性能特點和作用說明

柴油發電機泵噴嘴型噴射系統的工作原理

 

摘要：柴油發電機的電控泵噴嘴型噴射系統是直接將柱塞偶件（高壓泵）和噴油器偶件集成在一個殼體內的一種新型的燃料噴射系統。相當于在泵-管（共軌）-噴油器系統中取消了高壓油管，避免了高壓共軌噴射系統耐高壓及高壓密封等問題。因泵噴嘴型噴射系統無高壓油管，所以高壓泵泵油時所產生的高壓燃油經很短的路徑直接進入噴油器的承壓環槽內，實現柴油發電機的噴油過程。

 

一、電控技術的特點

      柴油機電控技術與汽油機電控技術有許多相似之處，整個系統都是由傳感器、電控單元和執行器三大部分組成，在電控柴油機上所用的傳感器中，如轉速、壓力、溫度等傳感器以及油門踏板傳感器，與汽油機電控系統都是一樣的。電控單元在硬件方面也很相似，在整車管理系統的軟件方面也有近似處。汽油機電控技術在國外已經成熟，商品化程度已很高，因此大部分傳感器和電控單元已不是難點，也不是柴油機電控技術的難點。柴油機電控技術有二個明顯的特點：一個特點是其關鍵技術和技術難點就在柴油機噴射電控執行器上；另一個特點是柴油機電控噴射系統的多樣化。

      柴油機是一個熱效率比較高的動力機械。它采用高壓噴油泵（包括提前器）和噴油嘴將適量的燃油，在適當的時期，以適當的空間狀態噴入柴油機的燃燒室，以造成最佳的燃油與空氣混合和燃燒的最有利條件，實現柴油機在功率、扭矩、轉速、燃油消耗率、怠速、噪聲、排放等多方面的要求，柴油機燃油噴射具有高壓、高頻、脈動等特點，其噴射壓力高達60～150MPa，甚至200MPa，為汽油噴射的幾百倍，上千倍。對于燃油高壓噴射系統實施噴油量的電子控制，困難大得多。而且柴油噴射對噴射正時的精度要求很高，相對于柴油機活塞上死點的角度位置遠比汽油機要求準確，這就導致了柴油噴射的電控執行器要復雜得多。因此柴油機電控技術的關鍵和難點就是柴油噴射電控執行器，也即電控柴油噴射系統，主要控制量是噴油量和噴油正時。

      當今國際上汽油機電控技術已經成熟，且趨向一個比較單一的模式，即多點噴射。電控化油器已經淘汰，單點噴射的應用大大減少，有些公司正在研究多點缸內噴射。柴油機在機械控制時代，就已經有直列泵、分配泵、泵噴嘴、單缸泵等結構完全不同的系統，每個系統各有其特點和適用范圍，每種系統中又有多種不同結構。實施電控技術的執行機構比較復雜，因此形成了柴油噴射系統的多樣化。

 

二、泵噴嘴型噴射系統結構

 

      泵噴嘴顧名思義就是噴油泵與噴油嘴組合在一起,以省去高壓油管并獲得高噴射壓力的燃油系統。由于無高壓油管，所以可消除長的高壓油管中壓力波和燃油壓縮的影響，高壓容積大大減少，因此可產生所需的高噴射壓力。噴油量和噴油時間的控制，是通過電磁閥來控制的，控制精度大大提高。

      圖1所示為柴油發電機的DDEC型電控泵噴嘴的結構，主要由泵噴嘴體、驅動機構、控制閥及電磁閥等組成。泵噴嘴體將噴油泵和噴油器做成一體，并在噴油泵柱塞上取消了機械式噴油泵柱塞上用于控制供油量的螺旋槽。噴油定時和噴射量是通過高速電磁閥控制泵噴嘴進油閥的開啟時刻和開啟持續時間來控制的。由于這種電控泵噴嘴噴射系統將噴油泵柱塞、噴油器及電磁控制閥（由柱塞閥、擋板等構成）都安裝在一個殼體里，又沒有高壓油管，所以高壓系統體積很小，因此允許產生更高的噴射壓力（目前已達到200MPa以上），同時減小了密封表面和密封接頭，所以可靠性好。但是需要專用驅動機構來驅動，驅動機構由凸輪軸、搖臂及挺柱等組成，所以結構復雜。而驅動凸輪軸由曲軸的正時齒輪驅動，安裝時要保證供油定時。

 

圖1 DDEC型電控泵噴嘴結構圖

 

三、泵噴嘴型噴射系統工作原理

 

      圖2所示為柴油發電機的電控泵噴嘴的工作原理示意圖。當柴油發電機工作時，泵噴嘴柱塞在驅動凸輪和柱塞彈簧力的作用下完成泵油過程。當凸輪偏過后，柱塞在其彈簧的作用下上移，此時柱塞腔體積增加，柱塞腔進油（圖2-第1圖）；當凸輪推動柱塞下移時，如果此時電磁閥斷電，電磁閥閥芯在其彈簧力的作用下處于開啟狀態，所以當柱塞泵油時高壓油經與電磁閥閥芯一體的控制閥5回油（圖2-第2圖），噴油器油腔內不能建立高壓，針閥不動，噴油器仍不噴油；當柱塞運動到某一時刻，在ECU的控制脈寬下接通電磁閥電源時，在磁場的作用下控制閥落座，關閉回油孔。此時柱塞泵油的高壓油迅速進入到噴油器針閥的承壓錐面建立油壓，使針閥開啟，噴油開始，噴油持續期間取決于ECU控制電磁閥的通電脈寬（圖2-第3圖）；經電磁閥控制脈寬之后電磁閥斷電，此時在彈簧力的作用下電磁閥恢復到開啟狀態，控制閥被打開，噴油器到噴油泵之間的高壓油迅速降壓，針閥迅速落座而停止噴射（圖2-第4圖）。

 

      在柴油發電機的泵噴嘴系統中，將檢測電磁閥的關閉時刻作為反饋信號實現對噴射過程的反饋控制。電磁閥的關閉時刻可通過檢測電磁閥線圈的電壓或電流波形來確定，不需要另設傳感器。當采用電壓波形作為檢測信號時，對流通電磁閥線圈的電流需要用調節器調節，使得當電磁閥線圈中的電流達到某一設定值后維持不變。這樣，當接通電磁閥電源時閥芯開始移動，電磁閥線圈的兩端電壓隨之升高；當閥芯移動到極限位置而停止運動時，線圈電壓突然降低到僅能維持電流不變的水平。這種電壓降可以很方便地測量。為了提高電磁閥的響應速度，除了采用短行程、小質量、壓力平衡式閥及平面盤形閥芯結構以外，還需要降低線圈的電感，以保證在很低的電源電壓下電流能以足夠快的速度達到飽和狀態。用這種方法能使檢測電磁閥關閉時刻的精度達到±0.25°（CA）。同時這種方法可以排除當電源電壓變化時所造成的供油量和噴油定時的波動。

 

圖2 電控泵噴嘴原理圖

 

四、泵噴嘴的特點

 

      柴油發電機的泵噴嘴相對于高壓共軌噴射系統取消了高壓油管，而將柱塞泵和噴油器合為一體，使系統簡化，避免了高壓密封問題。但是由于通過設置專用驅動機構，所以結構復雜，同時如圖3所示，在噴射過程中噴射壓力是變化的，噴油規律是通過泵油規律來控制的，而這種泵油規律取決于凸輪形線及其工作段。

 

      一般電控泵噴嘴的噴油壓力高達 2050bar，并且由于采用電控系統，使系統控制靈活，通過電磁閥的兩次 動作可實現可控予噴射，大大降低了噪音和振動，并改善排放。此外，由于電控泵噴嘴及驅動裝置都安裝在氣缸蓋上，使發動機結構緊湊，外形減小，并可將低壓的進、回油道都設置在氣缸蓋與其它是新一代柴油噴油系統的共軌系統比較，電控泵噴嘴最大的特點是容易實現高壓噴油。而共軌系統由于其結構特點特別是需要密封的高壓部位多使其能夠達到的高壓受到限制，另一方面由于電控泵噴嘴的供油規律仍采用凸輪控制，在控制噴油壓力及實現多次噴射等方面不如共軌系統的自由度大。

 

電控泵噴嘴工作流程圖

 

 

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