一、傳統(tǒng)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(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)（如圖1），只有主噴油階段，沒有引燃和后燃階段，如圖2所示。電磁閥控制分配泵，朝著引入引燃階段的方向發(fā)展。傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)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(tǒng)噴射特性的因素

（1）噴油壓力的增加依靠柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速和噴油量的增加。

（2）在實際噴射過程中，噴油壓力增加，然后下降，到噴射末了噴油器關閉。

2、影響結(jié)果

（1）較低油壓時噴油量較少。

（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(qū)動力決定的，傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)的燃燒室決定了A/F混合氣的數(shù)量。

      傳統(tǒng)機械式噴油系統(tǒng)高壓油管內(nèi)的油壓是瞬間脈動高壓，主要是由柱塞連續(xù)供油形成的。這種脈動對于噴油器噴油的穩(wěn)定性有很大的影響，使得噴油器容易產(chǎn)生噴油波動，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回振蕩，在下一循環(huán)中會產(chǎn)生波動的疊加或減弱效應。由此，噴出的油霧顆粒不均勻，易出現(xiàn)二次噴射或多次噴射，從而燃燒不充分，經(jīng)濟性變差，動力性下降，熱效率降低，排放物增加。

 

圖1 直列柱塞式噴油泵供油系統(tǒng)圖

圖2  傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)特性曲線圖

 

二、共軌式柴油機的噴射特性

 

1、理想的噴射特性

      與傳統(tǒng)式柴油噴系統(tǒng)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(tǒng)結(jié)構

      共軌式燃油系統(tǒng)結(jié)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，其特性曲線如圖4所示。

 

圖3 共軌式電噴燃油系統(tǒng)圖

圖4 共軌燃油噴射系統(tǒng)特性曲線圖

 

3、引燃噴射

      引燃噴射可以在曲軸上止點前90°開始，如果噴射開始于上止點前不到40°，則燃油會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，并目有以下作用。

（1）壓縮壓力輕微增加。

（2）壓燃延遲時間減少。

（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。缸壓在上止點前平穩(wěn)上升，在上止點達到峰值，當達到引燃最大的壓力峰值時將產(chǎn)生大的噪聲。帶引燃噴射的曲線圖。在接近上止點（TDC)時壓力達到更高值，并且燃燒壓力的增加也非常迅速，可縮短點火延遲期，引燃噴射間接增加了柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)矩。主噴射和引燃噴射之間的時間差和連續(xù)主噴射將影響燃油消耗量。

4、主噴射

      康明斯柴油發(fā)電機輸出功率來源主噴射環(huán)節(jié)，這就意味著主噴射從根本上主導發(fā)機轉(zhuǎn)矩。實際上其軌燃油噴射系統(tǒng)的噴射壓力在整個噴射過程中始終不變。

5、二次噴射

      帶有NOx催化轉(zhuǎn)換器的二次噴射能減少NOx的排放。二次噴射緊接著主射．并且發(fā)生在膨脹階段或排放階段上止點后200°。通過二次噴射把精確測量的燃油噴到氣中：在引燃和主噴射過程中，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排氣門排人廢氣系統(tǒng)。部分燃油通過EGR系統(tǒng)進行下一循環(huán)的引燃噴射。若裝上合適的NOX催化轉(zhuǎn)換器，將降低廢氣中NOx的含量。

 

三、主要區(qū)別

 

1、傳統(tǒng)柴油機

      傳統(tǒng)柴油機主要缺陷是由于柴油機的運轉(zhuǎn)速度很高，其燃油噴射時間很短，只有千分之幾秒，并且在噴射過程中高壓油管各處的壓力隨時間和位置的不同而變化，同時由于柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動，使得實際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規(guī)定的柱塞供油規(guī)律有較大的差異。油管內(nèi)的壓力波動有時還會在主噴射之后，使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升，達到令噴油器的針閥開啟的壓力，將已經(jīng)關閉的針閥又重新打開產(chǎn)生二次噴油現(xiàn)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(nèi)的殘壓都會發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴射，尤其在低轉(zhuǎn)速區(qū)域容易產(chǎn)生上述現(xiàn)象，嚴重時不僅噴油不均勻，而且會發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。

2、共軌技術

      共軌技術的應用則克服了傳統(tǒng)柴油機的主要缺陷。共軌技術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(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。具體過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油軌，油軌里始終有恒定的壓力(一般在180MPa)，電控單元ECU根據(jù)負荷轉(zhuǎn)速等信號確定應有的噴射壓力和噴油時刻從而控制噴油器的開啟。其特點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。通過對公共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而造成的壓力波動，從而克服了傳統(tǒng)柴油機燃油壓力變化的缺陷。

 

總結(jié)：

      柴油機共軌式電控燃油噴射技術是一種全新的技術，因為它集成了計算機控制技術、現(xiàn)代傳感檢測技術以及先進的噴油結(jié)構于一身。共軌式燃油噴射技術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，也必將促進柴油發(fā)電機組工業(yè)及與之相關工業(yè)的發(fā)展。

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