新聞主題	柴油機(jī)位置和時(shí)間控制式燃油系統(tǒng)

 

導(dǎo)讀：由于國(guó)家政策的推動(dòng)，柴油發(fā)電機(jī)機(jī)械的升級(jí)是一個(gè)必然的過(guò)程，在發(fā)電機(jī)和后處理系統(tǒng)擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的康明斯已經(jīng)做好了現(xiàn)在及其未來(lái)產(chǎn)品的技術(shù)儲(chǔ)備。隨著柴油發(fā)電機(jī)電子技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)70年代至今，康明斯發(fā)電機(jī)已先后在傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上推出位置控制式燃油系統(tǒng)、時(shí)間控制式燃油系統(tǒng)、時(shí)間-壓力控制式燃油系統(tǒng)三代產(chǎn)品。

   

主要部件組成圖

 

一、柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的發(fā)展歷史

 

柴油機(jī)具有效率高、經(jīng)濟(jì)性好、功率強(qiáng)大等特點(diǎn)，在交通運(yùn)輸和工程車輛領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，柴油機(jī)在動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)占有重要的地位。實(shí)際上，在柴油機(jī)占主導(dǎo)地位的家用轎車領(lǐng)域，柴油機(jī)由于其節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，正越來(lái)越受到發(fā)電機(jī)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(jī)的應(yīng)用。前不久，歐盟正式制訂了歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)施。

面對(duì)日益嚴(yán)苛的柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，研究各種排放控制技術(shù)成為內(nèi)燃機(jī)工作者的重要課題。這些控制技術(shù)總體上可分為3個(gè)方面：提高燃油品質(zhì)、改善燃燒過(guò)程和采用先進(jìn)的排氣后處理技術(shù)，其中以改善燃燒過(guò)程為最根本的措施。就國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，采用電控高壓燃油噴射系統(tǒng)以改善柴油機(jī)的燃燒過(guò)程是普遍的發(fā)展趨勢(shì)。

電控噴油技術(shù)是柴油機(jī)技術(shù)三大飛躍的最近一項(xiàng)（另外兩項(xiàng)是機(jī)械燃油技術(shù)和增壓中冷技術(shù)），也是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)20世紀(jì)的三大突破之一（另外兩項(xiàng)是汽油直噴技術(shù)和 DME 待用燃料），為柴油機(jī)的噴油控制，以及噪聲和排放的改善做出的巨大貢獻(xiàn)。本文將從技術(shù)歷程、技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景的角度簡(jiǎn)略闡述電控噴油技術(shù)。

 

二、第三代燃油控制系統(tǒng)

 

第三代電控燃油系統(tǒng)即人們常說(shuō)的共軌燃油噴射系統(tǒng)。。共軌系統(tǒng)將燃油的升壓系統(tǒng)獨(dú)立出來(lái)，即燃油的壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷無(wú)關(guān)。使用可以獨(dú)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(jìn)行自由控制。再通過(guò)計(jì)算機(jī)單獨(dú)控制的各噴油器，將共軌中的壓力高達(dá)130Mpa——160Mpa的燃油噴入燃燒室。第三代電控噴油系統(tǒng)的最大進(jìn)步就是使用了共軌，使得高壓的產(chǎn)生和噴油控制可以分別進(jìn)行。由此，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等各種運(yùn)行工況，在20—140Mpa的廣大范圍內(nèi)改變噴油壓力，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射、主噴射以及多段噴射等，根據(jù)需要改變噴油率的形狀。為了改善柴油機(jī)的排放，可以自由自在地改變噴油參數(shù)和噴油形態(tài)。向著潔凈的柴油機(jī)時(shí)代，可以高自由度地控制噴油策略，在一次工作循環(huán)中可以實(shí)現(xiàn)多次噴油，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)定轉(zhuǎn)速4000r/min—相當(dāng)于4.2μs的高速控制，將柴油機(jī)的排放性能大大提高一步。

1、位置控制式燃油系統(tǒng)

    普通的柴油發(fā)電機(jī)噴油量大小通過(guò)機(jī)械方式進(jìn)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(lái)決定，也就是噴油泵的供油有效行程決定。開(kāi)啟柴油發(fā)電機(jī)，拉動(dòng)控制齒條使住塞轉(zhuǎn)動(dòng)，改變住塞與開(kāi)有回油孔的住塞套筒的相對(duì)位置，增加或減少柱塞的供油有效行程，從而調(diào)節(jié)噴油量。加速踏板通過(guò)調(diào)速器與控制齒條聯(lián)動(dòng)，根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)供油量。噴油時(shí)刻則由安裝在柴油發(fā)電機(jī)和噴油泵之間的供油提前角自傳動(dòng)調(diào)節(jié)器根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)凸輪軸的相對(duì)位置來(lái)調(diào)節(jié)。所以，普通柴油發(fā)電機(jī)的供油量、供油時(shí)刻控制精度、供油特性、響應(yīng)性等較差。
    第一代位置控制式燃油系統(tǒng)主要特點(diǎn)是保留了大部分傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)部件，如普通柴油發(fā)電機(jī)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(jī)構(gòu)，只是對(duì)齒條或滑套的移動(dòng)位置進(jìn)行電子控制。用電子調(diào)速器代替了傳統(tǒng)機(jī)械式離心調(diào)速器，用柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和加速踏板位置傳感器代替了原有的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷傳感機(jī)構(gòu)（如離心飛塊、真空室等），用ECU控制的電子執(zhí)行機(jī)構(gòu)代替了機(jī)械離心式調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)和加速踏板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。使得供油量的調(diào)整更為靈敏和精確。

2、時(shí)間-壓力控制式燃油系統(tǒng)

    時(shí)間-壓力控制式燃油系統(tǒng)，即電控共軌系統(tǒng)。在電控高壓共軌系統(tǒng)中，各缸噴油器共用一個(gè)高壓油軌（又稱高壓蓄能器），這個(gè)高壓油軌是用無(wú)縫鋼管制成的，用于儲(chǔ)存高壓燃油。在高壓共軌系統(tǒng)中，電控單元直接對(duì)電磁噴油器的噴油量、噴油正時(shí)、噴油速率和噴油規(guī)律、噴油壓力等進(jìn)行時(shí)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(shè)在共軌油管上的壓力閥可以連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來(lái)控制噴油壓力。

高壓共軌燃油系統(tǒng)原理圖

3、時(shí)間-控制式燃油系統(tǒng)

    位置控制式燃油系統(tǒng)的特點(diǎn)是以模擬量來(lái)控制執(zhí)行元件的工作，通過(guò)對(duì)噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)的定位來(lái)獲得所需的供油量。控制供油量的反饋信號(hào)是由模擬信號(hào)傳感器檢測(cè)，ECU對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后才能處理，所以供油量控制精度和執(zhí)行元件的響應(yīng)速度也較差。在位置控制方式中，所用的電子調(diào)速器也是由部分機(jī)械裝置完成對(duì)噴油泵的調(diào)節(jié)，這也會(huì)降低控制精度和響應(yīng)速度。采用時(shí)間控制方式，可以彌補(bǔ)這方面的不足。

    時(shí)間控制式燃油系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)燃油系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，通過(guò)新增加的傳感器、ECU和高速電磁閥（執(zhí)行器）組成的數(shù)字式調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由高速電磁閥直接控制高壓燃油的噴射正時(shí)和噴油量。電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油，電磁閥打開(kāi)，噴油結(jié)束。所以，噴油量和噴油正時(shí)是由電磁閥通電時(shí)間和通電時(shí)刻來(lái)控制的。時(shí)間控制式燃油系統(tǒng)控制自由度大，供油加壓和供油調(diào)節(jié)在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，可以簡(jiǎn)化噴油泵的結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度，加強(qiáng)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(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的的燃油系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)高壓噴射，最高的壓力已達(dá)到200MPa，噴射壓力獨(dú)立于柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（即與柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)），噴射性能和噴射規(guī)律十分理想，可實(shí)現(xiàn)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(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。

 

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