第一節(jié) 國(guó)際柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)高壓泵產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

一、產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

國(guó)外柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)的 研究 主要始于20世紀(jì)70年代,到現(xiàn)在已發(fā)展了3代。

第1代電控噴油系統(tǒng)是位置控制式,即在不改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,用電控組件來代替原有的機(jī)械控制機(jī)構(gòu),提高控制精度和響應(yīng)速度。

其優(yōu)點(diǎn)是無須對(duì)柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng),生產(chǎn)繼承性好,便于對(duì)現(xiàn)有機(jī)型進(jìn)行技術(shù)改造;

缺點(diǎn)是控制自由度小,精度差,噴油率和噴油壓力難于控制,而且不能改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)固有的噴射特性,因此很難較大幅度地提高噴射壓力。

第2代電控噴油系統(tǒng)是時(shí)間控制式,利用柱塞泵可承載高壓的特性,并采用高速?gòu)?qiáng)力電磁閥的溢流特性來控制噴油量和噴油定時(shí),但由于電磁閥的響應(yīng)時(shí)間對(duì)噴油過程的影響較大,特別是在高速時(shí),電磁閥的響應(yīng)速度相對(duì)變慢,因此,必須對(duì)電磁閥進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),以盡可能縮短響應(yīng)時(shí)間,提高控制精度。

第3代電控噴油系統(tǒng)是時(shí)間-壓力控制式,利用高壓共軌或共軌蓄壓或液力增壓形式獲得高壓,采用時(shí)間-壓力式燃油計(jì)量原理,即高壓油泵并不直接控制噴油,只是向公共控制油道(共軌) 供油以維持所需的共軌壓力,通過連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來控制噴射壓力,利用電磁閥控制噴射過程。同時(shí)根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)行工況的不同,適時(shí)控制噴油量與噴油定時(shí),從而達(dá)到與其相適應(yīng)的最佳狀態(tài)。

由于共軌式噴油系統(tǒng)中共軌壓力與噴射壓力互不相關(guān),因此其噴射壓力不受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量的影響。共軌式噴油系統(tǒng)取消了齒桿、調(diào)速器、提前器等傳統(tǒng)的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),利用高速電磁閥控制系統(tǒng)的噴油量、噴油定時(shí)、噴射壓力及噴油速率等,實(shí)現(xiàn)了噴油系統(tǒng)的全電子控制,將高壓噴射與電子控制完美地結(jié)合起來,目前已成為柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)的主流方式。

目前新型電控噴油系統(tǒng)的最高噴射壓力早已超過了150MPa,其中美國(guó)卡特匹勒公司的NGEUI噴油系統(tǒng)的最高噴射壓力為207MPa,而日本電裝公司和杰克賽爾公司聯(lián)合研制的電控超高壓噴油系統(tǒng)的最大噴射壓力可達(dá)300MPa。

而L’orange公司在產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品上使系統(tǒng)壓力達(dá)到了180 MPa。該系統(tǒng)用在新的單缸排量為l737L的MTU 8000系列V型柴油機(jī)上。

二、產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題

1、高壓共軌系統(tǒng)的恒高壓密封問題。

高壓共軌系統(tǒng)的密封性能影響燃油噴射壓力的提高和柴油機(jī)性能。傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)和電控泵只在20~30A內(nèi)高壓供油，油泵驅(qū)動(dòng)扭矩的峰值很高，但泄漏時(shí)間很短，而高壓共軌燃油系統(tǒng)在一個(gè)循環(huán)內(nèi)都高壓供油，噴油器中的針閥偶件和控制活塞偶件長(zhǎng)期處于恒定高壓中，泄漏量大幅增加，因此，必須進(jìn)一步解決零部件的恒高壓密封問題。

2、解決共軌壓力的微小波動(dòng)造成的噴油量不均勻問題。

高壓共軌系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)壓力穩(wěn)定性直接影響系統(tǒng)理想噴油規(guī)律的實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)高壓共軌系統(tǒng)壓力波動(dòng)性的 研究 已經(jīng)成為當(dāng)前的熱點(diǎn)之一。

3、解決高壓共軌系統(tǒng)的多MAP優(yōu)化問題。

電控燃油系統(tǒng)中，ECU根據(jù)其內(nèi)部存儲(chǔ)的MAP控制噴射過程，現(xiàn)有的電控泵ECU中只有噴油量MAP和噴油定時(shí)MAP而高壓共軌燃油系統(tǒng)除這兩者外,還有噴油壓力,MAP和預(yù)噴射MAP等，控制數(shù)據(jù)較多，要根據(jù)排放和燃油耗進(jìn)行優(yōu)化，工作量很大。因此需要 研究 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型映射MAP數(shù)據(jù)、自學(xué)習(xí)優(yōu)化方法等很多關(guān)鍵技術(shù)，以解決多MAP優(yōu)化問題。

三、產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的應(yīng)用使柴油機(jī)的排放，噪聲及燃燒性能都得到了很大改善，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，大大增強(qiáng)了柴油機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著電子技術(shù)、材料技術(shù)以及控制理論等的不斷發(fā)展，該技術(shù)還具有很大的發(fā)展?jié)摿?，進(jìn)一步的 研究 主要體現(xiàn)以下趨勢(shì)：

1、設(shè)計(jì)開發(fā)新的執(zhí)行器，以及通過對(duì)高壓油泵噴嘴材料和加工過程的改進(jìn)進(jìn)一步提高燃油噴射壓力及其精確性，使燃燒更為充分。

2、通過最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制等控制理論的 研究 ，將模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于非線性的滑?？刂?、基于辨識(shí)模型的自適應(yīng)控制等運(yùn)用到電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)中，改進(jìn)其控制策略。

3、 研究 新的噴油規(guī)律。隨著柴油車數(shù)量增加，柴油機(jī)尾氣已經(jīng)成為大氣的主要污染源之一。因此，世界各國(guó)都在積極探索新方法和采取有效的技術(shù)措施主動(dòng)減少和控制污染物的排放，歐洲已經(jīng)制訂出嚴(yán)格的歐V、歐VI排放法規(guī)，預(yù)計(jì)2014年開始實(shí)施歐VI排放法規(guī)。因此，必須不斷 研究 滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)的噴油規(guī)律，進(jìn)一步降低柴油機(jī)的排放。

4、燃油噴射系統(tǒng)的數(shù)值模擬技術(shù)。通過仿真軟件建立電控高壓共軌燃油系統(tǒng)的數(shù)值模型， 分析 燃油的噴射過程及系統(tǒng)參數(shù)對(duì)燃油噴射特性的影響，為燃油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，故障 分析 提供理論依據(jù)，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。

5、傳感器技術(shù)。隨著噴射壓力的不斷提高，要求有更高精度和響應(yīng)速度的新型智能傳感器。

第二節(jié) 國(guó)際柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)高壓泵產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀 分析

一、產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)總述

目前世界上主要有三大公司在研發(fā)和生產(chǎn)柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)，日本電裝、德國(guó)博世和美國(guó)德爾福。共軌系統(tǒng)將燃油壓力產(chǎn)生和燃油噴射分離開來，如果把單體泵柴油噴射技術(shù)比做柴油技術(shù)的革命的話，那共軌就可以稱作反叛了，因?yàn)樗畴x了傳統(tǒng)的柴油系統(tǒng)而近似于順序汽油噴射系統(tǒng)。共軌系統(tǒng)開辟了降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放和噪音的新途徑。

由于其強(qiáng)大的技術(shù)潛力，今天各制造商已經(jīng)把目光定在了共軌系統(tǒng)第3代——壓電式(piezo)共軌系統(tǒng)，壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，于是得到了更加精確的噴射控制。沒有了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單。壓力從200～2000帕彈性調(diào)節(jié)。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOX的排放。

二、2010-2011年市場(chǎng) 發(fā)展 分析

柴油燃油噴射系統(tǒng)從機(jī)械控制式發(fā)展到電子控制式系統(tǒng)后，電子噴射系統(tǒng)又經(jīng)歷了三次變革，即位置式燃油噴射系統(tǒng)、時(shí)間式燃油噴射系統(tǒng)和時(shí)間壓力式燃油噴射系統(tǒng)（共軌系統(tǒng)）。高壓共軌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)小油量的精確控制，更好地實(shí)現(xiàn)多次噴射。

隨著全球性的環(huán)境和能源問題越來越嚴(yán)峻，電控噴射技術(shù)在柴油機(jī)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。共軌噴射技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)發(fā)展史上的一大飛躍，是21世紀(jì)柴油噴射系統(tǒng)的主流。

第三節(jié) 主要國(guó)家柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)高壓泵產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 分析

一、美國(guó)

美國(guó)德爾福公司自2000年兼并了英國(guó)盧卡斯公司的柴油系統(tǒng)及其相關(guān)的售后市場(chǎng)業(yè)務(wù)以后，在柴油噴射系統(tǒng)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)方面得到了進(jìn)一步發(fā)展。該公司開發(fā)的Multec DCR1400型電控高壓共軌噴油系統(tǒng)，以其獨(dú)特的噴油器設(shè)計(jì)、精確的噴油量控制能力、創(chuàng)新的控制策略和良好的系統(tǒng)配套適應(yīng)性，得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，并可以使柴油機(jī)排放達(dá)到歐3標(biāo)準(zhǔn)。

二、歐洲

德國(guó)的汽車公司對(duì)共軌噴油系統(tǒng)尤為推崇。在Mercedes-Benz公司，共軌噴射系統(tǒng)正以驚人的速度替代常規(guī)的噴油系統(tǒng)。

BMW也是共軌噴射系統(tǒng)的主要倡導(dǎo)者之一，其530D六缸柴油機(jī)被譽(yù)為目前為止最精確優(yōu)化的柴油機(jī)。BMW公司已生產(chǎn)小排量320型共軌柴油機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)被列入了Rover75型汽車的320D發(fā)動(dòng)機(jī)系列中。

三、日本

3、日本DENSO公司

電裝株式會(huì)社(DENSOCORPORATION)成立于1949年12月16日，是世界汽車系統(tǒng)零部件的頂級(jí)供應(yīng)商。截至2005年3月31日，株式會(huì)社電裝在全球31個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)有171家子公司，共有104，183名員工在其中供職，全球聯(lián)合銷售額為約260.53億美元。在2005年8月《財(cái)富》周刊公布的世界500強(qiáng)企業(yè)排名中位列203位。

作為提供汽車前沿技術(shù)、系統(tǒng)以及不見的頂級(jí)全球供應(yīng)商之一，電裝在環(huán)境保護(hù)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理、車身電子產(chǎn)品、駕駛控制與安全、信息和通訊等領(lǐng)域，成為全球主要整車生產(chǎn)商可信賴的合作伙伴。

電裝提供多樣化的產(chǎn)品及其售后服務(wù)，包括汽車空調(diào)設(shè)備和供熱系統(tǒng)、電子自動(dòng)化和電子控制產(chǎn)品、燃油管理系統(tǒng)、散熱器、火花塞、組合儀表、過濾器、產(chǎn)業(yè)機(jī)器人、電信產(chǎn)品以及信息處理設(shè)備。目前，電裝共有21種產(chǎn)品排名世界第一。

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