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電控柴油發(fā)電機共軌系統的主要特點(diǎn) |
導讀：柴油發(fā)電機是一種將燃油和空氣在氣缸內部混合的壓燃式發(fā)動(dòng)機，而電控高壓共軌發(fā)動(dòng)機是一種燃油噴射系統，采用電子控制單元(ECU)來(lái)控制柴油機的噴油量和噴油規律。它是進(jìn)一步提高柴油機性能、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利用較大容積的共軌管將油泵輸出的高壓燃油儲存起來(lái)，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(guò)噴油器上的電磁閥來(lái)控制噴油時(shí)刻和噴油量。
一、共軌系統主要特點(diǎn)
1、噴油量控制能力
電控高壓共軌柴油機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(kāi)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中，燃油高壓泵產(chǎn)生的高壓燃油通過(guò)共軌供應到每個(gè)噴嘴，從而實(shí)現對噴霧的控制。電控高壓共軌柴油機的讀取能力和數量都要比傳統機械燃油噴射系統更高，因此它可以實(shí)現更精準的噴油量控制。
2、噴油規律
電控高壓共軌柴油機的噴油規律也很重要，它包括噴嘴開(kāi)啟時(shí)間和噴射時(shí)長(cháng)等。其中，噴嘴開(kāi)啟時(shí)間通常由ECU來(lái)控制，可以通過(guò)傳感器讀取預計的內部發(fā)動(dòng)機參數，例如發(fā)動(dòng)機速度、負載和溫度等，在此基礎上計算噴油量和噴嘴開(kāi)啟時(shí)間。此外，還可以通過(guò)預測未來(lái)的成形空間和噴油壓力等因素來(lái)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的噴油規律不僅可以改善發(fā)動(dòng)機的性能、降低排放和燃油消耗，還可以提高燃油碳氫化合物的完燃率，從而減少有害物質(zhì)的排放。另外，在柴油機的噴油過(guò)程中，燃油經(jīng)過(guò)噴嘴后會(huì )迅速?lài)婌F，形成一定的霧化分布，因此通過(guò)精細控制噴油規律，可以實(shí)現更精準的噴油控制，從而達到更好的燃油經(jīng)濟性。
3、共軌技術(shù)的優(yōu)勢
① 共軌系統將燃油壓力產(chǎn)生和燃油噴射分離開(kāi)來(lái)。共軌管內的高壓直接用于噴射，且共軌腔內是持續高壓。此高壓可根據柴油發(fā)電機工況進(jìn)行設置且不斷變化。ECU通過(guò)高壓油泵上的壓力調節電磁閥（即EEC閥），根據柴油發(fā)電機負荷狀況及經(jīng)濟性和排放性的要求對共軌腔內的油壓進(jìn)行靈活調節，以?xún)?yōu)化柴油發(fā)電機的性能。
② 通過(guò)對噴油器電磁閥的控制，可以實(shí)現多次噴射，優(yōu)化柴油發(fā)電機燃燒。預噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內發(fā)生預混合或部分燃燒，縮短主噴射的著(zhù)火延遲期。這使缸內壓力升高率和峰值壓力均下降，柴油發(fā)電機工作比較柔和，同時(shí)缸內溫度降低使NOX排放減少。預噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統的冷起動(dòng)性能。主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著(zhù)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)電機最佳的曲軸轉角范圍內完成，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，降低煙度和碳氫排放。
③ 噴油器噴油量取決于通電時(shí)間和共軌壓力。
④ 高壓共軌燃油系統相比傳統機械燃油噴射系統更易維修。
二、共軌燃油系統工作原理
1、系統流程
燃油系統由油泵、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，負責為燃油建立初級壓力，為高壓油泵供油。低壓油路供油路線(xiàn)：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(guò)電控單元并為其散熱。高壓油泵上的兩根高壓油管負責將高壓燃油輸送到共軌管，共軌管通過(guò)高壓油管與各缸噴油器相連。這部分油路經(jīng)過(guò)二次加壓，油壓較高，故稱(chēng)為高壓油路。燃油由燃油箱內被吸出，經(jīng)兩級加壓、兩級過(guò)濾后進(jìn)入共軌管內儲存，共軌管內的燃油壓力最高可達160MPa。噴油器受ECU控制打開(kāi)，高壓燃油直接噴入燃燒室內，燃燒做功。
在整個(gè)油路中，還有一類(lèi)油路負責將多余燃油導入燃油箱，故稱(chēng)為回油油路。來(lái)自溢油閥、限壓閥和噴油器的回油匯合到一起，構成系統的回油油路。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。當低壓油路壓力超過(guò)一定值時(shí)，溢流閥會(huì )打開(kāi)，低壓油路的油壓便會(huì )得到控制。當高壓出現異常，壓力過(guò)高時(shí)，裝于共軌管上的限壓閥打開(kāi)，將多余高壓燃油導入回油管路。各缸噴油器上都裝有回油管，這些回油管在柴油發(fā)電機正常工作時(shí)也會(huì )有少量回流。
2、ECU電子控制
ECU通過(guò)共軌管上的軌壓傳感器檢測高壓燃油壓力，然后與設定值進(jìn)行比較。當實(shí)測軌壓低于設定值時(shí)，ECU控油量計量單元，使其開(kāi)度曾大，高壓油泵進(jìn)油量隨即曾加，軌壓也隨之上升；當實(shí)到軌壓高于設定值時(shí)，ECU控制油量計量單元，使其開(kāi)度減小，高壓油泵進(jìn)油量隨即減小，軌壓也隨之下降；當實(shí)測軌壓等于設定值時(shí)，ECU保持油量計量單元開(kāi)度不變。
ECU根據不斷變化的柴油發(fā)電機工況，計算每一瞬間的設定軌壓值，然后通過(guò)EFC閥對軌壓進(jìn)行閉環(huán)控制。電控柴油機軌壓控制原理如圖1所示，電路如圖2所示。
3、燃油噴射控制原理
計算噴射量主要依據信號，同時(shí)要參考柴油發(fā)電機轉速、負荷（進(jìn)氣量）等信息。噴油量還要依據進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、冷卻液溫度等信號進(jìn)行修正。依據算得的噴油量和當前實(shí)際軌壓，ECU最終可計算出噴油器每循環(huán)通電時(shí)間。
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圖1 電控柴油機油軌壓力的閉環(huán)控制系統圖 |
圖2 電控柴油機油軌壓力傳感器電路圖 |
三、共軌燃油系統主要元件
1、高壓油泵
共軌柴油發(fā)電機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)電機的BOSCH燃油泵。CP3.3高壓油泵由齒輪驅動(dòng)旋轉，泵內有三個(gè)呈輻射狀安裝、互隔120°的柱塞。驅動(dòng)軸每轉1轉，高壓油泵有3次供油。CP3.3高壓油泵由燃油直接潤滑。
2、共軌管
共軌管有較大容積，其作用是存儲高壓燃油，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(guò)高時(shí)，限壓閥打開(kāi)，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 高壓油泵結構圖 |
圖3 噴油泵共軌管結構圖 |
3、油量計量單元（EFC閥）
如圖4所示，油量計量單元安裝于高壓油泵入口，其開(kāi)度受控于ECUO閥多設計為常開(kāi)閥，斷電時(shí)打開(kāi)，通電時(shí)關(guān)閉，其控制信號為PWM信號。PWM信號占空比改變，即可改變其通電電流。EFC閥開(kāi)度和通電電流強度成反比。
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(kāi)、噴油；電磁閥斷電時(shí)，噴油器關(guān)閉。
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圖4 燃油系統油量計量單元 |
圖6 電磁噴油器示意圖 |
總結：
綜上所述，電控高壓共軌柴油機的噴油量和噴油規律對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(zhù)非常重要的作用，因此需要我們加強技術(shù)研發(fā)，完善控制方式，爭取更好的燃油效率和更低的排放水平。相關(guān)數據可以包括電控高壓共軌柴油機的燃油噴射壓力、噴油量、噴嘴開(kāi)啟時(shí)間、噴油規律等參數，以及它們的變化趨勢和對發(fā)動(dòng)機性能的影響，以進(jìn)行分析。
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