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2017年中国燃油喷射系统行业基本情况分析(图)

2017年07月11日 09:1910000人浏览字号:T|T

    1、燃油喷射系统行业基本情况

    (1)燃油喷射系统行业概述及发展历程

    燃油喷射系统是柴油发动机的核心组成部分。它是在一定的压力下,利用喷油器将一定数量的燃料直接喷入气缸或进气道内的燃油供给装置。自1897 年德国发明家鲁道夫•狄塞尔发明第一台柴油发动机以来,燃油喷射系统经历了由蓄压式到机械式再到电控式的发展历程。早期的柴油机采用蓄压式供油系统,即用压缩空气的方式将燃油吹入气缸中。

    机械式燃油喷射系统主要包括直列泵和分配泵。柴油发动机燃油喷射系统的电控化从20 世纪70 年代开始出现,到目前为止历经3 代。对于现代车用柴油发动机而言,燃油喷射系统不仅是其“心脏”,也是其“大脑和中枢调节系统”,是各
先进燃烧控制技术的核心,引领着发动机技术不断进步。

世界燃油喷射系统发展历程

数据来源:公开资料

   智研咨询发布的:《2017-2022年中国电控燃油喷射系统行业分析及发展趋势研究报告

    ①第一代—位置控制式燃油喷射系统

    20 世纪70 年代,在传统直列泵或分配泵基础上,完全保留传统燃油喷射系统的泵-管-嘴的基本结构和脉冲高压供油原理,只是将控制喷油量和喷油定时的齿条或滑套的位置控制由原来的机械调速器控制改为由传感器、处理器和执行器所组成的控制单元控制,从而实现对循环喷油量和喷油定时的控制,提高燃油喷射系统的控制精度、响应速度及适应性。典型的位置控制式燃油喷射系统即电控分配泵。

    这种控制的缺点是控制自由度小,控制精度差,喷油率和喷射压力难于控制,而且不能改变传统喷射系统固有的喷射特性,也很难大幅度地提高喷射压力。

    ②第二代—时间控制式燃油喷射系统

电控单体泵系统结构图

数据来源:公开资料

    20 世纪80 年代,时间控制式燃油喷射系统推出。时间控制式燃油喷射系统是利用高速电磁阀的开闭来实现对喷油量和喷油正时的控制。这种系统的泵油机构和油量控制机构完全分开,其可以采用传统燃油喷射系统的泵-管-嘴的基本结构,也可以采用新型高压燃油系统,通过高速电磁阀进行泄油调节,柱塞只承担供油加压的功能,供油量、供油时刻则由高速电磁阀单独完成。该系统既可实现喷油正时控制,又可实现喷油量控制,且控制单元的自由度更大。典型的时间控制式燃油喷射系统主要包括电控泵喷嘴系统和电控单体泵系统。

    电控泵喷嘴系统是将油泵和油嘴做成一体直接安装于气缸盖上,由顶置凸轮轴驱动。该系统结构紧凑、喷射压力高,低速和小负荷时燃油喷射稳定性好,低速时发动机综合性能显著改善。但由于该系统发动机缸盖顶置凸轮轴的结构特点,加大了缸盖刚度、强度的设计要求。按国外产品经验,采用该系统的发动机,气缸内能够承受的最大爆发压力一般需要达到200Mpa。该系统的最大优势是可以形成更高的喷射压力,从而使得发动机具备更高阶段排放标准升级的潜力。但因为其匹配的发动机结构特殊,国内主机厂历史上并未采用该型式发动机技术路线,因此国内尚无电控泵喷嘴系统的实际应用。

    电控单体泵系统是将燃油喷射系统化整为零安装在发动机每个气缸上,燃油喷射由各自的独立喷射单元来完成。喷油泵与喷油嘴之间用一根高压油管相连。电控单体泵系统在欧美已经成功使用二十多年,被公认为是具有出色适用性、可靠性和经济性的电控燃油喷射系统之一。其主要特点有:

    A. 具有较高的喷射压力,并可以理想的规律喷油。国内市场上的电控单体泵系统其喷射压力范围为120-200Mpa,并可灵活调节喷油规律,基于此则可以满足国Ⅲ-国Ⅴ及T3、T4 阶段排放标准;

    B. 电控单体组合泵具有与机械直列泵相似的几何外形尺寸和机械结构,针对国产发动机进行改装时相对方便,不用对发动机生产线进行大幅度调整,易于被主机厂接受;

    C. 电控单体泵系统的机械结构简单,稳定性好,易于使用维护,同时具有较强的油品适应性,整体上更加适合国内目前的实际使用情况;时间控制式燃油喷射系统相较纯机械式和位置控制式燃油喷射系统具有诸多优越性,不过由于其燃油喷射压力依旧利用脉动柱塞供油实现,限制了其根据发动机工况灵活调节喷油压力的能力,因此衍生出第三代:压力-时间控制式燃油喷射系统。

    ③第三代——压力-时间控制式燃油喷射系统

电控高压共轨系统结构图

数据来源:公开资料

    20 世纪90 年代,第三代电控燃油喷射系统:压力-时间控制式问世,典型产品即电控高压共轨系统。该系统摒弃了传统燃油喷射系统的泵-管-嘴的基本结构,取而代之以一个高压供油泵独立、连续地将高压燃油压入一根共轨管内,再由共轨管将高压燃油分配进入各缸喷油器,喷油正时、喷射压力及喷油量由电控单元灵活控制,用高速电磁阀来控制喷射过程,喷油量控制采用压力-时间式燃油计量原理。由于这种控制方式将喷射压力的产生与喷射过程完全分开,且喷射压力不受发动机转速和工况的影响,因此,也就有效克服了传统柴油发动机的缺陷,使发动机获得了良好的性能。

    电控高压共轨系统基本特点是:喷射压力高;喷油压力独立于发动机转速,可以改善发动机低速、大负荷性能;可实现多次喷射,实现理想喷油规律;喷油正时和喷油量可以自由选定;驱动扭矩小、噪声小、振动低;结构简单、适用性强;可通过电控系统进行各缸工作均匀性校正。电控高压共轨系统目前可以满足国Ⅳ阶段及以上排放标准。

    电控高压共轨技术一经问世,就得到世界上大多数柴油发动机生产厂商的青睐,被认为是20 世纪内燃机技术的三大突破之一。国外经过多年的发展已经形成比较成熟的产品,国内对电控高压共轨系统的研究起步较晚,目前正处于研制及前期市场开拓阶段。

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