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性能特點(diǎn)和作用說明 |
電控泵噴嘴和共軌燃油系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)與區(qū)別 |
摘要：眾所周知，柴油發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是省油、動力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)、維修方便，只要解決環(huán)保排放問題這個缺點(diǎn)就具有更大的市場前景，而實(shí)現(xiàn)電控柴油機(jī)的方案現(xiàn)在看來是一個很好的解決措施。實(shí)現(xiàn)柴油控制有三條技術(shù)路線圖，分別是單體泵、泵噴嘴和高壓共軌。康明斯公司在本文中著重就市場上主用的泵噴嘴和高壓共軌兩大燃油系統(tǒng)各自的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)進(jìn)行綜合對比及分析，最終給予的結(jié)論是高壓共軌更具有優(yōu)勢和市場前景。
一、泵噴嘴燃油系統(tǒng)（EUI）的特征
泵噴嘴系統(tǒng)原理如圖1所示。其最大的特點(diǎn)是增加了噴油壓力，泵噴嘴的噴射壓力都能達(dá)到200MPa以上。由于噴射壓力直接影響柴油燃燒做功效率，因此，泵噴嘴的燃燒效率很高。在泵噴嘴系統(tǒng)中，噴油泵和噴嘴組成一個單元。每個氣缸的缸蓋上都裝有這樣一個單元，它直接通過搖臂或間接地由柴油機(jī)的凸輪軸通過推桿來驅(qū)動。
電控泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)主要由泵噴嘴、驅(qū)動搖臂機(jī)構(gòu)、電子控制單元（ECU）及各種傳感器等組成，如圖2所示。電控泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)的特點(diǎn)是燃油壓力升高仍然是機(jī)械式的，噴油始點(diǎn)和終點(diǎn)由電磁閥控制，噴油量和噴油時(shí)間是由電磁閥控制。
1、優(yōu)點(diǎn)
（1）高壓燃油通過氣缸蓋頂端的頂置凸輪軸直接驅(qū)動形成，沒有了額外的高壓燃油管路，避免了管路泄漏并消除了管路壓力損失的可能。
（2）由于噴射裝置與燃油增壓的一體化，燃油噴射可以在短時(shí)間內(nèi)高效高壓完成，且靈活控制其噴油量、壓力、正時(shí)，且其噴油壓力達(dá)到200MPa以上，超過共軌系統(tǒng)所能夠達(dá)到的水平。
（3）對燃油的適應(yīng)性比高壓共軌強(qiáng)。
（4）燃油系統(tǒng)能進(jìn)行單缸維修。
2、缺點(diǎn)
（1）要求頂置凸輪軸設(shè)計(jì)，因而對缸蓋的剛度設(shè)計(jì)有較高要求。
（2）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制噴射壓力，低速時(shí)油壓低，不利于改善低速燃燒性能。
（3）多次噴射難于實(shí)現(xiàn)，更新?lián)Q代產(chǎn)品缺乏技術(shù)延續(xù)性，即便對噴油器采用二級電磁閥控制，會使結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。
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圖1 電控柴油機(jī)泵噴嘴燃油系統(tǒng)原理圖 |
圖2 柴油機(jī)電控泵噴嘴結(jié)構(gòu)圖 |
二、高壓共軌（DCR）的特征
高壓共軌全稱叫做電控高壓共軌噴射系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)組成如圖3所示，原理如圖4所示。共軌噴射系統(tǒng)簡單的說就是由一個油泵產(chǎn)生高壓柴油，再將高壓柴油儲存倒共軌管里，由ECU根據(jù)各傳感器的數(shù)據(jù)計(jì)算出最佳噴油正時(shí)和噴油量，再由電控的噴油器噴入汽缸進(jìn)行燃燒。它的最大特點(diǎn)是產(chǎn)生壓力和噴入汽缸的過程完全分開，這樣的好處是能保證每個噴油器的噴射壓力一致，并且可以做到多次噴射，使燃燒更完全排放更佳。高壓共軌是通過高壓油泵在共軌管里建立高壓柴油，再由ECU通過各信號調(diào)節(jié)電控噴油器的噴油量及噴油正時(shí)，這里面的核心部件電控噴油器配合精度高，噴油孔直徑也較小，這就對柴油的清潔程度要求也較高。
1、優(yōu)點(diǎn)
（1）高噴射壓力，目前最高可達(dá)180MPa，比一般直列泵高出一倍。
（2）噴油壓力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，把產(chǎn)生壓力與實(shí)際燃油噴射過程分離，使發(fā)動機(jī)低速、大負(fù)載的性能得到改善。
（3）特殊設(shè)計(jì)的電控噴油器可靈活實(shí)現(xiàn)多次噴射，調(diào)節(jié)噴油率形狀，噴油規(guī)律實(shí)現(xiàn)理想化。
（4）可以自由選定噴油正時(shí)和噴油量。
（5）驅(qū)動扭矩振動小，噪聲小、振動低。
（6）適用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單，容易在發(fā)動機(jī)上的安裝。
2、缺點(diǎn)
（1）油品的適應(yīng)性較差，共軌系統(tǒng)對燃油中的硫含量比較敏感，會使維修頻次增加。
（2）故障后，用戶的維修成本高。
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圖3 電控柴油機(jī)高壓共軌燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 |
圖4 電控蓄壓式共軌燃油噴射系統(tǒng)原理圖 |
三、性能對比
1、原理不一樣
（1）共軌式電控燃油噴射技術(shù)通過共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個噴油器，并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁開關(guān)閥的開啟與閉合，定時(shí)、定量地控制噴油器噴射至柴油機(jī)燃燒室的油量。
（2）泵噴嘴系統(tǒng)的燃油噴射執(zhí)行器是一個動力噴嘴。動力噴嘴能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過機(jī)械能噴射和霧化燃油，泵噴嘴動力噴嘴的工作是由電脈沖（PWM)驅(qū)動的。
2、特點(diǎn)不一樣
（1）共軌式電控系統(tǒng)采用先進(jìn)的電子控制裝置及配有高速電磁開關(guān)閥；采用共軌方式供油等。
（2）泵噴嘴一體化。燃油箱內(nèi)不再需要一個分離式的燃油泵用于提供壓縮燃油；不需要一個內(nèi)含高壓油的管道（油軌），與油箱連接的管路均為低壓油管。
3、優(yōu)缺點(diǎn)不一樣
（1）共軌式電控系統(tǒng)保證柴油機(jī)達(dá)到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的點(diǎn)火時(shí)間、足夠的點(diǎn)火能量和最少的污染排放。
（2）泵噴嘴發(fā)動機(jī)都有冷起動加濃、自動冷車快怠速功能，能保證發(fā)動機(jī)不論在冷車或熱車狀態(tài)下順利起動。
泵噴嘴（EUI）與高壓共軌（DCR）燃油噴射系統(tǒng)的綜合比較優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。
表1 泵噴嘴和高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)各自的特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)比較
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序號
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EUI
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DCR
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優(yōu)缺點(diǎn)
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1
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通過氣缸蓋頂端的頂置凸輪軸直接驅(qū)動燃油形成高壓，無額外的高壓燃油管路
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高壓油軌和噴油器間利用管路連接
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泵噴嘴消除了管路壓力損失并避免了管路泄漏的可能
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2
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噴油壓力達(dá)到200MPa以上
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噴油壓力最高可達(dá)180MPa
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泵噴嘴的噴油霧化更好，有利于充分燃燒，但對缸蓋的剛度設(shè)計(jì)要求較高；高壓共軌的驅(qū)動扭矩及其振動小，噪聲小
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3
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對燃油中的硫含量敏感度低
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對燃油中的硫含量敏感度高
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泵噴嘴對燃油的適應(yīng)性更好
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4
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噴射壓力依賴于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速
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噴油壓力獨(dú)立于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速
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泵噴嘴在低速時(shí)油壓低，對改善低速燃燒性能不利；高壓共軌把壓力產(chǎn)生與實(shí)際燃油噴射過程分離，可以改善發(fā)動機(jī)低速、大負(fù)載的性能
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5
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難于實(shí)現(xiàn)多次噴射，無法滿足對燃油系統(tǒng)的要求
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特殊設(shè)計(jì)的電控噴油器可實(shí)現(xiàn)靈活的多次噴射，調(diào)節(jié)噴油率形狀，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律
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高壓共軌靈活的噴射可以改善燃燒，降低發(fā)動機(jī)的振動、噪聲
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6
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系統(tǒng)故障時(shí)，能進(jìn)行單缸單油泵維修
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涉及油軌和噴嘴的故障較多
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泵噴嘴的維修比高壓共軌的維修簡單，并且費(fèi)用會低一些
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總結(jié)：
與其它噴射系統(tǒng)相比，共軌系統(tǒng)把壓力產(chǎn)生與實(shí)際燃油噴射過程分離。“軌”被作為高壓蓄壓器，其內(nèi)部燃油壓力始終保持與發(fā)動機(jī)具體工況相適應(yīng)的最佳壓力。共軌系統(tǒng)可被輕易地安裝到各類不同的發(fā)動機(jī)中。除此之外，共軌系統(tǒng)還提供了更廣闊的擴(kuò)展功能和在燃燒過程設(shè)計(jì)上更多大的自由度，它可以使柴油發(fā)動機(jī)以更低的排放、更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和低噪聲運(yùn)行。電控共軌系統(tǒng)，是國內(nèi)專家一致認(rèn)為目前水平最高、將來會占統(tǒng)治地位的一種電控系統(tǒng)。其噴油器的特殊設(shè)計(jì)，可實(shí)行靈活的多次噴射，且噴射壓力可在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷條件下任意調(diào)節(jié)，給發(fā)動機(jī)帶來的好處是極為理想的指標(biāo)。由于這些因素，電控共軌技術(shù)已普遍為新一代康明斯發(fā)電機(jī)組所采用的最佳柴油發(fā)動機(jī)。
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