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電控柴油發(fā)電機(jī)共軌系統(tǒng)的主要特點(diǎn) |
導(dǎo)讀：柴油發(fā)電機(jī)是一種將燃油和空氣在氣缸內(nèi)部混合的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，而電控高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)是一種燃油噴射系統(tǒng)，采用電子控制單元(ECU)來控制柴油機(jī)的噴油量和噴油規(guī)律。它是進(jìn)一步提高柴油機(jī)性能、降低排放和燃油消耗的重要技術(shù)之一。其原理是高壓共軌燃油系統(tǒng)利用較大容積的共軌管將油泵輸出的高壓燃油儲(chǔ)存起來，并消除燃油的壓力波動(dòng)，然后將高壓燃油輸送到各缸噴油器。噴油器受ECU控制，ECU通過噴油器上的電磁閥來控制噴油時(shí)刻和噴油量。
一、共軌系統(tǒng)主要特點(diǎn)
1、噴油量控制能力
電控高壓共軌柴油機(jī)的噴油量受到多種因素的影響，包括引入量、燃油壓力和燃油噴射油嘴的開啟時(shí)間等。其中，燃油壓力是最主要的因素之一，它可以直接影響噴油量。在電控高壓共軌柴油機(jī)中，燃油高壓泵產(chǎn)生的高壓燃油通過共軌供應(yīng)到每個(gè)噴嘴，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴霧的控制。電控高壓共軌柴油機(jī)的讀取能力和數(shù)量都要比傳統(tǒng)機(jī)械燃油噴射系統(tǒng)更高，因此它可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的噴油量控制。
2、噴油規(guī)律
電控高壓共軌柴油機(jī)的噴油規(guī)律也很重要，它包括噴嘴開啟時(shí)間和噴射時(shí)長(zhǎng)等。其中，噴嘴開啟時(shí)間通常由ECU來控制，可以通過傳感器讀取預(yù)計(jì)的內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)速度、負(fù)載和溫度等，在此基礎(chǔ)上計(jì)算噴油量和噴嘴開啟時(shí)間。此外，還可以通過預(yù)測(cè)未來的成形空間和噴油壓力等因素來進(jìn)一步優(yōu)化噴油時(shí)間和噴射方向。
電控高壓共軌柴油機(jī)的噴油規(guī)律不僅可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、降低排放和燃油消耗，還可以提高燃油碳?xì)浠衔锏耐耆悸?，從而減少有害物質(zhì)的排放。另外，在柴油機(jī)的噴油過程中，燃油經(jīng)過噴嘴后會(huì)迅速噴霧，形成一定的霧化分布，因此通過精細(xì)控制噴油規(guī)律，可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的噴油控制，從而達(dá)到更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。
3、共軌技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
① 共軌系統(tǒng)將燃油壓力產(chǎn)生和燃油噴射分離開來。共軌管內(nèi)的高壓直接用于噴射，且共軌腔內(nèi)是持續(xù)高壓。此高壓可根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)工況進(jìn)行設(shè)置且不斷變化。ECU通過高壓油泵上的壓力調(diào)節(jié)電磁閥（即EEC閥），根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷狀況及經(jīng)濟(jì)性和排放性的要求對(duì)共軌腔內(nèi)的油壓進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，以優(yōu)化柴油發(fā)電機(jī)的性能。
② 通過對(duì)噴油器電磁閥的控制，可以實(shí)現(xiàn)多次噴射，優(yōu)化柴油發(fā)電機(jī)燃燒。預(yù)噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內(nèi)發(fā)生預(yù)混合或部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這使缸內(nèi)壓力升高率和峰值壓力均下降，柴油發(fā)電機(jī)工作比較柔和，同時(shí)缸內(nèi)溫度降低使NOX排放減少。預(yù)噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統(tǒng)的冷起動(dòng)性能。主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期噴入氣缸的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時(shí)間，從而縮短緩燃期，使燃燒在柴油發(fā)電機(jī)最佳的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳?xì)渑欧拧?/span>
③ 噴油器噴油量取決于通電時(shí)間和共軌壓力。
④ 高壓共軌燃油系統(tǒng)相比傳統(tǒng)機(jī)械燃油噴射系統(tǒng)更易維修。
二、共軌燃油系統(tǒng)工作原理
1、系統(tǒng)流程
燃油系統(tǒng)由油泵、共軌管、噴油器、粗濾器、精濾器和燃油箱等組成。高壓油泵之前的低壓油路，負(fù)責(zé)為燃油建立初級(jí)壓力，為高壓油泵供油。低壓油路供油路線：燃油箱—粗濾器—電控單元—供油泵—精濾器—高壓油泵。燃油經(jīng)過電控單元并為其散熱。高壓油泵上的兩根高壓油管負(fù)責(zé)將高壓燃油輸送到共軌管，共軌管通過高壓油管與各缸噴油器相連。這部分油路經(jīng)過二次加壓，油壓較高，故稱為高壓油路。燃油由燃油箱內(nèi)被吸出，經(jīng)兩級(jí)加壓、兩級(jí)過濾后進(jìn)入共軌管內(nèi)儲(chǔ)存，共軌管內(nèi)的燃油壓力最高可達(dá)160MPa。噴油器受ECU控制打開，高壓燃油直接噴入燃燒室內(nèi)，燃燒做功。
在整個(gè)油路中，還有一類油路負(fù)責(zé)將多余燃油導(dǎo)入燃油箱，故稱為回油油路。來自溢油閥、限壓閥和噴油器的回油匯合到一起，構(gòu)成系統(tǒng)的回油油路。與高壓油泵上的溢流閥相連的回油管路，為低壓油路的多余燃油提供回路通道。當(dāng)?shù)蛪河吐穳毫Τ^一定值時(shí)，溢流閥會(huì)打開，低壓油路的油壓便會(huì)得到控制。當(dāng)高壓出現(xiàn)異常，壓力過高時(shí)，裝于共軌管上的限壓閥打開，將多余高壓燃油導(dǎo)入回油管路。各缸噴油器上都裝有回油管，這些回油管在柴油發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)也會(huì)有少量回流。
2、ECU電子控制
ECU通過共軌管上的軌壓傳感器檢測(cè)高壓燃油壓力，然后與設(shè)定值進(jìn)行比較。當(dāng)實(shí)測(cè)軌壓低于設(shè)定值時(shí)，ECU控油量計(jì)量單元，使其開度曾大，高壓油泵進(jìn)油量隨即曾加，軌壓也隨之上升；當(dāng)實(shí)到軌壓高于設(shè)定值時(shí)，ECU控制油量計(jì)量單元，使其開度減小，高壓油泵進(jìn)油量隨即減小，軌壓也隨之下降；當(dāng)實(shí)測(cè)軌壓等于設(shè)定值時(shí)，ECU保持油量計(jì)量單元開度不變。
ECU根據(jù)不斷變化的柴油發(fā)電機(jī)工況，計(jì)算每一瞬間的設(shè)定軌壓值，然后通過EFC閥對(duì)軌壓進(jìn)行閉環(huán)控制。電控柴油機(jī)軌壓控制原理如圖1所示，電路如圖2所示。
3、燃油噴射控制原理
計(jì)算噴射量主要依據(jù)信號(hào)，同時(shí)要參考柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷（進(jìn)氣量）等信息。噴油量還要依據(jù)進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、冷卻液溫度等信號(hào)進(jìn)行修正。依據(jù)算得的噴油量和當(dāng)前實(shí)際軌壓，ECU最終可計(jì)算出噴油器每循環(huán)通電時(shí)間。
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圖1 電控柴油機(jī)油軌壓力的閉環(huán)控制系統(tǒng)圖 |
圖2 電控柴油機(jī)油軌壓力傳感器電路圖 |
三、共軌燃油系統(tǒng)主要元件
1、高壓油泵
共軌柴油發(fā)電機(jī)燃油泵將高壓油泵和供油泵集成為一個(gè)整體，圖2所示為用于中型和重型柴油發(fā)電機(jī)的BOSCH燃油泵。CP3.3高壓油泵由齒輪驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，泵內(nèi)有三個(gè)呈輻射狀安裝、互隔120°的柱塞。驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，高壓油泵有3次供油。CP3.3高壓油泵由燃油直接潤(rùn)滑。
2、共軌管
共軌管有較大容積，其作用是存儲(chǔ)高壓燃油，抑制因油泵供油和噴油而產(chǎn)生的油壓波動(dòng)。限壓閥裝在共軌管的一端，軌壓失控、過高時(shí)，限壓閥打開，進(jìn)行泄壓。共軌管上還裝有壓力傳感器。共軌管與限壓閥如圖3所示。
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圖2 高壓油泵結(jié)構(gòu)圖 |
圖3 噴油泵共軌管結(jié)構(gòu)圖 |
3、油量計(jì)量單元（EFC閥）
如圖4所示，油量計(jì)量單元安裝于高壓油泵入口，其開度受控于ECUO閥多設(shè)計(jì)為常開閥，斷電時(shí)打開，通電時(shí)關(guān)閉，其控制信號(hào)為PWM信號(hào)。PWM信號(hào)占空比改變，即可改變其通電電流。EFC閥開度和通電電流強(qiáng)度成反比。
4、噴油器
噴油器上集成有電磁閥。電磁閥通電時(shí)，噴油器打開、噴油；電磁閥斷電時(shí)，噴油器關(guān)閉。
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圖4 燃油系統(tǒng)油量計(jì)量單元 |
圖6 電磁噴油器示意圖 |
總結(jié)：
綜上所述，電控高壓共軌柴油機(jī)的噴油量和噴油規(guī)律對(duì)于本身性能的提高以及其環(huán)保效率的進(jìn)一步優(yōu)化都有著非常重要的作用，因此需要我們加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，完善控制方式，爭(zhēng)取更好的燃油效率和更低的排放水平。相關(guān)數(shù)據(jù)可以包括電控高壓共軌柴油機(jī)的燃油噴射壓力、噴油量、噴嘴開啟時(shí)間、噴油規(guī)律等參數(shù)，以及它們的變化趨勢(shì)和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，以進(jìn)行分析。
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