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性能特點(diǎn)和作用說(shuō)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(dòng)力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)、維修方便，只要解決環(huán)保排放問(wèn)題這個(gè)缺點(diǎn)就具有更大的市場(chǎng)前景，而實(shí)現(xiàn)電控柴油機(jī)的方案現(xiàn)在看來(lái)是一個(gè)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(chǎng)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(duì)比及分析，最終給予的結(jié)論是高壓共軌更具有優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)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(gè)單元。每個(gè)氣缸的缸蓋上都裝有這樣一個(gè)單元，它直接通過(guò)搖臂或間接地由柴油機(jī)的凸輪軸通過(guò)推桿來(lái)驅(qū)動(dòng)。
電控泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)主要由泵噴嘴、驅(qū)動(dòng)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(guò)氣缸蓋頂端的頂置凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)形成，沒(méi)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(guò)共軌系統(tǒng)所能夠達(dá)到的水平。
（3）對(duì)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(duì)缸蓋的剛度設(shè)計(jì)有較高要求。
（2）發(fā)動(dòng)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(duì)噴油器采用二級(jí)電磁閥控制，會(huì)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(jiǎn)單的說(shuō)就是由一個(gè)油泵產(chǎn)生高壓柴油，再將高壓柴油儲(chǔ)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(guò)程完全分開(kāi)，這樣的好處是能保證每個(gè)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(guò)高壓油泵在共軌管里建立高壓柴油，再由ECU通過(guò)各信號(hào)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(duì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，把產(chǎn)生壓力與實(shí)際燃油噴射過(guò)程分離，使發(fā)動(dòng)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(dòng)扭矩振動(dòng)小，噪聲小、振動(dòng)低。
（6）適用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易在發(fā)動(dòng)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(duì)燃油中的硫含量比較敏感，會(huì)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(duì)比
1、原理不一樣
（1）共軌式電控燃油噴射技術(shù)通過(guò)共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個(gè)噴油器，并借助于集成在每個(gè)噴油器上的高速電磁開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)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(gè)動(dòng)力噴嘴。動(dòng)力噴嘴能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)機(jī)械能噴射和霧化燃油，泵噴嘴動(dòng)力噴嘴的工作是由電脈沖（PWM)驅(qū)動(dòng)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(kāi)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(gè)分離式的燃油泵用于提供壓縮燃油；不需要一個(gè)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(dòng)機(jī)都有冷起動(dòng)加濃、自動(dòng)冷車快怠速功能，能保證發(fā)動(dòng)機(jī)不論在冷車或熱車狀態(tài)下順利起動(dòng)。
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(jiàn)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(hào)
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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(guò)氣缸蓋頂端的頂置凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)燃油形成高壓，無(wú)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(duì)缸蓋的剛度設(shè)計(jì)要求較高；高壓共軌的驅(qū)動(dòng)扭矩及其振動(dòng)小，噪聲小
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3
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對(duì)燃油中的硫含量敏感度低
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對(duì)燃油中的硫含量敏感度高
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泵噴嘴對(duì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
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噴油壓力獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
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泵噴嘴在低速時(shí)油壓低，對(duì)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(guò)程分離，可以改善發(fā)動(dòng)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(wú)法滿足對(duì)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(dòng)機(jī)的振動(dòng)、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(jiǎn)單，并且費(fèi)用會(huì)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(guò)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(dòng)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(dòng)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(guò)程設(shè)計(jì)上更多大的自由度，它可以使柴油發(fā)動(dòng)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(guó)內(nèi)專家一致認(rèn)為目前水平最高、將來(lái)會(huì)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(dòng)機(jī)帶來(lái)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(dòng)機(jī)。
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