柴油机燃油喷射装置的发展动向

燃油喷射系统是柴油机中最重要的子系统,为满足柴油机的多用途需求,必须开发出高性能的燃油喷射系统。以柱塞式燃油喷射装置和共轨燃油喷射装置的结构、特点及功能为着眼点,介绍柴油机燃油喷射装置的技术发展动向,并以电磁阀式喷油器为例,阐述了材料技术的发展为先进的共轨喷油系统实现高压喷射与多次喷射功能提供了有力的技术支持。     

小型非道路用共轨直喷式柴油机的技术理念

近年来,由于对工业用发动机运行平顺性和低燃油耗方面的要求日益提高,因此,要求农业、园林及工程机械等非道路用发动机具有高功率、低燃油耗和低噪声的特点。此外,即使是小型发动机,其电子控制装置的发展趋势也需保持一致。基于这些背景,开发了采用共轨燃油喷射系统的新型非道路用直喷式柴油机,以满足上述要求。评述了在小排量非道路用柴油机上采用共轨燃油喷射系统,以及优化燃烧系统和喷油特性的技术。     

具有共轨式喷射系统的燃烧技术的新发展

新型MTU 4000系列柴油机，采用了一种新的共轨式喷射系统。它克服了传统喷射系统的典型约束，即喷射压力与柴油机转速有关，本文提出了有关燃烧技术发展的新措施，并要求充分利用共轨式喷射系统的优点，利用柴油机整个特性场中可获得的高的喷射压喷孔的数量，还可以应用更浅的活塞顶面盆槽从而将改善空气在燃烧室中的分布，最终可以降低有害物的排放和燃油消耗率。     

适应环保与节能要求的工程机械柴油机共轨式电控燃油喷射技术

代表着当今柴油机技术最新水平的共轨式电控燃油喷射技术,通过优化喷油特性,改善燃油燃烧过程,有效降低了柴油机的油耗和污染排放。对该技术的形成背景、原理和性能进行分析,以便提出下一步研究方向。     

4000系列柴油机共轨式燃油喷射系统的开发

在４０００系列柴油机共轨式燃油喷射系统中小及到了全新开发的技术，并首次在此种功率等级柴油机上批量采用，此系统的开发是腓德烈斯哈芬的ＭＴＵ公司合作完成的。用此新的燃油喷射系统成功地克服了传统方案固有缺点，从而可以任意选择喷射定时，喷射量以及喷射压力特性曲线，另外，通过液压控制的针阀关闭达到极迅速的喷射终止，不需要大的花费可提高预喷射。     

环保和经济性兼顾的先进共轨系统

近年来，全球产业界都在致力于环境保护方面的研究。汽车行业也在付出极大的努力，以满足包括氮氧化物和颗粒限值在内的各项排放法规，同时，从防止全球气候变暖及节能的角度出发，还必须满足降低二氧化碳（CO2）排放的要求。有鉴于此，具有极大CO2减排潜力的柴油机受到了极大关注。为了提高柴油机降低CO2排放的能力，同时解决其本身仍存在的问题，即“缓慢、肮脏、噪声大”的问题，共轨燃油喷射系统已成为不可或缺的技术。电装公司开发了先进的第3代共轨燃油喷射系统，具有在每个燃烧循环中最多喷油9次的能力，且喷油压力达200MPa。介绍了这一先进共轨燃油喷射系统的性能和效果。     

近代机车柴油机技术的新进展

论述了近代机车柴油机的发展趋势，除柴油机主要技术参数得以提高；采用燃油高压喷射；降低有害物排放，改善环境污染；采用新结构、新工艺提高可靠性；应用新学科，近几年来机车柴油机技术又取得了新进展，主要是单机大功率４４１３ｋＷ（６０００马力）等级柴油机的研制与发展，模块式结构设计，共轨式电子燃油喷射系统和电控技术的新进展。     

L’Orange公司平台设计的共轨式高压泵

1997年8月,LOrange公司研制出世界上第一套电子控制的共轨式燃油喷射系统。该系统在MTU/DDC4000系列柴油机上的应用使该柴油机取得极大的成功。该喷射系统使燃烧系统面貌一新,在燃油效率、排放和烟度以及输出功率和扭矩等方面均有极大的改进。柴油机发展的前一百年的特点大体上只体现在功率输出和燃油效率方面的改进。将来的一个主要任务将是满足排放法规的要求,这些要求将愈来愈苛刻,差不多每3至7年变更一次。对于高压油泵,存在一种很大的潜力,可以仅用一种型号或一种系列的油泵来满足几种发动机机型的需要,这可以使费用保持在可接受的水平。这些基于平台设计的油泵可导致柴油机在配件供应、经济性以及运行性能方面的改进。LOrange公司在2002年为20缸V型长行程MTU4000系列柴油机研制的直列式高压泵就是带锐边的柱塞泵技术的第一个实例,本文将对此详细介绍。令人瞩目的是,同一型号的直列式泵可适用于整个系列的柴油机,从4缸100kW/缸(采用一台泵)到18缸1200kW/缸的V型机(采用4台泵),使柴油机结构显著简化。泵的可用转速由800r/min到3150r/min,采用由柴油机曲轴驱动的齿轮,选用适当的齿轮比,从而克服了泵转速对各种柴油机标定转速的依赖性。目前该泵有2种柴油型的:一种是4柱塞型的;另一种是2柱塞型的,供油量分别为32L/min和16L/min。这些基于平台设计的油泵的普遍选择将为开发人员提供这样的机会:使喷射系统和燃烧系统的开发更集中在发动机性能、应用和系统的集成化上,而不只是停留在新的零部件的开发上。     

高压共轨系统的开发

介绍了了L'orange股份有限公司开发并在MTU 4000系列柴油机上应用的高压共轨电控燃油喷射系统的原理及特点。该系统在8000系列柴油机上又进行了改进。高压共轨系统满足了日益严峻的排放法规的要求。     

用于柴油机节能减排的DUAP燃油喷射系统

内燃机的任务是在燃料燃烧期间将其化学能经热能转变成机械能。发动机发明至今,人们一直在追求高效而洁净的能量转换过程和方法。为实现这一目标,需要协调发动机、燃油和燃油喷射系统之间的关系。燃油喷射系统负责将燃油注入发动机燃烧室并促使其燃烧。虽然经过长期不懈的努力,甚至利用了电子装置,空气与燃料的均匀混合以及完全燃烧的理想仍然尚未实现。近十二年以来,在发动机、燃油喷射系统和排气后处理系统的研发过程中,虽然完全燃烧的问题仍未解决,污染物的成因仍不十分明确,但大量工作仍是围绕降低污染物排放进行的。作为整个能量传递系统的组成部分,燃油喷射系统的功能和所有参数非常重要,对其充分了解有助于提供理想的清洁能源。DUAP燃油喷射系统的开发重点是高效高质量地进行燃油的喷射、雾化和燃烧,以及在各种发动机负荷条件下和燃用不同类型、不同质量的燃油时的运用灵活性。沿着这一方向去思考,传统的机械式和现代的燃油喷射系统（诸如共轨系统,包括压电陶瓷技术）,在燃油雾化和在整个燃烧室的分布方面,均仍有很大潜力。这两个参数决定着燃油的燃烧效果和清洁能源的最佳化传递过程。必须对高性能材料的使用和生产-测量-试验过程进行不断改进。也就是说,重新设计流程,包括技术、商业和社会层面。利用这种系统化再造过程,遵循工程规范,井井有条,就可以使燃油消耗和喷射系统组件的寿命提高一个档次。一个实例就是：在一台采用传统机械式喷射系统改进型发动机中燃油消耗降低了3.5%;用共轨喷油器,运行寿命超9000 h。DUAP公司的燃油喷射系统适用各种燃油,通过燃油的高效燃烧可提供清洁能源。为生产最优化的部件需要对设计和工艺进行深入了解。具备这种能力,是全面满足制造方、购买方     

满足最低废气排放限值的Volkswagen新型2L涡轮增压直喷式柴油机（第一部分）

对欧洲的Volkswagen Tiguan和Audi A4轿车上已使用的共轨柴油机作了进一步改进之后,从2008年中期开始在美国上市的VW Jetta轿车可满足全球最严格的排放法规Tier2 Bin5中对废气排放限值的要求。除了采取燃油喷射系统优化、低压废气再循环系统和新型气缸压力调节法的实用化等机内措施外,NOx后处理系统的应用是其技术特点。新的柴油机系统要求针对全新的燃烧方式开发新的控制算法和进行细致的参数匹配。     

具有共轨式燃油喷射系统的大型柴油机工作和燃烧过程听优化

瑞士苏黎世联邦技术大学内燃机及燃烧技术实验室和NSD（新苏尔寿内燃机公司）和ABB涡轮系统公司合作，对一台1420KW中速柴油机进行了优化，使其在发电运行时有害物排放量降到最低程度。采用了综合空气和燃油方面的各种措施，除了增压系统高压侧采用米勒方法和冷却的废气再循环外，还采用了共轨燃油喷射系统及可变涡轮几何形状的废气涡轮增压器。     

1000～5000kW柴油机用新型共轨系统

燃油的可压缩性和压力波动态特性的影响会制约共轨系统（CRS）的喷射。共轨系统布置及其几何形状分布会对每个喷油器的喷射过程产生很大影响。根据采用液力学模拟工具AMESim对共轨系统进行模拟所得的结果，设计制造并试验了新的共轨喷油器和高压油泵。它们是最适合功率为1000—5000kW柴油机的新型共轨系统的关键，而这类柴油机广泛适用于机车、船舶、发电和重型土方机械。喷油器在其体内有一个蓄压室，其易于安装到发动机气缸盖内。致动件布置在前部，从而使得结构很紧凑。在单次喷射或多次喷射情况下，喷油器均具有良好喷油率特性。对新的共轨系统的喷油规律与以前的装有共轨，但喷油器内不带蓄压室的系统的喷油规律进行了比较。带有正弦偏心轴和滑动座（位于偏心轴和每个柱塞底之间）的高压泵提供压力油。为了获得长的使用寿命，对柱塞底和滑动座之间的润滑给予了特别关注。每个柱塞的工作腔内的压力借助一个小活塞传递给柱塞底。上述共轨系统的新型泵结构非常简单。性能结果展示了该共轨系统具有非常理想的液压效率。     

Volkswagen公司新型2L4气门共轨燃油喷射涡轮增压直喷式柴油机

为了应对未来10年日趋严格的排放限值,以及满足“行人保护”的迫切要求,并改善车内外声学性能以进一步提高舒适性,Volkswagen公司开发了新一代柴油机。介绍了首次装在新型Volk-swagenTiguan运动型多用途车上、采用共轨燃油喷射系统的2L4气门涡轮增压直喷式柴油机,这种柴油机标志着一种动力性好、效率高的柴油机系列已揭开序幕。通过将2L涡轮增压直喷式柴油机与共轨燃油喷射相结合,已开发出一台低于欧5排放限值、能提供驾驶乐趣、经济省油的,并在运转平稳和舒适性方面表现尤为突出的发动机。     

大型柴油机用共轨系统

大功率柴油机的立法将继续压低NOx和MP(颗粒物质)的排放量。很显然,使用电子控制的燃料喷射系统,尤其是共轨系统(CRS),将强有力地支持燃烧优化以达到法定的排放限值标准。本文对几种不同的电控燃料喷射系统进行了比较,并介绍了一种新型的用于高中速柴油机的模块化共轨系统(MCRS)。这种新的模块化共轨系统技术是专门针对满足燃用柴油、喷油率为500~3000mm~3/行程的应用范围而开发的。     

俄罗斯地铁车辆制造公司提供PA2型内燃动车组

德国MTU公司的低排放12V 4000R33型机车柴油机刚刚收到美国环保局发放的Tier2级排放标准证书。 这种2250英制马力（1678kW）柴油机专门针对铁路用途进行了优化，它装有MTU公司的第二代共轨式燃油喷射系统、水冷式排气系统和涡轮增压器以及先进的电子控制装置。     

电子喷射系统的技术发展及动向

介绍世界上柴油机采用电子喷射系统的现状，其中包括中小型柴油机和大型柴油机的情况，电子喷射系统包括共轨式系统，增压活塞式系统以及整体式泵系统，对未来动向进行了展望，其中提到蓄压管制阀式喷射系统以及多种燃料分层次喷射的系统，强调指出未来的柴油机要兼顾效率和环保两方面。     

柴油机低温燃烧试验研究

在一台光学高速直喷柴油机上采用多级喷射方法进行了低温压缩发火燃烧研究。对放热特点进行了分析。通过对自然火焰光度摄像,实现了整个循环燃烧过程可视化。测量了排气管内的NOx排放值,分析了引喷定时、引喷燃油量、主喷定时、运行负荷以及喷射压力对燃烧和排放的影响。低温燃烧模式是通过采用喷射定时远在上止点之前的小量引喷及随后在上止点之后的主喷来实现的。试验结果与传统柴油机（扩散）燃烧进行了对比。在所有低温燃烧下观察到以预混合为主的放热率曲线模式,而在传统燃烧方案下观察到典型的扩散火焰燃烧放热率模式。在传统的燃烧条件下观察到高亮度火焰,而在低温燃烧方案下观察到亮度低得多的火焰。在较高负荷和喷油量较低的方案,观察到在有些方案下有液态燃油喷入低温预混合火焰中。与传统扩散燃烧相比,低温燃烧在相似的运行负荷下取得了碳烟和NOx同时降低的效果。对于高负荷条件,由于缸内温度较高,NOx排放量较大。不过,与传统燃烧相比,高负荷条件下碳烟量有明显降低,这表明,增大喷射压力可显著减少碳烟排放量。     

机车柴油机燃油喷射及燃烧室系统故障诊断方法的研究

本文以柴油机性能研究的理论为基础，系统地分析了机车柴油机燃油喷射系统和燃烧室系统故障的主要形式及其主要故障的诊断问题。诊断方法的突出特点是直接通过对柴油机燃油喷射和燃烧过程的分析，揭示导致其性能恶化的原因。由此而建立的高压油管压力波统计分析和显著性检验的诊断方法，缸内示功图（倒拖示功图和燃烧示功图）和放热规律分析的方法，较好地解决了燃油喷射及燃烧室系统故障的诊断问题。此外，通过长、短通道实测示功图     

新一代清洁型乘用车柴油机

相比汽油机,柴油机在热效率方面更具优势。近年来．在采用共轨喷油技术和柴油颗粒捕集器的基础上,通过应用稀氮氧化物捕集器及选择性催化还原系统等后处理装置,柴油机已经变得更加清洁。另一方面,由于在全球范围内对发动机燃油经济性的要求不断提高,所以也希望能进一步降低柴油机的燃油耗。在这一背景下,马自达汽车公司开发了新一代的清洁型柴油机,将其用于日本国内市场销售的运动型多功能车。新型柴油机采用串联式顺序两级涡轮增压系统,并结合低压缩比技术,获得了理想的燃烧。配装新型柴油机的车辆具有良好的驾驶乐趣和较高的燃油效率．并且能在不采用氮氧化物后处理装置的情况下满足现行排放法规的要求。