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性能特点和作用说明 |
电控泵喷嘴和共轨燃油系统的优缺点与区别 |
摘要：众所周知，柴油发电机的优点是省油、动力强、经济、维修方便，只要解决环保排放问题这个缺点就具有更大的市场前景，而实现电控柴油机的方案现在看来是一个很好的解决措施。实现柴油控制有三条技术路线图，分别是单体泵、泵喷嘴和高压共轨。康明斯公司在本文中着重就市场上主用的泵喷嘴和高压共轨两大燃油系统各自的优点、缺点进行综合对比及分析，最终给予的结论是高压共轨更具有优势和市场前景。
一、泵喷嘴燃油系统（EUI）的特征
泵喷嘴系统原理如图1所示。其最大的特点是增加了喷油压力，泵喷嘴的喷射压力都能达到200MPa以上。由于喷射压力直接影响柴油燃烧做功效率，因此，泵喷嘴的燃烧效率很高。在泵喷嘴系统中，喷油泵和喷嘴组成一个单元。每个气缸的缸盖上都装有这样一个单元，它直接通过摇臂或间接地由柴油机的凸轮轴通过推杆来驱动。
电控泵喷嘴燃油喷射系统主要由泵喷嘴、驱动摇臂机构、电子控制单元（ECU）及各种传感器等组成，如图2所示。电控泵喷嘴燃油喷射系统的特点是燃油压力升高仍然是机械式的，喷油始点和终点由电磁阀控制，喷油量和喷油时间是由电磁阀控制。
1、优点
（1）高压燃油通过气缸盖顶端的顶置凸轮轴直接驱动形成，没有了额外的高压燃油管路，避免了管路泄漏并消除了管路压力损失的可能。
（2）由于喷射装置与燃油增压的一体化，燃油喷射可以在短时间内高效高压完成，且灵活控制其喷油量、压力、正时，且其喷油压力达到200MPa以上，超过共轨系统所能够达到的水平。
（3）对燃油的适应性比高压共轨强。
（4）燃油系统能进行单缸维修。
2、缺点
（1）要求顶置凸轮轴设计，因而对缸盖的刚度设计有较高要求。
（2）发动机转速控制喷射压力，低速时油压低，不利于改善低速燃烧性能。
（3）多次喷射难于实现，更新换代产品缺乏技术延续性，即便对喷油器采用二级电磁阀控制，会使结构更加复杂。
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图1 电控柴油机泵喷嘴燃油系统原理图 |
图2 柴油机电控泵喷嘴结构图 |
二、高压共轨（DCR）的特征
高压共轨全称叫做电控高压共轨喷射系统，结构组成如图3所示，原理如图4所示。共轨喷射系统简单的说就是由一个油泵产生高压柴油，再将高压柴油储存倒共轨管里，由ECU根据各传感器的数据计算出最佳喷油正时和喷油量，再由电控的喷油器喷入汽缸进行燃烧。它的最大特点是产生压力和喷入汽缸的过程完全分开，这样的好处是能保证每个喷油器的喷射压力一致，并且可以做到多次喷射，使燃烧更完全排放更佳。高压共轨是通过高压油泵在共轨管里建立高压柴油，再由ECU通过各信号调节电控喷油器的喷油量及喷油正时，这里面的核心部件电控喷油器配合精度高，喷油孔直径也较小，这就对柴油的清洁程度要求也较高。
1、优点
（1）高喷射压力，目前最高可达180MPa，比一般直列泵高出一倍。
（2）喷油压力与发动机转速无关，把产生压力与实际燃油喷射过程分离，使发动机低速、大负载的性能得到改善。
（3）特殊设计的电控喷油器可灵活实现多次喷射，调节喷油率形状，喷油规律实现理想化。
（4）可以自由选定喷油正时和喷油量。
（5）驱动扭矩振动小，噪声小、振动低。
（6）适用性强、结构简单，容易在发动机上的安装。
2、缺点
（1）油品的适应性较差，共轨系统对燃油中的硫含量比较敏感，会使维修频次增加。
（2）故障后，用户的维修成本高。
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图3 电控柴油机高压共轨燃油系统结构图 |
图4 电控蓄压式共轨燃油喷射系统原理图 |
三、性能对比
1、原理不一样
（1）共轨式电控燃油喷射技术通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量。
（2）泵喷嘴系统的燃油喷射执行器是一个动力喷嘴。动力喷嘴能够将电能直接转化为机械能，通过机械能喷射和雾化燃油，泵喷嘴动力喷嘴的工作是由电脉冲（PWM)驱动的。
2、特点不一样
（1）共轨式电控系统采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀；采用共轨方式供油等。
（2）泵喷嘴一体化。燃油箱内不再需要一个分离式的燃油泵用于提供压缩燃油；不需要一个内含高压油的管道（油轨），与油箱连接的管路均为低压油管。
3、优缺点不一样
（1）共轨式电控系统保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。
（2）泵喷嘴发动机都有冷起动加浓、自动冷车快怠速功能，能保证发动机不论在冷车或热车状态下顺利起动。
泵喷嘴（EUI）与高压共轨（DCR）燃油喷射系统的综合比较优缺点比较见表1。
表1 泵喷嘴和高压共轨燃油喷射系统各自的特点以及优缺点比较
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序号
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EUI
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DCR
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优缺点
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1
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通过气缸盖顶端的顶置凸轮轴直接驱动燃油形成高压，无额外的高压燃油管路
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高压油轨和喷油器间利用管路连接
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泵喷嘴消除了管路压力损失并避免了管路泄漏的可能
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2
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喷油压力达到200MPa以上
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喷油压力最高可达180MPa
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泵喷嘴的喷油雾化更好，有利于充分燃烧，但对缸盖的刚度设计要求较高；高压共轨的驱动扭矩及其振动小，噪声小
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3
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对燃油中的硫含量敏感度低
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对燃油中的硫含量敏感度高
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泵喷嘴对燃油的适应性更好
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4
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喷射压力依赖于发动机转速
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喷油压力独立于发动机转速
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泵喷嘴在低速时油压低，对改善低速燃烧性能不利；高压共轨把压力产生与实际燃油喷射过程分离，可以改善发动机低速、大负载的性能
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5
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难于实现多次喷射，无法满足对燃油系统的要求
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特殊设计的电控喷油器可实现灵活的多次喷射，调节喷油率形状，实现理想喷油规律
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高压共轨灵活的喷射可以改善燃烧，降低发动机的振动、噪声
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6
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系统故障时，能进行单缸单油泵维修
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涉及油轨和喷嘴的故障较多
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泵喷嘴的维修比高压共轨的维修简单，并且费用会低一些
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总结：
与其它喷射系统相比，共轨系统把压力产生与实际燃油喷射过程分离。“轨”被作为高压蓄压器，其内部燃油压力始终保持与发动机具体工况相适应的最佳压力。共轨系统可被轻易地安装到各类不同的发动机中。除此之外，共轨系统还提供了更广阔的扩展功能和在燃烧过程设计上更多大的自由度，它可以使柴油发动机以更低的排放、更好的燃油经济性和低噪声运行。电控共轨系统，是国内专家一致认为目前水平最高、将来会占统治地位的一种电控系统。其喷油器的特殊设计，可实行灵活的多次喷射，且喷射压力可在不同转速和负荷条件下任意调节，给发动机带来的好处是极为理想的指标。由于这些因素，电控共轨技术已普遍为新一代康明斯发电机组所采用的最佳柴油发动机。
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