外文翻譯--噴射系統(tǒng) 中文版

1、<p>　　摘自2004年9/10月《Automotive Design Asia》</p><p><b>　　噴射系統(tǒng)</b></p><p>　　Jeff Daniels</p><p>　　摘要 柴油噴射壓力已提高到2000巴，汽油直噴和壓電技術(shù)都變得越來越常見，因?yàn)槿加凸┙o系統(tǒng)在不斷地改革。</p><

2、p>　　大約在過去的五年中，汽車燃油供給技術(shù)發(fā)生了一場(chǎng)革命，其中變化最大的是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，在直噴柴油機(jī)上運(yùn)用了共軌系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝有壓電式噴油器，現(xiàn)在正受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)方面，現(xiàn)在也有往直噴技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，但這種趨勢(shì)逐漸趨緩，而且并沒有都往這個(gè)方向發(fā)展，也有其它新的技術(shù)，諸如空氣引射技術(shù)，但受材料方面的影響進(jìn)展也較緩慢。</p><p>　　任何燃油供給系統(tǒng)最基本的功能是向每個(gè)汽缸供給足夠的

3、燃油，通過這種方式與吸進(jìn)來的空氣混合并燃燒，當(dāng)然，燃燒得越完全越好。隨著對(duì)汽車排放要求的提高，對(duì)該方面的更精確控制變得很有必要。燃油供給系統(tǒng)不僅要改變循環(huán)供油量，同時(shí)要改變噴油正時(shí)和噴油位置。</p><p>　　在90年代中期，化油器式的汽油機(jī)各項(xiàng)性能還能基本達(dá)到要求，該技術(shù)是把然油和空氣在進(jìn)氣歧管前混合，當(dāng)進(jìn)氣門打開后，可然混合氣流經(jīng)進(jìn)氣歧管吸入氣缸，但該技術(shù)在控制方面并不精確。之后化油器的大量改進(jìn)針對(duì)的目標(biāo)

4、首先是完美地控制每個(gè)氣缸混合氣的濃度和量，其次是克服系統(tǒng)高慣性的操空缺點(diǎn)，再次是完成良好的混和與完全燃油燃燒。</p><p>　　達(dá)到排放法規(guī)所規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)需要三元催化轉(zhuǎn)換器，所以法規(guī)一出臺(tái)，化油器變成為了歷史。有效的操作應(yīng)該是應(yīng)該是控制可然混合氣濃度，即在大多數(shù)情況下把濃度控制在理論空燃比附近。結(jié)果燃油噴射變得強(qiáng)制性了。歐洲沒有采用美國(guó)早期的解決方法（燃油在喉管噴射），而是致力于開發(fā)在每個(gè)氣缸安裝一個(gè)噴油器

5、的獨(dú)立噴射技術(shù)。所有噴油器同步工作技術(shù)在90年代早期較為普遍，在配有優(yōu)化正時(shí)技術(shù)時(shí)，但是和排放方面的有些要求必須大量采用該方法。</p><p>　　此后，問題成為解決方法應(yīng)該向哪個(gè)技術(shù)方向發(fā)展。解決方案不斷出現(xiàn)：燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放驅(qū)動(dòng)了歐洲排放法規(guī)向前邁進(jìn)。通過提高壓縮比來提高熱效率的任何解決方法，只要排放達(dá)標(biāo)，都被受視為可行的。從燃油系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，這將使汽油直噴技術(shù)推向關(guān)注前沿。</p><

6、;p>　　該技術(shù)首先引起廣泛關(guān)注是在解決了使稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)高效率工作后，使其在空然比圍50：1或者更稀的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。然而，即使不用高壓縮比（它涉及到對(duì)該系統(tǒng)復(fù)雜的控制程序作處理）直噴技術(shù)也有兩個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)：燃油在汽缸中的蒸發(fā)產(chǎn)生一個(gè)使爆燃可能性提高的冷卻效果它使壓縮比提高至11：1或12：1，或更高；另外缸內(nèi)燃油噴射的準(zhǔn)確性與現(xiàn)代所有發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)漩渦以及氣流混和的類型有關(guān)，此能力潛在地寫出了熱效率地提高和排放的降低。</p>

7、<p>　　當(dāng)大家還把注意力集中在靠稀燃技術(shù)來提高燃油經(jīng)濟(jì)性（部分負(fù)荷）直噴汽油機(jī)時(shí)，有著良好聲譽(yù)的歐洲制造商們已經(jīng)為純粹達(dá)到更高性能而采用了該技術(shù)，而且這樣也給他們帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，它不需要提高更寬范圍內(nèi)的混合氣濃度，而只需切換稀燃模式和理論空燃比模式。</p><p>　　歐洲最早把汽油直噴技術(shù)應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)上的制造商——雷諾，雖然沿用了稀燃技術(shù)，但又悄無聲息地放棄了該技術(shù)，并聲稱這個(gè)教訓(xùn)將對(duì)

8、后續(xù)的發(fā)展有研究?jī)r(jià)值。</p><p>　　同時(shí)在日本，稀燃技術(shù)的研究仍在繼續(xù)（不止是雷諾的合作伙伴日產(chǎn)）；在德國(guó)，該技術(shù)已經(jīng)被接受，而且已經(jīng)在致力于其性能的提高。歐洲已經(jīng)證實(shí)了稀混和氣燃燒的發(fā)展沒有市場(chǎng)，因?yàn)樗懈咚俚南拗?，且因此不能高?fù)荷工作，這意味著第一代直噴式稀混合氣燃燒單元與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比僅顯示了一點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　汽油直噴技術(shù)產(chǎn)生它本身的技術(shù)問題，許多問題已經(jīng)

9、由與柴油共軌系統(tǒng)類似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解決了，盡管油更低的壓力和運(yùn)作限制。汽油可在整個(gè)壓縮行程中噴射，它取決于電火花點(diǎn)火時(shí)刻，所以在柴油機(jī)中沒有必要用高流速，大多數(shù)柴油是在極短的時(shí)間內(nèi)流動(dòng)?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)最基本的要求：高電阻失火和可靠的火焰前焰?zhèn)鞑ィ眹姲l(fā)動(dòng)能較容易地滿足這兩個(gè)要求。</p><p>　　與此同時(shí)，空氣輔助噴射的進(jìn)展卻不快，曾經(jīng)被視為很有前途的氣缸內(nèi)混合技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)很難做得像氣缸內(nèi)氣流控制技

10、術(shù)一樣精確，而氣流控制技術(shù)主要是得益于越來越復(fù)雜的計(jì)算機(jī)分析。</p><p>　　在將來，可以坦白地說，柴油共軌系統(tǒng)所采用的任何技術(shù)都能潛在得應(yīng)用到汽油直噴技術(shù)中。然而系統(tǒng)壓力似乎不能再高了，但趨勢(shì)還是上升的。由于高速氣流使得噴油正時(shí)有更多機(jī)動(dòng)性。汽油系統(tǒng)對(duì)預(yù)噴射沒有要求，但是對(duì)NOX轉(zhuǎn)換器的操作，也許還有對(duì)所有冷啟動(dòng)后快速加熱轉(zhuǎn)換器地操作，可要求用相同的多脈沖技術(shù)控制后噴射。汽油噴射專家們已經(jīng)準(zhǔn)備好使已使用的

11、柴油機(jī)壓電操作原理延伸到汽油領(lǐng)域。</p><p>　　近幾年對(duì)于柴油技術(shù)發(fā)展比汽油技術(shù)發(fā)展快得多的說法都已經(jīng)沒有異議，在短短的十年中已從預(yù)燃室間接噴射系統(tǒng)發(fā)展到電子控制技術(shù)、直噴技術(shù)、共軌系統(tǒng)（單元噴射）、多脈沖技術(shù)、壓電式噴油器技術(shù)，現(xiàn)在，最新型的light duty系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有共軌系統(tǒng)能夠產(chǎn)生1800bar的壓力，但它依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件，而且壓電式噴油器能在一個(gè)行程中產(chǎn)生五次不同的脈沖。</p&

12、gt;<p><b>　　柴油技術(shù)難題</b></p><p>　　柴油系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩個(gè)難題還是那兩個(gè)：在較高空燃比條件下，活塞在燃油剛開始噴射就開始運(yùn)動(dòng)，燃油噴射面由噴油壓力精確控制。因此，一般來講，越高的噴油壓力越好，隨著噴油壓力的提高噴油速率也提高，同時(shí)使得噴油角度減小，減弱了燃油在氣缸壁的凝結(jié)，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能。</p><p>　　影響燃油

13、蒸汽流動(dòng)速率的一個(gè)決定性因素——柴油機(jī)上改進(jìn)的渦輪增壓技術(shù)和氣缸蓋上的多氣門技術(shù)可使得進(jìn)氣氣流速度增加，現(xiàn)在正致力于開發(fā)帶有七個(gè)噴孔的噴油嘴（不止是在加工技術(shù)方面），盡管它們的微米級(jí)尺寸不相同，但還需要把它們部分統(tǒng)一起來。</p><p>　　共軌系統(tǒng)中的油泵能很容易在蓄壓共軌中產(chǎn)生很高壓力，它比上一代的多活塞泵更容易實(shí)現(xiàn)高壓，裝有SW型噴油泵的共軌系統(tǒng)一開始就把正常工作壓力定在1400bar（除了工農(nóng)業(yè)應(yīng)用外，

14、其他普通系統(tǒng)仍舊停留在適用性方面），但是發(fā)動(dòng)機(jī)需要更高的壓力，現(xiàn)在我們可以看到高于2000bar的壓力。</p><p>　　沒有人還在提出任何值得注意的更高壓力，因?yàn)槿绱烁叩膲毫卧獕毫Υ蠹s30000psi，與老一代的相似。不光對(duì)密封技術(shù)提出了更高要求，而且對(duì)材料也提出了很高要求。連接蓄壓共軌和噴油器的管道必須用高強(qiáng)度材料制造以防止管道破裂，所以現(xiàn)在設(shè)計(jì)者致力于把連接管路做得更短，因?yàn)閱卧獓娚湎到y(tǒng)有著它與生俱來

15、的優(yōu)點(diǎn)，元件一體化成為又一個(gè)要求。</p><p>　　同時(shí)，多點(diǎn)噴射也已經(jīng)被迅速采用?，F(xiàn)在的問題是要提供一個(gè)單獨(dú)的額外的預(yù)噴射脈沖，使得在壓縮點(diǎn)火階段供油壓力上升柔和，然而，在運(yùn)用電子控制之前一段時(shí)間，使用雙彈簧噴油器，使得整個(gè)燃燒過程中壓力曲線形狀是可以控制的，通過把主噴射分成兩次極短的噴射，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)噪音和降低尾氣排放，但這需要更靈活更精確的控制。</p><p><b>

16、;　　多元化的發(fā)展</b></p><p>　　菲亞特是最早解決這個(gè)難題的公司之一，她領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)了Multijet技術(shù)（在２０００年之前，作者曾在Orbassano技術(shù)中心看到一臺(tái)演示用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好）；　P.S.A.（法國(guó)標(biāo)志－雪鐵龍集團(tuán)）卻背道而馳，它的柴油技術(shù)完全是間接噴射到共軌中去的。認(rèn)識(shí)到多次噴射的性能是解決驅(qū)動(dòng)特殊的燃油濾清系統(tǒng)的理想方法?，F(xiàn)在，在一個(gè)行程中有五次噴射變得越來越普遍，而七次噴

17、射也在研究中，主要是為了滿足可以遇見的越來越高的排放要求。</p><p>　　然而多次噴射技術(shù)最初的難題是開發(fā)電子控制系統(tǒng)，該電控系統(tǒng)主要依靠電容充放電速率來決定噴油時(shí)間和噴油間隔，它能迅速變得干凈，由于噴油器本身是一個(gè)限制的因素，哪里需要極快速的反應(yīng)，在螺線管的線圈中產(chǎn)生電流的時(shí)間必須能使針閥有效提升，實(shí)際上看起來瞬間的操作有效減少了總的噴射時(shí)間，引入事件散播等級(jí)不利于排放。</p><p

18、>　　現(xiàn)在，研究方向又轉(zhuǎn)移到壓電作用上，在壓電式系統(tǒng)中用陶瓷水晶替代了螺線管，依靠電子領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，壓電式噴油器可以在瞬間觸發(fā)針閥動(dòng)作，壓電式噴油器的動(dòng)作速度比螺線管式噴油器快4~6倍，而且能量消耗比螺線管式噴油器少。但壓電式噴油器需要占用更大的空間，而且在那兒的空間已經(jīng)非常難滿足，而且成本相對(duì)較高，至少是螺線管式噴油器的兩倍，由于這是一項(xiàng)新技術(shù)，它必須與已經(jīng)經(jīng)過長(zhǎng)久試驗(yàn)和驗(yàn)證并已經(jīng)相當(dāng)完善的螺線管噴油器激烈的競(jìng)爭(zhēng)。</

19、p><p>　　所有主要供應(yīng)商還未花較長(zhǎng)時(shí)間來開發(fā)壓電式噴油器，也許這是至關(guān)重要的，盡管他們的公開態(tài)度表示他們開發(fā)產(chǎn)品的速度與充分的準(zhǔn)備將會(huì)完全得到實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　在商業(yè)領(lǐng)域西門子大概是最早開發(fā)壓電式噴油器的公司（在90年代緊跟FEV研究），該公司要求在2000年開始提供200萬(wàn)套壓電式噴油器。給最新型的奧迪 A6 TDI車提供壓電式噴油器的BOSCH（博世公司）公司聲稱將在今年生

20、產(chǎn)25萬(wàn)套壓電式噴油器，并在2005年達(dá)到200萬(wàn)套。DENSO（電裝公司，日本企業(yè)）公司正在Hugray安裝調(diào)試壓電式噴油器的生產(chǎn)設(shè)備，準(zhǔn)備在2005年投產(chǎn)。Delpi（德爾福公司）公司已經(jīng)推出他們的壓電產(chǎn)品，聲稱該產(chǎn)品可以在一個(gè)循環(huán)內(nèi)達(dá)到七次噴射，設(shè)計(jì)初衷是針對(duì)商用車使其達(dá)到Euro V（歐洲5號(hào)）和美國(guó)聯(lián)邦7號(hào)排放法規(guī)，</p><p>　　2005年，如果把所有歐洲生產(chǎn)商的產(chǎn)量加起來，將達(dá)到1000萬(wàn)套壓

21、電式噴油器的產(chǎn)量，因此，該產(chǎn)能可以裝備200萬(wàn)臺(tái)直列或V型六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的快速商業(yè)化。</p><p>　　曾幾何時(shí)holygrail燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)被視為可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化的噴油速率，而如今看來這與現(xiàn)實(shí)不符，但不管怎樣已被十分精確的多點(diǎn)噴射系統(tǒng)所削弱，這種系統(tǒng)（多點(diǎn)噴射）在很多方面與現(xiàn)代控制的概念相一致。特別是關(guān)于尾氣排放，使得問題不斷變化，隨著多次噴射技術(shù)和壓電式噴油器的發(fā)展，瞬變現(xiàn)象減少到了最少，這也就是