什么是电控柴油机

【卡车之家 原创】柴油机的消耗率和可靠性能都远高于汽油机，不过，随着环保问题的不断扩大，也基于对柴油机的要求更加高效更加节能环保。当传统的柴油机无法满足这些要求时，电控的高精度高效率的柴油发动机便应运而生。

简单来说，电控柴油机就是在原有的机械控制式的发动机基础上增加了各种执行器、传感器及电控单元，并改变了发动机的喷射系统，将其电控化了。

举个例子：电控柴油机体系中的电子油门踏板，是驾驶员发出加油指令的执行器，它不同于传统柴油机的油门踏板由一根油门拉线牵引油泵上的齿条控制喷油。

电子油门踏板的供油完全是依靠ECU监测到的各个传感器的信息来决定的，当司机踩踏油门踏板，这些信息反馈给ECU，ECU监测数据显示正常，则发出喷油指令开始向燃烧室喷油，发动机转速也随之提高。

那么电控有哪些种类呢？

从电控系统厂家来分，知名的有德国博世，日本电装，美国德尔福、康明斯等等；从排放等级来说，有国三到国六几种类型，但它们的区别只在于后处理技术的不同，前端的发动机并无太大的变化。

所以，笔者所说的电控柴油机种类指的是发动机喷射系统差异的不同。

电控柴油机不同于普通柴油机的地方就是他的喷射系统，电控机的喷射系统可以使柴油机喷射压力更大，雾化更良好，燃烧更充分，这是电控机的共同特点和发展目标。

但是不同的喷射系统会使发动机有着不同的使用体验和不同的性能表现。按柴油机喷射系统差异可以分为高压共轨、单体泵，喷嘴泵三种类型。

高压共轨

所谓的共轨式电喷系统，是抛弃了传统的脉动高压供油原理，不同于传统高压油泵直接控制喷油。电控共轨柴油机是向公共油道供油以维持共轨压力，采用压力/时间式的燃油计量原理，通过公共油道油压的连续控制和各缸喷射过程中的电磁阀控制相结合的方式，实现整个喷射过程。

其实共轨系统中可以分为共轨蓄压式和高压共轨式、共轨液力增压式三种。其中高压共轨式是最我们熟知的，也是在市场上应用最为广泛的一种。

高压共轨系统的ECU根据实际工况（进气，水温，油门开度）对喷射过程精密控制，通过控制喷油电磁阀的开启时长来确定提前角与喷油量。

同时也会通过控制高压油泵的计量阀开启时长来控制共轨压力。它由电控单元，高压油泵，共轨管、喷油器，输油泵，以及各种相关的传感器和执行器组成。

YC6L-30实物图

电控单元

也就是常说的ECU，相当于电控柴油机的大脑，ECU的作用是采集各个传感器的信息，然后通过采集到的数据信息下达相关指令，继而保证发动机正常运转。

高压油泵

共轨系统中的高压油泵比普通的高压油泵喷射压力高出一倍，是高压共轨系统中能够“高压”的主要“功臣”之一。以最常见的博世共轨为例，目前可以分为两种高压油泵，一种是CP3.3的径向柱塞喷油泵。该喷油泵只有一个高压出油阀，类似分配泵的小体型，常安装在四缸机一类的中小型柴油机上。

另一种是CP2.2的喷油泵，它是直列双柱塞油泵，带有两个高压出油阀，体型较Cp3.3的要大，因其供油速率较高，常应用于重型柴油机系列。

共轨管

共轨管是喷射系统中的公共高压油道，是喷油泵高压出油口后端储存和分配高压燃油的管道，它由共轨管体，限压阀、轨压传感器、节流阀阀组成。

共轨管体承担着储蓄油压分配燃油的功能，也是共轨管的主体部分；

安装在两侧的限压阀相当于一个保护装置，当油轨压力超高时，限压阀便会打开，泄去高压力的燃油，避免发生不可预知的故障。（因为高压油路中的压力巨大，在发动机因故障导致油压超高时是很危险的，所以设计限（泄）压阀排除这种危险性）；

共轨传感器也叫轨压传感器，是共轨系统中必不可少的传感器之一，他的主要功能是监测共轨的实际轨压，ECU通过监测到的数据判断油压是否正常，进而发出下一喷射指令；

节流阀是镶嵌在共轨管体上的，并不是常开状态，只有在油压达到一定高度时它才会打开，也是为了防止喷油器常开故障后导致大流量的泄压而设计。

喷油器

内部结构复杂且精密，壳体内是电阻线圈和阀组件。顺便提一点，当确定喷油器故障时，因线圈与与其他部件不易损坏，多是阀组件磨损导致，一般更换阀组件即可，不必更换总成，这样可以避免维修费用过高。

输油泵

位于低压油路的齿轮输油泵由喷油泵带动，能够高效的为高压端供油，通常安装在喷油泵的尾部。

性能 可靠的高压共轨喷射系统由以上部件组成，也正因这些部件的各种功能使得高压共轨柴油机高扭矩高性能的特点，并且可以适应各种低转速，高负荷的工况。因其可靠的性能，使其成为目前卡车电控发动机的主流方向。

▎单体泵

如果从控制方式来说，它是属于时间控制式一类的，但按照大部分人将电控喷射系统分为第一代（位置控制式）、第二代（时间控制式）、第三代（共轨控制式）的分类来看，它虽然属于第二代产品，但笔者却认为它是介于第二代与第三代之间，是不同于电控分配泵和共轨式之间的2.5版本。

单体泵，顾名思义，它的喷油泵是一个独立的存在，它的喷射系统由单体泵-高压油管-喷油嘴三个部分组成，并配合其完成喷油工作。

它取消了传统油泵中的油量调节机构，用高速电磁阀控制单体泵的通断，喷油量由ECU采集到的传感器数据信息来控制，当ECU接收到司机踩踏油门的信号时，则发出喷射指令，给单体泵通电，闭合回路，建立油压，给高压油管和喷油器供油完成喷射。

很明显，单体泵系统中最为重要的就是单体泵本身了，它能按照ECU的指令为整机输送所需的油量，是整个系统中建立压力的关键部件，它由凸轮轴推动泵体内的柱塞与电磁阀的控制建压，配合了配气相位，按照作功顺序进行喷油。

单体泵与传统柱塞泵的不同之处在于，除了所使用的材料能够承受更高压力，还增加了高速电磁阀控制的溢流阀组件。但该系统所使用的喷油器与传统喷油器并无太大差别，只是它的受压力更大，雾化效果更好。

按照理想化的单体泵设计要求，它应该是集成在机体上的，由发动机的配气凸轮轴推动，这样可以在构造上得到简化，并缩短油泵到喷油器的中间距离，避免使用过长的高压油管，有利于更高压力燃油的输送。

但在国内产品的应用中，为了利用现有的发动机机体，避免重新铸造机体带来的高成本，很多厂家在保留原有机体的情况下，将单体泵集成在一个泵体内，使得其外形仍然类似传统的直列柱塞喷油泵。

其中最典型的例子要数玉柴机器的4D（4108）单体泵国三发动机，该机型的改动非常小，就是换了油泵与加装了电控单元和传感器、执行器，很大程度的节约了成本。

虽然单体泵有着结构简单，控制灵活等优点，但由于控制成本所带来的约束，更因其油泵压力提升原理导致其喷油有着先缓后急的特点，虽然这样的特点在一定程度上有利于燃烧过程的优化，但随着发动机转速的下降，使其在低转速区域的表现并不良好，继而导致柴油机低速性能下降。

而且其喷油器仍是采用与传统喷油器相同的弹簧压力控制式，没有进行多次喷射的能力，虽然能够在加装后处理装置后能满足国四排放标准，但在排放逐步升级的过程，如果不加以优化，将会很难适应市场。

泵喷嘴

如果单体泵系统将喷射系统的结构精简了一定程度，那么泵喷嘴可以说是将喷射系统的结构精简到了极致。但它又是复杂的，因为这一系统对缸盖内部结构需要更高技术的加工工艺。

它是直接把燃油压力提升、正时、油量控制等全部功能都集成到了发动机机缸盖上的一种技术。

泵喷嘴顾名思义就是将油泵与喷嘴整合为一体。它类似于单体泵是一个独立的油泵，却不同于单体泵，自己携带有喷油器的技能。

高压燃油的输送也在缸盖的油道中完成，这样的设计免去了外部高压油管的连接，消除了管理压力损失并避免了管路泄压和管路不能承受高压的可能。

当然，泵喷嘴系统中一枝独秀的肯定是泵喷嘴本身，它由油泵组件和喷油器组件组成，安装在气缸盖上面，由喷油凸轮带动泵喷嘴摇臂，将泵活塞压下，届时中间的高速电磁阀关闭，柱塞向喷油器压油，当到达所需压力时，停止向电磁阀通电，控制阀再次开启，高压燃油快速溢流，喷油终止。

泵喷嘴使燃油产生高压的过程与高压共轨的原理其实类似。都是在闭环模式下压缩燃油，只是不同于高压共轨的是泵喷嘴的系列工作都在一体化的泵腔内完成。

不过，这种集成的形式可以消除高压油管中的压力波和燃油压力损失的影响，给油压的形成制造了一个更狭小的空间，有利于压力提升，但也由于这种一体化，使的对汽缸盖的刚度、强度以及铸造工艺和加工工艺有了更高的要求，很多方面难以实现，无形之中也提高了成本。

这种技术在国内卡车上并不常见，笔者最早接触到与泵喷嘴类似的系统是重庆康明斯K19发动机的PT燃油系统，它是一台装配在推土机上的的传统机械式的欧二排放柴油机。

从性能和动力上来看确实不错，但它有着油耗偏高和离开高速段烟度排放就急剧增加的缺点，或许这也是该系统未能在国内卡车市场占据主流的原因之一。

▎总结

以上三种类型便是目前卡车市场上主要应用的喷射系统。从市场应用程度方面来看，稳定性较高的高压共轨系统是电控柴油的主流系统；结构简单的单体泵在动力提升和排放升级的长跑中难以跟上脚步。

对缸盖强度和加工技艺高要求的泵喷嘴在泵喷嘴本身的设计也是一大难点。并且后面两种系统都有对发动机转速过分依赖的缺点：低速时的燃烧性能较差。机体的设计也会面临重大改变，成本不仅会增加，而且产品从诞生走到成熟又将经受许多考验，当今市场严苛，轻易投放市场会影响客户对产品的信心。

所以从产品适配性，后续发展潜力以及性能、动力各方面考虑，电控高压共轨技术仍会是市场的宠儿。

这三大类的喷射喷射各有所长，也各有的适用范围。尽管未来高压共轨或者新能源卡车可能会是主要发展方向，但其他系统也会并存，只是存在的形式与所处的战线不同罢了。

本文特约作者：石中隐玉

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