設(shè)備裝配與結(jié)構(gòu)組成

柴油發(fā)電機燃油共軌系統(tǒng)構(gòu)成與特點

一、電控高壓共軌技術(shù)的概述

 

      電控高壓共軌技術(shù)是指高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時間的長短。

      第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導(dǎo)致能量的浪費和很高的燃油溫度。第二代可根據(jù)發(fā)動機需求而改變輸出壓力，并具有預(yù)噴射和后噴射功能。預(yù)噴射降低了發(fā)動機噪音：在主噴射之前百萬分之一秒內(nèi)少量的燃油被噴進了氣缸壓燃，預(yù)加熱燃燒室。預(yù)熱后的氣缸使主噴射后的壓燃更加容易，缸內(nèi)的壓力和溫度不再是突然地增加，有利于降低燃燒噪音。在膨脹過程中進行后噴射，產(chǎn)生二次燃燒，將缸內(nèi)溫度增加200～250℃，降低了排氣中的碳氫化合物。

      由于其強大的技術(shù)潛力，今天各制造商已經(jīng)把目光定在了共軌系統(tǒng)第3代——壓電式(piezo)共軌系統(tǒng)，壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，于是得到了更加精確的噴射控制。沒有了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡單。壓力從200～2000巴彈性調(diào)節(jié)。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOx的排放。

1、電控的定義

      “電控”是指噴油系統(tǒng)由電腦控制，ECU（俗稱電腦）對每個噴油嘴的噴油量、噴油時刻進行精確控制，能使柴油機的燃油經(jīng)濟性和動力性達到最佳的平衡，而傳統(tǒng)的柴油機則是由機械控制，控制精度無法得以保障。

2、高壓的定義

      “高壓”是指噴油系統(tǒng)壓力比傳統(tǒng)柴油機要高出3倍，最高能達到200MPa（而傳統(tǒng)柴油機噴油壓力在60—70 MPa），壓力大霧化好燃燒充分，從而提高了動力性，最終達到省油的目的。

3、共軌的定義

      “共軌”是通過公共供油管同時供給各個噴油嘴，噴油量經(jīng)過ECU精確的計算，同時向各個噴油嘴提供同樣質(zhì)量、同樣壓力的燃油，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更加平順，從而優(yōu)化柴油機綜合性能。而傳統(tǒng)柴油發(fā)動機由各缸各自噴油，噴油量和壓力不一致，運轉(zhuǎn)不均勻，造成燃燒不平穩(wěn)，噪音大，油耗高。

      現(xiàn)在，國內(nèi)制造的具備國際先進的電控高壓系統(tǒng)技術(shù)的柴油發(fā)動機采用了歐美柴油機的最新核心技術(shù)，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)增壓柴油機。它比傳統(tǒng)增壓柴油機燃燒效率提高8%、二氧化碳排放低10%、噪音下降15%，徹底改變了柴油機在人們心目中“噪音大、冒黑煙”的形象。

 

二、高壓共軌系統(tǒng)原理與特點

圖1  柴油機高壓共軌燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2  柴油機高壓共軌燃油系統(tǒng)原理圖

 

三、高壓共軌系統(tǒng)構(gòu)成

      柴油發(fā)電機的低壓油路部分包括燃油箱、輸油泵、柴油濾清器以及低壓管路等。共軌燃油系統(tǒng)低壓油路部分如圖1所示。各零部件的構(gòu)造與作用如下：

1、輸油泵

      輸油泵的主要作用是供給高壓油泵足夠的具有現(xiàn)定力的燃油。目前輸油泵常見有滾柱式和齒輪式兩種。滾柱式輸油泵為電動式，可裝在油箱內(nèi)或油箱外低壓油管上；并有油泵控制電路，當(dāng)柴油發(fā)電機停止運轉(zhuǎn)，而起動開關(guān)在ON位置時，電動燃油泵停止運轉(zhuǎn)。齒輪式輸油泵為機械式，它與高壓泵組合在一起，或用柴油發(fā)電機直接驅(qū)動。

       齒輪式輸油泵用于共軌噴油系統(tǒng)中，向高壓油泵輸送燃油，其裝在高壓泵中與高壓泵共用驅(qū)動裝置，或裝在柴油發(fā)電機旁，配有單獨的驅(qū)動裝置。

（1）齒輪泵的構(gòu)造和工作原理

      齒輪式輸油泵的基本構(gòu)造是由2個互相嚙合反向轉(zhuǎn)動的齒輪，將齒隙中的燃油從吸油端送往壓油端，齒輪的接觸面將吸油端和壓油端互相密封以防止燃油倒流，其輸出量與柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速成正比，因此，輸油量的調(diào)節(jié)借助于吸油端的節(jié)流調(diào)節(jié)閥或壓油端的溢流閥進行。

（2）齒輪式輸油泵的工作特點

      齒輪式輸油泵輸出的油量比較均勻，油壓的波動也比滾柱式輸油泵小，且在工作期間不需要保養(yǎng)。為了在第一次起動時或燃油箱放空排盡燃油管路系統(tǒng)中的空氣，在齒輪式輸油泵或低壓管路上需設(shè)置手動泵。

注意：輸油泵壞將導(dǎo)致低壓油路中不油，供油不足，供油不穩(wěn)及漏氣等常見故障；造成供油量不足，功率下降，加不上油，嚴重時還會有缺缸、排氣呈藍白黑煙等現(xiàn)象；當(dāng)柴油發(fā)電機無法起動時，且無故障碼，用故障診斷儀測得油軌壓力為2~3MPa（油軌有燃油進入但壓力不足）。

2、柴油濾清器

      柴油中的雜質(zhì)，可能導(dǎo)致泵零件、出油閥及噴油嘴等的磨損；另外，柴油中含水，可能變成乳狀物或因溫度變化而凝結(jié)，若水進入噴射系統(tǒng)，則可能導(dǎo)致零件銹蝕。與其他噴射系統(tǒng)相同，共軌式噴射系統(tǒng)也需要附有水分儲存室的柴油濾清器，如圖3所示，必須定期打開放水螺釘放水。

3、 燃油箱

     燃油箱即儲存燃油的容器裝置，一般用于由汽油機或柴油發(fā)電機驅(qū)動的機器上。這是燃油箱最基本的作用，此外，還發(fā)揮著散熱、沉淀油料中的雜質(zhì)以及分離油體中的氣泡等功能。

     燃油箱通常有兩個出口，一個是注油口，另一個是內(nèi)置的出口，燃油泵和燃油計量儀器等部件裝置就是從這個口進入的。另外，隨著燃油的消耗殆盡，油量的減少以及油面的降低，燃油箱內(nèi)外氣壓差隨之增大，這種情況下極易造成燃油箱的變形，為了避免出現(xiàn)此問題，燃油箱上都會裝有通風(fēng)裝置。

4、低壓管路

      很大一部分柴油發(fā)電機起動困難的主要原因是柴油低壓管路密封性差，導(dǎo)致發(fā)動機在前一天停機熄火后，低壓管路開始進入空氣，經(jīng)過一夜的積累，第二天發(fā)動機無法起動，嚴重影響工作。而在柴油發(fā)電機試驗開發(fā)過程中，低壓管路的密封性差同樣會導(dǎo)致試驗結(jié)果的不準確，試驗重復(fù)率高，提高開發(fā)成本。

       柴油發(fā)電機低壓管路的油壓保障裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。該柴油發(fā)電機低壓管路的油壓保障裝置通過在油桶上注入壓縮空氣，使得低壓管路中的油壓處于正壓，既便于管路排空及使停車時間內(nèi)外圍空氣無法進入管路，又可通過進一步提升壓力反查低壓管路的漏油點便于解決故障，也可通過其穩(wěn)壓作用保證冷凍后的柴油管路處于某一設(shè)定的壓力，其主要用途是解決柴油發(fā)電機在起動試驗前由于管路中無柴油導(dǎo)致的無法起動或者是發(fā)動機停機后由于柴油低壓管路的漏氣導(dǎo)致的發(fā)動機無法起動。

 

圖3  柴油濾清器構(gòu)造圖

圖4  低壓管路的油壓保障裝置

 

總結(jié)：

      隨著柴油機缸內(nèi)燃燒控制理論的發(fā)展，常規(guī)直接噴射燃油系統(tǒng)已經(jīng)不能完全滿足控制、優(yōu)化燃燒過程的技術(shù)需求，因此，高壓共軌系統(tǒng)應(yīng)運而生。上述文章中綜合分析國內(nèi)外對柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的研究歷史和現(xiàn)狀，電控高壓共軌系統(tǒng)具有很大的發(fā)展空間，主要是進一步挖掘電控的靈活多樣性和共軌系統(tǒng)壓力-時間控制原理的潛力，以獲得理想噴油規(guī)律。重點在于提高噴射壓力和改善噴油速率控制的柔性度。主要的技術(shù)措施是多級壓力控制和多次噴射。

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