在汽车工业的发展进程中,排放标准的不断升级是推动技术进步的关键因素。国六排放标准的实施,对柴油机的喷油泵技术提出了前所未有的挑战。从传统的机械式喷油泵到先进的电控喷油泵,这一技术演进不仅提升了柴油机的性能,更为满足严格的排放标准提供了有力支撑。
机械式喷油泵主要包括直列柱塞式喷油泵和转子分配式喷油泵。直列柱塞式喷油泵通过多个独立的喷油通道,将燃油压缩后喷射到燃烧室。其特点是需要多个柱塞,有多少个缸就需要多少个喷油柱塞,这种结构使得体积较大,对于高速使用的轿车不太合适,因此主要应用于商用车。转子分配式喷油泵则不同,它只需一个柱塞就能管理所有气缸的喷油动作,通过一个柱塞进行喷油分配,在轿车应用领域曾有广泛应用,如以前的捷达SDI就采用了博世的VP 37电控分配泵。然而,机械式喷油泵存在诸多局限。柱塞式喷油泵采用柱塞脉动式供油方式,导致进一步提高燃油喷射压力受到限制。同时,喷油泵结构复杂,在机械式调速器和供油提前装置的自动调节过程中,不可避免地出现磨损和惯性冲击等问题,使油量调节受到影响,提前供油受到限制,造成动力性和经济性下降,以及排放烟度、噪声和耐久性受到影响。
随着计算机和传感检测技术的飞速进步,电控喷油技术应运而生并逐渐占据主导地位。电控喷油泵技术从最初的位置控制型演变至时间控制型,再到如今成熟的电控共轨系统,实现了质的飞跃。
位置控制系统保留了传统的泵 - 管 - 嘴系统,只是对齿条或者滑套的运动位置予以电子控制。例如,日本Denso公司的ECD - V1、德国Bosch公司的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都属于位置控制的电控分配泵系统。但这种系统仍需部分机械装置完成对喷油泵供油量的调节,控制精度和响应速度较低。
时间控制系统则用高速强力电磁阀直接控制高压燃油,取消了原P - T燃油系统中结构复杂的调速器和喷油器中的计量装置。高速电磁阀关闭的时刻即是喷油开始时刻,关闭的持续时间决定了喷油量。如日本Zexel公司的Model - 1电控分配泵、美国Detroit公司的DDEC电控泵喷嘴等都属于时间控制系统。
电控共轨式燃油喷射系统是第二代电控喷射系统的典型代表,也是目前柴油机燃油系统的主流技术。在电控共轨式燃油喷射系统中,对喷油量的控制采用“时间 - 压力控制”或“压力控制”方式。ECU控制供油压力调节阀使喷油器的喷油压差保持不变,再通过控制三通电磁阀工作实现喷油量和喷油正时的控制。以德国戴姆勒•奔驰公司利用Bosch公司的技术推出的采用新型高压共轨燃油喷射系统的4气门直喷式柴油机为例,该系统将油泵输出的高压燃油蓄积在共轨腔内,消除燃油中的压力波动,再输送给每个喷油器,通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。
国六排放标准对柴油机的颗粒物排放、氮氧化物排放等提出了更为严格的要求。电控喷油泵技术通过多种方式满足这些要求。高压共轨燃油喷射系统能够提供高达100 - 200MPa的喷射压力,并且可以实现预喷射、主喷射和后喷射等多种喷射组合。预喷射在主喷射之前,将小部分燃油喷入气缸,在缸内发生预混合或者部分燃烧,缩短主喷射的着火延迟期,降低缸内压力升高率和峰值压力,使发动机工作比较缓和,同时降低NOX排放。主喷射初期降低喷射速率,可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量;提高主喷射中期的喷射速率,可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期,使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成,提高输出功率,减少燃油消耗,降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油,降低烟度和碳氢排放。
此外,电控喷油泵技术能够精确控制喷油压力、喷油时机和喷油量,使柴油与空气充分混合,提高燃烧效率,减少污染物的排放。例如,博世为中国轻型商用车市场量身定制的高压共轨系统,配备了在中国本土最新研发的2000巴高压泵CB4 - 20/1和喷油器CRI1 - 20,不仅满足国六排放标准,而且能降低油耗和噪音。
从机械式到电控,喷油泵技术的演进是汽车工业发展的必然趋势。电控喷油泵技术以其卓越的性能,满足了国六排放标准的严格要求,为柴油机的可持续发展奠定了坚实基础。未来,随着技术的不断进步,喷油泵技术将继续在提高发动机性能、降低排放方面发挥重要作用。