jì)量閥。
博世認(rèn)為重卡發(fā)動(dòng)機(jī)也應(yīng)采用高壓共軌系統(tǒng)，這一平臺(tái)指的是車輛在6噸以上，發(fā)動(dòng)機(jī)排量在8～14升之間，轉(zhuǎn)速在1800～2200轉(zhuǎn)之間。采用另外一種叫做CPN2.2的高壓泵，它的供油量相對(duì)來(lái)說(shuō)更高，而且同樣具有電控計(jì)量閥來(lái)控制輸入到軌中的油量。重機(jī)所使用的電控單元與輕中機(jī)型有些不同，因?yàn)橹貦C(jī)的ECU電控單元一般裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上面，電控單元對(duì)于抗震、抗熱要求比較高，應(yīng)當(dāng)使用EDC7系列。
博世與無(wú)錫威孚合資成立的新公司專門生產(chǎn)噴油器和噴嘴，其以后的目標(biāo)就是在中國(guó)生產(chǎn)和推廣電控柴油噴射系統(tǒng)。新廠區(qū)不光具備銷售和項(xiàng)目管理功能，也包括產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、發(fā)動(dòng)機(jī)及車輛標(biāo)定等。
從明年初開(kāi)始，博世適用于中重卡的噴油器將在中國(guó)生產(chǎn)，同時(shí)，博世汽車電子分部將在蘇州開(kāi)始對(duì)電控單元實(shí)行國(guó)產(chǎn)化。但高壓油泵、軌、傳感器等這些部件，到現(xiàn)在為止還沒(méi)有確定具體的國(guó)產(chǎn)計(jì)劃。
電裝：歐Ⅲ以上排放普遍采用共軌系統(tǒng)
電裝中國(guó)投資有限公司的售后服務(wù)部副主任宋濤向記者介紹，電裝的HP-0型共軌系統(tǒng)是其目前在中國(guó)主推的產(chǎn)品，主要由4個(gè)部分組成：高壓軌道、噴油器、輸油泵及ECU控制電腦。首先，通過(guò)凸輪軸的運(yùn)轉(zhuǎn)，將燃油壓入輸油泵內(nèi)，ECU再通過(guò)提取燃油壓力、溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門踏板開(kāi)度等信號(hào)，進(jìn)行整理分析后，控制輸油泵電磁閥在最佳時(shí)間進(jìn)行開(kāi)啟，來(lái)調(diào)整軌道內(nèi)部的壓力，如果ECU檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)需要比較大的供油壓力，就會(huì)控制電磁閥提前動(dòng)作，從而改變軌道系統(tǒng)的內(nèi)部燃油壓力，再通過(guò)噴油器上面的TWV閥來(lái)控制改變噴嘴的噴油時(shí)間、噴油量及噴射率，來(lái)提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。
電裝中國(guó)投資有限公司2003年在上海成立了上海電裝燃油噴射有限公司，同年開(kāi)始生產(chǎn)電裝機(jī)械式柴油泵，計(jì)劃在上海生產(chǎn)共軌系統(tǒng)。

國(guó)外：從電控共軌發(fā)展到電控液力
實(shí)際上20世紀(jì)90年代，歐洲柴油機(jī)產(chǎn)品就已經(jīng)陸續(xù)達(dá)到歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。他們采用了以下一些技術(shù)：電子控制，高壓燃油噴射，小孔徑噴油嘴，減少燃油噴射速率，四氣門；中重型柴油機(jī)上出現(xiàn)了低渦流和無(wú)渦流燃燒室；輕型柴油機(jī)采用廢氣再循環(huán)；另外，還有可變幾何截面增壓器以及機(jī)油消耗控制等方法。專家普遍認(rèn)為，以上是對(duì)柴油機(jī)的基本要求。要實(shí)現(xiàn)歐Ⅲ排放，首先必須提高噴射壓力。此外，就是獨(dú)立于轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的噴油定時(shí)調(diào)節(jié)、先緩后急的噴射規(guī)律(有利于氮化物的控制)及迅速的噴油切斷過(guò)程。
國(guó)外典型的電控噴油系統(tǒng)有電控泵噴嘴和電控單體泵。電控單體泵在泵噴嘴的基礎(chǔ)上衍生出來(lái)，除了壓力較泵噴嘴稍低一點(diǎn)外，其他功能基本和泵噴嘴相近，這兩個(gè)電噴系統(tǒng)應(yīng)用都比較成功。第三種為電控共軌系統(tǒng)。這也是國(guó)內(nèi)專家一致認(rèn)為目前水平最高、將來(lái)會(huì)占統(tǒng)治地位的一種電控系統(tǒng)。其噴油器的特殊設(shè)計(jì)，可實(shí)行靈活的多次噴射，且噴射壓力可在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷條件下任意調(diào)節(jié)，給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的好處是極為理想的NVH指標(biāo)。由于這些因素，電控共軌技術(shù)已普遍為新的一代轎車柴油機(jī)采用。一些原來(lái)配備電控分配泵的輕型或中型車用柴油機(jī)也轉(zhuǎn)而采用電控共軌系統(tǒng)，如康明斯公司的ISM系列柴油機(jī)。第四種是電控液力放大系統(tǒng)。四種系統(tǒng)都能迅速進(jìn)行噴油切斷，電控共軌系統(tǒng)還最適用于現(xiàn)有機(jī)型的改裝。
未來(lái)發(fā)展需要進(jìn)一步提高噴射壓力并實(shí)現(xiàn)多次噴射，主噴射有較低的初始噴射速率。各跨國(guó)企業(yè)實(shí)現(xiàn)這些要求的技術(shù)路線不同，有的通過(guò)傳統(tǒng)的電控共軌系統(tǒng)，也有的通過(guò)電控液力放大共軌系統(tǒng)，如BOSCHCRIN4液力放大共軌系統(tǒng)或德?tīng)柛５碾p電磁閥電控泵噴嘴系統(tǒng)。
國(guó)內(nèi)：電控直列泵是目前滿足歐Ⅲ排放的低成本解決方案
目前國(guó)內(nèi)柴油機(jī)絕大部分是滿足歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)的，其技術(shù)特點(diǎn)主要包括渦輪增壓中冷、P7100直列式高壓燃油泵、啞鈴型燃燒室、兩氣門和機(jī)油消耗控制技術(shù)。這些機(jī)器能否滿足歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)一直都是一個(gè)疑問(wèn)。
有關(guān)行業(yè)人士認(rèn)為，中國(guó)生產(chǎn)的歐Ⅱ柴油機(jī)產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)適當(dāng)改進(jìn)，在無(wú)須變更主要部件生產(chǎn)線的情況下就可以滿足歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，如通過(guò)電子控制的高壓燃油噴射、降低燃油噴射速率、增加燃油室徑深比和噴油嘴孔數(shù)、減少進(jìn)氣渦流比、進(jìn)一步減少機(jī)油消耗等措施。這些技術(shù)早已被一些國(guó)外機(jī)型驗(yàn)證可行，如卡特彼勒公司的3126、萬(wàn)國(guó)公司的T444等。
由于研發(fā)滯后，中國(guó)車用柴油機(jī)行業(yè)很難接近世界一流的電控燃油噴射技術(shù)，值得慶幸的是，國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)正在努力改變這種狀況。如一汽集團(tuán)無(wú)錫油泵油嘴研究所經(jīng)過(guò)多年研制，成功開(kāi)發(fā)出具有自主產(chǎn)權(quán)的電控共軌系統(tǒng)，成都威特公司與清華大學(xué)聯(lián)合于2004年成功研制出具有自主產(chǎn)權(quán)的電控單體泵系統(tǒng)，并于當(dāng)年開(kāi)始提供成套產(chǎn)品。
在今年5月舉行的上海國(guó)際發(fā)動(dòng)機(jī)及制造技術(shù)展覽會(huì)上，成都威特公司展出了新研制的電控直列泵技術(shù)。電控直列泵也就是電控組合泵，是針對(duì)我國(guó)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的實(shí)際情況、老機(jī)型的歐Ⅲ升級(jí)改造確定的技術(shù)路線：滿足歐Ⅲ對(duì)噴油系統(tǒng)的最低要求，可靠性高，價(jià)格低，機(jī)械接口與P型泵相同，安裝方便，系統(tǒng)標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)單。這種電控組合泵不同于電裝曾經(jīng)生產(chǎn)過(guò)的電控直列泵ECD-P，后者是所謂位置橫置，即根據(jù)ECU的指令驅(qū)動(dòng)齒桿調(diào)整曲軸與凸輪軸之間的相位差，達(dá)到對(duì)噴油定時(shí)實(shí)現(xiàn)控制。