在控制柴油机排放颗粒的措施中,最为有效的是高压共轨电控柴油喷射技术。高压共轨电控柴油喷射系统产生的高喷射压力有助于在整个喷油持续期内提供较高的混合势能,从而改善柴油雾化和油气混合的品质,尤其是在燃烧扩散阶段能够促进碳烟的氧化,有效抑制碳烟的生成。 传统柴油机容易产生碳烟的原因是:传统柴油机的喷油器是由发动机凸轮轴驱动,借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃烧室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化,保证不了各种转速下的最佳供油量。柴油机的转速很高,其燃油喷射时间很短(只有千分之几秒,在喷射过程中高压油管各处的压力随时间和位置的不同而发生变化,同时由于高压油管中柴油的压力波动,使得柴油机实际的喷油状态与喷油泵供油规律有较大的差异。这些因素会导致柴油机的空燃比达不到理想状态的要求,从而造成碳烟大量生成。另外,油管内的压力波动还会造成在一次喷射之后,高压油管内的压力再次上升,达到令喷油器针阀开启的压力,产生二次喷射现象。由于二次喷油不可能完全燃烧,于是增加了碳烟和碳氢化合物的排放量。 相比传统柴油机的机械供油方式,高压共轨电控柴油机的供油系统由发动机控制模块(ECM)控制。高压油泵将高压燃油输送到高压共轨管后,ECM对高压共轨油管内的油压实现精确控制,使得喷射压力不再受到发动机转速的影响,从而将喷射压力的产生与喷射过程完全分开,提高了柴油机的燃油喷射精度,大幅度降低了碳烟的生成量。高压共轨电控柴油喷射系统结构如图22-3所示。
高压共轨柴油喷射系统一般由传感器、发动机控制模块(ECM)及执行器三部分组成。
传感器的作用是实时监测柴油机的运行状态,以及驾驶员的操作意向和操作等信息,并将其输入ECM。该系统的主要输入信息包括柴油机转速、凸轮轴位置、加速踏板位置、冷却液温度、进气温度、空气流量、进气增压压力、共轨压力、空挡开关、空调信号以及起动机信号等。
ECM的核心部分是计算机,它与系统中设置的软件一起负责信息的采集、处理、计算和执行程序,并将运行结果作为指令输出到执行器。执行器的作用是按照ECM输送来的控制指令,调节供油量和供油正时,以达到调节柴油机运行状态的目的。执行器主要是高压油泵和喷油器。
高压共轨柴油喷射系统的燃油供给管路分为低压油路和高压油路。低压油路部件主要有:油箱、输油泵、低压输油管、燃油滤清器、油水分离器以及喷油器的回油管。高压油路部件主要有:高压油泵、流量控制阀(与高压油泵一体)高压共轨油管、共轨压力传感器和喷油器。系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与高压共轨油管相连。高压油轨对喷油器起到液力蓄压作用,工作时可以将高达1380~2000bar的燃油输送给喷油器,从而提高了柴油喷射后的雾化效果。
传感器将相关信息输送至ECM,ECM根据这些信息计算、处理后,精确控制高压共轨油管内的柴油压力,彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。同时,高压共轨油管内压力的变化通过共轨压力传感器反馈给ECM,以使ECM及时调整油压的变化。上述工作过程称为电控柴油机燃油喷射的闭环工作过程,如图22-4所示。
高压共轨柴油喷射系统的特点归纳起来有以下几点：
①喷油正时与燃油计量完全分开,喷油压力和喷油过程由ECM适时控制。
②可依据发动机工作状况去调整各缸喷油压力、喷油始点和持续时间,从而追求喷油的最佳控制点。
③能够实现很高的喷油压力,提高柴油雾化效果,并能实现柴油的预喷射。
④降低了柴油机工作时产生的噪声。
⑤降低了排放中的碳烟、氮氧化合物、碳氢化合物以及一氧化碳的含量,极大改善了柴油机的排放。
⑥提高了燃油经济性。
