新聞主題	柴油機位置和時間控制式燃油系統

 

導讀：由于國家政策的推動，柴油發電機機械的升級是一個必然的過程，在發電機和后處理系統擁有豐富經驗的康明斯已經做好了現在及其未來產品的技術儲備。隨著柴油發電機電子技術的發展，從20世紀70年代至今，康明斯發電機已先后在傳統的柴油發電機的基礎上推出位置控制式燃油系統、時間控制式燃油系統、時間-壓力控制式燃油系統三代產品。

   

主要部件組成圖

 

一、柴油機電控噴射系統的發展歷史

 

柴油機具有效率高、經濟性好、功率強大等特點，在交通運輸和工程車輛領域有著廣泛的應用。在可以預見的未來，柴油機在動力機械領域將繼續占有重要的地位。實際上，在柴油機占主導地位的家用轎車領域，柴油機由于其節能的優勢，正越來越受到發電機組研究人員們的重視。然而，噪聲大、NOx 和顆粒物排放高等痼疾也一直困擾著柴油機的應用。前不久，歐盟正式制訂了歐VI排放標準，顆粒物排放要求減半，氮氧化物排放必須降低77%，并將于2013年底實施。

面對日益嚴苛的柴油機排放標準，研究各種排放控制技術成為內燃機工作者的重要課題。這些控制技術總體上可分為3個方面：提高燃油品質、改善燃燒過程和采用先進的排氣后處理技術，其中以改善燃燒過程為最根本的措施。就國外的經驗來看，采用電控高壓燃油噴射系統以改善柴油機的燃燒過程是普遍的發展趨勢。

電控噴油技術是柴油機技術三大飛躍的最近一項（另外兩項是機械燃油技術和增壓中冷技術），也是內燃機行業20世紀的三大突破之一（另外兩項是汽油直噴技術和 DME 待用燃料），為柴油機的噴油控制，以及噪聲和排放的改善做出的巨大貢獻。本文將從技術歷程、技術現狀及發展前景的角度簡略闡述電控噴油技術。

 

二、第三代燃油控制系統

 

第三代電控燃油系統即人們常說的共軌燃油噴射系統。。共軌系統將燃油的升壓系統獨立出來，即燃油的壓力與發動機轉速和負荷無關。使用可以獨立控制壓力的蓄壓器——共軌。這樣，以前一直非常困難的燃油噴射壓力可以按照人們的意志進行自由控制。再通過計算機單獨控制的各噴油器，將共軌中的壓力高達130Mpa——160Mpa的燃油噴入燃燒室。第三代電控噴油系統的最大進步就是使用了共軌，使得高壓的產生和噴油控制可以分別進行。由此，可以根據發動機的負荷、轉速等各種運行工況，在20—140Mpa的廣大范圍內改變噴油壓力，可以實現預噴射、主噴射以及多段噴射等，根據需要改變噴油率的形狀。為了改善柴油機的排放，可以自由自在地改變噴油參數和噴油形態。向著潔凈的柴油機時代，可以高自由度地控制噴油策略，在一次工作循環中可以實現多次噴油，可以實現標定轉速4000r/min—相當于4.2μs的高速控制，將柴油機的排放性能大大提高一步。

1、位置控制式燃油系統

    普通的柴油發電機噴油量大小通過機械方式進行控制，即有噴油泵柱塞頂面封住徑向油孔到住塞斜槽露出油孔的距離來決定，也就是噴油泵的供油有效行程決定。開啟柴油發電機，拉動控制齒條使住塞轉動，改變住塞與開有回油孔的住塞套筒的相對位置，增加或減少柱塞的供油有效行程，從而調節噴油量。加速踏板通過調速器與控制齒條聯動，根據柴油發電機的轉速和負荷的變化調節供油量。噴油時刻則由安裝在柴油發電機和噴油泵之間的供油提前角自傳動調節器根據柴油發電機的轉速調節凸輪軸的相對位置來調節。所以，普通柴油發電機的供油量、供油時刻控制精度、供油特性、響應性等較差。
    第一代位置控制式燃油系統主要特點是保留了大部分傳統的燃油系統部件，如普通柴油發電機的高壓油泵、高壓油管、噴油器、控制齒條、齒圈、滑套、柱塞上的螺旋槽等油量控制機構，只是對齒條或滑套的移動位置進行電子控制。用電子調速器代替了傳統機械式離心調速器，用柴油發電機轉速傳感器和加速踏板位置傳感器代替了原有的轉速和負荷傳感機構（如離心飛塊、真空室等），用ECU控制的電子執行機構代替了機械離心式調速執行機構和加速踏板傳動機構。使得供油量的調整更為靈敏和精確。

2、時間-壓力控制式燃油系統

    時間-壓力控制式燃油系統，即電控共軌系統。在電控高壓共軌系統中，各缸噴油器共用一個高壓油軌（又稱高壓蓄能器），這個高壓油軌是用無縫鋼管制成的，用于儲存高壓燃油。在高壓共軌系統中，電控單元直接對電磁噴油器的噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油規律、噴油壓力等進行時間-壓力控制。高壓油泵并不直接與噴油器連接，它的主要作用是向共軌油管供油以維持所需要的共軌的油壓。設在共軌油管上的壓力閥可以連續調節共軌壓力來控制噴油壓力。

高壓共軌燃油系統原理圖

3、時間-控制式燃油系統

    位置控制式燃油系統的特點是以模擬量來控制執行元件的工作，通過對噴油泵油量控制機構的定位來獲得所需的供油量。控制供油量的反饋信號是由模擬信號傳感器檢測，ECU對模擬信號進行A/D轉換后才能處理，所以供油量控制精度和執行元件的響應速度也較差。在位置控制方式中，所用的電子調速器也是由部分機械裝置完成對噴油泵的調節，這也會降低控制精度和響應速度。采用時間控制方式，可以彌補這方面的不足。

    時間控制式燃油系統保留了傳統柴油發電機燃油系統的組成和結構，通過新增加的傳感器、ECU和高速電磁閥（執行器）組成的數字式調節系統，由高速電磁閥直接控制高壓燃油的噴射正時和噴油量。電磁閥關閉，執行噴油，電磁閥打開，噴油結束。所以，噴油量和噴油正時是由電磁閥通電時間和通電時刻來控制的。時間控制式燃油系統控制自由度大，供油加壓和供油調節在結構上相互獨立，可以簡化噴油泵的結構，提高強度，加強高壓燃油噴射能力；其不足在于供油壓力不好控制。

 

高低壓管路示意圖

 

    高壓共軌系統是目前世界上最先進的的燃油系統，其優點是可實現高壓噴射，最高的壓力已達到200MPa，噴射壓力獨立于柴油發電機轉速（即與柴油發電機轉速無關），噴射性能和噴射規律十分理想，可實現多次噴射，能有效地抑制和減少尾氣排放中的有害成分。目前，高壓共軌系統已得到廣泛應用。

 

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