电控柴油机优缺点

电控高压共轨系统相比其它系统优点电控高压共轨系统简介1知识目标高压共轨系统的优点2三代柴油高压共轨系统3电控高压共轨系统简介1共轨技术是指高压油泵、压力传感器和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，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对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的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。高压共轨系统的优点2喷油压力的产生过程与喷油过程相互独立喷油压力与转速无关喷油始点和燃油喷射量的控制各自独立，可实现较精确控制最小稳定燃油喷射量极小，可以达到1mm3/次喷油系统响应灵敏，能灵活方便地进行多次喷射高压喷射改善了进气和燃油的混合及燃烧过程，降低了柴油机的排放高压泵的驱动扭矩峰值小，机械噪音小不必要对柴油机结构进行重大改进即可替代传统的喷油系统三代柴油高压共轨系统3第一代第二代第三代柴油共轨系统已开发了三代，它有着强大的技术潜力。第一代第二代第三代第一代第二代第三代1、第一代共轨高压泵总是保持在最高压力，导致能量的浪费和很高的燃油温度。第一代第二代第三代2、第二代可根据发动机需求而改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能。预喷射降低了发动机噪音：在主喷射之前百万分之一秒内少量的燃油被喷进了气缸压燃，预加热燃烧室。预热后的气缸使主喷射后的压燃更加容易，缸内的压力和温度不再是突然地增加，有利于降低燃烧噪音。在膨胀过程中进行后喷射，产生二次燃烧，将缸内温度增加200～250℃，降低了排气中的碳氢化合物。第一代第二代第三代3、由于其强大的技术潜力，各制造商在国五、国六的电控柴油机上普遍使用共轨系统第3代——压电式(piezo)共轨系统，压电执行器代替了电磁阀，于是得到了更加精确的喷射控制。没有了回油管，在结构上更简单。压力从200～2000bar弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3，减小了烟度和NOX的排放。作为柴油高压共轨系统，“电控”是指喷油系统由电脑控制，ECU（俗称电脑）对每个喷油嘴的喷油量、喷油时刻进行精确控制，能使柴油机的燃油经济性和动力性达到最佳的平衡，而传统的柴油机则是由机械控制，控制精度无法得以保障。第一代第二代第三代“高压”是指喷油系统压力比传统柴油机要高出3倍，最高能达到200MPa（而传统柴油机喷油压力在60—70MPa），压力大雾化好燃烧充分，从而提高了动力性，最终达到省油的目的。“共轨”是通过公共供油管同时供给各个喷油嘴，喷油量经过ECU精确的计算，同时向各个喷油嘴提供同样质量、同样压力的燃油，使发动机运转更加平顺，从而优化柴油机综合性能。而传统柴油发动机由各缸各自喷油，喷油量和压力不一致，运转不均匀，造成燃烧不平稳，噪音大，油耗高。共轨系统的几个典型数据高压共轨喷油器系统控制四要素1知识目标高压共轨系统典型数据2高压共轨喷油器系统控制四要素1喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制在共轨发动机中，为实现发动机内的最佳燃烧，ECM根据发动机的运行工况和外部环境条件经常调节喷油时间，即进行最佳喷油时间控制。具体控制方法是，由发动机决定基本喷油时间，同时，还要根据发动机的负荷、冷却液温度、进气温度和压力、燃油温度和压力等对基本喷油时间进行修正，决定目标喷油时间。调节喷油时间最佳喷油时间控制发动机决定目标喷油时间喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制在博世高压共轨喷油器共轨喷射系统中，ECM根据安装在油轨上的压力传感器的电信号，计算出实际喷油压力。并将其值和目标压力值进行比较然后发出指令控制高压燃油泵，升高压力或降低压力，实行闭环控制，完成最佳喷油压力控制。压力传感器的电信号实际喷油压力比较控制高压燃油泵最佳喷油压力控制喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制喷油压力愈大，喷油能量愈高、喷雾愈细、混合气形成和燃烧愈完全，柴油机的排放性能和动力性、经济性都会得到进一步改善。喷油压力愈大喷油能量愈高喷雾愈细混合气形成和燃烧愈完全喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制高的喷射压力可以明显改善燃油和空气的混合，从而降低排放烟度和可吸入颗粒物的排放量同时又可缩短着火落后区，使柴油机工作柔和、燃烧噪声小。高压柴油共轨发动机，喷射压力最大可达200MPa以上，大负荷时柴油机的排放烟度可大幅度降低。改善燃油和空气的混合降低排放烟度和可吸入颗粒物的排放量缩短着火落后区喷射压力最大可达200MPa以上排放烟度可大幅度降低喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制喷油规律是影响柴油机排放的主要因素。理想的喷油规律要求喷射初期要缓慢，喷油速率不能太高，目的是减少在滞燃期内的可燃混合气量，降低初期燃烧速率，以降低最高燃烧温度和压力升高率，抑制NOx生成和降低燃烧噪声。预喷射是实现初期缓慢燃烧的方法。喷油规律喷射初期要缓慢喷油速率不能太高减少在滞燃期内的可燃混合气量低初期燃烧速率降预喷射喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制喷射中期采用高喷射压力和高喷油速率，目的是加快燃烧速度，防止生成微粒和提高热效率。主喷射发生在中期，可加快可燃混合气的扩散燃烧速度。高喷射压力和高喷油速率加快燃烧速度防止生成微粒和提高热效率中期喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制喷油后期要求迅速结束喷射，防止在较低的喷油压力和喷油速率下燃油雾化变差，导致燃烧不完全，而使HC和PM（可吸入颗粒物）排放增加。后喷射可有效降低排放物，使未燃烧的可燃物进一步燃烧掉。在共轨柴油机中，进行多次喷射，可使喷油规律优化。迅速结束喷射燃油雾化变差防止有效降低排放物喷油规律优化喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制共轨柴油机采用多次喷射，就是将每一工作循环中的喷油过程分成几段进行，每段喷油都是相互独立的，目的是控制燃烧速率。多次喷射包括先导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射等。在多次喷射过程中，电磁阀执行开启和关闭喷油器的工作，可以实现喷油规律优化。多次喷射控制燃烧速率实现喷油规律优化喷油时间控制喷油压力控制喷油速率控制喷油方式控制在主喷射之前的预喷射，可以降低燃烧噪声；使喷射要靠近主喷射，可有效地降低PM排放量。而后喷射过程，少量燃油随废气排放再燃烧，会使有害颗粒物进一步燃烧掉，更为有效地减少PM的排放量。预喷射降低燃烧噪声靠近主喷射有效地降低PM排放量使有害颗粒物进一步燃烧掉有效地减少PM的排放量共轨技术是指高压油泵、压力传感器和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，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对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的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。高压油泵压力传感器ECU组成的闭环系统供油方式喷油器的喷油量燃油轨（公共供油管）压力电磁阀开启时间的长短高压共轨系统典型数据22000bar相互独立1毫秒喷油时间0~50mm3正常供油量0~5mm3怠速供油量1.4mm喷射孔径3μm喷油器柱塞行程共轨系统与单体泵对比概述1知识目标性能对比2概述1从欧Ⅱ到欧Ⅲ的过程中，单体泵和共轨一直是两条平行的技术路线，都是通过电控喷油来实现燃烧的高效率。在欧洲，由于柴油油品杂质少、含硫少，因此对这两个路线并无好坏之分，只是由于博世等厂家在共轨方面做了大量研发，在不长的时间内，就把共轨系统做到可以满足欧6的排放标准，而单体泵由于使用和研发都少，一直是跟随而没有超越当前的标准。一位研究发动机的业内人士说：“从这个意义上讲，共轨已经是成熟的技术，而单体泵则还要在更高标准下经受考验，算是发展中的技术。”电控喷油欧6性能对比2喷油压力的控制电控单体泵的喷射压力是通过油泵驱动凸轮型线的设计来实现的，且与喷油器的孔径以及发动机的转速有关。即喷油嘴孔径越小，最高喷射压力越大；发动机转速越低，则喷射压力越小。不利于发动机的低速性能。该系统目前能实现的最高喷射压力为180MPa。油泵驱动凸轮型线180MPa喷油压力的控制共轨系统的喷射压力可以完全独立于发动机的转速，有利于改善发动机的低速性能，喷射压力由高压泵上的电磁阀进行调节，并由相关MAP实现灵活控制，同时喷射压力也与喷油嘴孔径无关。该系统目前能实现的最高喷射压力为220MPa。电磁阀220MPa喷油压力的控制因此，在喷油压力控制方面，电控共轨系统优于电控单体泵，这有利于满足更严格的排放有利。优于喷油量的控制电控单体泵和共轨系统都能在各个发动机工况实现对喷油量的灵活精确调节。电控单体泵能实现的最小喷油量为3mm3/st，但不能实现预喷射。不利于冷启动。共轨系统能实现的最小喷油量为2mm3/st，且能实现预喷和后喷，通过预喷射可以有利于冷起动，并降低噪声；而后喷射，则可以应用于后处理，为满足将来欧IV等更严格的排放法规提供技术储备。喷油量3mm3/st2mm3/st喷油正时电控单体泵和共轨系统都能根据发动机各个工况的需要，灵活调节喷油正时，这对于调节和改善发动机在各个工况的油耗、NOX以及烟度非常有利。油耗、NOX以及烟度喷油规律电控单体泵的喷油规律与机械直列泵相同，为三角形，燃烧柔和，爆发压力低，有利于降低NOX。共轨系统的喷油规律为矩形，爆发压力高，燃烧粗暴一些，不利于降低NOX。因此电控单体泵的喷油规律优于共轨系统。燃烧柔和爆发压力低三角形矩形快速断油能力电控单体泵依靠喷油器的针阀弹簧断油，由于从高压泵到喷油器较长的高压油管，高压油管的燃油压力波会影响喷油器的快速断油，对发动机的燃油耗以及烟度不利。电控共轨系统通过电磁阀控制喷油器柱塞上下腔的燃油压差，加上针阀弹簧的共同作用，使得喷油器喷油结束后的断油很迅速，这对于改善颗粒排放及烟度有利。快速断油燃油压差油泵的吸收功率电控单体泵为每个喷油器对应一个单体泵，6个单体泵由一个泵箱集成为一体，因而其体积较大，驱动机构笨重，油泵的吸收功率较大。共轨系统的HP0高压泵采用两个三角形凸轮驱动，每个凸轮有三个凸起，结构紧凑，重量轻，便于安装，且油泵的吸收功率小。体积较大笨重吸收功率较大三角形凸轮驱动吸收功率小共轨和EGR对比概述1知识目标性能比较2使用成本比较3概述11、EGR技术废气再循环（ExhaustGasRecirculation）为汽车用小型内燃机在燃烧后将排出气体的一部分出并导入吸气侧使其再度吸气的技术（手法或方法）；主要目的为降低排出气体中的氮氧化物（NOx）并在部分负荷时可提高燃料经济性。1、EGR技术2、高压共轨技术2、高压共轨技术共轨技术是指高压油泵、压力传感器和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，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对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的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。性能比较21、EGR技术优势EGR冷却管总成和进气管之间设有控制阀和峰值单向阀，可控制不同负荷时的EGR率，从而大大降低了NOX的排放量。燃油经济性突出、节能效果显著，燃油喷射系统与原国Ⅱ机械喷射泵结构类似,维修保养方便，运行成本大大降低。油品适应性好，目前全国通用类柴油均可应用,适合国情,可比其他形国Ⅲ发动机寿长1.5年以上,降底维护和维修费用，用户使用成本降低。故障诊断系统功能完备、操作简便，可实现电控系统故障的准确判断，简化维修过程。2、高压共轨技术优势第一代共轨高压泵总是保持在最高压力，导致燃油的浪费和很高的燃油温度。第二代共轨系统可根据发动机需求而改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能。该系统可以根据实际状况提供适量的喷油压力。第三代共轨系统带有压电直列式喷油器。2003年，第三代共轨系统面世，压电式（piezo）共轨系统的压电执行器代替了电磁阀，于是得到了更加精确的喷射控制。省去了回油管，在结构上更简单。压力从20～200MPa弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3，减小了烟度和NOX的排放。使用成本比较31、非常规路线（EGR+机械泵），由于仅仅增加了一个废气冷却器和电控EGR阀，成本增加不大，因此作为发动机和整车采用该动力价格增加幅度小，预计在5000元左右，并非像某些厂家故弄玄虚，整车加价万元以上，纯属坑害消费者。2、常规技术路线（电控高压共轨、单体泵等），作为发动机本身结构变动较大，整个燃油系统全面升级，整车及动力实现智能工作，成本增加幅度在2-3万元，根据整车选择高端功能多少有关，如巡航、定时提醒维护、GPS定位等，但是用户站在使用便利性角度上，增加的成本称得上物有所值。共轨系统与EGR成本对比分析EGR+路线的成本分析1知识目标SCR路线的成本分析2EGR+路线的成本分析1EGR路线

EGR+DOC+DPF系统的优势在于初始成本低，对封装要求低。

劣势在于升国Ⅳ或更高需要对国Ⅲ主机技改，标定更为复杂，增加了开发成本以及标定难度；对超低硫含量的燃油及高品质润滑油的依赖；燃油经济性差；国Ⅳ之后技术升级连续性相对较差；由于易堵塞，维护费用高。

目前，对于我国来说，最主要的问题仍是全国范围内低硫柴油的供应及如何处理更复杂的系统标定问题。对封装要求低燃油润滑油维护费用高EGR路线近年通过比较，认为EGR+POC技术路线(颗粒氧化催化器，又称分流式过滤器)比较符合中国国情。这种后处理比DPF便宜很多，而SCR系统价格较高，影响了推广使用。

从成本角度考虑，EGR发展空间很大，一套POC的成本只有3000～6000元，升级成本诱惑力较大，而且POC没有再生问题。再生问题。EGR路线成本分析斯堪尼亚采用EGR+DOC路线的升级成本更低，因为一个DOC的价格可能不超过1000元。DPF的价格相对较高，但也不会高过SCR升级成本。

然而一方面，对于一台普通国Ⅲ发动机，如果此前没有采用外部EGR，那么新增的EGR部件，包括EGR阀门、管路、冷却器和控制系统，其成本也不会比SCR系统低多少。

另一方面，EGR系统对润滑油要求更高，需要使用更高级润滑油，并且换油周期更短，这也会增加升级成本。闭式中心负荷传感系统SCR路线的成本分析2

SCR系统的优势在于无需对机体进行改动，即国Ⅲ电控裸机加上SCR即可实现国Ⅳ；发动机耐久性好；燃油经济性好；对燃油和机油品质要求低；无催化器堵塞风险；国Ⅳ之后技术升级连续性较好；维护费用低。1、SCR系统优势劣势在于初始成本高；质量较大，单车损失有效载荷在400kg左右；对封装要求较高；低温失效问题，尿素在-11℃会凝固，在黄河以北地区使用，需加装解冻装置，进一步增加了成本和损失了有效载荷；最主要的问题是随车携带的尿素一般一次仅能使用5000～10000km（重型车），需及时补充，面临尿素的供应和配给问题。

1、SCR系统优势玉柴对配置YC6L(177kW)发动机的公交车运行在城区和城郊工况下的节能、减排效果进行了测试。初步测试结果显示：

2、玉柴YC6L柴油测试结果玉柴对配置YC6L(177kW)发动机的公交车运行在城区和城郊工况下的节能、减排效果进行了测试。初步测试结果显示：使用国Ⅳ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降720（城区）～840（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；使用国Ⅴ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降780（城区）～964（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；春秋季节尿素溶液消耗量在2.1～2.8L/100km，夏季消耗量在2.5～3L/100km。按每辆公交车年行驶3万km计算，单车年消耗尿素溶液约720L。使用国Ⅳ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降720（城区）～840（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；

使用国Ⅴ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降780（城区）～964（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；玉柴对配置YC6L(177kW)发动机的公交车运行在城区和城郊工况下的节能、减排效果进行了测试。初步测试结果显示：

2、玉柴YC6L柴油测试结果玉柴对配置YC6L(177kW)发动机的公交车运行在城区和城郊工况下的节能、减排效果进行了测试。初步测试结果显示：使用国Ⅳ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降720（城区）～840（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；使用国Ⅴ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降780（城区）～964（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；春秋季节尿素溶液消耗量在2.1～2.8L/100km，夏季消耗量在2.5～3L/100km。按每辆公交车年行驶3万km计算，单车年消耗尿素溶液约720L。使用国Ⅴ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降780（城区）～964（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；使用国Ⅳ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降720（城区）～840（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；

春秋季节尿素溶液消耗量在2.1～2.8L/100km，夏季消耗量在2.5～3L/100km。按每辆公交车年行驶3万km计算，单车年消耗尿素溶液约720L。玉柴对配置YC6L(177kW)发动机的公交车运行在城区和城郊工况下的节能、减排效果进行了测试。初步测试结果显示：

2、玉柴YC6L柴油测试结果玉柴对配置YC6L(177kW)发动机的公交车运行在城区和城郊工况下的节能、减排效果进行了测试。初步测试结果显示：使用国Ⅳ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降720（城区）～840（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；使用国Ⅴ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降780（城区）～964（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；春秋季节尿素溶液消耗量在2.1～2.8L/100km，夏季消耗量在2.5～3L/100km。按每辆公交车年行驶3万km计算，单车年消耗尿素溶液约720L。春秋季节尿素溶液消耗量在2.1～2.8L/100km，夏季消耗量在2.5～3L/100km。按每辆公交车年行驶3万km计算，单车年消耗尿素溶液约720L。使用国Ⅴ发动机相对国Ⅲ同型号发动机，油耗下降3060吨/（年千台），NOx排放下降780（城区）～964（城郊）吨/（年千台），PM排放下降3.6吨/（年千台）；在国Ⅳ阶段，SCR是重型柴油机后处理系统的主流技术，主要原因有：3、SCR将会成为重型柴油机后处理系统的主流技术（2）SCR技术对燃油和机油要求低。《石化产业调整和振兴规划》显示2010年我国柴油供给才能全部达到国Ⅲ标准，预计短期内很难达到EGR+DOC+DPF所需的50ppm含硫量标准。而国Ⅳ标准即使再次推迟，也很难晚于2013年年初。由于不存在EGR所面临的硫化物堵塞问题，SCR维护费用低；（3）SCR技术的燃油经济性较好。SCR油耗性领先EGR+约8%的优势，使得能够弥补其初始成本略高的劣势。

（1）发动机不用再次技改。这将大大降低整车厂的升级成本和周期，若采用EGR+DOC+DPF技术则需要重新设计主机，再次的复杂标定过程工作量庞大，在国内国Ⅲ/国Ⅳ主机技术仍不能算成熟的背景下，该项优势十分明显；（2）SCR技术对燃油和机油要求低。《石化产业调整和振兴规划》显示2010年我国柴油供给才能全部达到国Ⅲ标准，预计短期内很难达到EGR+DOC+DPF所需的50ppm含硫量标准。而国Ⅳ标准即使再次推迟，也很难晚于2013年年初。由于不存在EGR所面临的硫化物堵塞问题，SCR维护费用低；在国Ⅳ阶段，SCR是重型柴油机后处理系统的主流技术，主要原因有：3、SCR将会成为重型柴油机后处理系统的主流技术（2）SCR技术对燃油和机油要求低。《石化产业调整和振兴规划》显示2010年我国柴油