柴油发动机高压共轨技术研究
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目前为止，Bosch 公司总共规划和设计了 3 代高 压共轨系统。图 2 为 Bosch 公司的高压共轨喷射系 统。第 3 代高压共轨喷射系统的开发重心转移到系 统的技术复杂度和精密度上。高压油泵前端的齿轮 泵将燃油从油箱抽出，通过滤清器送入具有泵油量 调节功能的高压油泵升压，分配单元将进入的燃油 分成两路:一路供给泵油元件，另一路用以冷却。高 压油泵将燃油压缩至最高压力 160 MPa，并将其输 入共轨。共轨上安装的压力传感器、压力调节器和 电控装置形成闭环的压力控制回路，高压燃油经油 轨到喷油器。
图 2 Bosch 公司的高压共轨喷射系统
该系统最大的特点在于采用了一个具有快速开关 的压电直列喷油器，见图 3。压电执行器内置于喷油 器轴体上，相比于传统喷油器减少了约 75 %的运动件 及 75 %的质量，开关速度也得到很大提高。高强度模 块式激光焊接油轨为一铸造管，是连接高压油泵和喷 油器的桥梁，也是一个蓄压器，见图 4。Bosch 公司第 4 代高压共轨喷射系统将会采用最新研制的同轴可 变 喷 嘴 及 压 力 扩 大 器 技 术 ，最 高 喷 射 压 力 将 会 超 过 200 MPa。
目前我国对高压共轨燃油喷射系统的研究与开发 尚处于起步阶段，燃油喷射系统由机械式喷射系统向 电控式喷射系统过渡还主要依靠国外技术来实现。为 尽快提高我国的自主开发和核心竞争力，我们应不遗
精块脱介筛的合格介质段；并在放料管距底板 300 mm 位置加一阀门，在平时关闭阀门。由于底部刮板是向 机头方向运动，不会有矸石或炭块进入放料管内造成 放料管堵塞。
4）链条、刮板及滑道的使用周期。对于浅槽主要 配件的更换，需要做详细的更换记录与总结，避免链条 或刮板等由于长时间运转造成过度磨损或疲劳，致使 运转过程中的停机事故，为生产管理打下良好的基础。 5 结束语
第 4 期（总第 122 期）
机械管理开发
2011 年 8 月
千斤顶将弯曲部位顶回原位。操作简单快捷，并且安 全。
图 4 加装放料管
3）加装放料管。浅槽停机撤介过程中，上升流管 及挤压阀经常容易堵塞。一旦堵塞，撤介时间将大大 增加，如果打通堵塞部位再撤介，这也将大大延长检 查、检修时间。为此在机尾底板，见图 4，增加一临时 放料管，在上升流管或挤压阀堵塞不能正常撤介时，能 及时的通过放料管进行撤介。放料管可以接向矸石或
共轨管起着将高压油泵提供的高压燃油分配到各 喷油器的作用。共轨管内柴油压力可维持在 130～ 160 MPa 范围内。共轨管上设有压力传感器，将共轨 油压信号输送到电控单元(ECU)，由电控单元对 PCV 阀实施反馈控制，使共轨油压稳定于目标值。液流缓 冲器(限流器)保证在喷油器出现燃油漏泄故障时切断 向喷油器的供油，并可减小共轨和高压油管中的压力 波动；压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时，迅 速将高压油轨中的压力进行放泄[3]。 2 国外典型高压共轨喷射系统
第 4 期（总第 122 期） No.4（SUM No.122）
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
2011 年 8 月 Aug.2011
柴油发动机高压共轨技术研究
胡祝昌，苏铁熊，李 鹏，赵开敏
（中北大学 机电工程学院，山西 太原 030051）
摘 要：介绍了柴油机高压共轨技术的发展现状，主要探讨柴油机高压共轨喷射系统的结构和原理，并对国外典型 的高压共轨喷射系统进行研究和分析，最后总结国内各种高压共轨系统的最新进展，提出亟待解决的问题和研究目 标。 关键词：柴油机；高压共轨；燃油喷射；研究目标 中图分类号：TK421.4 文献标识码：A 文章编号：1003-773X（2011）04-0023-03
图 5 ECD－U2 系统组成
ECD-U2 系统的共轨由共轨管、液流缓冲器、压力 ·24·
图 6 ECD－U2 共轨
图 7 液流缓冲器
3 国内高压共轨技术研究现状 国内对电控高压共轨燃油喷射系统的研究起步较
晚，且大都局限在电控单元硬件等方面的研究上，只有 部分大学、企业以及科研单位参与共轨系统零部件的 研制工作。目前尚未开发出成熟的柴油机电控燃油喷 射系统，距离产品化还有很长的一段路要走。以下是 国内在柴油机电控燃油喷射系统方面的研究成果：1） 清华大学研究开发的电控直列泵-管-阀-嘴(PPVI)系 统，己研制出相应的高性能电磁阀。2）天津大学内燃 机燃烧学国家重点试验室开发的新型共轨蓄压式电控 燃油系统 PAIRCUI 正处于硬件在环仿真和实机测试 阶段。3）浙江大学在锡柴 CA6110 发动机上进行了高 压共轨系统匹配试验。4）上海交通大学基于自主开 发 GD-1 型高压共轨系统处于匹配玉柴 YC6110 柴油 机的准备阶段。5）广西玉林柴油机厂与清华大学合 作开发了 GDI 型柴油机高压共轨喷射系统。6）无锡 油 泵 油 嘴 研 究 所 与 无 锡 柴 油 机 厂 合 作 ，已 成 功 的 在 CA6110 增压中冷柴油机进行了共轨式喷射系统的试 验。7）无锡威孚集团与博世公司已经联合组建了无 锡博世汽车柴油机系统股份有限公司，开始了高压共 轨系统的生产。 4 高压共轨技术的研究方向和待解决的问题
共轨技术的研究与开发热点如下：1）燃油喷射系 统的数值模拟技术。通过仿真软件建立电控高压共轨 燃油系统的数值模型，分析燃油的喷射过程及系统参 数对燃油喷射特性的影响，为燃油系统的优化设计、故 障分析提供理论依据。降低产品开发成本，缩短开发 周期。2）解决共轨压力的微小波动造成的喷油量不
（下转第 26 页）
高压共轨(Common Rail)电喷技术是指在高压油 泵、压力传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系 统 中 ，将 喷 射 压 力 的 产 生 和 喷 射 过 程 彼 此 完 全 分 开 的一种供油方式。它是由高压油泵将高压燃油输送 到 公 共 供 油 管 ，通 过 公 共 供 油 管 内 的 油 压 实 现 精 确 控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可 以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的 程度。高压共轨喷射系统主要由低压供油系统、高压 供油系统、燃油喷射系统和电控管理系统等组成，如图 1 所示。
均匀问题。高压共轨系统的动态压力稳定性直接影响 系统理想喷油规律的实现。3）新型电磁阀的研究。 未来的电磁阀要求有更快的响应能力、工作精确性、重 复、可靠性以及良好的流通能力。如采用压电陶瓷驱 动器研制高响应电磁阀。4）传感器技术。随着喷射 压力的不断提高，要求有更高精度和响应速度的新型 智能传感器。5）最佳控制策略的研究。多次喷射的 控制技术以及通过控制压力调节喷油规律。 5结论
国外很多内燃机方面的公司都在研究开发电控 高压共轨喷射系统。德国 Bosch 公司、意大利菲亚特 集团、英国 LUCAS、日本电装公司、美国德尔福公司等 世界著名油泵油嘴制造商相继开发了高压共轨系统， 下面就部分公司的电控高压共轨喷射系统进行介绍和 分析。 2.1 德国 Bosch 公司的高压共轨系统
检修管理实务全书[M]. 天津：天津电子出版社，1996.
Application and Maintenance of Dense Medium Shallow Groove Sorting源自文库Machine in the Coal Preparation Plant Wangzhuang
WANG Jian-hong, LIU Gang, YANG Xu-bin
通过对 1854 型重介浅槽分选机的管理维护，以及 检修器具的摸索完善、配件更换周期的总结，达到了提 前检修、提前更换，安全检修的良好目标。
参考文献 [1] 中国煤炭加工利用协会. 重介质选煤技术[M]. 北京：中国
矿业大学出版社，2001. [2] 李光明.现代洗选煤新工艺新技术标准与机械化操作运行
收稿日期：2011-04-07 作者简介：胡祝昌（1986-），男，江苏徐州人，在读硕士研究生，主要研究方向：内燃机动态设计。
·23·
第 4 期（总第 122 期）
机械管理开发
2011 年 8 月
限制器和共轨压力传感器等组成，如图 6 所示。液流 缓冲器与高压油管接头制成一体，保证在出现燃油泄 漏故障时切断共轨向外的供油，并可减小共轨和高压 油管中的压力波动，结构见图 7。
图 1 高压共轨系统组成示意图
1.1 电控单元（ECU）及传感器 电控单元是系统的核心部分，它一般有输入、输
出、控制、通信模块组成，ECU 根据传感器信号获得油 门踏板位置和发动机状态信息，如油门踏板位置、曲轴 转速和转角、共轨油压、增压压力、进气温度、冷却液温
度、燃油温度、进气量等信息，通过计算和处理发出控 制信号，对压力调节阀(PCV)、喷油器和其它执行器如 排气再循环阀、涡轮增压调节器等进行控制。基本的 控制功能是把一定量的柴油在适当的时刻以设定的压 力喷入燃烧室，以保证柴油机动力大、油耗低、排放少 及噪声小[2]。 1.2 共轨管
图 3 压电共轨喷油器 图 4 激光焊接油轨
2.2 日本电装 ECD-U2 系列高压共轨系统 ECD-U2 系列高压共轨系统是日本电装公司在丰
田公司与马自达公司的协助下，利用第 1 代高压共轨 系统的基础与经验，于 2002 年开始投产的第 2 代高压 共轨系统。其最高喷射压力可以达到 180 MPa。该系 列高压共轨系统最早应用于日野、三菱和日产等汽车 公司生产的大中型商用车柴油机上，目前也有部分小 型乘用车使用该系统。在我国，ECD-U2 被广泛应用 在上柴、锡柴两大企业的柴油机上。ECD-U2 系统由 燃油供给系统和控制系统两大部分组成，见图 5 [4] 。
0引言 为了满足日益严格的排放法规要求，作为柴油机
发展过程中第三次飞跃的柴油机高压共轨燃油喷射技 术已经使现代柴油机进入高新技术产品领域。高压共 轨技术不仅可提升直喷柴油机动力性能和燃油经济 性，同时改善了排放性能。它与其他电控喷油系统相 比具有明显的优越性，已成为柴油机电控技术发展的 重要方向[1]。 1 高压共轨喷射系统组成与工作原理
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separation density requirements, widely used at home and abroad. It can also achieve very satisfactory results. Key words：runway; card board device; discharge tube
(Luan Mining Group, King Coal Mine Electrical Center, Changzhi 046000, China) Abstract：Dense shallow groove sorting machine is a washing equipment using heavy medium suspension carried out on the 200-level sorting of coal. After 20 years of its development, the structure of sorting slots tend to be perfect. It can meet the different quality of raw coal and
图 2 Bosch 公司的高压共轨喷射系统
该系统最大的特点在于采用了一个具有快速开关 的压电直列喷油器，见图 3。压电执行器内置于喷油 器轴体上，相比于传统喷油器减少了约 75 %的运动件 及 75 %的质量，开关速度也得到很大提高。高强度模 块式激光焊接油轨为一铸造管，是连接高压油泵和喷 油器的桥梁，也是一个蓄压器，见图 4。Bosch 公司第 4 代高压共轨喷射系统将会采用最新研制的同轴可 变 喷 嘴 及 压 力 扩 大 器 技 术 ，最 高 喷 射 压 力 将 会 超 过 200 MPa。
目前我国对高压共轨燃油喷射系统的研究与开发 尚处于起步阶段，燃油喷射系统由机械式喷射系统向 电控式喷射系统过渡还主要依靠国外技术来实现。为 尽快提高我国的自主开发和核心竞争力，我们应不遗
精块脱介筛的合格介质段；并在放料管距底板 300 mm 位置加一阀门，在平时关闭阀门。由于底部刮板是向 机头方向运动，不会有矸石或炭块进入放料管内造成 放料管堵塞。
4）链条、刮板及滑道的使用周期。对于浅槽主要 配件的更换，需要做详细的更换记录与总结，避免链条 或刮板等由于长时间运转造成过度磨损或疲劳，致使 运转过程中的停机事故，为生产管理打下良好的基础。 5 结束语
第 4 期（总第 122 期）
机械管理开发
2011 年 8 月
千斤顶将弯曲部位顶回原位。操作简单快捷，并且安 全。
图 4 加装放料管
3）加装放料管。浅槽停机撤介过程中，上升流管 及挤压阀经常容易堵塞。一旦堵塞，撤介时间将大大 增加，如果打通堵塞部位再撤介，这也将大大延长检 查、检修时间。为此在机尾底板，见图 4，增加一临时 放料管，在上升流管或挤压阀堵塞不能正常撤介时，能 及时的通过放料管进行撤介。放料管可以接向矸石或
共轨管起着将高压油泵提供的高压燃油分配到各 喷油器的作用。共轨管内柴油压力可维持在 130～ 160 MPa 范围内。共轨管上设有压力传感器，将共轨 油压信号输送到电控单元(ECU)，由电控单元对 PCV 阀实施反馈控制，使共轨油压稳定于目标值。液流缓 冲器(限流器)保证在喷油器出现燃油漏泄故障时切断 向喷油器的供油，并可减小共轨和高压油管中的压力 波动；压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时，迅 速将高压油轨中的压力进行放泄[3]。 2 国外典型高压共轨喷射系统
第 4 期（总第 122 期） No.4（SUM No.122）
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
2011 年 8 月 Aug.2011
柴油发动机高压共轨技术研究
胡祝昌，苏铁熊，李 鹏，赵开敏
（中北大学 机电工程学院，山西 太原 030051）
摘 要：介绍了柴油机高压共轨技术的发展现状，主要探讨柴油机高压共轨喷射系统的结构和原理，并对国外典型 的高压共轨喷射系统进行研究和分析，最后总结国内各种高压共轨系统的最新进展，提出亟待解决的问题和研究目 标。 关键词：柴油机；高压共轨；燃油喷射；研究目标 中图分类号：TK421.4 文献标识码：A 文章编号：1003-773X（2011）04-0023-03
图 5 ECD－U2 系统组成
ECD-U2 系统的共轨由共轨管、液流缓冲器、压力 ·24·
图 6 ECD－U2 共轨
图 7 液流缓冲器
3 国内高压共轨技术研究现状 国内对电控高压共轨燃油喷射系统的研究起步较
晚，且大都局限在电控单元硬件等方面的研究上，只有 部分大学、企业以及科研单位参与共轨系统零部件的 研制工作。目前尚未开发出成熟的柴油机电控燃油喷 射系统，距离产品化还有很长的一段路要走。以下是 国内在柴油机电控燃油喷射系统方面的研究成果：1） 清华大学研究开发的电控直列泵-管-阀-嘴(PPVI)系 统，己研制出相应的高性能电磁阀。2）天津大学内燃 机燃烧学国家重点试验室开发的新型共轨蓄压式电控 燃油系统 PAIRCUI 正处于硬件在环仿真和实机测试 阶段。3）浙江大学在锡柴 CA6110 发动机上进行了高 压共轨系统匹配试验。4）上海交通大学基于自主开 发 GD-1 型高压共轨系统处于匹配玉柴 YC6110 柴油 机的准备阶段。5）广西玉林柴油机厂与清华大学合 作开发了 GDI 型柴油机高压共轨喷射系统。6）无锡 油 泵 油 嘴 研 究 所 与 无 锡 柴 油 机 厂 合 作 ，已 成 功 的 在 CA6110 增压中冷柴油机进行了共轨式喷射系统的试 验。7）无锡威孚集团与博世公司已经联合组建了无 锡博世汽车柴油机系统股份有限公司，开始了高压共 轨系统的生产。 4 高压共轨技术的研究方向和待解决的问题
共轨技术的研究与开发热点如下：1）燃油喷射系 统的数值模拟技术。通过仿真软件建立电控高压共轨 燃油系统的数值模型，分析燃油的喷射过程及系统参 数对燃油喷射特性的影响，为燃油系统的优化设计、故 障分析提供理论依据。降低产品开发成本，缩短开发 周期。2）解决共轨压力的微小波动造成的喷油量不
（下转第 26 页）
高压共轨(Common Rail)电喷技术是指在高压油 泵、压力传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系 统 中 ，将 喷 射 压 力 的 产 生 和 喷 射 过 程 彼 此 完 全 分 开 的一种供油方式。它是由高压油泵将高压燃油输送 到 公 共 供 油 管 ，通 过 公 共 供 油 管 内 的 油 压 实 现 精 确 控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可 以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的 程度。高压共轨喷射系统主要由低压供油系统、高压 供油系统、燃油喷射系统和电控管理系统等组成，如图 1 所示。
均匀问题。高压共轨系统的动态压力稳定性直接影响 系统理想喷油规律的实现。3）新型电磁阀的研究。 未来的电磁阀要求有更快的响应能力、工作精确性、重 复、可靠性以及良好的流通能力。如采用压电陶瓷驱 动器研制高响应电磁阀。4）传感器技术。随着喷射 压力的不断提高，要求有更高精度和响应速度的新型 智能传感器。5）最佳控制策略的研究。多次喷射的 控制技术以及通过控制压力调节喷油规律。 5结论
国外很多内燃机方面的公司都在研究开发电控 高压共轨喷射系统。德国 Bosch 公司、意大利菲亚特 集团、英国 LUCAS、日本电装公司、美国德尔福公司等 世界著名油泵油嘴制造商相继开发了高压共轨系统， 下面就部分公司的电控高压共轨喷射系统进行介绍和 分析。 2.1 德国 Bosch 公司的高压共轨系统
检修管理实务全书[M]. 天津：天津电子出版社，1996.
Application and Maintenance of Dense Medium Shallow Groove Sorting源自文库Machine in the Coal Preparation Plant Wangzhuang
WANG Jian-hong, LIU Gang, YANG Xu-bin
通过对 1854 型重介浅槽分选机的管理维护，以及 检修器具的摸索完善、配件更换周期的总结，达到了提 前检修、提前更换，安全检修的良好目标。
参考文献 [1] 中国煤炭加工利用协会. 重介质选煤技术[M]. 北京：中国
矿业大学出版社，2001. [2] 李光明.现代洗选煤新工艺新技术标准与机械化操作运行
收稿日期：2011-04-07 作者简介：胡祝昌（1986-），男，江苏徐州人，在读硕士研究生，主要研究方向：内燃机动态设计。
·23·
第 4 期（总第 122 期）
机械管理开发
2011 年 8 月
限制器和共轨压力传感器等组成，如图 6 所示。液流 缓冲器与高压油管接头制成一体，保证在出现燃油泄 漏故障时切断共轨向外的供油，并可减小共轨和高压 油管中的压力波动，结构见图 7。
图 1 高压共轨系统组成示意图
1.1 电控单元（ECU）及传感器 电控单元是系统的核心部分，它一般有输入、输
出、控制、通信模块组成，ECU 根据传感器信号获得油 门踏板位置和发动机状态信息，如油门踏板位置、曲轴 转速和转角、共轨油压、增压压力、进气温度、冷却液温
度、燃油温度、进气量等信息，通过计算和处理发出控 制信号，对压力调节阀(PCV)、喷油器和其它执行器如 排气再循环阀、涡轮增压调节器等进行控制。基本的 控制功能是把一定量的柴油在适当的时刻以设定的压 力喷入燃烧室，以保证柴油机动力大、油耗低、排放少 及噪声小[2]。 1.2 共轨管
图 3 压电共轨喷油器 图 4 激光焊接油轨
2.2 日本电装 ECD-U2 系列高压共轨系统 ECD-U2 系列高压共轨系统是日本电装公司在丰
田公司与马自达公司的协助下，利用第 1 代高压共轨 系统的基础与经验，于 2002 年开始投产的第 2 代高压 共轨系统。其最高喷射压力可以达到 180 MPa。该系 列高压共轨系统最早应用于日野、三菱和日产等汽车 公司生产的大中型商用车柴油机上，目前也有部分小 型乘用车使用该系统。在我国，ECD-U2 被广泛应用 在上柴、锡柴两大企业的柴油机上。ECD-U2 系统由 燃油供给系统和控制系统两大部分组成，见图 5 [4] 。
0引言 为了满足日益严格的排放法规要求，作为柴油机
发展过程中第三次飞跃的柴油机高压共轨燃油喷射技 术已经使现代柴油机进入高新技术产品领域。高压共 轨技术不仅可提升直喷柴油机动力性能和燃油经济 性，同时改善了排放性能。它与其他电控喷油系统相 比具有明显的优越性，已成为柴油机电控技术发展的 重要方向[1]。 1 高压共轨喷射系统组成与工作原理
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separation density requirements, widely used at home and abroad. It can also achieve very satisfactory results. Key words：runway; card board device; discharge tube
(Luan Mining Group, King Coal Mine Electrical Center, Changzhi 046000, China) Abstract：Dense shallow groove sorting machine is a washing equipment using heavy medium suspension carried out on the 200-level sorting of coal. After 20 years of its development, the structure of sorting slots tend to be perfect. It can meet the different quality of raw coal and