康明斯动力（深圳）有限公司

一、传统柴油机喷射特性

 

      当今沿用的带分配器和直列喷油泵的传统燃油喷射系统（如图1），只有主喷油阶段，没有引燃和后燃阶段，如图2所示。电磁阀控制分配泵，朝着引入引燃阶段的方向发展。传统燃油喷射系统压力的产生和喷油是依靠凸轮轴和柱塞完成的。

1、影响传统喷射特性的因素

（1）喷油压力的增加依靠柴油发电机转速和喷油量的增加。

（2）在实际喷射过程中，喷油压力增加，然后下降，到喷射末了喷油器关闭。

2、影响结果

（1）较低油压时喷油量较少。

（2）峰值压力是主压力的2倍。

（3）按照充分燃烧的需求，喷射曲线变化率几乎呈三角形。

      峰值压力是由机械燃油喷射泵的元件及驱动力决定的，传统燃油喷射系统的燃烧室决定了A/F混合气的数量。

      传统机械式喷油系统高压油管内的油压是瞬间脉动高压，主要是由柱塞连续供油形成的。这种脉动对于喷油器喷油的稳定性有很大的影响，使得喷油器容易产生喷油波动，在高压油管中使燃油产生压力波，压力波在高压油管中来回振荡，在下一循环中会产生波动的叠加或减弱效应。由此，喷出的油雾颗粒不均匀，易出现二次喷射或多次喷射，从而燃烧不充分，经济性变差，动力性下降，热效率降低，排放物增加。

 

图1 直列柱塞式喷油泵供油系统图

图2  传统燃油喷射系统特性曲线图

 

二、共轨式柴油机的喷射特性

 

1、理想的喷射特性

      与传统式柴油喷系统比较，下列要求为理想的喷射特性：

（1）产生油压与柴油喷射各自独立，且可与柴油发电机任一作用状况配合，故可提供更高的自由度，已达到理想的空燃比。

（2）喷射初期喷油量极少。

2、共轨式燃油系统结构

      共轨式燃油系统结构如图3所示。共轨式以其引燃喷射与主喷射的特性，可符合上述的喷射特性，其特性曲线如图4所示。

 

图3 共轨式电喷燃油系统图

图4 共轨燃油喷射系统特性曲线图

 

3、引燃喷射

      引燃喷射可以在曲轴上止点前90°开始，如果喷射开始于上止点前不到40°，则燃油会聚集在活塞表面和缸壁上，能够使机油稀释。在引燃喷射作用下，少量的柴油（1~4mm3）被喷射到气缸中，预处理一下燃烧室，燃烧效率因此被改进，并目有以下作用。

（1）压缩压力轻微增加。

（2）压燃延迟时间减少。

（3）燃烧压力的上升值和燃烧压力的峰值都降低（燃烧平顺）。

      这些作用降低了燃烧噪声和燃油消耗，并且废气排放情况也好了很多。缸压在上止点前平稳上升，在上止点达到峰值，当达到引燃最大的压力峰值时将产生大的噪声。带引燃喷射的曲线图。在接近上止点（TDC)时压力达到更高值，并且燃烧压力的增加也非常迅速，可缩短点火延迟期，引燃喷射间接增加了柴油发电机转矩。主喷射和引燃喷射之间的时间差和连续主喷射将影响燃油消耗量。

4、主喷射

      康明斯柴油发电机输出功率来源主喷射环节，这就意味着主喷射从根本上主导发机转矩。实际上其轨燃油喷射系统的喷射压力在整个喷射过程中始终不变。

5、二次喷射

      带有NOx催化转换器的二次喷射能减少NOx的排放。二次喷射紧接着主射．并且发生在膨胀阶段或排放阶段上止点后200°。通过二次喷射把精确测量的燃油喷到气中：在引燃和主喷射过程中，废气中残余的热量导致未燃烧的燃油蒸发，在废气排放行程中将废气混合物和燃油一起通过排气门排人废气系统。部分燃油通过EGR系统进行下一循环的引燃喷射。若装上合适的NOX催化转换器，将降低废气中NOx的含量。

 

三、主要区别

 

1、传统柴油机

      传统柴油机主要缺陷是由于柴油机的运转速度很高，其燃油喷射时间很短，只有千分之几秒，并且在喷射过程中高压油管各处的压力随时间和位置的不同而变化，同时由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使得实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物的排放量，油耗增加。此外，每次喷射循环后，高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。

2、共轨技术

      共轨技术的应用则克服了传统柴油机的主要缺陷。共轨技术的核心是在由高压油泵、压力传感器和电脑控制单元(ECU)组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。具体过程是由高压油泵把高压燃油输送到油轨，然后才由油轨送入喷油器，所有气缸的喷嘴都连接着油轨，油轨里始终有恒定的压力(一般在180MPa)，电控单元ECU根据负荷转速等信号确定应有的喷射压力和喷油时刻从而控制喷油器的开启。其特点是可以自由控制喷油量和压力、自由控制喷油速率和喷油正时。通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化而造成的压力波动，从而克服了传统柴油机燃油压力变化的缺陷。

 

总结：

      柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。共轨式燃油喷射技术有助于减少柴油机的尾气排放量，以及改善噪声、燃油消耗等方面的综合性能；它在有利于地球环境保护的同时，也必将促进柴油发电机组工业及与之相关工业的发展。

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