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摘自2004年9/10月AutomotiveDesignAsia噴射系統(tǒng)JeffDaniels摘要柴油噴射壓力已提高到2000巴,汽油直噴和壓電技術(shù)都變得越來越常見,因?yàn)槿加凸┙o系統(tǒng)在不斷地改革。大約在過去的五年中,汽車燃油供給技術(shù)發(fā)生了一場革命,其中變化最大的是柴油發(fā)動機(jī),在直噴柴油機(jī)上運(yùn)用了共軌系統(tǒng),該系統(tǒng)安裝有壓電式噴油器,現(xiàn)在正受到人們越來越多的關(guān)注。在汽油發(fā)動機(jī)方面,現(xiàn)在也有往直噴技術(shù)發(fā)展的趨勢,但這種趨勢逐漸趨緩,而且并沒有都往這個(gè)方向發(fā)展,也有其它新的技術(shù),諸如空氣引射技術(shù),但受材料方面的影響進(jìn)展也較緩慢。任何燃油供給系統(tǒng)最基本的功能是向每個(gè)汽缸供給足夠的燃油,通過這種方式與吸進(jìn)來的空氣混合并燃燒,當(dāng)然,燃燒得越完全越好。隨著對汽車排放要求的提高,對該方面的更精確控制變得很有必要。燃油供給系統(tǒng)不僅要改變循環(huán)供油量,同時(shí)要改變噴油正時(shí)和噴油位置。在90年代中期,化油器式的汽油機(jī)各項(xiàng)性能還能基本達(dá)到要求,該技術(shù)是把然油和空氣在進(jìn)氣歧管前混合,當(dāng)進(jìn)氣門打開后,可然混合氣流經(jīng)進(jìn)氣歧管吸入氣缸,但該技術(shù)在控制方面并不精確。之后化油器的大量改進(jìn)針對的目標(biāo)首先是完美地控制每個(gè)氣缸混合氣的濃度和量,其次是克服系統(tǒng)高慣性的操空缺點(diǎn),再次是完成良好的混和與完全燃油燃燒。達(dá)到排放法規(guī)所規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)需要三元催化轉(zhuǎn)換器,所以法規(guī)一出臺,化油器變成為了歷史。有效的操作應(yīng)該是應(yīng)該是控制可然混合氣濃度,即在大多數(shù)情況下把濃度控制在理論空燃比附近。結(jié)果燃油噴射變得強(qiáng)制性了。歐洲沒有采用美國早期的解決方法(燃油在喉管噴射),而是致力于開發(fā)在每個(gè)氣缸安裝一個(gè)噴油器的獨(dú)立噴射技術(shù)。所有噴油器同步工作技術(shù)在90年代早期較為普遍,在配有優(yōu)化正時(shí)技術(shù)時(shí),但是和排放方面的有些要求必須大量采用該方法。此后,問題成為解決方法應(yīng)該向哪個(gè)技術(shù)方向發(fā)展。解決方案不斷出現(xiàn):燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放驅(qū)動了歐洲排放法規(guī)向前邁進(jìn)。通過提高壓縮比來提高熱效率的任何解決方法,只要排放達(dá)標(biāo),都被受視為可行的。從燃油系統(tǒng)的觀點(diǎn)看,這將使汽油直噴技術(shù)推向關(guān)注前沿。該技術(shù)首先引起廣泛關(guān)注是在解決了使稀燃發(fā)動機(jī)高效率工作后,使其在空然比圍50:1或者更稀的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。然而,即使不用高壓縮比(它涉及到對該系統(tǒng)復(fù)雜的控制程序作處理)直噴技術(shù)也有兩個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn):燃油在汽缸中的蒸發(fā)產(chǎn)生一個(gè)使爆燃可能性提高的冷卻效果它使壓縮比提高至11:1或12:1,或更高;另外缸內(nèi)燃油噴射的準(zhǔn)確性與現(xiàn)代所有發(fā)動機(jī)內(nèi)漩渦以及氣流混和的類型有關(guān),此能力潛在地寫出了熱效率地提高和排放的降低。當(dāng)大家還把注意力集中在靠稀燃技術(shù)來提高燃油經(jīng)濟(jì)性(部分負(fù)荷)直噴汽油機(jī)時(shí),有著良好聲譽(yù)的歐洲制造商們已經(jīng)為純粹達(dá)到更高性能而采用了該技術(shù),而且這樣也給他們帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,它不需要提高更寬范圍內(nèi)的混合氣濃度,而只需切換稀燃模式和理論空燃比模式。歐洲最早把汽油直噴技術(shù)應(yīng)用到發(fā)動機(jī)上的制造商雷諾,雖然沿用了稀燃技術(shù),但又悄無聲息地放棄了該技術(shù),并聲稱這個(gè)教訓(xùn)將對后續(xù)的發(fā)展有研究價(jià)值。同時(shí)在日本,稀燃技術(shù)的研究仍在繼續(xù)(不止是雷諾的合作伙伴日產(chǎn));在德國,該技術(shù)已經(jīng)被接受,而且已經(jīng)在致力于其性能的提高。歐洲已經(jīng)證實(shí)了稀混和氣燃燒的發(fā)展沒有市場,因?yàn)樗懈咚俚南拗?,且因此不能高?fù)荷工作,這意味著第一代直噴式稀混合氣燃燒單元與傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)相比僅顯示了一點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性。汽油直噴技術(shù)產(chǎn)生它本身的技術(shù)問題,許多問題已經(jīng)由與柴油共軌系統(tǒng)類似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解決了,盡管油更低的壓力和運(yùn)作限制。汽油可在整個(gè)壓縮行程中噴射,它取決于電火花點(diǎn)火時(shí)刻,所以在柴油機(jī)中沒有必要用高流速,大多數(shù)柴油是在極短的時(shí)間內(nèi)流動。現(xiàn)代發(fā)動機(jī)有兩個(gè)最基本的要求:高電阻失火和可靠的火焰前焰?zhèn)鞑?,直噴發(fā)動能較容易地滿足這兩個(gè)要求。與此同時(shí),空氣輔助噴射的進(jìn)展卻不快,曾經(jīng)被視為很有前途的氣缸內(nèi)混合技術(shù),現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)很難做得像氣缸內(nèi)氣流控制技術(shù)一樣精確,而氣流控制技術(shù)主要是得益于越來越復(fù)雜的計(jì)算機(jī)分析。在將來,可以坦白地說,柴油共軌系統(tǒng)所采用的任何技術(shù)都能潛在得應(yīng)用到汽油直噴技術(shù)中。然而系統(tǒng)壓力似乎不能再高了,但趨勢還是上升的。由于高速氣流使得噴油正時(shí)有更多機(jī)動性。汽油系統(tǒng)對預(yù)噴射沒有要求,但是對NOX轉(zhuǎn)換器的操作,也許還有對所有冷啟動后快速加熱轉(zhuǎn)換器地操作,可要求用相同的多脈沖技術(shù)控制后噴射。汽油噴射專家們已經(jīng)準(zhǔn)備好使已使用的柴油機(jī)壓電操作原理延伸到汽油領(lǐng)域。近幾年對于柴油技術(shù)發(fā)展比汽油技術(shù)發(fā)展快得多的說法都已經(jīng)沒有異議,在短短的十年中已從預(yù)燃室間接噴射系統(tǒng)發(fā)展到電子控制技術(shù)、直噴技術(shù)、共軌系統(tǒng)(單元噴射)、多脈沖技術(shù)、壓電式噴油器技術(shù),現(xiàn)在,最新型的lightduty系統(tǒng),該系統(tǒng)配有共軌系統(tǒng)能夠產(chǎn)生1800bar的壓力,但它依賴于發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件,而且壓電式噴油器能在一個(gè)行程中產(chǎn)生五次不同的脈沖。柴油技術(shù)難題柴油系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩個(gè)難題還是那兩個(gè):在較高空燃比條件下,活塞在燃油剛開始噴射就開始運(yùn)動,燃油噴射面由噴油壓力精確控制。因此,一般來講,越高的噴油壓力越好,隨著噴油壓力的提高噴油速率也提高,同時(shí)使得噴油角度減小,減弱了燃油在氣缸壁的凝結(jié),改善了發(fā)動機(jī)的排放性能。影響燃油蒸汽流動速率的一個(gè)決定性因素柴油機(jī)上改進(jìn)的渦輪增壓技術(shù)和氣缸蓋上的多氣門技術(shù)可使得進(jìn)氣氣流速度增加,現(xiàn)在正致力于開發(fā)帶有七個(gè)噴孔的噴油嘴(不止是在加工技術(shù)方面),盡管它們的微米級尺寸不相同,但還需要把它們部分統(tǒng)一起來。共軌系統(tǒng)中的油泵能很容易在蓄壓共軌中產(chǎn)生很高壓力,它比上一代的多活塞泵更容易實(shí)現(xiàn)高壓,裝有SW型噴油泵的共軌系統(tǒng)一開始就把正常工作壓力定在1400bar(除了工農(nóng)業(yè)應(yīng)用外,其他普通系統(tǒng)仍舊停留在適用性方面),但是發(fā)動機(jī)需要更高的壓力,現(xiàn)在我們可以看到高于2000bar的壓力。沒有人還在提出任何值得注意的更高壓力,因?yàn)槿绱烁叩膲毫卧獕毫Υ蠹s30000psi,與老一代的相似。不光對密封技術(shù)提出了更高要求,而且對材料也提出了很高要求。連接蓄壓共軌和噴油器的管道必須用高強(qiáng)度材料制造以防止管道破裂,所以現(xiàn)在設(shè)計(jì)者致力于把連接管路做得更短,因?yàn)閱卧獓娚湎到y(tǒng)有著它與生俱來的優(yōu)點(diǎn),元件一體化成為又一個(gè)要求。同時(shí),多點(diǎn)噴射也已經(jīng)被迅速采用?,F(xiàn)在的問題是要提供一個(gè)單獨(dú)的額外的預(yù)噴射脈沖,使得在壓縮點(diǎn)火階段供油壓力上升柔和,然而,在運(yùn)用電子控制之前一段時(shí)間,使用雙彈簧噴油器,使得整個(gè)燃燒過程中壓力曲線形狀是可以控制的,通過把主噴射分成兩次極短的噴射,減小了發(fā)動機(jī)噪音和降低尾氣排放,但這需要更靈活更精確的控制。多元化的發(fā)展菲亞特是最早解決這個(gè)難題的公司之一,她領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)了Multijet技術(shù)(在年之前,作者曾在Orbassano技術(shù)中心看到一臺演示用發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好);P.S.A.(法國標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán))卻背道而馳,它的柴油技術(shù)完全是間接噴射到共軌中去的。認(rèn)識到多次噴射的性能是解決驅(qū)動特殊的燃油濾清系統(tǒng)的理想方法。現(xiàn)在,在一個(gè)行程中有五次噴射變得越來越普遍,而七次噴射也在研究中,主要是為了滿足可以遇見的越來越高的排放要求。然而多次噴射技術(shù)最初的難題是開發(fā)電子控制系統(tǒng),該電控系統(tǒng)主要依靠電容充放電速率來決定噴油時(shí)間和噴油間隔,它能迅速變得干凈,由于噴油器本身是一個(gè)限制的因素,哪里需要極快速的反應(yīng),在螺線管的線圈
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