电喷柴油发动机技术介绍
  目前柴油机实现三次排放的电控方式有三条主流技术路线，分别是电控单体泵、电控泵喷嘴和高压共轨。目前主要的国际汽车配件供应商都在进行着柴油共轨喷射系统的开发，如：博世、德尔福、西门子、电装公司、VDO和玛格纳-马瑞利公司，它们是全球主要的共轨喷射系统供应商，而目前在国内生产共轨柴油喷射系统的还只有博世一家。下面分别介绍几种包括三条主要技术路线在内的电控技术：
1、电控单体泵技术 (EUP)
德国 Bosch公司的电控单体泵 系统 ,采用较短的高压油管 ,可实现较高的喷油压力 ,最高喷油压力可达 250 MPa.该系统采用高速电磁阀控制喷油定时及喷油量。 
2、电控泵喷嘴技术 
        优良的混合气是提高柴油发动机动力性、燃油经济性；降低排放率、噪音率的关键因素。这就要求喷射系统产生足够高的喷射压力，确保燃油雾化良好，同时还必须精确控制喷油始点和喷油量。而泵喷嘴系统能够符合上述的严格要求。因此，早在1905年柴油发动机的创始人Rudolf diesel 先生就提出了泵喷油器概念，设想将喷油泵和喷嘴合成一体，省去高压油管并获得高喷射压力。20世纪50年代，间歇控制泵喷射系统的柴油发动机就已应用在轮船及卡车上。之后，Volkswagen和Robert Bosh AG公司合作研制出适用于乘用车的电磁阀控制泵喷射系统。泵喷嘴的结构如图3所示。
                         
1. 隔热密封垫　2. O 型环　3. 高压腔　4. 喷射凸轮　5. 滚柱式摇臂　6. 球销7. 泵活塞　8. 活塞弹簧　9. 电磁阀针阀　10. 喷嘴电磁阀　11. 回油管      12. 收缩活塞　13. 供油管　14. 喷嘴弹簧　15. 针阀缓冲元件  16. 缸盖　  17. 针阀
图3 泵喷嘴结构图及示意图
泵喷嘴工作原理（如上图所示）：泵喷嘴的喷油始点和喷油终点由快速启闭的电磁阀控制。电磁阀关闭，将柱塞高压油腔与低压油路切断，燃油加压并开始喷射。电磁阀开启则泄掉喷射压力，结束喷射。喷油量由中低压油泵的供油压力和电磁阀的关闭延续时间决定。通过电磁阀的多次动作产生多次喷射，实现对喷油速率的控制，从而使燃烧过程得到优化，可靠性和效率得到提高。该系统能改善各缸供油均匀性及调速特性，并具有良好的怠速稳定性和冷启动性能。
        其中主要部件作用如下：
 
        （1）单向阀：发动机不工作时，防止燃油回流。
        （2）旁通阀：若燃油内有空气，则通过此处排出。
         （3）节流孔与过滤器：收集、分离供油管内的气泡。
        （4）限压阀1：调节供油管内压力大于0.75MPa时打开。
        （5）限压阀2：保持回油管内压力在0.10MPa。
        （6）燃油泵：燃油泵是间歇式叶片泵，其优点是在较低发动机转速时也可供油。泵体内油道使油泵转子始终处于被燃油浸润的状态，从而可随时输送燃油。如图5所示。
图5 燃油泵油路连接图

        （7）燃油分配管集成：燃油分配管集成在缸盖内的供油管内，其功能是等量向各泵喷嘴分配燃油，在此，燃油与受热燃油混合，并被泵喷嘴强制流回供油管。使供油管内流向各缸的燃油温度一致。所有泵喷嘴被提供相同量的燃油，使发动机运转平稳。否则，泵喷嘴的油温将会不同，并且泵喷嘴被提供不同质量的燃油。这将会使发动机运转不平稳并将在前几个缸中产生极度高温。燃油分配管如图6所示。
图6 燃油分配管

        （8）燃油冷却泵：使冷却液在冷却环路中循环。当燃油温度达到70℃，发动机控制单元通过燃油冷却泵继电器将其接通。
 在国内很多的乘用车上使用泵喷嘴，如：宝来TDI、途安TDI和奥迪TDI等。泵喷嘴技术相对于之前的技术（如柱塞泵），已经具有明显改进，而其最大的好处是大大增加了喷油压力，其涡轮增压泵喷嘴的喷射压力都能达到200MPa以上。由于喷射压力直接影响柴油燃烧做功效率，因此，泵喷嘴的燃烧效率很高。
        3、高压共轨技术（CRDI）
        “CRDI”是英文Common Rail Direct Injection的缩写，意为高压共轨柴油直喷技术，CRDI技术和SDI（自然吸气直接喷射柴油发动机）技术、TDI（直喷式涡轮增压柴油发动机）技术均为德国博世公司研发的柴油发动机技术。共轨系统由高压泵、喷油管、高压蓄压器（共轨）、喷油器、电控单元和传感器及执行器组成。
        共轨式喷油系统主要的贡献就是将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，通过对共轨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基本无关。这一柴油发动机技术的创新最大限度地降低了柴油发动机车型的振动和噪声，同时将油耗进一步降低，使排放更加清洁。但共轨技术的喷油压力低于泵喷嘴系统，一般只能达到160MPa左右。由于喷油压力调节宽泛，采用共轨技术的柴油车能更好地适应各种工况，起步也不会困难。
        博世公司首家于1997年开始批量生产共轨燃油喷射系统的乘用车，当时博世和奔驰联合推出共轨技术柴油奔驰C级别车，而在当时阿尔法罗密欧156也是最早使用高压共轨的乘用车之一。在国产车中，华泰现代使用的是共轨喷射系统。柴油共轨系统已开发了3代。
发动机调速器        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。第一代共轨系统为商用车设计的，最高喷射压力为140MPa，乘用车喷射压力为135MPa。
        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。带有控制油量的油泵，喷射压力能达到220MPa。即使在压力较低的情况下，该系统也可以根据实际状况提供适量的喷油压力。不仅有助于降低燃油消耗，而且还可以降低燃油温度，从而省去燃油冷却装置。预喷射降低了发动机噪声：在主喷射之前百万分之一秒内少量的燃油被喷进了汽缸压燃，预热燃烧室。预热后的汽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。博世公司的第二代共轨系统产品已经在沃尔沃的S60、V70D5及宝马的230d等乘用车上试用。 
        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。最高喷射压力达到180MPa。此套采用新研发的压电直列式喷油器的系统使带预喷和后喷的喷油率曲线范围更为自由。
4、电控VE分配泵（CAPS）
VE分配泵的基本结构和工作原理如下：
VE分配泵喷油系统的油路如上图所示。燃油通过输油泵增加后进入VE分配泵。由曲轴齿轮带动分配泵的传动轴，其前端的滑片式输油泵再次加压燃油，压力达到0.6～0.8 MPa。然后
燃油进入分配泵泵体内，泵轴转动带动一个内凸轮环中的两个径向对置式柱塞对向运动实现泵油（该内凸轮环有六个对称布置的凸轮凸起的，每个柱塞在每转一周中六次抵达凸轮凸起上，实现泵油六次），被对向运动的柱塞压缩的燃油流经分配套筒上的进油孔和旋转着的分配轴的油槽，通过分配套筒上的出油孔和泵头上的连接管道、出油阀和高压油管进入喷油嘴（供油及分配原理如下图所示）。泵体内多余的柴油从顶盖上的溢流阀返回油箱。柴油如此循环流动既可带走油路中的气泡和零件摩擦产生的热量，又可润滑各个运动零件。该泵采用高速电磁阀直接控制高压供油量（由ECU控制其开启与关闭的时刻从而控制供油量）、供油提前角、供油速率和预喷射。
该型喷油泵的主要问题是，将六个缸的压力油分配集成由一个旋转分配轴和固定分配套筒完成，同时因供油压力较高，为防止泄漏，对分配泵旋转偶件有一些特殊要求，例如旋转偶件间隙要在0．001mm，这不仅给机械加工带来了很多困难，而且在旋转分配转子的结构设计上也带来了一些问题。为此，要考虑孔、槽、沟的位置，以及在高压力下的压力问题，以免使转子单向受力加速磨损。同时也要采用特殊的表面处理技术，防止转子磨损和咬卡。另外还要对油泵的清洁度和燃油的杂质含量提出更高的要求。
5、电控直列式喷油泵 

      在直列泵基础上发展起来的电子控制燃油喷射装置最多 ,它具有喷油量与喷油定时控制功能或只具备其中一种功能 ,有些控制系统还具有喷油压力和喷油速率等控制功能 . 电控直列泵的喷油量控制装置为电控调速器 .电控调速器使喷油量随转速变化的控制易于实现 ,而且其响应速度比机械式或机械液压式调速器快得多 ,因此 ,适用范围非常广泛 .电控调速器按执行机构的不同可分为电子调速器 (如日本 DKK公司的 RED-  型电子调速器、德国 Heinzmann公司的 E型电子调速器及美国 Barber Colmann公司的电子调速器等 )及电子液压式调速器 (如德国 Bosch公司的 EDR型调速器等 ) .


      电控直列泵的喷油定时装置一般采用电子液压式执行器 ,如德国 MTU公司 880系列柴油机的 ECS系统、电装公司的 ECD- P3型电液正时器及美国卡特彼勒公司的 PEEC系统等. 日本 ZEXEL 公司的 TICS系统采用柱塞滑套式定时调节机构 ,通过控制定时滑套的位置改变柱塞供油的预行程 ,从而调整供油定时 ,同时还可以与升速式凸轮相配合来控制喷油速率和喷油压力 .日本小松也开发了采用独特的组合式柱塞的可变预行程的 KP2 1型喷油泵 ,德国波许公司也研制了 RP39、 RP43型可变喷油速率、喷油定时和喷油量控制的控制滑套式喷油泵 ,其工作原理和结构与 ZEXEL公司的 P- TICS系统相似 ,也属于一种可变预行程直列泵 。