【卡車之家 原創(chuàng)】柴油機(jī)的消耗率和可靠性能都遠(yuǎn)高于汽油機(jī)，不過，隨著環(huán)保問題的不斷擴(kuò)大，也基于對(duì)柴油機(jī)的要求更加高效更加節(jié)能環(huán)保。當(dāng)傳統(tǒng)的柴油機(jī)無法滿足這些要求時(shí)，電控的高精度高效率的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生。

簡(jiǎn)單來說，電控柴油機(jī)就是在原有的機(jī)械控制式的發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上增加了各種執(zhí)行器、傳感器及電控單元，并改變了發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射系統(tǒng)，將其電控化了。

舉個(gè)例子：電控柴油機(jī)體系中的門踏板，是駕駛員發(fā)出加油指令的執(zhí)行器，它不同于傳統(tǒng)柴油機(jī)的油門踏板由一根油門拉線牽引油泵上的齒條控制噴油。

門踏板的供油完全是依靠ECU監(jiān)測(cè)到的各個(gè)傳感器的信息來決定的，當(dāng)司機(jī)踩踏油門踏板，這些信息反饋給ECU，ECU監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示正常，則發(fā)出噴油指令開始向燃燒室噴油，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之提高。

那么電控有哪些種類呢？

從電控系統(tǒng)廠家來分，知名的有德國(guó)博世，日本電裝，美國(guó)德爾福、康明斯等等；從排放等級(jí)來說，有國(guó)三到國(guó)六幾種類型，但它們的區(qū)別只在于后處理技術(shù)的不同，前端的發(fā)動(dòng)機(jī)并無太大的變化。

所以，筆者所說的電控柴油機(jī)種類指的是發(fā)動(dòng)機(jī)噴射系統(tǒng)差異的不同。

電控柴油機(jī)不同于普通柴油機(jī)的地方就是他的噴射系統(tǒng)，電控機(jī)的噴射系統(tǒng)可以使柴油機(jī)噴射壓力更大，霧化更良好，燃燒更充分，這是電控機(jī)的共同特點(diǎn)和發(fā)展目標(biāo)。

但是不同的噴射系統(tǒng)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)有著不同的使用體驗(yàn)和不同的性能表現(xiàn)。按柴油機(jī)噴射系統(tǒng)差異可以分為高壓共軌、單體泵，噴嘴泵三種類型。

所謂的共軌式電噴系統(tǒng)，是拋棄了傳統(tǒng)的脈動(dòng)高壓供油原理，不同于傳統(tǒng)高壓油泵直接控制噴油。電控共軌柴油機(jī)是向公共油道供油以維持共軌壓力，采用壓力/時(shí)間式的燃油計(jì)量原理，通過公共油道油壓的連續(xù)控制和各缸噴射過程中的電磁閥控制相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)整個(gè)噴射過程。

其實(shí)共軌系統(tǒng)中可以分為共軌蓄壓式和高壓共軌式、共軌液力增壓式三種。其中高壓共軌式是最我們熟知的，也是在市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的一種。

高壓共軌系統(tǒng)的ECU根據(jù)實(shí)際工況（進(jìn)氣，水溫，油門開度）對(duì)噴射過程精密控制，通過控制噴油電磁閥的開啟時(shí)長(zhǎng)來確定提前角與噴油量。

同時(shí)也會(huì)通過控制高壓油泵的計(jì)量閥開啟時(shí)長(zhǎng)來控制共軌壓力。它由電控單元，高壓油泵，共軌管、噴油器，輸油泵，以及各種相關(guān)的傳感器和執(zhí)行器組成。

YC6L-30實(shí)物圖

電控單元

也就是常說的ECU，相當(dāng)于電控柴油機(jī)的大腦，ECU的作用是采集各個(gè)傳感器的信息，然后通過采集到的數(shù)據(jù)信息下達(dá)相關(guān)指令，繼而保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

高壓油泵

共軌系統(tǒng)中的高壓油泵比普通的高壓油泵噴射壓力高出一倍，是高壓共軌系統(tǒng)中能夠“高壓”的主要“功臣”之一。以最常見的博世共軌為例，目前可以分為兩種高壓油泵，一種是CP3.3的徑向柱塞噴油泵。該噴油泵只有一個(gè)高壓出油閥，類似分配泵的小體型，常安裝在四缸機(jī)一類的中小型柴油機(jī)上。

另一種是CP2.2的噴油泵，它是直列雙柱塞油泵，帶有兩個(gè)高壓出油閥，體型較Cp3.3的要大，因其供油速率較高，常應(yīng)用于重型柴油機(jī)系列。

共軌管

共軌管是噴射系統(tǒng)中的公共高壓油道，是噴油泵高壓出油口后端儲(chǔ)存和分配高壓燃油的管道，它由共軌管體，限壓閥、軌壓傳感器、節(jié)流閥閥組成。

共軌管體承擔(dān)著儲(chǔ)蓄油壓分配燃油的功能，也是共軌管的主體部分；

安裝在兩側(cè)的限壓閥相當(dāng)于一個(gè)保護(hù)裝置，當(dāng)油軌壓力超高時(shí)，限壓閥便會(huì)打開，泄去高壓力的燃油，避免發(fā)生不可預(yù)知的故障。（因?yàn)楦邏河吐分械膲毫薮螅诎l(fā)動(dòng)機(jī)因故障導(dǎo)致油壓超高時(shí)是很危險(xiǎn)的，所以設(shè)計(jì)限（泄）壓閥排除這種危險(xiǎn)性）；

共軌傳感器也叫軌壓傳感器，是共軌系統(tǒng)中必不可少的傳感器之一，他的主要功能是監(jiān)測(cè)共軌的實(shí)際軌壓，ECU通過監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)判斷油壓是否正常，進(jìn)而發(fā)出下一噴射指令；

節(jié)流閥是鑲嵌在共軌管體上的，并不是常開狀態(tài)，只有在油壓達(dá)到一定高度時(shí)它才會(huì)打開，也是為了防止噴油器常開故障后導(dǎo)致大流量的泄壓而設(shè)計(jì)。

噴油器

內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精密，殼體內(nèi)是電阻線圈和閥組件。順便提一點(diǎn)，當(dāng)確定噴油器故障時(shí)，因線圈與與其他部件不易損壞，多是閥組件磨損導(dǎo)致，一般更換閥組件即可，不必更換總成，這樣可以避免維修費(fèi)用過高。

輸油泵

位于低壓油路的齒輪輸油泵由噴油泵帶動(dòng)，能夠高效的為高壓端供油，通常安裝在噴油泵的尾部。

性能 可靠的高壓共軌噴射系統(tǒng)由以上部件組成，也正因這些部件的各種功能使得高壓共軌柴油機(jī)高扭矩高性能的特點(diǎn)，并且可以適應(yīng)各種低轉(zhuǎn)速，高負(fù)荷的工況。因其可靠的性能，使其成為目前卡車電控發(fā)動(dòng)機(jī)的主流方向。

▎單體泵

如果從控制方式來說，它是屬于時(shí)間控制式一類的，但按照大部分人將電控噴射系統(tǒng)分為第一代（位置控制式）、第二代（時(shí)間控制式）、第三代（共軌控制式）的分類來看，它雖然屬于第二代產(chǎn)品，但筆者卻認(rèn)為它是介于第二代與第三代之間，是不同于電控分配泵和共軌式之間的2.5版本。

單體泵，顧名思義，它的噴油泵是一個(gè)獨(dú)立的存在，它的噴射系統(tǒng)由單體泵-高壓油管-噴油嘴三個(gè)部分組成，并配合其完成噴油工作。

它取消了傳統(tǒng)油泵中的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用高速電磁閥控制單體泵的通斷，噴油量由ECU采集到的傳感器數(shù)據(jù)信息來控制，當(dāng)ECU接收到司機(jī)踩踏油門的信號(hào)時(shí)，則發(fā)出噴射指令，給單體泵通電，閉合回路，建立油壓，給高壓油管和噴油器供油完成噴射。

很明顯，單體泵系統(tǒng)中最為重要的就是單體泵本身了，它能按照ECU的指令為整機(jī)輸送所需的油量，是整個(gè)系統(tǒng)中建立壓力的關(guān)鍵部件，它由凸輪軸推動(dòng)泵體內(nèi)的柱塞與電磁閥的控制建壓，配合了配氣相位，按照作功順序進(jìn)行噴油。

單體泵與傳統(tǒng)柱塞泵的不同之處在于，除了所使用的材料能夠承受更高壓力，還增加了高速電磁閥控制的溢流閥組件。但該系統(tǒng)所使用的噴油器與傳統(tǒng)噴油器并無太大差別，只是它的受壓力更大，霧化效果更好。

按照理想化的單體泵設(shè)計(jì)要求，它應(yīng)該是集成在機(jī)體上的，由發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣凸輪軸推動(dòng)，這樣可以在構(gòu)造上得到簡(jiǎn)化，并縮短油泵到噴油器的中間距離，避免使用過長(zhǎng)的高壓油管，有利于更高壓力燃油的輸送。

但在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的應(yīng)用中，為了利用現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，避免重新鑄造機(jī)體帶來的高成本，很多廠家在保留原有機(jī)體的情況下，將單體泵集成在一個(gè)泵體內(nèi)，使得其外形仍然類似傳統(tǒng)的直列柱塞噴油泵。

其中最典型的例子要數(shù)玉柴機(jī)器的4D（4108）單體泵國(guó)三發(fā)動(dòng)機(jī)，該機(jī)型的改動(dòng)非常小，就是換了油泵與加裝了電控單元和傳感器、執(zhí)行器，很大程度的節(jié)約了成本。

雖然單體泵有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，但由于控制成本所帶來的約束，更因其油泵壓力提升原理導(dǎo)致其噴油有著先緩后急的特點(diǎn)，雖然這樣的特點(diǎn)在一定程度上有利于燃燒過程的優(yōu)化，但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，使其在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的表現(xiàn)并不良好，繼而導(dǎo)致柴油機(jī)低速性能下降。

而且其噴油器仍是采用與傳統(tǒng)噴油器相同的彈簧壓力控制式，沒有進(jìn)行多次噴射的能力，雖然能夠在加裝后處理裝置后能滿足國(guó)四排放標(biāo)準(zhǔn)，但在排放逐步升級(jí)的過程，如果不加以優(yōu)化，將會(huì)很難適應(yīng)市場(chǎng)。

如果單體泵系統(tǒng)將噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)了一定程度，那么泵噴嘴可以說是將噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)到了極致。但它又是復(fù)雜的，因?yàn)檫@一系統(tǒng)對(duì)缸蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要更高技術(shù)的加工工藝。

它是直接把燃油壓力提升、正時(shí)、油量控制等全部功能都集成到了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)缸蓋上的一種技術(shù)。

泵噴嘴顧名思義就是將油泵與噴嘴整合為一體。它類似于單體泵是一個(gè)獨(dú)立的油泵，卻不同于單體泵，自己攜帶有噴油器的技能。

高壓燃油的輸送也在缸蓋的油道中完成，這樣的設(shè)計(jì)免去了外部高壓油管的連接，消除了管理壓力損失并避免了管路泄壓和管路不能承受高壓的可能。

當(dāng)然，泵噴嘴系統(tǒng)中一枝獨(dú)秀的肯定是泵噴嘴本身，它由油泵組件和噴油器組件組成，安裝在氣缸蓋上面，由噴油凸輪帶動(dòng)泵噴嘴搖臂，將泵活塞壓下，屆時(shí)中間的高速電磁閥關(guān)閉，柱塞向噴油器壓油，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需壓力時(shí)，停止向電磁閥通電，控制閥再次開啟，高壓燃油快速溢流，噴油終止。

泵噴嘴使燃油產(chǎn)生高壓的過程與高壓共軌的原理其實(shí)類似。都是在閉環(huán)模式下壓縮燃油，只是不同于高壓共軌的是泵噴嘴的系列工作都在一體化的泵腔內(nèi)完成。

不過，這種集成的形式可以消除高壓油管中的壓力波和燃油壓力損失的影響，給油壓的形成制造了一個(gè)更狹小的空間，有利于壓力提升，但也由于這種一體化，使的對(duì)汽缸蓋的剛度、強(qiáng)度以及鑄造工藝和加工工藝有了更高的要求，很多方面難以實(shí)現(xiàn)，無形之中也提高了成本。

這種技術(shù)在國(guó)內(nèi)卡車上并不常見，筆者最早接觸到與泵噴嘴類似的系統(tǒng)是重慶康明斯K19發(fā)動(dòng)機(jī)的PT燃油系統(tǒng)，它是一臺(tái)裝配在推土機(jī)上的的傳統(tǒng)機(jī)械式的歐二排放柴油機(jī)。

從性能和動(dòng)力上來看確實(shí)不錯(cuò)，但它有著油耗偏高和離開高速段煙度排放就急劇增加的缺點(diǎn)，或許這也是該系統(tǒng)未能在國(guó)內(nèi)卡車市場(chǎng)占據(jù)主流的原因之一。

▎總結(jié)

以上三種類型便是目前卡車市場(chǎng)上主要應(yīng)用的噴射系統(tǒng)。從市場(chǎng)應(yīng)用程度方面來看，穩(wěn)定性較高的高壓共軌系統(tǒng)是電控柴油的主流系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單體泵在動(dòng)力提升和排放升級(jí)的長(zhǎng)跑中難以跟上腳步。

對(duì)缸蓋強(qiáng)度和加工技藝高要求的泵噴嘴在泵噴嘴本身的設(shè)計(jì)也是一大難點(diǎn)。并且后面兩種系統(tǒng)都有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過分依賴的缺點(diǎn)：低速時(shí)的燃燒性能較差。機(jī)體的設(shè)計(jì)也會(huì)面臨重大改變，成本不僅會(huì)增加，而且產(chǎn)品從誕生走到成熟又將經(jīng)受許多考驗(yàn)，當(dāng)今市場(chǎng)嚴(yán)苛，輕易投放市場(chǎng)會(huì)影響客戶對(duì)產(chǎn)品的信心。

所以從產(chǎn)品適配性，后續(xù)發(fā)展?jié)摿σ约靶阅堋?dòng)力各方面考慮，電控高壓共軌技術(shù)仍會(huì)是市場(chǎng)的寵兒。

這三大類的噴射噴射各有所長(zhǎng)，也各有的適用范圍。盡管未來高壓共軌或者新能源卡車可能會(huì)是主要發(fā)展方向，但其他系統(tǒng)也會(huì)并存，只是存在的形式與所處的戰(zhàn)線不同罷了。

本文特約作者：石中隱玉

關(guān)注卡車之家，網(wǎng)聚卡車人的力量

有任何問題，可通過私信聯(lián)系我們