高压共轨系统的实效性

宋治衡

【摘  要】全球变暖成为当下热议的话题，各国倡导保护环境、减少排放污染的议题。中国这一发展中国家从汽车能源利用和污染排放方向入手解决问题，对车辆行业提出新的要求，从2004年开始陆续执行国家统一的排放标准。高压共轨系统的研发，在车辆发动机上作出了革新，燃料的高效率利用，尾气污染物质的减少，使得高压共轨系统成为汽车发展行业新的基石。

【Abstract】Global warming has become a hot topic at the moment. Countries advocate the issue of protecting the environment and reducing the emission of pollution. China， as a developing country， began to solve the problem from the direction of automobile energy utilization and pollution emission， and put forward new requirements for the automobile industry. Since 2004， China has successively implemented the national unified emission standards. The development of high pressure common rail system has been innovated on the vehicle engine. The high pressure common rail system has become a new foundation for the development of automobile industry because of the high efficiency utilization of fuel and the reduction of exhaust pollutant.

【關键词】全球变暖;高压共轨;新能源;基石;发展趋势

【Keywords】global warming; high pressure common rail; new energy sources; foundation; development trend

【中图分类号】TK423                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）06-0180-02

1 高压共轨技术应用在车辆工业技术中的介绍

现代车辆工业衍生出许多新能源车型，如混合动力电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、其他能源汽车等。石油资源的过度开采和利用，使得石油资源成为稀缺资源，燃料汽车行业受到影响，为提高燃油燃烧效率，高压共轨技术的研发，为燃料汽车行业带来了生机。高压共轨技术是靠一个ECU芯片控制喷油器实现准确喷油，高压喷嘴使得燃油雾化率提升，燃料燃烧效率得到了优化，实现理想喷油的规律，同时保证优良的动力性和经济性。

2 高压共轨技术运用的优势

高压共轨技术在车辆行业运用的潮流逐渐兴起，这样的趋势是必然的，高压共轨系统的众多优势带来跨越传统机械领域的革新，让我们从高压共轨系统的部分优势进行探究。

2.1 技术可持续

高压共轨技术的衍生，使得燃油燃烧效率得到了质的提升，从普通燃油发动机对燃料燃烧率30%到高压共轨发动机对燃料燃烧率90%。国家排放标准的不断更替，对环境的可持续发展提出了更高的要求。高压共轨技术的利用，使得燃油的雾化效率和燃烧效率都能达到最高，减少了CO2的排放，减少了PM颗粒物的排放和NOx的排放，对环境更友好，相较于之前的传统机械系统，高压共轨技术实现了可持续发展的延伸。

2.2 技术效应高

由于高压共轨技术是由电磁阀控制喷油嘴喷油，喷油可以实现柔性控制。燃油通过公共油缸进入高压油路，因为控制精度提升，高压油路中不会出现残余气泡和残压为零的情况，循环喷油量变化量降低，各个缸供油不均匀得到了改善，不仅减轻了发动机的机械振动还降低了排放，高效清洁将被带入车辆工业，不断提高效应，可以实现更高规格的应用。高压共轨发动机在省油方面是一个质的提升，有更高的继承性，国家排放标准的改进，势必也会促进发动机的改进，高压共轨技术也势必迎来技术效应的提高。

2.3 技术受众广

高压共轨发动机通过ECU芯片实现数字化精准控制。柔性控制是弹性的，不同的车型对应需要不同型号的发动机进行有效驱动，根据不同车型的不同需求可以满足个体车型的要求，相当于汽车发动机的专属定制，高压共轨技术的广泛使用，ECU的数字调制，可以轻松满足不同客户的不同需求，技术的受众面广泛，实现大规模量产后，降低经济成本。高压共轨原理适用于更多的领域，社会科技的进步，也会产生高压共轨技术的科技浪潮。

3 高压共轨系统改善方法

目前，高压共轨技术仍存在一些问题，根据以上提出的关于未来高压共轨系统的展望，应该从系统中探寻线索，结合新型的科研成果不断完善高压共轨系统。

3.1 电控革新

高压共轨系统引进不同的控制阀实现效率的提升。高压共轨发动机是电控发动机，通过传感元件输送到ECU的电信号，计算给出最佳的喷油时间，喷油次数和喷油量，达到节油、环保、动力更强劲的目的。目前，高压共轨系统依然存在稳定性不足的部分问题，现通过调节小喷油量和多次循环喷油的变量控制，来实现对高压共轨系统技术的优化设计。实现电控革新要从以上2个问题入手。研究表明，对循环喷油量的影响性和相关性分析，以及喷油量的波动特性可知，大多数的参数影响都是针对电控喷油阀。对其电磁阀和控制腔进行结构优化，提出了双密封电磁阀结构，同时在控制腔内加入稳定腔实现稳压作用。结构的革新更好地为高压共轨系统提供了支点，不断完善其设计缺陷，也将会引领新的发动机工业革新。

3.2 双阀电控

根据对高压共轨系统结构的改善，提出了带有稳压腔的双密封面控制阀电控喷油器，相较于传统喷油器多出了一个电控阀，多出的电控阀提升了控制难度。第一，对ECU的电信号要求更高。第二，2个电磁阀同时工作会产生电磁干扰，彼此影响。为最大限度地解决存在的问题，在设计双阀喷油器时采用了压电执行器。压电技术是由居里夫人发现的，压电技术的采用直接降低了燃烧噪声。相比于传统的电磁阀式的喷油器，压电产生的反应更为迅速，反应信号会在0.1ms内完成反馈，精确度得到了大大的提升，使得系统重复的精度非常高，也避免了由于设计中一些无法消除的误差带来的影响，也实现了单一控制器对双密封面的控制，从而采用压电式电控阀单一执行器，解决了系统控制的复杂性和2个电控阀会产生的电磁干扰。

3.3 量化分析影响参数

对于高压共轨系统进行影响因素的量化分析，高压油泵输入高压轨道内的燃油，供油的动态变化直接关系到轨道内压力的波动特性。由于高压油泵运行涉及多种物理场的耦合作用，高压油泵循环供油量取决于进油量，进入的燃油会受到电磁阀的调控，在出口油量流动率上作用，这样往复作用反馈回电磁阀，间接反映了电磁阀对高压油泵输油的动态特性，可得电磁阀出口燃油流动率与供油柱塞吸油流动率有关。在高压油泵供油的同时，电磁阀存在振荡周期会影响出油流动率，进而影响循环供油量。上述供油时区内的变化，对应循环喷油量的影响机理，得出了相应参数变化，进而分析参数变化影响与共油量之间的相关性。对于循环喷油量在小脉宽区域对电磁阀和针阀预紧力的变化更为灵敏。量化分析的改进，提出了研究循环喷油量的新概念，消除百分百比量化指标的影响。高压共轨系统对小喷油量曲线存在非线性拐点的成因机理，进回流节流孔直径对于循环油量的影响规律，减少回节流孔的直径能显著提高小喷油量的控制裕度，还减少了循环回油量，减少功的损失。高压共轨系统整体的结构、控制阀等实现了相较于传统机械式发动机的革新，整体机能的量化分析，分段解决存在的隐患，使得结构数据化，有高度的可循性，最大效率实现功用，希望部分有待解决的问题，在不远的未来能一一实现。

3.4 波动特性参数分析

波动特性分析针对于压力波动的影响因素：

第一，主喷油量的影响，控制变量，主预喷油量的不同（依次增加），以及时间间隔不同（依次增加）。盛油腔内壁压力呈现幅值递减的周期波动规律。

第二，轨压的影响，对于相同主预喷油量，当轨压上升时，喷油脉宽的减少，影响周期的持续压力波动，进而改变主喷的波动特性。压力波动是导致多次喷射循环喷油量波动的主要原因。由于多次循环喷油波动的影响会导致缸内燃烧和排放的不完全，因此应该找寻方式降低或者消除压力波动，以便提升喷射循环的稳定性。高压共轨油路内存在2种压力波动，分别是膨胀波和压缩波。2种不同的压力波与电磁阀和针阀的开闭相联系。2种波在共轨油路内壁不断传递和叠加形成了压力波动。高压共轨系统中通过波动特性的分析得到了喷射油量循环的波动性，建立了高压共轨模型的LC无阻尼液体系数学模型，对高压油路内燃料的压力波动和频率周期进行预测，最后提出了压力幅值变化规律预测公式，通过计算得到压力波的频率，从而对不同的数学模型和仿真模型进行预测，验证了压力幅值对喷射引起的波动预测的可靠性。可以为多次循环喷油的稳定提供准确的理论指导，数字模型预测仿真，为高压共轨系统的细化奠定了基础。

4 结语

以上探究让我们更加清楚地了解到高压共轨系统现在已经走入人们的日常生活中。高压共轨系统有ECU提供精确的指令，ECU不同的型号可以控制不同功率、不同模式的系统，这样可以满足绝大多数车型，甚至可以根据不同运用行业、不同车型进行私人订制，这样高压共轨系统车型可以适用于各种情况，更加贴合人们的生活。通过优势判断和不足的改善，對未来发动机的系统发展打下了牢固的基础。

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