对未来轿车柴油机的要求是要在达到更高发动机性能的同时，具有更低的原始排放和可与汽油机相媲美的噪声水平及无可竞争的低燃油消耗，而最大的挑战是未来更为严格的排放法规。为了达到这些要求，燃油喷射系统则起到了关键作用。为此，不仅要求燃油喷射系统具有更高的喷射压力，而且要求喷入燃烧室的柴油必须具有更高的计量精度。在这方面，世界燃油喷射系统制造厂商为从第一代直到第四代电控高压共轨喷射系统系列型谱功能的不断提高做出了重大贡献，电控高压共轨喷射系统与发动机相应采取的改进措施和废气后处理技术相结合，必定能够满足越来越高的目标要求。同时，为了在轿车整个使用寿命期内尽可能降低原始排放，必须进一步采取措施提高高压共轨喷射系统的耐久性。

一、对轿车柴油机进一步发展的挑战

现在，全世界对轿车柴油机愈来愈感兴趣。在西欧，一般家庭第二辆轿车大多选用柴油车。在柴油轿车比较普及的国家，如奥地利、法国和意大利，柴油轿车的市场份额已达到60％，甚至超过70％，并且还有继续增长的趋势。由于柴油机的燃油耗比汽油机大约要低30％以上，面对目前居高不下的燃油价格，促使人们更倾向于选用柴油轿车。而且轿车柴油机正在向更清洁、更安静和更省油的电控高压共轨直喷式柴油机发展，并已取得了重大进展。至今，轿车柴油机的比功率已达到了汽油机的水平，而扭矩也达到了前所未有的数量级，更是汽油机所无法比拟的。

为了未来的发展，轿车柴油机将继续面临挑战，因而必须寻找新的解决方案。除了发动机方面的改进措施和废气后处理的技术创新之外，燃油喷射系统始终是达到轿车柴油机发展目标的关键技术。

对于轿车柴油机的进一步发展而言，达到未来排放法规的要求是最大的挑战。图1示出了由德国联邦环境部(BMU)和联邦环境局(UBA)提议即将实施的欧V排放标准的目前状况，图中也表示出了在一辆按欧Ⅳ排放标准设计的轿车柴油机上，运转时喷油量的误差对排放性能的影响。从图中可以清楚地看到，喷油量极微小的变化就会导致轿车排放的明显变化。在轿车柴油机设计时，为获得较低的原始排放必须首先从喷油量的计量精度着手，因为喷油量误差对排放结果的影响近似处于同一数量级。因此，为了在轿车柴油机整个使用寿命期内能够确保一直达到未来排放法规的要求，必须对喷油系统的开发和使用可靠性的保障措施重新进行评估。

二、满足未来排放标准的共轨喷油系统

未来，轿车柴油机都要装用颗粒捕集器，共轨喷射系统的高度柔性为其提供了理想的前提条件，并且现在已经应用于批量生产。较迟的后喷射能够提高废气温度，用于颗粒捕集器的再生，而最多两次的预喷射则有助于降低燃烧噪声。预计用于喷油的曲轴转角范围可达100°或更大些，而且共轨喷射系统无需发动机或在其液压方面采用其他附加结构措施。

面对未来排放法规的状况，世界燃油喷射系统制造厂商早就对未来轿车柴油机喷射系统的要求进行了评估。目前使用的最高喷射压力为160MPa的第三代压电直接控制式喷油器共轨喷射系统(图2)为达到这些要求已做出了重要贡献。应用这种喷射系统甚至使大型轿车都能达到相当低的欧Ⅳ排放标准，而无需采用比普通氧化催化转化器要求更高的废气后处理措施。同时，由于预喷射的效果，为轿车柴油机低噪声运转树立了新的衡量标准。

以下介绍轿车柴油机达到欧V排放法规要求所必需采用的喷油系统。

按照目前欧洲正在进行讨论的结果，欧V排放限值处于前面所述的BMU和UBA提议之间，同时假定都采用颗粒捕集器。设定这样的前提条件是希望在适当的比功率下，在中级以下轿车上采用系统压力为160MPa(CRS3.0)的第三代共轨喷射系统就能达到欧V排放法规，并能在许多场合避免应用降NOx催化转化器。而对于比功率较高的车辆，或者更确切地说是车重约1800kg以下的大型轿车，则要进一步逐级开发喷射压力为180MPa(CRS3.2)或200MPa(CRS3.3)的第三代共轨喷射系统。

同时，为了满足进一步的要求，提供合适的喷油系统，世界燃油喷射系统制造厂商早就研究过对第四代共轨喷油系统的要求。首先借助于一种高度柔性的开发工具来改变喷油规律，查明发动机对理想喷油规律的要求，然后按照这样的要求开发出具有相应潜力的喷油系统，并对这些系统进行相互比较，再将有成功希望的方案做成样品，进行发动机试验。由此得到的发动机试验结果被用来进一步进行新的方案选择。

最后，方案的竞争集中在可变喷油嘴和液力增压柴油喷油器(HADI)上，但由于HADI的综合性能最符合轿车柴油机对喷油规律的要求而被选为正式方案。HADI(图3)是借助于一个液力转换活塞，将135MPa的系统压力增压到250MPa的喷油压力。这种喷油器的喷油规律被设计成先慢后快的形状，使得喷油开始时的喷油速率很小，在喷射期间喷油压力递增，喷油速率达到的最大值与系统压力有关，但喷油终了一侧的压力曲线形状非常陡峭(压力降落极快)，避免了喷油终了时因不完全燃烧而引起的炭烟和积炭。

世界燃油喷射系统制造厂商在实施共轨喷射系统更新换代计划时采用了模块化结构，使得能够根据轿车柴油机所要力争达到的使用范围来决定系统的选择。图4简要地表示出了应用各种不同共轨喷射系统达到欧V排放限值可能性的评估，其前提条件是采用颗粒捕集器。同时，根据轿车质量、柴油机比功率和所力求应用的喷射系统来评估对降NO_X催化器的要求。由于采用相应的措施，轻型轿车应用可靠的第二代共轨喷射系统就能够达到欧V排放标准，而最大系统压力为160-200MPa的第三代共轨喷射系统也能满足各种车型的要求。对于质量较大的轿车，并兼顾到高档轿车的要求，第四代共轨喷射系统是一种非常好的技术方案。

三、喷油系统的耐久性

轿车制造厂商在开始开发一个批量生产车型项目的时候，总是希望尽可能采用可靠的系统，以便降低开发风险，并缩短开发周期和节省资源，能集中力量进行轿车自身的创新。因此，为了进一步开发新的柴油喷射系统，很久以前世界燃油喷射系统制造厂商就着手考虑能为新的轿车柴油机设计项目提供部件更为完善的产品设计平台。面临未来的挑战，这种产品设计平台变得更有意义，并要求从各方面对其进行全面评价。由于各个部件具有良好的可靠性，通过合理的系统设计始终保持着良好的协调工作，使这种系统能够可靠地应用于轿车柴油机上。

如上所述，废气排放限值将进一步降低，因此对于新的排放要求除了系统的标准设计之外，还必须将整个使用寿命期内可能发生的偏差控制在极小的极限范围内。为了提高系统的可靠性，必须针对诸如磨损、不良的燃油品质和制造误差等干扰因素采取相应的改进措施。这些影响因素共同决定了整个使用寿命

期内的排放性能(图5)。为了在整个使用寿命期内都能获得可靠的喷射系统，对系统的理解是十分重要的，因为只有这样才能够根据部件之间的相互影响来识别所发生现象的根源，并采取相应的改进措施。以下用实例予以说明。

喷油器的喷射会在共轨喷油系统中产生压力波动，这种现象在所有喷油器中都能观察到(图6)。由于要通过喷油器中的长油道，在控制腔和喷嘴针阀座之间产生了压力波的相位差。因为这两个部位的压力差决定了作用在针阀上的力，因此压力波将影响针阀的开启特性，因而也就影响喷油量的精度。同时，还会进一步影响到喷油嘴针阀关闭情况下在针阀座上的附加作用力，并由此引起喷油嘴针阀和喷油嘴体之间的附加磨损。为了减小这种压力波动对计量精度的影响，采用在喷油器中附加室容积的方法来增加此时的阻尼，以减小压力波动和喷油量的变化，改善短暂喷油间隔的有效范围，并减小喷油嘴针阀座的磨损。

系统的综合功能是提高可靠性措施的一个更重要的组成部分。在这方面，可引用零油量标定改善预喷射精度的例子(图7)来予以说明。预喷射油量精度对排放的重要性早已被证实，另外预喷射油量太少或完全没有都会使燃烧噪声恶化。因此，在零油量标定的同时，采用转速作为输入参数开发了一种能确保预喷射油量精度经久不变的功能。在发动机倒拖运转状态下，向汽缸中喷入最小的油量，一旦达到燃烧条件，而且油量大到足以开始燃烧，就能够通过高灵敏度的转速采集识别出来，并将信包按缸序存储起来，据此就能够实现预喷射油量的校正。在标定时所产生的扭矩只能通过测量技术才能证实，而在汽车实际运行中是难以察觉到的。

四、结论

在汽车整个使用寿命期内，满足未来排放法规的要求是对轿车柴油机进一步发展的最大挑战，对此喷油系统做出了重要贡献。针对正在讨论的欧V排放限值，世界燃油喷射系统制造厂商提出了每种共轨喷射系统的多种应用方案。

为了满足使用寿命期内的要求，整个系统的可靠性是非常重要的。为了达到可靠性的要求，必须在部件开发的时候对系统设计、应用直至诊断进行全面的评估，并提出所有项目所必需采取的措施。

专家点评

对轿车柴油机最大的挑战是未来更为严格的排放法规，对此燃油喷射系统起到了越来越至关重要的作用，其中喷油压力和喷油量精度是最关键的因素，而其可靠性则是确保汽车在整个使用寿命期内始终满足排放法规要求的重要保证，这样就降低了对排气后处理装置的要求。随着排放法规的更加严格，电控高压共轨喷射系统在柴油机上的应用越来越普及，并且其技术含量也在不断地升级，这对汽车维修行业的知识和技术水平提出了严峻的挑战，只有未雨绸缪，才能从容面对。

(编辑　范　颖)