康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	柴油机位置和时间控制式燃油系统

 

导读：由于国家政策的推动，柴油发电机机械的升级是一个必然的过程，在发电机和后处理系统拥有丰富经验的康明斯已经做好了现在及其未来产品的技术储备。随着柴油发电机电子技术的发展，从20世纪70年代至今，康明斯发电机已先后在传统的柴油发电机的基础上推出位置控制式燃油系统、时间控制式燃油系统、时间-压力控制式燃油系统三代产品。

   

主要部件组成图

 

一、柴油机电控喷射系统的发展历史

 

柴油机具有效率高、经济性好、功率强大等特点，在交通运输和工程车辆领域有着广泛的应用。在可以预见的未来，柴油机在动力机械领域将继续占有重要的地位。实际上，在柴油机占主导地位的家用轿车领域，柴油机由于其节能的优势，正越来越受到发电机组研究人员们的重视。然而，噪声大、NOx 和颗粒物排放高等痼疾也一直困扰着柴油机的应用。前不久，欧盟正式制订了欧VI排放标准，颗粒物排放要求减半，氮氧化物排放必须降低77%，并将于2013年底实施。

面对日益严苛的柴油机排放标准，研究各种排放控制技术成为内燃机工作者的重要课题。这些控制技术总体上可分为3个方面：提高燃油品质、改善燃烧过程和采用先进的排气后处理技术，其中以改善燃烧过程为最根本的措施。就国外的经验来看，采用电控高压燃油喷射系统以改善柴油机的燃烧过程是普遍的发展趋势。

电控喷油技术是柴油机技术三大飞跃的最近一项（另外两项是机械燃油技术和增压中冷技术），也是内燃机行业20世纪的三大突破之一（另外两项是汽油直喷技术和 DME 待用燃料），为柴油机的喷油控制，以及噪声和排放的改善做出的巨大贡献。本文将从技术历程、技术现状及发展前景的角度简略阐述电控喷油技术。

 

二、第三代燃油控制系统

 

第三代电控燃油系统即人们常说的共轨燃油喷射系统。。共轨系统将燃油的升压系统独立出来，即燃油的压力与发动机转速和负荷无关。使用可以独立控制压力的蓄压器——共轨。这样，以前一直非常困难的燃油喷射压力可以按照人们的意志进行自由控制。再通过计算机单独控制的各喷油器，将共轨中的压力高达130Mpa——160Mpa的燃油喷入燃烧室。第三代电控喷油系统的最大进步就是使用了共轨，使得高压的产生和喷油控制可以分别进行。由此，可以根据发动机的负荷、转速等各种运行工况，在20—140Mpa的广大范围内改变喷油压力，可以实现预喷射、主喷射以及多段喷射等，根据需要改变喷油率的形状。为了改善柴油机的排放，可以自由自在地改变喷油参数和喷油形态。向着洁净的柴油机时代，可以高自由度地控制喷油策略，在一次工作循环中可以实现多次喷油，可以实现标定转速4000r/min—相当于4.2μs的高速控制，将柴油机的排放性能大大提高一步。

1、位置控制式燃油系统

    普通的柴油发电机喷油量大小通过机械方式进行控制，即有喷油泵柱塞顶面封住径向油孔到住塞斜槽露出油孔的距离来决定，也就是喷油泵的供油有效行程决定。开启柴油发电机，拉动控制齿条使住塞转动，改变住塞与开有回油孔的住塞套筒的相对位置，增加或减少柱塞的供油有效行程，从而调节喷油量。加速踏板通过调速器与控制齿条联动，根据柴油发电机的转速和负荷的变化调节供油量。喷油时刻则由安装在柴油发电机和喷油泵之间的供油提前角自传动调节器根据柴油发电机的转速调节凸轮轴的相对位置来调节。所以，普通柴油发电机的供油量、供油时刻控制精度、供油特性、响应性等较差。
    第一代位置控制式燃油系统主要特点是保留了大部分传统的燃油系统部件，如普通柴油发电机的高压油泵、高压油管、喷油器、控制齿条、齿圈、滑套、柱塞上的螺旋槽等油量控制机构，只是对齿条或滑套的移动位置进行电子控制。用电子调速器代替了传统机械式离心调速器，用柴油发电机转速传感器和加速踏板位置传感器代替了原有的转速和负荷传感机构（如离心飞块、真空室等），用ECU控制的电子执行机构代替了机械离心式调速执行机构和加速踏板传动机构。使得供油量的调整更为灵敏和精确。

2、时间-压力控制式燃油系统

    时间-压力控制式燃油系统，即电控共轨系统。在电控高压共轨系统中，各缸喷油器共用一个高压油轨（又称高压蓄能器），这个高压油轨是用无缝钢管制成的，用于储存高压燃油。在高压共轨系统中，电控单元直接对电磁喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行时间-压力控制。高压油泵并不直接与喷油器连接，它的主要作用是向共轨油管供油以维持所需要的共轨的油压。设在共轨油管上的压力阀可以连续调节共轨压力来控制喷油压力。

高压共轨燃油系统原理图

3、时间-控制式燃油系统

    位置控制式燃油系统的特点是以模拟量来控制执行元件的工作，通过对喷油泵油量控制机构的定位来获得所需的供油量。控制供油量的反馈信号是由模拟信号传感器检测，ECU对模拟信号进行A/D转换后才能处理，所以供油量控制精度和执行元件的响应速度也较差。在位置控制方式中，所用的电子调速器也是由部分机械装置完成对喷油泵的调节，这也会降低控制精度和响应速度。采用时间控制方式，可以弥补这方面的不足。

    时间控制式燃油系统保留了传统柴油发电机燃油系统的组成和结构，通过新增加的传感器、ECU和高速电磁阀（执行器）组成的数字式调节系统，由高速电磁阀直接控制高压燃油的喷射正时和喷油量。电磁阀关闭，执行喷油，电磁阀打开，喷油结束。所以，喷油量和喷油正时是由电磁阀通电时间和通电时刻来控制的。时间控制式燃油系统控制自由度大，供油加压和供油调节在结构上相互独立，可以简化喷油泵的结构，提高强度，加强高压燃油喷射能力；其不足在于供油压力不好控制。

 

高低压管路示意图

 

    高压共轨系统是目前世界上最先进的的燃油系统，其优点是可实现高压喷射，最高的压力已达到200MPa，喷射压力独立于柴油发电机转速（即与柴油发电机转速无关），喷射性能和喷射规律十分理想，可实现多次喷射，能有效地抑制和减少尾气排放中的有害成分。目前，高压共轨系统已得到广泛应用。

 

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