基本介紹
- 中文名：高壓共軌柴油機
- 外文名：High pressure common rail diesel engine
- 學科：機械工程
- 領域：工程技術
- 範圍：供油機器
- 特點：將噴射壓力的產生和噴射過程分開
簡介,世界前列,排放標準,普遍套用,競爭局勢,
簡介
高壓共軌柴油機是指在高壓油泵、壓力感測器和電子控制單元(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機器。它是由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管(Rail)，通過公共供油管內的油壓實現精確控制，使高壓油管壓力(Pressure)大小與發動機的轉速無關，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發動機轉速變化的程度。
世界前列
世界上主要有三大公司在研發和生產柴油機高壓共軌系統，日本電裝、德國博世和美國福特。共軌系統將燃油壓力產生和燃油噴射分離開來，如果把單體泵柴油噴射技術比做柴油技術的革命的話，那共軌就可以稱作反叛了，因為它背離了傳統的柴油系統而近似於順序汽油噴射系統。共軌系統開闢了降低柴油發動機排放和噪音的新途徑 。
由於其強大的技術潛力，各製造商已經把目光定在了共軌系統第3代——壓電式(piezo)共軌系統，壓電執行器代替了電磁閥，於是得到了更加精確的噴射控制。沒有了回油管，在結構上更簡單。壓力從200～2000帕彈性調節。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOX的排放。
日趨嚴重的能源危機，成為全世界內燃機行業關注的焦點，也使柴油機越來越受到用戶青睞。與汽油機相比柴油機有很多優勢：能減少20%~25%的CO2廢氣排放，車速較低時的加速性能更有優勢，平均燃油消耗低25%~30%，能提供更多的駕駛樂趣。因此，有人大膽對全球汽車產量中柴油機的發展趨勢進行了預測，並按區域劃分世界汽車產量中的柴油機比例。但是，與汽油機相比，柴油機的排放控制又是一個難點。為滿足排放標準，柴油機先進的燃油噴射系統———高壓共軌技術成為業內人士關注的焦點。前些年，高壓共軌技術是外資一統天下，這種局面被打破了。
排放標準
2005年12月30日，北京率先實施國Ⅲ排放標準。2006年7月31日，上海公交、計程車行業新車實施國Ⅲ排放標準。2006年9月1日，廣州開始實施國Ⅲ排放標準。2007年7月1日全國將全面實施國Ⅲ排放標準。到2010年，全國將實施國Ⅳ排放標準。
排放標準的提升，必然推動發動機技術的發展。對於汽油發動機，由於技術相對成熟且有後處理，因此滿足排放標準難度不大。對於柴油發動機，由於大部分還是機械式燃油系統，且柴油機直噴技術發展歷程較短，因而為滿足排放標準要求必須重新設計發動機。我國大部分採用引進技術來滿足現階段排放標準（國Ⅲ），但也有部分企業在進行自主研發，如中國一汽無錫油泵油嘴研究所、成都威特等。在更嚴格排放標準要求下，除電控燃油系統外，發動機整機也引進了許多新技術。世界著名的汽車研發機構Ricardo公司推薦在各排放階段的發動機技術要求，從中可見共軌系統由於其獨特的優勢，是最具繼承性和可持續發展的燃油噴射系統之一。
普遍套用
柴油燃油噴射系統從機械控制式發展到電子控制式系統後，電子噴射系統又經歷了三次變革，即位置式燃油噴射系統、時間式燃油噴射系統和時間壓力式燃油噴射系統（共軌系統）。高壓共軌系統實現了壓力建立和噴射過程的分離，從而使控制過程更具有柔性，能更準確地實現小油量的精確控制，更好地實現多次噴射。
自從1991年日本電裝公司發表ECD-U2高壓共軌系統論文以來，國外燃油系統製造商紛紛投入巨額資金和人力開發共軌系統。博世公司於1995年發表了用於轎車的高壓共軌系統，採用徑向柱塞轉子式供油泵，噴油器電磁閥採用球閥結構。博世公司共軌系統在歐洲乘用車和輕型車柴油機上已得到普通套用，如德國戴姆勒-賓士公司C系列轎車、義大利AlfaRemeo156轎車、德國大眾的奧迪3.3L型V8渦輪增壓柴油機、美國通用公司與日本五十鈴公司合資生產的Duramax6600柴油機及美國康明斯公司的ISBe3.9L和5.9L全電控柴油機等。德爾福與西門子分別在1998年和2000年推出轎車MultecDCR1400共軌系統，採用徑向柱塞轉子式供油泵，德爾福公司的噴油器電磁閥設計在噴油器內，使得噴油器體積更小巧；西門子噴油器採用壓電執行器，回響時間更短；而日本電裝公司在1991年研究開發出的ECD-U2第一代產品，並於1995年匹配Hino的J08C柴油機、五十鈴的6HK1柴油機，經過多年的改進與完善，最新產品已用於轎車的ECD-U2P系統。
共軌燃油噴射系統套用十分普遍，博世公司已生產出2500萬套共軌系統，並在江蘇無錫投資建設了技術中心和工廠，實現了本地化生產。長城汽車與博世公司開發出了高壓共軌柴油發動機，此外奧迪、賓士、華泰等品牌也推出了採用共軌系統的汽車。我國部分大學、研究所和企業也通過合作或獨立自主研發，取得了各具特色的研究成果，並有數十項專利公布。因此，我國在電控直噴式柴油機方面已積累了一定的經驗，但總體來說與國外還存在差距，主要體現在製造工藝和批量生產的質量控制。此外，國內共軌系統相關配套體系不健全，部分零部件還依靠進口，如單片機晶片、共軌壓力感測器等。
競爭局勢
相對於汽油機而言，國內在電控柴油機方面與國外差距相對較小。這得益於兩方面原因：一是我國原有柴油機使用車輛大都具有自主品牌，二是我國柴油機使用車輛的舒適性要求不高，價格低廉，國外公司與中國企業競爭不占優勢。
隨著排放標準的提高，柴油機必須採用電控噴射系統。國內柴油電控系統主要有共軌、單體泵等，和國外先進技術比，雖然還不具備對等的實力，但發展勢頭良好。如無錫油泵油嘴研究所研發的共軌系統已在無錫公交使用，同時國內從事電控柴油機研發的企業數量較多，因而國內在電控柴油機市場今後一定會有所作為。而國外公司提供的產品價格相對較高，供貨價格取決於批量，在我國電控柴油機批量還不大的前提下，他們很難拿到比較滿意的價位。
同時，在售後服務及配件供應方面，國內自主品牌系統也存在明顯的優勢，國內自主研發的電控燃油系統競爭力主要體現在以下幾方面：首先，價格便宜，經濟批量較小。其次，對於輕卡產品，在批量不大的情況下匹配共軌技術，可選擇高噴射壓力的PM型直列泵+電子調速器+冷卻EGR方案，這也是我們的優勢。還有，對於中重型車輛，在國Ⅲ階段已開始實施共軌、單體泵等技術路線。同時值得一提的是，保護高壓共軌系統安全工作的柴油濾清器，滿足國三以上排放發動機要求的水分離器多為外企企業生產，如博世（BOSCH），曼胡（Mann-Hummel），帕克（Parker），國內品牌很少達到標準，有蘇州工業園區達菲特（DIFITE）進入部分主機匹配。在發動機的日常保養和維護上購買國外達標的柴油濾清器成本很高，如果司機沒有提高國三濾清器的維護意識，使用了便宜的不合格的國三柴油濾清器，會造成共軌系統部件發生損壞，維修代價很大。
當然，國內在電控柴油機系統方面還面臨很多挑戰，如製造工藝不成熟，批量規模較小；燃油品質難以保證；柴油機後處理技術水平不高等。但這些會隨時間推移，不久將逐步得到解決。
