新聞主題	QSK19系列康明斯柴油發(fā)電機(jī)共軌系統(tǒng)概況

 

摘要：現(xiàn)代先進(jìn)的柴油發(fā)電機(jī)一般采用電控噴射、共軌、渦輪增壓中冷等技術(shù)，在排放方面已取得重大突破，達(dá)到了相當(dāng)高的水平。以采用先進(jìn)的共軌系統(tǒng)(模塊化的共軌燃油系統(tǒng))康明斯QSK19為例，該發(fā)動(dòng)機(jī)作為非公路用車已完全滿足美國和歐洲Tier III排放法規(guī)。共軌系統(tǒng)于二十世紀(jì)90年代中后期才正式進(jìn)入實(shí)用化階段，目前在康明斯ISB，QSK19/23/38/50/60/78等發(fā)動(dòng)機(jī)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

 

一、電噴系統(tǒng)的分類

 

      我們所說的電噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的柴油機(jī)的主要區(qū)別在于它的燃油供給系統(tǒng)的不同，前者采用的是電子控制燃油系統(tǒng)，而后者采用的是機(jī)械式燃油系統(tǒng)，目前電子控制燃油系統(tǒng)可分為三種，分別為電控直列泵燃油系統(tǒng)、電控分配泵燃油系統(tǒng)和電控高壓共軌燃油系統(tǒng)。前兩種燃油系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的機(jī)械式燃油系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一套精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量和噴油時(shí)間的電子裝置，從而大大降低了發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染并提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。第三種燃油系統(tǒng)是一種全新的燃油噴射系統(tǒng)，它是通過各種傳感器檢測出發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算和處理，可以對發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油量、噴油時(shí)間、噴油壓力和噴油率進(jìn)行最佳控制，從而實(shí)現(xiàn)了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能的又一次飛躍。三種不同電噴系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：

 1、電控直列泵燃油噴射系統(tǒng)

（1）優(yōu)點(diǎn)∶

① 預(yù)行程可變，因此噴油速率可變。

② 由于增加了預(yù)噴射口，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射。

③ 與原來的直列泵具有互換性，因此，柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)不需要作很大的改造。

（2）缺點(diǎn)：

①噴油正時(shí)和預(yù)噴射等的控制自由度低。

②由于噴油壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，低速時(shí)噴油壓力較低。

③重量大

2、電控分配泵燃油系統(tǒng)

（1）優(yōu)點(diǎn)∶

① 與傳統(tǒng)端面凸輪的分配泵相比，可以實(shí)現(xiàn)高壓噴射。

② 由于采用電磁閥來控制供油，因此可以實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射。

③ 由于尺寸小、重量輕，安裝性能好。

（2）缺點(diǎn)∶

① 與共軌噴油系統(tǒng)相比，控制噴油正時(shí)和預(yù)噴射的自由度低。

② 由于噴油壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，低速時(shí)的噴油壓力低。

3、電控高壓共軌燃油系統(tǒng)

（1）優(yōu)點(diǎn)∶

① 噴射壓力峰值較EUL/EUP低，但平均有效壓力較高，噴油壓力與轉(zhuǎn)速無關(guān)。

② 可以獨(dú)立改變噴油正時(shí)、噴油持續(xù)期和噴油壓力。

③ 可以實(shí)現(xiàn)多段噴射。

④ 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、機(jī)械噪聲小。

（2）缺點(diǎn)∶

① 由于經(jīng)需處于高的燃料壓力下，必須在耐久性和安全性方面比柱塞式噴油泵花費(fèi)更大的務(wù)力。

② 由于難于實(shí)現(xiàn)靴形噴油率，因此難以有效控制NO，的產(chǎn)生。

 

二、康明斯共軌系統(tǒng)概況

 

       康明斯柴油發(fā)電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，燃油噴射過程的時(shí)間控制在千分之幾秒，實(shí)驗(yàn)證明，在噴射過程中燃油壓力是隨時(shí)間和位置的不斷變化的。由于柴油的可壓縮性和油路中柴油的壓力波動(dòng)，油管內(nèi)的壓力波動(dòng)有時(shí)還會(huì)在主噴射之后，使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升，達(dá)到令噴油器的針閥開啟的壓力，以至于出現(xiàn)二次噴油現(xiàn)象，由于二次噴油不可能完全燃燒，尾氣中于是增加了煙度和碳?xì)浠衔锏呐欧帕?，而且油耗也?huì)增加。此外，每次噴射循環(huán)后高壓油管內(nèi)的殘壓都會(huì)發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴油，為了解決柴油發(fā)電機(jī)這個(gè)燃油壓力變化的缺陷，康明斯采用了共軌系統(tǒng)技術(shù)，由高壓油泵把經(jīng)ECM控制的高壓燃油輸送到公共油軌，油軌壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān).ECM通過控制噴油器電磁閥時(shí)間來精確控制噴油量和噴油正時(shí)?？得魉垢邏汗曹壪到y(tǒng)主要特點(diǎn)如下：

1、共軌系統(tǒng)的噴油壓力柔性可調(diào)，對不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油發(fā)電機(jī)綜合性能。

2、可實(shí)現(xiàn)無級噴油正時(shí)，可控制NOx和微粒在較小的數(shù)值內(nèi)，以滿足排放要求。

3、通過電磁閥開啟時(shí)間的長短精確控制燃油噴射量，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放。

 

三、共軌系統(tǒng)及主要部件介紹

 

      如圖1、圖2所示，共軌系統(tǒng)主要由ECM、輸油泵、齒輪泵、高壓油泵、共軌管、電控噴油器、執(zhí)行器以及各種傳感器等組成。柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)期間，輸油泵將燃油輸入齒輪泵，經(jīng)齒輪泵輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，高壓油軌中的燃油壓力由ECM通過執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，ECM根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況，確定精確的噴油正時(shí)和噴油量，并通過電控噴油器將燃油噴入氣缸。

 

圖1  電控柴油發(fā)電機(jī)組噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖5  QSK19系列康明斯柴油發(fā)電機(jī)共軌系統(tǒng)

 

1、燃油泵

      共軌系統(tǒng)的燃油泵由三部分組成，如圖3所示，即輸油泵、齒輪泵和高壓油泵。輸油泵在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間由ECM輸出PWM信號來控制，工作時(shí)間僅為120秒，燃油經(jīng)過輸油泵進(jìn)入齒輪泵，在齒輪泵的進(jìn)口有一量孔，可調(diào)節(jié)油量的大小，同時(shí)齒輪泵里有一壓力調(diào)節(jié)閥，將供應(yīng)給高壓泵的燃油壓力調(diào)節(jié)到500-700Pa，在高壓泵的進(jìn)口有一由ECM控制的執(zhí)行器，通過PWM信號控制，使高壓泵(兩缸柱塞泵)輸出60Mpa-160Mpa的壓力供應(yīng)給高壓油軌。在高壓泵上還有-一個(gè)安全閥，當(dāng)油軌中壓力超過195Mpa時(shí)，安全閥會(huì)立即打開，迅速將高壓油軌中的壓力進(jìn)行釋放，并且導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。

2、高壓油管

      高壓油管將高壓泵提供的高壓燃油輸送到噴油器中。用于QSK19共軌系統(tǒng)的高壓油管其容積與小功率的ISB共軌系統(tǒng)相比，它的容積較小，以保證共軌有足夠的壓力響應(yīng)速度以快速跟蹤柴油發(fā)電機(jī)工況的變化。而且，高壓油管采用雙層結(jié)構(gòu)，以提高安全性和可靠性。高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器，壓力傳感器向ECM提供高壓油軌的壓力信號。

3、電控噴油器

      電控噴油器是共軌系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的部件，由ECM發(fā)出的控制信號，通過控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，將高壓油管中的燃油以最佳的噴油定時(shí)、噴油量和噴油率噴入柴油發(fā)電機(jī)的燃燒室。電控噴油器的結(jié)構(gòu)基本相似，都是由于傳統(tǒng)噴油器相似的噴油嘴、控制活塞、控制量孔、控制電磁閥組成，圖4為QSK19電控噴油器位置圖。在電磁閥不通電時(shí)，電磁閥關(guān)閉，柱塞上下腔中的燃油壓力相等，柱塞在彈簧彈力的作用下回位，使針閥關(guān)閉。當(dāng)電磁閥通電時(shí)，柱塞上部腔中的燃油通過泄油口泄壓，其壓力下降，使得柱塞在下部腔中高壓燃油的作用下開始上升，針閥被打開，開始噴油。由于高壓共軌噴射系統(tǒng)的噴射壓力非常高，因此其噴油嘴的噴孔截面積很小，在如此小的噴孔直徑和如此高的噴射壓力下，燃油流動(dòng)處于極端不穩(wěn)定狀態(tài)，油束的噴霧錐角變大，燃油霧化更好，但貫穿距離變小，因此通過改變柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)氣的渦流強(qiáng)度、燃燒室結(jié)構(gòu)形狀以確保最佳的燃燒過程。

 

圖3  電控柴油機(jī)高壓燃油泵結(jié)構(gòu)圖

圖4  電噴柴油發(fā)電機(jī)的高壓油管及噴油器

 

總結(jié)：

      由于共軌系統(tǒng)具有可以對噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期、噴油壓力、噴油規(guī)律進(jìn)行柔性調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，該系統(tǒng)的采用可以使柴油發(fā)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性能都會(huì)有進(jìn)一步的提高。然而，技術(shù)(軟件和硬件)的引進(jìn)也會(huì)大大增加我們產(chǎn)品的制造成本，因此需要我們加大對共軌系統(tǒng)的研究力度和國產(chǎn)化進(jìn)程，使CCEC的柴油發(fā)電機(jī)水平跨上一個(gè)新的臺階。

 

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