第四代是采用喷油压力可达2500bar的液力增压式喷油器,允许在喷油器针阀处产生非常高的喷油压力,更提高了燃油雾化质量,同时,又使共轨管及共轨管通向喷油器的高压油管内油压保持相对较低(共轨压力只有1350bar)。博世公司在开发第四代共轨燃油喷射系统时,除喷油压力提高外,同时为降低燃烧时NOx的生成给出了新的喷油规律,允许喷油压力逐步上升,从而实现缸内平稳燃烧,保持缓慢的温度变化梯度和低的NOx生成,进而使混合气形成得以改善,有利于降低PM微粒的形成。
电控高压共轨燃油喷射系统的分类
电控高压共轨燃油喷射系统共有共轨液压式、高压共轨式、共轨增压式三种。
1.共轨液压式燃油喷射系统
美国卡特匹勒(Caterpillar)公司的HEUI系统是一种电控中压共轨液压式燃油喷射系统。
电控中压共轨液压式燃油喷射系统由高压机油泵、共轨管机油压力调节阀、带电磁阀的喷油器、传感器、电控单元、燃油输油泵等组成。该系统分燃油和机油两条油路。其中机油为喷油器的控制油。高压机油泵将机油输送到高压共轨管。机油管路由低压和高压两部分组成。低压油管的压力为3bar,其作用是由机油泵通过机油冷却器和机油滤清器将机油送到高压机油泵。高压机油泵将机油送到高压共轨管,其压力控制在40230bar,由电控单元控制共轨机油管压力调节阀进行压力调节。具体数值依据发动机性能需要调节。
该系统特点是:
①采用机油作为控制油,解决了柴油在热工况下粘度降低和热起动困难问题。
②因机油粘度较柴油要高,系统密封容易。
③控制机油设有回油管路,完成控制作用后,机油回到缸盖上作为润滑油。
④每一个喷油过程,电磁阀均需完成一次开关,电磁阀响应时间要求高。
⑤与传统喷油泵相比,易于加工制造。
⑥冷起动比较困难。
2.高压共轨式燃油喷射系统
目前这种高压共轨式燃油喷射系统获得广泛采用。博世、电装、西门子·威迪欧(现为大陆汽车系统)、德尔福、马瑞利等都在生产。
目前,高压共轨式燃油喷射系统喷油器的电磁阀已向压电式发展。随着共轨压力的提高,对共轨管的材质、加工精度等都有严格要求,博世公司的最大共轨压力为2000bar的压电式喷油器也将正式投产。但再进一步提高共轨压力出现了难度,因此正在开发液力增压式喷油器的共轨燃油喷射系统。
3.液力增压式共轨燃油喷射系统
液力增压式共轨燃油喷射系统采用增压活塞,依靠增压作用来提高喷油压力,由共轨管内中等压力的燃油来推动增压活塞向喷油器提供高压油。电磁阀控制液力增压式喷油器是系统中最重要的部件。当电磁阀关闭时,共轨内燃油进入增压活塞上方,活塞下行。由于增压活塞直径与柱塞直径之比为1∶15,因此活塞下行时,增压活塞、喷油器针阀腔和针阀顶部的燃油压力可达1000~1500bar。当电磁阀打开时,增压活塞上方卸压,活塞上行,则喷油器针阀顶部油压下降,而增压室中高压油使针阀抬起,实现高压喷油。目前,液力增压式共轨燃油喷射系统喷射压力最高可达2500bar,而共轨管压力相对较低,只有1350bar,远小于高压共轨燃油喷射系统第三代(共轨管压力为1600~2000bar)的燃油压力,对共轨管和密封要求相对较低。这是商用车柴油机高压燃油喷射系统的方向,可提高燃油雾化质量,降低燃油耗和发动机排放等。