商用車柴油機(jī)電子控制技術(shù)市場升溫

    更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求商用車柴油機(jī)燃油系統(tǒng)必須配置電子控制系統(tǒng)，所以柴油機(jī)電子控制技術(shù)的需求將急劇上升。針對國內(nèi)企業(yè)在此領(lǐng)域技術(shù)水平相對落后的狀況，我國要提高自主開發(fā)能力，應(yīng)建立行業(yè)聯(lián)盟，不遺余力地在電子控制領(lǐng)域開展研究。 

商用汽車柴油機(jī)電子控制技術(shù)需求急劇上升

    2007年全國汽車總產(chǎn)量共計(jì)達(dá)888萬輛，比上年同比增長22%，在美國、日本之后，中國繼續(xù)保持世界第三大汽車生產(chǎn)國的地位。其中去年商用車產(chǎn)量已達(dá)到250.13萬輛，同比增長22.21%。今年全國商用車產(chǎn)量預(yù)計(jì)將可能達(dá)到270萬輛。

    柴油機(jī)由于油耗低、功率強(qiáng)勁，近年來在我國商用車中的柴油化比例不斷提高，中重型貨車基本上都已柴油化。因?yàn)椴裼蛙嚨暮挠土勘绕蛙嚨?0%，如果大力推廣先進(jìn)柴油車，將使中國在2020年對石油進(jìn)口的依賴度降低10%。因此，發(fā)展柴油車輛對節(jié)約能耗、降低二氧化碳排放量有著重要意義。

    我國近幾年在發(fā)動機(jī)和汽車排放控制方面取得了巨大的進(jìn)步。2005年國家環(huán)保總局批準(zhǔn)發(fā)布過《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限制值及測量方法(中國3、4、5階段)》，今年環(huán)境保護(hù)部與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局又聯(lián)合發(fā)布了《重型車用汽油發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限制值及測量方法(中國3、4階段)》。要求在全國范圍內(nèi)從2007年7月1日起開始實(shí)施國3排放標(biāo)準(zhǔn)，從2011年起全面實(shí)施國4排放標(biāo)準(zhǔn)。北京、上海等地將提前一步，今年3月1日起，北京分兩個(gè)階段執(zhí)行國4機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)，國3及以下標(biāo)準(zhǔn)的輕型汽車禁止在京銷售。上海也在著手準(zhǔn)備，力爭在明年推行國4排放標(biāo)準(zhǔn)，珠三角地區(qū)也將力爭提前執(zhí)行國4排放標(biāo)準(zhǔn)。

    要滿足國3排放法規(guī)，對柴油機(jī)來說就必須實(shí)現(xiàn)高壓燃油噴射及噴射定時(shí)和噴油量的靈活調(diào)節(jié)，也即國3排放要求商用車柴油機(jī)燃油系統(tǒng)必須配置電子控制系統(tǒng)。因此，隨著國3排放法規(guī)的執(zhí)行，我國商用車柴油機(jī)電子控制技術(shù)的需求將會急劇上升。 

三大公司將主宰我國車用柴油機(jī)電控市場

    目前共軌式電控噴油系統(tǒng)已在轎車和中型卡車柴油機(jī)上得到批量應(yīng)用。其中有代表性的有德國博世(Bosch)公司、日本電裝(Denso)公司和美國德爾福(Delphi)公司。

    博世已推出四代產(chǎn)品

    德國博世(Bosch)公司在全球柴油機(jī)燃油系統(tǒng)領(lǐng)域中處于領(lǐng)先的地位。自1995年推出世界上第一臺裝電控共軌燃油系統(tǒng)的柴油機(jī)以來，電控共軌燃油系統(tǒng)已經(jīng)歷四代的發(fā)展。

    博世公司第一代高壓電控共軌燃油系統(tǒng)具有135MPa的共軌壓力；可以實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射；進(jìn)行閉環(huán)反饋控制；可用于3-8缸轎車柴油機(jī)，可滿足歐3排放法規(guī)等特點(diǎn)。

    博世公司第二代電控共軌噴射系統(tǒng)具有145MPa的噴油壓力；噴油器尺寸緊湊、外形??；各缸噴油量差別??；實(shí)行閉環(huán)控制；包括預(yù)噴、主噴和后噴的3次噴射；使用壓電晶體作為執(zhí)行元件等一系列新的特點(diǎn)。

    博世公司的第三代共軌噴射系統(tǒng)以其高精尖的結(jié)構(gòu)內(nèi)涵為特征，160MPa的更高的噴油壓力。壓電式噴油器的高度集成化，使其壓電執(zhí)行器與噴油器頭部的針閥靠得很近，從而使系統(tǒng)具有優(yōu)良的液力響應(yīng)速度。噴油器運(yùn)動件質(zhì)量減少了75%，并將噴油嘴針閥部件的零件數(shù)從4個(gè)減少到1個(gè)。噴油器的液力響應(yīng)速度是電磁式或壓電式的2倍。

    博世公司第四代共軌噴射系統(tǒng)采用可變噴嘴，具有雙通道特征，在怠速和部分負(fù)荷時(shí)開啟小截面噴孔，在高負(fù)荷時(shí)開啟大截面噴孔，以實(shí)現(xiàn)精確的燃油計(jì)量，使排放和燃油消耗進(jìn)一步降低。最高噴油壓力為180～200MPa，可以滿足2008年歐5排放法規(guī)的需要。

    博世公司與無錫威孚公司于2005年11月共同投資在無錫新區(qū)成立了博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司，博世持有67%的股份，威孚持有33%的股份。注冊資金為2億美元，員工2000人。同時(shí)，博世投資5000萬歐元，在該公司內(nèi)建立一個(gè)世界級的柴油技術(shù)研發(fā)中心，進(jìn)行該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)工作。目前研發(fā)中心已有400名工程技術(shù)人員來支持本地發(fā)動機(jī)行業(yè)的開發(fā)工作。把最先進(jìn)的柴油技術(shù)引入中國市場，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保和中國汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

    現(xiàn)在包括ECU（電子控制單元），核心的噴油器都已開始在中國生產(chǎn)了。其他的零部件到2009年都能夠?qū)崿F(xiàn)在本地化的生產(chǎn)，包括開發(fā)、原材料和組裝。

    有統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，該合資公司在國內(nèi)2008年后的高端柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)的配套業(yè)務(wù)產(chǎn)品競爭中將會占有領(lǐng)先優(yōu)勢，其市場份額有可能達(dá)到60%。 

日本電裝與上柴成立合資公司

    日本電裝(Denso)公司自1957年開始生產(chǎn)柴油機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品。1995年和1998年電裝ECD-U2系列和ECD-U2P系列共軌系統(tǒng)先后開始投放市場，分別用來滿足商用車和轎車柴油機(jī)的配套需要。1995年開始正式投放市場的第一代ECD-U2系列共軌系統(tǒng)噴射壓力可以達(dá)到130MPa。4年后第二代共軌系統(tǒng)投放市場。這種系統(tǒng)的噴射壓力可以達(dá)到160～180MPa，在主噴射前后可以分別實(shí)現(xiàn)兩次預(yù)噴射：第一次是先導(dǎo)噴射，目的是為了提供冷機(jī)的啟動性能；第二次是預(yù)噴射，目的是為了提高發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定性、降低噪音和NOx排放。電裝第二代共軌系統(tǒng)已經(jīng)在轎車及卡車上得到了應(yīng)用，可以滿足日本長期排放法規(guī)要求。第三代噴射壓力為180MPa，第四代噴射壓力要控制在200MPa左右，目前正在開發(fā)中。

    2003年電裝（中國）投資有限公司與上海柴油機(jī)股份有限公司合資在上海成立了上海電裝燃油噴射有限公司，同年開始生產(chǎn)電裝機(jī)械式柴油泵。根據(jù)中國市場的實(shí)際情況，現(xiàn)已著手在江蘇常州建立新工廠準(zhǔn)備生產(chǎn)共軌系統(tǒng)。目前上柴公司的電控柴油機(jī)全面與日本電裝公司的ECD-U2高壓共軌噴射系統(tǒng)配套。 

德爾福在中國市場進(jìn)展迅速

    近年美國德爾福(Delphi)公司在擴(kuò)大生產(chǎn)能力、加強(qiáng)本土研發(fā)以及拓展售后市場服務(wù)等方面進(jìn)展令人矚目。德爾福于2005年在上海浦東外高橋保稅區(qū)建立了德爾福（中國）科技研發(fā)中心。研發(fā)中心占地87170平方米，總投資達(dá)5000萬美元，集中發(fā)展汽車電子、安全及動力總成能力。

    德爾福對中國發(fā)動機(jī)產(chǎn)品服務(wù)按照不同客戶的要求分成三部分。針對中、輕型商務(wù)車，為客戶提供共軌系統(tǒng)；針對中型商務(wù)車，為客戶提供電控分配泵系統(tǒng)、電控泵噴嘴系統(tǒng)或者提供中型共軌系統(tǒng)；針對重型車市場，提供電控泵噴嘴或者電控單體泵系統(tǒng)。

    據(jù)報(bào)道，德爾福公司已為玉柴公司的歐3標(biāo)準(zhǔn)的重型車用柴油機(jī)提供電控單體泵系統(tǒng)，目前，還為玉柴提供符合歐3標(biāo)準(zhǔn)的輕型車輛共軌系統(tǒng)，包括適用于新型1.2升TCI系列和現(xiàn)有的2.6升/2.9升系列發(fā)動機(jī)的共軌泵、噴油器、高壓軌及電子控制單元。 

國內(nèi)自主開發(fā)力量不斷加強(qiáng)

    國內(nèi)的企業(yè)也在柴油機(jī)電子控制技術(shù)方面積極探索，取得了一些成績。

    一汽無錫油泵油嘴研究所從1996年就開始了自主開發(fā)電控共軌系統(tǒng)的歷程。2002年5月，一汽無錫油泵油嘴研究所(以下簡稱無油所)專門組織了工藝、設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，花了2000多萬元從國外訂購設(shè)備，自己把握加工難度極大的核心部件的生產(chǎn)，開始了電控高壓共軌技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。無油所同時(shí)開始在國內(nèi)尋找其他能夠進(jìn)行精密加工的合作伙伴。2005年，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的柴油機(jī)電控高壓共軌燃油系統(tǒng)在無油所開發(fā)成功。10多年來無油所一直致力于高壓共軌技術(shù)的研究，累計(jì)投入資金達(dá)1億元。

    無油所開發(fā)成功的FCRS電控共軌噴油系統(tǒng)，其最高噴射壓力為145MPa，可以實(shí)現(xiàn)3次噴射，預(yù)噴與主噴的時(shí)間間隔可以靈活調(diào)節(jié)，在軟件上實(shí)現(xiàn)了寬范圍的逐缸平衡的控制策略，使發(fā)動機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。幾年來已完成了多臺次共軌泵2500小時(shí)可靠性考核。并在無錫等地對多次投入批量運(yùn)行的公交車輛進(jìn)行考核，現(xiàn)正在加緊做年產(chǎn)1萬套的量產(chǎn)準(zhǔn)備。

    2003年成立的成都威特電噴有限責(zé)任公司是國家高新技術(shù)企業(yè)。它與清華大學(xué)、玉柴等單位合作走外掛式電控組合式單體泵的發(fā)展道路，通過幾年的努力，已取得可喜成績。這種外掛式電控組合式單體泵采用第二代電磁閥時(shí)間控制式電控噴油系統(tǒng)，即在每個(gè)柱塞單元的上部設(shè)置了一個(gè)微型高速電磁閥，燃油升壓通過凸輪實(shí)現(xiàn)，而噴油時(shí)間和噴油量由電磁閥的接通/斷開來控制。泵端最高供油壓力可達(dá)135MPa，有四缸和六缸兩種設(shè)計(jì)，可滿足國內(nèi)市場的大多數(shù)輕型和中型車用柴油機(jī)產(chǎn)品的配套要求。

    該系統(tǒng)能滿足發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)國3排放法規(guī)，標(biāo)定/使用/維護(hù)過程相對簡單，制造成本較低，尺寸和安裝方式與傳統(tǒng)的機(jī)械式噴油泵相同，發(fā)動機(jī)無需作大的變動。

    目前威特提供的WP2000型外掛式電控組合式單體泵已成功地與十余種國產(chǎn)中型車用柴油機(jī)匹配，其中多數(shù)已通過國3排放認(rèn)證。

    不久前山東龍泵集團(tuán)宣布要研發(fā)柴油機(jī)電噴系統(tǒng)，準(zhǔn)備投入16億元，計(jì)劃用5年時(shí)間完成年產(chǎn)國3及以上排放標(biāo)準(zhǔn)電控組合泵90萬套。另外，據(jù)報(bào)道還有位于北京和衡陽的亞新科國際及遼寧遼陽新豐等企業(yè)也都對開發(fā)生產(chǎn)柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)表現(xiàn)出濃厚的興趣。 

商用汽車柴油機(jī)電子控制幾種方式

    目前柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的電子控制主要有幾種方式：有的采用共軌式電控噴油系統(tǒng)，有的采用電控單體泵或組合式電控單體泵，有的采用電控泵噴嘴，有的采用電控分配泵，過去極少數(shù)也有采用電控直列泵。在商用車柴油機(jī)上用得多的是共軌式電控噴油系統(tǒng)、電控單體泵噴油系統(tǒng)和電控泵噴嘴噴油系統(tǒng)。英國Ricardo公司預(yù)估到2010年歐洲在12～13升車用柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的構(gòu)成中，共軌式電控噴油系統(tǒng)和電控單體泵噴油系統(tǒng)各占46%，電控泵噴嘴噴油系統(tǒng)約占8%左右。 

共軌式電控噴油系統(tǒng)

    與常規(guī)機(jī)械式燃料噴油系統(tǒng)相比，共軌式電控噴油系統(tǒng)具有如下一系列優(yōu)點(diǎn)：

    1.可實(shí)現(xiàn)高壓噴射，噴射壓力比一般直列泵系統(tǒng)高出一倍，最高的已達(dá)200MPa，今后的技術(shù)還會向250MPa高壓噴射的實(shí)用化方向發(fā)展。

    2.噴射壓力獨(dú)立于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，可以改變發(fā)動機(jī)低速、低負(fù)荷性能。

    3.可以實(shí)現(xiàn)多次噴射(每循環(huán)3～5次，甚至組合7次噴射，包括預(yù)噴、主噴和后噴)，調(diào)節(jié)噴油速率形狀，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律。通過預(yù)噴來降低噪聲和NOx排放，通過后噴來降低顆粒和提高DPF及NOx的催化轉(zhuǎn)換效率。

    4.噴射定時(shí)和噴油量可自由選定。

    5.具有良好的噴射特性，優(yōu)化燃燒過程，使發(fā)動機(jī)油耗、煙度、噪聲和排放等綜合性能指標(biāo)得到明顯改善，并有利于改進(jìn)發(fā)動機(jī)扭矩特性。

    6.結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，適用性強(qiáng)，對原有發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)和制造設(shè)備改動較少。 

電控單體泵噴油系統(tǒng)

    可直接安裝或集成于發(fā)動機(jī)氣缸體中，也有助于降低發(fā)動機(jī)噪聲。系統(tǒng)的嘴端壓力可高達(dá)200MPa，從而使油氣混合良好，燃燒完全。單體泵系統(tǒng)性能穩(wěn)定、經(jīng)久耐用，特別適合油質(zhì)和路況較差的應(yīng)用環(huán)境。發(fā)動機(jī)標(biāo)定簡單且周期短。 

電控泵噴嘴系統(tǒng)

    可直接安裝在發(fā)動機(jī)氣缸蓋上，它將噴油泵的壓油機(jī)構(gòu)與噴油器結(jié)合在一起，省去了高壓油管。所以高壓系統(tǒng)的死容積可以最大限度地減小，具有較高的液壓效率，更有利于實(shí)現(xiàn)高壓化和噴油速率的控制，從而獲得發(fā)動機(jī)的高功率、低油耗和低排放。但該系統(tǒng)價(jià)格較高，而且氣缸蓋的設(shè)計(jì)改動比較大。 

加強(qiáng)與國外技術(shù)合作 建立行業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟

    綜上所述，發(fā)動機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)是發(fā)動機(jī)的核心部件，一直被公眾視為發(fā)動機(jī)的“心臟”。隨著國3排放法規(guī)的實(shí)施，發(fā)動機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)必須采用電控技術(shù)。由于發(fā)動機(jī)電控噴射系統(tǒng)的技術(shù)難度和我國在這一領(lǐng)域與國外的巨大差距，目前我國發(fā)動機(jī)燃料噴射系統(tǒng)由機(jī)械式噴射系統(tǒng)向電控式噴射系統(tǒng)的過渡將主要依靠國外技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。我們應(yīng)在這一過程中認(rèn)真向國外先進(jìn)技術(shù)學(xué)習(xí)。同時(shí)，我們要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不能再失時(shí)機(jī)，政府部門要對此進(jìn)行研究、支持和引導(dǎo)，切實(shí)加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合。

    發(fā)動機(jī)電控噴射系統(tǒng)是一門高科技知識的集合，具有技術(shù)含量高，發(fā)展更新快，資金投入大的特點(diǎn)。筆者2001年訪問德國Bosch公司時(shí)了解到那時(shí)他們就集中了800～900名工程技術(shù)人員從事共軌噴射系統(tǒng)的開發(fā)和研究，這數(shù)字還不包括從事共軌系統(tǒng)生產(chǎn)的工程技術(shù)人員。可見所投入的人力和物力遠(yuǎn)不是我們現(xiàn)在所能達(dá)到的。

    從技術(shù)上來說，無油所在電控共軌噴射系統(tǒng)開發(fā)方面積累的時(shí)間最長，但缺乏資金和生產(chǎn)能力。要盡快提高我國柴油機(jī)噴射系統(tǒng)行業(yè)的自主開發(fā)和核心競爭能力，應(yīng)建立行業(yè)的戰(zhàn)略聯(lián)盟，不遺余力地在電控噴油器、液力控制閥、噴油嘴偶件和高速執(zhí)行器(電磁閥、壓電晶體)、ECU硬件軟件等關(guān)鍵零部件的制造以及控制功能和策略、匹配標(biāo)定技術(shù)、提高產(chǎn)品可靠性和安全、降低制造成本等方面開展研究。

    10年前我國汽車行業(yè)整車的自主開發(fā)產(chǎn)品還很稀缺，如今在展覽會上已可喜見一批。我們同樣可以期待5年、8年后，自主開發(fā)的發(fā)動機(jī)電控燃料噴射系統(tǒng)也一定會遍地開花。