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撰文／中国汽车技术研究中心 孟庆阔 窦汝鹏
2013年2月,国务院论文范文发布了《关于加强内燃机工业节能减排的意见》,指出在轻型商用车柴油机方面,重点推广应用高压共轨、电控单体泵等先进燃油喷射系统.然而在轻型柴油车上,电控单体泵技术应用较少,高压共轨几乎成为了唯一的选择.那么仅靠高压共轨技术能否满足国IV实施后的市场需求呢?这个问题也一直困扰着业界.下面就将对高压共轨系统实施国IV排放标准的可行性以及其它可能的技术路线进行探讨.
高压共轨系统
1．高压共轨系统工作原理
不同于以往以凸轮轴为驱动的柴油喷射系统,共轨系统喷射压力的产生和喷射过程是彼此分开的.传统的机械式喷油器由电磁阀控制的喷油器所取代,径向柱塞式高压泵产生燃油压力,压力大小与发动机转速无关,在一定范围内可自由设定.同时电磁压力调节阀控制着共轨中的燃油压力,然后根据发动机的工作需要来进行压力调节.电控单元通过控制喷油器电磁阀上的脉；中信号来控制燃油的喷射过程.喷射量的大小取决于燃油轨中的油压、电磁阀开始的时间和喷油嘴液体流动特性.
具体来看,柴油机高压共轨系统的工作过程是,燃油被低压输油泵吸出后,通过燃油滤清器2级过滤后,流到高压供油泵中,其中粗滤的滤清精度为10 LJ,精滤的滤清精度为3U.接着根据高压供油泵上的调压电磁阀的开度,定量、定压的提供高压油,然后通过高压三通送入共轨管中.随后喷油器会依据一定的喷油规律向气缸中喷入燃油.其中,电控单元ECU的输出脉冲控制着高压泵上的调压阀和喷油器,ECU根据由传感器传递来的信号来判断柴油机的工作状态,进而确定当前系统所需要的共轨压力、喷油量、喷油正时以及是否进行预喷射等相关信息,然后再对电磁阀发送指令以完成对调压和喷油过程的灵活控制.电控高压共轨喷系统的组成框图如图1所示.
2．高压共轨系统优点
共轨系统的优点突出,主要有：第一,可以显著提高燃油经济性,并降低排放.由于共轨系统可以使发动机在所有转速范围内获得足够高的燃油压力,而且电子控制系统对正时和喷射压力的灵活控制可以使得发动机在各种工况下均能获得较低的排放和较高的效率.第二,提高驾驶舒适性.由于共轨系统燃油压力较高,并且能提供弹性燃油分配控制,通过电控单元ECU可以对燃油分配、燃油喷射时间、喷射压力和喷射速率等进行灵活控制,这使得共轨柴油机在响应性和驾驶舒适性等方面已经达到了汽油机的水平.第三,高压共轨在降低噪声方面也已经取得了很大的进步.
国IV轻柴配套高压共轨的可行性分析
1．市场需求和供应
从市场需求来看,轻型柴油车(3.5t以下)的市场总量变化如图2所示.由图可知,轻型柴油车的市场总量不足100万辆,2012年轻型柴油车销量小幅下降,仅为84 88万辆.根据历史数据,对轻型柴油车未来几年的销量进行预测,得到图3.未来几年,轻型柴油车的市场总量将维持在100—120万辆之间.
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从市场供应情况来看,目前,国内的高压共轨产品主要由论文范文、德尔福和电装等外资企业垄断,进行高压共轨投产的国内企业有辽宁新风、山东新亚、成都威特和南岳电控等,而在这几家国内企业中,只有辽宁新风一家的高压共轨产品通过了国IV环保型式核准.下面将从产量和产能两方面来探讨高压共轨系统的供应情况.
(1)产量
国内企业2012年国IV高压共轨产量情况如表1所示.国内企业产量最大的辽宁新风2012年的产量也仅为5000套,而外资企业中的论文范文2012年一年的产量就达到了50万套（其中包含国Ⅲ产品）.由此可见,国内企业与外资企业的产量相差悬殊.
(2)产能
从生产能力来看,国内进行高压共轨技术路线规划的企业其产能总和为66万套,而外资企业中的论文范文一家企业的产能就达到了75万套（不包括其全球范围内的资源调配和供给能力）.同时,表2中的产能仅为各企业的规划产能,在短时间内从人员配备、生产经验以及质量监控方面均无法实现最大产能；此外,由于目前国IV产品市场需求量较小,高压共轨技术未经过规模化生产和市场考验,产业化的问题没有机会暴露和改进,产能的充裕并不代表生产能力一定能够满足国IV排放标准实施后大规模的市场需求.总之,从供给方面来看,面对每年100万～120万辆的轻型柴油车市场,国内自主企业的高压共轨的产量是无法满足需求的.
2．产品情况
(1)配套情况
从产品的配套和实际应用情况来看,目前国内自主企业仅辽宁新风进行了量产,主要配套给朝柴、山东华源莱动、保定内燃机等主机厂,在轻型车上主要配套在皮卡、轻卡、SUV以及3.5t以下的客车上.不过2012年,新风的高压共轨产量仅为5000套.可见市场上对国内企业的高压共轨产品的认可度并不高.从市场反映来看,国内企业的高压共轨产品在产品一致性等方面还存在一定问题.反观论文范文、德尔福、电装的产品,牢牢占据着玉柴、潍柴、康明斯、一汽等主要柴油机企业的配套市场.以论文范文为例,2012年论文范文在国内总共销售了50万套的高压共轨产品,其中将近一半的产品为轻型柴油机配套.截止到2013年4月,有1171个国IV轻型柴油机机型使用了论文范文的燃油喷射系统,占国lV轻型柴油车环保型式核准机型总数的89%.
(2)产品论文范文
从产品论文范文来看,论文范文的高压共轨产品论文范文已经出现了大幅度的下探,虽然依然高于国内企业的论文范文,但基本在主机厂、整车厂可承受的范围内.国产高压共轨产品并没有较为明显的论文范文优势,且主机厂对国内产品质量还有一定的隐忧,尤其是在发动机原机技术并无把握的情况下,更加偏向于采*范文、德尔福、电装等外资企业的共轨产品.
3．油品适应情况
20 13年2月,国家质检总局、国家标准委批准发布了GB19147- 2013《车用柴油(IV)》国家标准,规定过渡期到2014年12月31日,即从2015年1月1日开始,国内开始全面供应硫含量不大于50ppm的第Ⅳ阶段车用柴油.而目前我国主要供应的是硫含量不大于350ppm的国Ⅲ柴油,在一些三四线城市以及农村、乡镇地区,尚有大量更低质的柴油在市场上供应,给这些地区的汽车排放控制增加了更多的难度.
从之前国Ⅲ车型使用高压共轨系统的市场反应来看,高压共轨系统的油品适应性较低,用户在长期燃用低质油品后,喷油嘴堵塞问题频发,而论文范文对由于油品造成的共轨产品问题不予售后维修,因此用户在油嘴堵塞后只能通过更换的方式来解决问题,这无疑增加了用户的成本,也就导致很多用户在高压共轨发生问题后,将其拆除,换成其他燃油喷射系统,造成预期的排放控制根本无法实现,排放达标成为了空谈.
总之,从市场供求、产品现状以及油品适应情况来看,目前高压共轨无法满足国IV排放标准实施后的市场需求,如果在技术路线上仅仅认可高压共轨技术,那么在全国范围内实施国IV后,国内企业的高压共轨产品面临产业化问题和外资技术专利的双重打压,燃油喷射系统市场可能迅速被外资企业占领,不利于我国柴油机行业的独立自主和可持续发展；同时目前供应的低质柴油油品对高压共轨系统的影响较大,从用户积极性以及排放控制效果方面都影响国IV排放标准的正常实施.因此,在国IV轻型柴油机机内进化技术上看,还应该考虑其他技术路线的可行性.
电控分配泵技术的可行性
1．电控分配泵产品、产能情况
截止到2013年4月底,国产企业仅有辽宁新风和南京威孚金宁的燃油喷射系统通过了国IV环保型式核准.其中,南京威孚金宁主要生产电控分配泵,目前搭载南京威孚金宁的电控分配泵产品的通过国IV环保型式核准的8个车型见表4.
从产能来看,南京威孚金宁的国IV电控分配泵(VP泵)的产能达到40万套,此外,尚有龙口龙泵对生产国IV电控分配泵进行了规划,目前已经准备了20万套的产能,这些对于轻型柴油车市场需求无疑是巨大的补充.
2．电控分配泵优缺点分析
与高压共轨技术相比,电控分配泵主要存在以下缺点：
①燃油喷射压力调节控制较难；
②实现各种工况正时、油量精确控制难度较大；
③在小负荷、低转速工况燃油喷射压力较低；
④难以实现多次喷射；
⑤机械结构复杂,对产品一致性控制难度较大.
⑥噪声大,驾驶舒适性差.
但随着加工技术、电子控制技术等先进技术的应用,已经使电控分配泵的喷油量、喷油正时满足国IV机型的要求,电控分配泵在国IV排放实施上具有可行性,主要表现在以下几点：
(1)基本能够达到国IV排放要求.国家检测机构的检测结果显示,电控分配泵可以满足国IV轻型柴油车排放.目前,已经有8个搭载南京威孚金宁的电控分配泵的车型通过国IV环保型式核.
(2)电控分配泵技术发展较早,国内已有一定的技术积累,生产工艺逐渐趋于成熟,可以达到生产一致性、可靠性和耐久性要求,且ECU和OBD等关键技术也基本能够实现自主,大部分关键零部件如传感器、电磁阀等能够实现国产,基本摆脱对国外关键零部件的依赖.
(3)从产能上看,国IV排放标准正式实施,依靠国内企业共轨系统的产能无法满足市场需求,而国内电控分配泵企业已经建立起较为充足的产能储备,能够配合高压共轨等产品一起满足国IV柴油车的市场需求.
(4)从主机厂来看,由于多为自主品牌企业,在面临国IV排放标准升级时间短和国外共轨系统高昂成本的双重压力下,更倾向于采用国产的电控分配泵技术.而且,电控分配泵的柴油质量适应性比高压共轨系统好许多,使用维护成本低,主机厂和用户更容易接受.
结论
从技术路线上看,现阶段高压共轨系统更容易受我国柴油质量参差不齐的影响,容易造成喷油嘴堵塞、滤清器频繁更换以及存在外资企业垄断风险,同时国内企业研发技术和制造技术尚不成熟,产业化还存在较大问题,而电控单体泵技术主要应用于中重型商用车.单凭高压共轨技术产品无法满足我国轻型柴油车国IV实施后的市场需求.
电控分配泵技术发展较早,国内也有较长时间积累,目前国内的电控分配泵企业已经形成了较大的产能,尽管其满足国lV排放标准需要精心匹配和严格的生产一致性质量控制,但考虑到电控分配泵更适合当前我国柴油质量参差不齐、中低端产品论文范文敏感的国情,综合来看,它仍然是目前轻型柴油车国lV排放标准的一种必要补充,在初期甚至可能会是中低端柴油车的主流技术.因此,在国IV阶段,应该允许轻型柴油车采用电控分配泵技术路线.
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