外文翻译--喷射系统 中文版

摘自 2004年 9/10月 Automotive Design Asia 喷射系统 Jeff Daniels 摘要 柴油喷射压力已提高到 2000巴，汽油直喷和压电技术都变得越来越常见，因为燃油供给系统在不断地改革。 大约在过去的五年中，汽车燃油供给技术发生了一场革命，其中变化最大的是柴油发动机，在直喷柴油机上运用了共轨系统，该系统安装有压电式喷油器，现在正受到人们越来越多的关注。在汽油发动机方面，现在也有往直喷技术发展的趋势，但这种趋势逐渐趋缓，而且并没有都往这个方向发展，也有其它新的技术，诸如空气 引射技术，但受材料方面的影响进展也较缓慢。 任何燃油供给系统最基本的功能是向每个汽缸供给足够的燃油，通过这种方式与吸进来的空气混合并燃烧，当然，燃烧得越完全越好。随着对汽车排放要求的提高，对该方面的更精确控制变得很有必要。燃油供给系统不仅要改变循环供油量，同时要改变喷油正时和喷油位置。 在 90 年代中期，化油器式的汽油机各项性能还能基本达到要求，该技术是把然油和空气在进气歧管前混合，当进气门打开后，可然混合气流经进气歧管吸入气缸，但该技术在控制方面并不精确。之后化油器的大量改进针对的目标首先是完美地控制每个气 缸混合气的浓度和量，其次是克服系统高惯性的操空缺点，再次是完成良好的混和与完全燃油燃烧。 达到排放法规所规定的排放标准需要三元催化转换器，所以法规一出台，化油器变成为了历史。有效的操作应该是应该是控制可然混合气浓度，即在大多数情况下把浓度控制在理论空燃比附近。结果燃油喷射变得强制性了。欧洲没有采用美国早期的解决方法（燃油在喉管喷射），而是致力于开发在每个气缸安装一个喷油器的独立喷射技术。所有喷油器同步工作技术在 90 年代早期较为普遍，在配有优化正时技术时，但是和排放方面的有些要求必须大量采用该方法。 此后，问 题成为解决方法应该向哪个技术方向发展。解决方案不断出现：燃油经济性和低排放驱动了欧洲排放法规向前迈进。通过提高压缩比来提高热效率的任何解决方法，只要排放达标，都被受视为可行的。从燃油系统的观点看，这将使汽油直喷技术推向关注前沿。 该技术首先引起广泛关注是在解决了使稀燃发动机高效率工作后，使其在空然比围 50： 1 或者更稀的情况下运转平稳。然而，即使不用高压缩比（它涉及到对该系统复杂的控制程序作处理）直喷技术也有两个特殊优点：燃油在汽缸中的蒸发产生一个使爆燃可能性提高的冷却效果它使压缩比提高至 11： 1 或 12： 1，或更高；另外缸内燃油喷射的准确性与现代所有发动机内漩涡以及气流混和的类型有关，此能力潜在地写出了热效率地提高和排放的降低。 当大家还把注意力集中在靠稀燃技术来提高燃油经济性（部分负荷）直喷汽油机时，有着良好声誉的欧洲制造商们已经为纯粹达到更高性能而采用了该技术，而且这样也给他们带来了可观的经济效益，它不需要提高更宽范围内的混合气浓度，而只需切换稀燃模式和理论空燃比模式。 欧洲最早把汽油直喷技术应用到发动机上的制造商 雷诺，虽然沿用了稀燃技术，但又悄无声息地放弃了该技术，并声称这个教训将对后续的发展有研究价 值。 同时在日本，稀燃技术的研究仍在继续（不止是雷诺的合作伙伴日产）；在德国，该技术已经被接受，而且已经在致力于其性能的提高。欧洲已经证实了稀混和气燃烧的发展没有市场，因为它有高速的限制，且因此不能高负荷工作，这意味着第一代直喷式稀混合气燃烧单元与传统的发动机相比仅显示了一点点经济性。 汽油直喷技术产生它本身的技术问题，许多问题已经由与柴油共轨系统类似的系统结构解决了，尽管油更低的压力和运作限制。汽油可在整个压缩行程中喷射，它取决于电火花点火时刻，所以在柴油机中没有必要用高流速，大多数柴油是在极短的时间内流 动。现代发动机有两个最基本的要求：高电阻失火和可靠的火焰前焰传播，直喷发动能较容易地满足这两个要求。 与此同时，空气辅助喷射的进展却不快，曾经被视为很有前途的气缸内混合技术，现在已经发现该技术很难做得像气缸内气流控制技术一样精确，而气流控制技术主要是得益于越来越复杂的计算机分析。 在将来，可以坦白地说，柴油共轨系统所采用的任何技术都能潜在得应用到汽油直喷技术中。然而系统压力似乎不能再高了，但趋势还是上升的。由于高速气流使得喷油正时有更多机动性。汽油系统对预喷射没有要求，但是对 NOX转换器的操作，也许还有对所 有冷启动后快速加热转换器地操作，可要求 用相同的多脉冲技术控制后喷射。汽油喷射专家们已经准备好使已使用的柴油机压电操作原理延伸到汽油领域。 近几年对于柴油技术发展比汽油技术发展快得多的说法都已经没有异议，在短短的十年中已从预燃室间接喷射系统发展到电子控制技术、直喷技术、共轨系统（单元喷射）、多脉冲技术、压电式喷油器技术，现在，最新型的 light duty系统，该系统配有共轨系统能够产生 1800bar 的压力，但它依赖于发动机运转条件，而且压电式喷油器能在一个行程中产生五次不同的脉冲。 柴油技术难题 柴油系统设计 的两个难题还是那两个：在较高空燃比条件下，活塞在燃油刚开始喷射就开始运动，燃油喷射面由喷油压力精确控制。因此，一般来讲，越高的喷油压力越好，随着喷油压力的提高喷油速率也提高，同时使得喷油角度减小，减弱了燃油在气缸壁的凝结，改善了发动机的排放性能。 影响燃油蒸汽流动速率的一个决定性因素 柴油机上改进的涡轮增压技术和气缸盖上的多气门技术可使得进气气流速度增加，现在正致力于开发带有七个喷孔的喷油嘴（不止是在加工技术方面），尽管它们的微米级尺寸不相同，但还需要把它们部分统一起来。 共轨系统中的油泵能很容易在蓄压共 轨中产生很高压力，它比上一代的多活塞泵更容易实现高压，装有 SW 型喷油泵的共轨系统一开始就把正常工作压力定在 1400bar（除了工农业应用外，其他普通系统仍旧停留在适用性方面），但是发动机需要更高的压力，现在我们可以看到高于 2000bar 的压力。 没有人还在提出任何值得注意的更高压力，因为如此高的压力单元压力大约 30000psi，与老一代的相似。不光对密封技术提出了更高要求，而且对材料也提出了很高要求。连接蓄压共轨和喷油器的管道必须用高强度材料制造以防止管道破裂，所以现在设计者致力于把连接管路做得更短，因为单 元喷射系统有着它与生俱来的优点，元件一体化成为又一个要求。 同时，多点喷射也已经被迅速采用。现在的问题是要提供一个单独的额外的预喷射脉冲，使得在压缩点火阶段供油压力上升柔和，然而，在运用电子控制之前一段时间，使用双弹簧喷油器，使得整个燃烧过程中压力曲线形状是可以控制的，通过把主喷射分成两次极短的喷射，减小了发动机噪音和降低尾气排放，但这需要更灵活更精确的控制。 多元化的发展 菲亚特是最早解决这个难题的公司之一，她领导开发了 Multijet 技术（在年之前，作者曾在 Orbassano 技术中心看到一台演示 用发动机运转良好）； P.S.A.（法国标志雪铁龙集团）却背道而驰，它的柴油技术完全是间接喷射到共轨中去的。认识到多次喷射的性能是解决驱动特殊的燃油滤清系统的理想方法。现在，在一个行程中有五次喷射变得越来越普遍，而七次喷射也在研究中，主要是为了满足可以遇见的越来越高的排放要求。 然而多次喷射技术最初的难题是开发电子控制系统，该电控系统主要依靠电容充放电速率来决定喷油时间和喷油间隔，它能迅速变得干净，由于喷油器本身是一个限制的因素，哪里需要极快速的反应，在螺线管的线圈中产生电流的时间必须能使针阀有效提升，实 际上看起来瞬间的操作有效减少了总的喷射时间，引入事件散播等级不利于排放。 现在，研究方向又转移到压电作用上，在压电式系统中用陶瓷水晶替代了螺线管，依靠电子领域的发展和应用，压电式喷油器可以在瞬间触发针阀动作，压电式喷油器的动作速度比螺线管式喷油器快 46 倍，而且能量消耗比螺线管式喷油器少。但压电式喷油器需要占用更大的空间，而且在那儿的空间已经非常难满足，而且成本相对较高，至少是螺线管式喷油器的两倍，由于这是一项新技术，它必须与已经经过长久试验和验证并已经相当完善的螺线管喷油器激烈的竞争。 所有主要供应商还未 花较长时间来开发压电式喷油器，也许这是至关重要的，尽管他们的公开态度表示他们开发产品的速度与充分的准备将会完全得到实现。 在商业领域西门子大概是最早开发压电式喷油器的公司（在 90 年代紧跟FEV 研究），该公司要求在 2000 年开始提供 200 万套压电式喷油器。给最新型的奥迪 A6 TDI 车提供压电式喷油器的 BOSCH（博世公司）公司声称将在今年生产25 万套压电式喷油器，并在 2005 年达到 200 万套。 DENSO（电装公司，日本企业）公司正在 Hugray 安装调试压电式喷油器的生产设备，准备在 2005 年投产。Delpi（德尔福公司）公司已经推出他们的压电产品，声称该产品可以在一个循环内达到七次喷射，设计初衷是针对商用车使其达到 Euro V（欧洲 5 号）和美国联邦 7 号排放法规， 2005 年，如果把所有欧洲生产商的产量加起来，将达到 1000 万套压电式喷油器的产量，因此，该产能可以装备 200 万台直列或