高压共轨式柴油机的喷油压力控制机理与修正优化

摘要：柴油发电机电喷高压共轨燃油喷射机构由低压供油部分和高压供油部分结构，高压油泵是电驱动，将油箱里的燃油抽上来，像我们常见的抽水机一样。被快速抽上来的燃油通过油管来到喷油嘴附近的油轨里，在这里形成很高压力的燃油。柴油发电机电脑控制喷油泵开关，喷油器打开就喷油，关闭就停止喷油。由于高压共轨组成部件精度要点特别高，因此对油品的质量要求也特别高。除此之外高压共轨部件成本十分昂贵，不按操作操作介绍定期替换过滤器会造成喷油嘴、高压泵故障康明斯发动机型号大全，修理成本相当昂贵。

      共轨式喷油机构于二十世纪90年代中后期才正式进入实用化阶段。这类电喷装置可分为：蓄压式电控燃油喷射机构、液力增压式电喷燃油喷射机构和高压共轨式电控燃油喷射装置。高压共轨装置可实现在传统喷油机构中无法实现的功用，组成构造如图1所示。

（1）传统的柴油机燃油喷射机构，是机械式喷射系统。由调速板控制喷油量，凸轮控制喷油定时、进排烟定期和喷油及进、排烟规律。在额定工况下，能实现性能的优化。但是当柴油机的工况、海况、外界环境、燃油质量发生变化、凸轮轴磨损等条件，造成柴油机作业偏离其布置工况较佳值时，则会影响柴油机的经济性和排放性能。另外，随着燃烧理论的发展和成熟，对喷射规律控制的要求更为精确，传统喷射系统已不能满足经济性和排放性的要求。

（2）电控共轨柴油机，也称为智能型柴油机，其高压共轨燃油喷射系统是建立在直喷技术、预喷射技术和电控技术基础之上的一种全新概念的燃油喷射系统。根据柴油机燃烧理论应用电喷技术，通过控制燃油喷射正时、喷油量、喷射速率、压力以及进、排气阀正时，能有效地实现柴油机在各种负荷下的性能较优化，从而达到在满足较新排放要点下，提升其经济性、可靠性、操纵灵活性，并推迟使用年限的目的。

（1）共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不一样工况可确定所需的较佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。

（2）可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力（120MPa~200MPa），可同时控制NOx和微粒（PM）在较小的数值内，以满足排放要点。

（3）柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机NOx，又能保证优良的动力性和经济性。

（4）由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会产生气泡和残压为零的现状，因此在柴油机运行范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减小柴油机的震动和减少排放。 

（5）与直列泵燃油装置相比（如图2所示），高压共轨发动机喷油器无需增压器。直接操作高压共轨内压力喷射，喷油咀只需要控制喷油时间。

（6）高压共轨管道是密闭设备，轨道里燃油是连续高压中，对于喷油泵的容量要点不需要偏高，也减轻喷油泵的负担。

（7）高压共轨发动机具有燃油压力调节阀装置，能够根据发动机运行状态对油轨内的油压进行灵活调节，使得发动机动力表现更加充沛。

      由于高压共轨机构具有以上的优势，现在国内外柴油机的探讨机构均投入了很大的精力对其进行探讨。

      共轨燃油喷射装置的低压供油部分包括燃油箱（带有滤网）、输油泵、柴油过滤器及低压油管。

（1）燃油箱必须抗腐蚀，且至少能承受两倍的实际作业油压，并在不低于0.03MPa的压力下仍保持密封。如果燃油箱出现超压，需经过适当的通道和安全阀自动卸压。即使发电机组产生倾斜，或在弯道运行，甚至发生碰撞时，燃油也不会从加油口或压力平衡装备中流出。同时，燃油箱必须远离柴油发电机，以减少发电机组发生交通损坏时发生火灾的危险。

（2）低压供油部分除采取钢管外，还可操作阻燃的包有钢丝编织层的柔性管。油管的部署必须能够预防机械磨损，并且在其上滴落的燃油既无法聚集，也不会被引燃。

（3）输油泵是一种带有滤网的电动泵或齿轮泵，它将燃油从燃油箱中吸出，将所需的燃油连续供给高压泵。输油泵的任务是在任何状况下为燃油供应所需的压力，并在整个使用寿命期内向高压泵提供足够的燃油。电动输油泵（滚子叶片）如图3-2所示。

（4）燃油滤芯将进入高压泵前的燃油滤清净化，从而预防高压泵、出油阀和喷油器等精密件过早磨耗和损坏。

      共轨燃油喷射装置的高压供油部分包括带调压阀的高压泵、高压油管、作为高压燃油存储器的共轨管（带有共轨压力感应器）、限压阀、流量限制器、喷油器和回油管。

      输油泵的用途是把足够数量和一定压力的柴油供应给高压喷油嘴，其输油量应当是全负荷时所需喷油量的3至4倍。根据构造分为电子输油泵和齿轮泵，如图3所示。

      高压泵将到共轨管的燃油的压力升到135MPa。高压泵内部构造如图4所示。

      燃油在共轨管中仍保持其压力，即使喷油咀喷油时，因为燃油的弹性而发生蓄压功用，燃油压力基础保持不变。燃油压力由共轨管压力探头测量，通过调压阀调节到规定数值。限压阀的任务是将共轨管中的燃油压力限制在150MPa以内。

      当高压燃油在喷油咀中被电子控制的电磁阀释放时，喷油咀开启，将燃油直接喷入柴油发电机燃烧室。电喷喷油器结构如图5所示。

      高压油管必须能够经受燃油喷射装置的较大压力和喷油间歇时的局部高频压力波动。该油管由钢管制成，一般外径为6mm，内径为2.4mm。各缸的高压油管长度是完全相同的，共轨管与各缸喷油泵之间的不同间距通过各缸高压油管的弯曲程度进行长度补偿，但油管长度应尽可能短一些。

      压力感应器测量燃油轨中的压力。即时的压力被转换为发动机控制单元ECU可以识别的电位信号。根据发动机控制单元（ECU）已记录的性能特性，在喷射器期间压力信号可用来做控制计算，通过高压控制阀实现高压调节。高压感应器直接固定在油轨上，用柔软的铁垫圈密封。

      高压传感器的功用：钢薄膜(的变形与油轨中的即时压力有关。感应器内的阻值因为要附加到钢膜上而被改变。阻置的改变由电子仪器(3)和发动机控制单元作为电位信号识别。

      发动机控制单元检测发动机装置控制的所有必须的程序。按负荷的要求，计算发动机必须的输出数据和发电机组整机数据以及检测防盗码。发动机控制单元与其他控制设备的通讯，如图6所示。

      为了进行喷油器油量修正，在喷油泵制造程序中对每个喷油泵都要采集很多检测参数，并以参数点阵编码的形式标示在喷油器上；对于压电喷油咀，还要附加上有关喷油泵被堵塞后行程的信息。这些信息在柴油发电制度造流程中都被输入电喷单元，在发动机运转程序中这些数值被用来补偿计量和电路方面的偏差。

      原则上，在所有的共轨喷油机构中燃油喷射总会致使压力波，当喷射间隔变化时，这种压力振动会延迟喷射而影响喷油量。增长喷射所导致的误差与喷入的油量、喷射间隔、共轨压力和燃油温度有关，电控单元考虑到这些数据，用一个合适的补偿算法计算出一个修正量。

      可靠地控制很小的预喷射油量对同时达到舒适性和排放目标具有特别的意义。为此，在博世公司第三代高压共轨喷油机构中选取了一种实际功率调整方式，与压力波修正一起来修正预喷射油量。

      在柴油发电机加载时，针对性地将某个小油量喷入汽缸，通过转速感应器可探测到由此相应产生的扭矩增强。显然，这种驾驶者感觉不到的扭矩提高与喷入的燃油量有关，算法确定这种预喷射油量的较小变化量，并相应地修正所有预喷射。

      与预喷射油量的调整一样，同时调节总喷油量和进气空气质量的λ调节同样具有重要目的，无论是喷油量还是进气空气质量的误差都会导致混合气的变化，从而危害到废气排放。

      为了进行补偿柴油发电机多久保养一次，用一个宽带λ探头来检测废气中的氧分压，由此就能反算出过量空气系数λ。因为柴油发电机加载时λ探头用大气中的氧分压来标定，因此检验的精度较高。专用的学习和调节步骤确保在废气排放步骤中重要的运转工况范围内调整到经操作后所给定的空燃比。其匹配程序极其迅速，以至于第一个运转循环以后就可以操作到学习值。

      在相同的装置压力（如160MPa）下，电磁阀机构的全负载特性可与压电系统相比，这两种系统在整个转速范围内都能获得丰满的扭矩曲线，但是在排放重要的部分负荷范围内，新的压电技术就显示出其潜力来了。即使电磁阀机构达到一个非常好的水平，但是与之相比，由于压电喷油泵的喷油曲线优化，预喷射油量减轻，在保持低噪声水平的同时，微粒和NOx排放量也能减小约13～18％。由于运动质量降低，液压控制链缩短，预喷射油量在必要时能够减轻到小于1mm3。

      在主喷之前增加一次预喷射，可以缩短主喷滞燃期，从而大幅度的降低NOx的排放，并能有效减轻燃烧噪声；随着预喷油量的增加，NOx的排放水平增强，而颗粒排放水平下降，较佳预喷油量还与负载有关。预喷与主喷之间的间隔对颗粒排放水平也有一定危害，应进行优化，采用两次预喷射可以减轻燃烧噪声。

      对不同负荷下的预喷射的探讨表明，低负荷要素下的预喷可以大幅度减轻燃烧噪声和油耗，并有效抑制烟度;在中负载时的预喷可以大幅度减少燃烧噪声，抑制HC的生成，并减小NOx的排放;在低速全负载工况下，可以增加烟度限制要素下的扭矩。对后喷的探讨表明，后喷是减少颗粒排放的较佳对策，它还能有效减小烟度、HC的排放和降低油耗。

      由于运用第三代高压共轨喷油机构能大大扩展调节燃烧流程的自由度，将优化的焦点转移到有利于减少噪音水平上。因为运用了两次预喷射，中等负荷时的噪音可降3dB(A)。

      根据所选择的燃烧步骤，后喷射为减小颗粒排放供应了很大的可能性。在后喷射相位和油量方面为柴油机开发人员提供了新的自由度。这就允许在排放、噪音和燃油耗之间达到较佳的平衡，例如根据运行工况通过后喷射颗粒排放较多能减少35％。为了满足未来各种不一样排烟后解决策略对喷油机构的要求，第三代高压共轨喷油装置能够在膨胀冲程的不一样相位进行后喷射，这样一方面能在燃烧进行中就为可能存在的颗粒过滤器的再生准备好热量，另一方面同样也能为存储式NOx催化器提供所必需的CO峰值。

      柴油机电喷技术的产生，是柴油机发展步骤的一次技术革命。随着柴油机应用电子技术的不断发展，对柴油机进行的智能控制，改良了船舶柴油机的经济性和可靠性，达到低污染排放，使其排放符合国际公约的要点。于是，高压共轨喷射系统将会广泛应用于康明斯发电机组行业康明斯发电机厂家推荐。尽管如此，电控共轨柴油机也仍然存在着不足之处，如对电磁阀及探头等部件的可靠性要求高，对动力滑油的清洁要求、共轨管的密封性要求很高等。于是我们要加强对电控柴油机的日常维保管理，提高管理水平，以减小康明斯发电机组运行成本。