一、傳統柴油機噴射特性

 

      當今沿用的帶分配器和直列噴油泵的傳統燃油噴射系統（如圖1），只有主噴油階段，沒(méi)有引燃和后燃階段，如圖2所示。電磁閥控制分配泵，朝著(zhù)引入引燃階段的方向發(fā)展。傳統燃油噴射系統壓力的產(chǎn)生和噴油是依靠凸輪軸和柱塞完成的。

1、影響傳統噴射特性的因素

（1）噴油壓力的增加依靠柴油發(fā)電機轉速和噴油量的增加。

（2）在實(shí)際噴射過(guò)程中，噴油壓力增加，然后下降，到噴射末了噴油器關(guān)閉。

2、影響結果

（1）較低油壓時(shí)噴油量較少。

（2）峰值壓力是主壓力的2倍。

（3）按照充分燃燒的需求，噴射曲線(xiàn)變化率幾乎呈三角形。

      峰值壓力是由機械燃油噴射泵的元件及驅動(dòng)力決定的，傳統燃油噴射系統的燃燒室決定了A/F混合氣的數量。

      傳統機械式噴油系統高壓油管內的油壓是瞬間脈動(dòng)高壓，主要是由柱塞連續供油形成的。這種脈動(dòng)對于噴油器噴油的穩定性有很大的影響，使得噴油器容易產(chǎn)生噴油波動(dòng)，在高壓油管中使燃油產(chǎn)生壓力波，壓力波在高壓油管中來(lái)回振蕩，在下一循環(huán)中會(huì )產(chǎn)生波動(dòng)的疊加或減弱效應。由此，噴出的油霧顆粒不均勻，易出現二次噴射或多次噴射，從而燃燒不充分，經(jīng)濟性變差，動(dòng)力性下降，熱效率降低，排放物增加。

 

圖1 直列柱塞式噴油泵供油系統圖

圖2  傳統燃油噴射系統特性曲線(xiàn)圖

 

二、共軌式柴油機的噴射特性

 

1、理想的噴射特性

      與傳統式柴油噴系統比較，下列要求為理想的噴射特性：

（1）產(chǎn)生油壓與柴油噴射各自獨立，且可與柴油發(fā)電機任一作用狀況配合，故可提供更高的自由度，已達到理想的空燃比。

（2）噴射初期噴油量極少。

2、共軌式燃油系統結構

      共軌式燃油系統結構如圖3所示。共軌式以其引燃噴射與主噴射的特性，可符合上述的噴射特性，其特性曲線(xiàn)如圖4所示。

 

圖3 共軌式電噴燃油系統圖

圖4 共軌燃油噴射系統特性曲線(xiàn)圖

 

3、引燃噴射

      引燃噴射可以在曲軸上止點(diǎn)前90°開(kāi)始，如果噴射開(kāi)始于上止點(diǎn)前不到40°，則燃油會(huì )聚集在活塞表面和缸壁上，能夠使機油稀釋。在引燃噴射作用下，少量的柴油（1~4mm3）被噴射到氣缸中，預處理一下燃燒室，燃燒效率因此被改進(jìn)，并目有以下作用。

（1）壓縮壓力輕微增加。

（2）壓燃延遲時(shí)間減少。

（3）燃燒壓力的上升值和燃燒壓力的峰值都降低（燃燒平順）。

      這些作用降低了燃燒噪聲和燃油消耗，并且廢氣排放情況也好了很多。缸壓在上止點(diǎn)前平穩上升，在上止點(diǎn)達到峰值，當達到引燃最大的壓力峰值時(shí)將產(chǎn)生大的噪聲。帶引燃噴射的曲線(xiàn)圖。在接近上止點(diǎn)（TDC)時(shí)壓力達到更高值，并且燃燒壓力的增加也非常迅速，可縮短點(diǎn)火延遲期，引燃噴射間接增加了柴油發(fā)電機轉矩。主噴射和引燃噴射之間的時(shí)間差和連續主噴射將影響燃油消耗量。

4、主噴射

      康明斯柴油發(fā)電機輸出功率來(lái)源主噴射環(huán)節，這就意味著(zhù)主噴射從根本上主導發(fā)機轉矩。實(shí)際上其軌燃油噴射系統的噴射壓力在整個(gè)噴射過(guò)程中始終不變。

5、二次噴射

      帶有NOx催化轉換器的二次噴射能減少NOx的排放。二次噴射緊接著(zhù)主射．并且發(fā)生在膨脹階段或排放階段上止點(diǎn)后200°。通過(guò)二次噴射把精確測量的燃油噴到氣中：在引燃和主噴射過(guò)程中，廢氣中殘余的熱量導致未燃燒的燃油蒸發(fā)，在廢氣排放行程中將廢氣混合物和燃油一起通過(guò)排氣門(mén)排人廢氣系統。部分燃油通過(guò)EGR系統進(jìn)行下一循環(huán)的引燃噴射。若裝上合適的NOX催化轉換器，將降低廢氣中NOx的含量。

 

三、主要區別

 

1、傳統柴油機

      傳統柴油機主要缺陷是由于柴油機的運轉速度很高，其燃油噴射時(shí)間很短，只有千分之幾秒，并且在噴射過(guò)程中高壓油管各處的壓力隨時(shí)間和位置的不同而變化，同時(shí)由于柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動(dòng)，使得實(shí)際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規定的柱塞供油規律有較大的差異。油管內的壓力波動(dòng)有時(shí)還會(huì )在主噴射之后，使高壓油管內的壓力再次上升，達到令噴油器的針閥開(kāi)啟的壓力，將已經(jīng)關(guān)閉的針閥又重新打開(kāi)產(chǎn)生二次噴油現象。由于二次噴油不可能完全燃燒，于是增加了煙度和碳氫化合物的排放量，油耗增加。此外，每次噴射循環(huán)后，高壓油管內的殘壓都會(huì )發(fā)生變化，隨之引起不穩定的噴射，尤其在低轉速區域容易產(chǎn)生上述現象，嚴重時(shí)不僅噴油不均勻，而且會(huì )發(fā)生間歇性不噴射現象。

2、共軌技術(shù)

      共軌技術(shù)的應用則克服了傳統柴油機的主要缺陷。共軌技術(shù)的核心是在由高壓油泵、壓力傳感器和電腦控制單元(ECU)組成的閉環(huán)系統中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開(kāi)的一種供油方式。具體過(guò)程是由高壓油泵把高壓燃油輸送到油軌，然后才由油軌送入噴油器，所有氣缸的噴嘴都連接著(zhù)油軌，油軌里始終有恒定的壓力(一般在180MPa)，電控單元ECU根據負荷轉速等信號確定應有的噴射壓力和噴油時(shí)刻從而控制噴油器的開(kāi)啟。其特點(diǎn)是可以自由控制噴油量和壓力、自由控制噴油速率和噴油正時(shí)。通過(guò)對公共供油管內的油壓實(shí)現精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機的轉速無(wú)關(guān)，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動(dòng)機轉速的變化而造成的壓力波動(dòng)，從而克服了傳統柴油機燃油壓力變化的缺陷。

 

總結：

      柴油機共軌式電控燃油噴射技術(shù)是一種全新的技術(shù)，因為它集成了計算機控制技術(shù)、現代傳感檢測技術(shù)以及先進(jìn)的噴油結構于一身。共軌式燃油噴射技術(shù)有助于減少柴油機的尾氣排放量，以及改善噪聲、燃油消耗等方面的綜合性能；它在有利于地球環(huán)境保護的同時(shí)，也必將促進(jìn)柴油發(fā)電機組工業(yè)及與之相關(guān)工業(yè)的發(fā)展。

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