原创 柴油发动机 共 轨与 SCR 系统

由于需要了解发动机中的 共 轨与SCR系统，在查找了资料学习之后，现对柴油机中的共轨和SCR系统进行一下简单的介绍。

一、柴油机基本知识

柴油机在结构上与汽油机是相同的，都由气缸、气缸盖、活塞、气门、曲柄、曲轴、凸轮、飞轮等组成。但柴油机是压缩柴油做功输出动力，汽油机是点燃汽油做功输出动力。主要的区别就是柴油机是压缩，汽油机是点燃。汽油机的燃料是在进气过程中与空气混合后进入气缸，然后被火花塞点燃做功输出；而柴油机的燃料是在压缩行程后直接喷射注入气缸，在压缩空气中被压燃做功。简单地说就是，汽油机是空气和燃料按照一定比例混合进入气缸被点燃做功输出动力；而柴油机是柴油进入气缸，压缩空气后由于压强的作用下燃烧做功输出动力。

柴油机的燃料喷射系统由喷油泵、喷油器、高压油管及附属辅助件组成。燃料大致输送过程为：燃料经过滤清器过滤后，进入喷油泵，经过高压油管进入喷油器直接喷入气缸燃烧室中压燃。

二、共轨柴油喷射系统

现代的柴油机一般采用电控喷射、共轨和涡轮增压中冷等技术，这在重量、噪音、烟雾浓度上已有很大突破，符合了汽油机的水平，甚至比汽油机更环保。

电控柴油喷射系统，和汽油机的类似，由传感器、ECU和执行机构组成，区别在于汽油机喷射系统只控制空燃比，而柴油机则通过控制喷油时间来调节输出的大小。柴油机喷油控制是由发动机的转速和油门踏板的位置来决定的，其基本原理是MCU根据转速传感器和油门位置传感器输入的信号，首先确定一个基本喷油量，然后根据水温、进气温度和进气压力等传感器的信号对基本喷油量进行修正，最后与控制套位置传感器的信号进行反馈修正，确定 最佳喷油量。

柴油机的喷射过程的时间只有几毫秒，高压油管各处的压力是随时间和位置而变化的，由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使喷油状态和供油规律上出现较大差异，甚至出现二次喷射。为了解决柴油机燃油压力变化的缺陷，现代柴油机采用了共轨技术。

共轨技术，指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统。共轨技术是将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油技术，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小发动机转速无关，可大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，从而减少柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量取决于燃油公共供油管（燃油轨）的压力和电磁阀开启的时间长短。共轨技术于20世纪90年代中后期才正式进入实用化阶段，其优点有：1）、喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。2）、配合高的喷射压力，可同时控制氮氧化物和微粒在较小的范围内，从而满足排放标准。3）、控制喷油速率变化容易实现预喷射和多次喷射，既可降低氮氧化物，又能保证优良的动力性和经济性。4）、电磁阀控制喷油的精度高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因而循环喷油量变动小，各缸供油不均的现象可改善，从而减少震动和降低排放。比较成熟的共轨系统有：德国BOSCH的CR系统，日本电装的ECD-U2，意大利FIAT的unijet，英国DELPHI的LDCR系统。

三、柴油机中的SCR

柴油机的排气后处理技术是柴油发动机技术发展的核心。柴油机的排放控制主要是控制排放中的氮氧化物和微粒（PM）。PM控制措施有氧化催化器（针对可溶性颗粒物）、颗粒捕集器（固体颗粒物）。氮氧化物控制措施有选择性非催化还原（SNCR）、选择性催化还原(SCR)、非选择性催化还原（NSCR）和吸附还原催化剂和最新的等离子体催化转化技术。

SCR系统采用尿素做还原剂，在选择性催化剂的还原作用下，氮氧化物被还原为氮气和水。该系统包括：尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器、温度传感器和排气传感器。SCR系统的工作过程是：车辆钥匙达到ON档后，ECU上电，尿素计量泵开始转动，从尿素存储罐中抽取尿素溶液，前期计量泵以最大工作压力工作，快速建立压力，当泵腔中压力达到5 Bar后，计量泵由ECU进行闭环控制，保持泵腔压力，用于尿素喷嘴的冷却和喷射。当转速和排气温度达到预设值后，尿素喷嘴才会喷射尿素溶液，喷射量由ECU根据工况、催化器温度和环境来计算，尿素溶液喷射到排气管中，与尾气混合并进行化学反应，净化尾气。