柴油機(jī)第三代燃油電子噴射控制系統(tǒng)
發(fā)布時間：2023-10-26 點擊：167
柴油機(jī)位置和時間控制式燃油系統(tǒng)
由于國家政策的推動，柴油發(fā)電機(jī)機(jī)械的升級是一個必然的過程，在發(fā)電機(jī)和后處理系統(tǒng)擁有豐富經(jīng)驗的康明斯已經(jīng)做好了現(xiàn)在及其未來產(chǎn)品的技術(shù)儲備。隨著柴油發(fā)電機(jī)電子技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)70年代至今，康明斯發(fā)電機(jī)已先后在傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上推出位置控制式燃油系統(tǒng)、時間控制式燃油系統(tǒng)、時間-壓力控制式燃油系統(tǒng)三代產(chǎn)品。
主要部件組成圖
一、柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的發(fā)展歷史
柴油機(jī)具有效率高、經(jīng)濟(jì)性好、功率強(qiáng)大等特點，在交通運(yùn)輸和工程車輛領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在可以預(yù)見的未來，柴油機(jī)在動力機(jī)械領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)占有重要的地位。實際上，在柴油機(jī)占主導(dǎo)地位的家用轎車領(lǐng)域，柴油機(jī)由于其節(jié)能的優(yōu)勢，正越來越受到發(fā)電機(jī)組研究人員們的重視。然而，噪聲大、nox 和顆粒物排放高等痼疾也一直困擾著柴油機(jī)的應(yīng)用。前不久，歐盟正式制訂了歐vi排放標(biāo)準(zhǔn)，顆粒物排放要求減半，氮氧化物排放必須降低77%，并將于2013年底實施。
面對日益嚴(yán)苛的柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，研究各種排放控制技術(shù)成為內(nèi)燃機(jī)工作者的重要課題。這些控制技術(shù)總體上可分為3個方面：提高燃油品質(zhì)、改善燃燒過程和采用先進(jìn)的排氣后處理技術(shù)，其中以改善燃燒過程為最根本的措施。就國外的經(jīng)驗來看，采用電控高壓燃油噴射系統(tǒng)以改善柴油機(jī)的燃燒過程是普遍的發(fā)展趨勢。
電控噴油技術(shù)是柴油機(jī)技術(shù)三大飛躍的最近一項（另外兩項是機(jī)械燃油技術(shù)和增壓中冷技術(shù)），也是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)20世紀(jì)的三大突破之一（另外兩項是汽油直噴技術(shù)和 dme 待用燃料），為柴油機(jī)的噴油控制，以及噪聲和排放的改善做出的巨大貢獻(xiàn)。本文將從技術(shù)歷程、技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景的角度簡略闡述電控噴油技術(shù)。
二、第三代燃油控制系統(tǒng)
第三代電控燃油系統(tǒng)即人們常說的共軌燃油噴射系統(tǒng)。。共軌系統(tǒng)將燃油的升壓系統(tǒng)獨立出來，即燃油的壓力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷無關(guān)。使用可以獨立控制壓力的蓄壓器——共軌。這樣，以前一直非常困難的燃油噴射壓力可以按照人們的意志進(jìn)行自由控制。再通過計算機(jī)單獨控制的各噴油器，將共軌中的壓力高達(dá)130mpa——160mpa的燃油噴入燃燒室。第三代電控噴油系統(tǒng)的最大進(jìn)步就是使用了共軌，使得高壓的產(chǎn)生和噴油控制可以分別進(jìn)行。由此，可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等各種運(yùn)行工況，在20—140mpa的廣大范圍內(nèi)改變噴油壓力，可以實現(xiàn)預(yù)噴射、主噴射以及多段噴射等，根據(jù)需要改變噴油率的形狀。為了改善柴油機(jī)的排放，可以自由自在地改變噴油參數(shù)和噴油形態(tài)。向著潔凈的柴油機(jī)時代，可以高自由度地控制噴油策略，在一次工作循環(huán)中可以實現(xiàn)多次噴油，可以實現(xiàn)標(biāo)定轉(zhuǎn)速4000r/min—相當(dāng)于4.2μs的高速控制，將柴油機(jī)的排放性能大大提高一步。
1、位置控制式燃油系統(tǒng)
普通的柴油發(fā)電機(jī)噴油量大小通過機(jī)械方式進(jìn)行控制，即有噴油泵柱塞頂面封住徑向油孔到住塞斜槽露出油孔的距離來決定，也就是噴油泵的供油有效行程決定。開啟柴油發(fā)電機(jī)，拉動控制齒條使住塞轉(zhuǎn)動，改變住塞與開有回油孔的住塞套筒的相對位置，增加或減少柱塞的供油有效行程，從而調(diào)節(jié)噴油量。加速踏板通過調(diào)速器與控制齒條聯(lián)動，根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)供油量。噴油時刻則由安裝在柴油發(fā)電機(jī)和噴油泵之間的供油提前角自傳動調(diào)節(jié)器根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)凸輪軸的相對位置來調(diào)節(jié)。所以，普通柴油發(fā)電機(jī)的供油量、供油時刻控制精度、供油特性、響應(yīng)性等較差。
第一代位置控制式燃油系統(tǒng)主要特點是保留了大部分傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)部件，如普通柴油發(fā)電機(jī)的高壓油泵、高壓油管、噴油器、控制齒條、齒圈、滑套、柱塞上的螺旋槽等油量控制機(jī)構(gòu)，只是對齒條或滑套的移動位置進(jìn)行電子控制。用電子調(diào)速器代替了傳統(tǒng)機(jī)械式離心調(diào)速器，用柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和加速踏板位置傳感器代替了原有的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷傳感機(jī)構(gòu)（如離心飛塊、真空室等），用ecu控制的電子執(zhí)行機(jī)構(gòu)代替了機(jī)械離心式調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)和加速踏板傳動機(jī)構(gòu)。使得供油量的調(diào)整更為靈敏和精確。
2、時間-壓力控制式燃油系統(tǒng)
時間-壓力控制式燃油系統(tǒng)，即電控共軌系統(tǒng)。在電控高壓共軌系統(tǒng)中，各缸噴油器共用一個高壓油軌（又稱高壓蓄能器），這個高壓油軌是用無縫鋼管制成的，用于儲存高壓燃油。在高壓共軌系統(tǒng)中，電控單元直接對電磁噴油器的噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油規(guī)律、噴油壓力等進(jìn)行時間-壓力控制。高壓油泵并不直接與噴油器連接，它的主要作用是向共軌油管供油以維持所需要的共軌的油壓。設(shè)在共軌油管上的壓力閥可以連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來控制噴油壓力。
高壓共軌燃油系統(tǒng)原理圖
3、時間-控制式燃油系統(tǒng)
位置控制式燃油系統(tǒng)的特點是以模擬量來控制執(zhí)行元件的工作，通過對噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)的定位來獲得所需的供油量。控制供油量的反饋信號是由模擬信號傳感器檢測，ecu對模擬信號進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后才能處理，所以供油量控制精度和執(zhí)行元件的響應(yīng)速度也較差。在位置控制方式中，所用的電子調(diào)速器也是由部分機(jī)械裝置完成對噴油泵的調(diào)節(jié)，這也會降低控制精度和響應(yīng)速度。采用時間控制方式，可以彌補(bǔ)這方面的不足。
時間控制式燃油系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)燃油系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，通過新增加的傳感器、ecu和高速電磁閥（執(zhí)行器）組成的數(shù)字式調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由高速電磁閥直接控制高壓燃油的噴射正時和噴油量。電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油，電磁閥打開，噴油結(jié)束。所以，噴油量和噴油正時是由電磁閥通電時間和通電時刻來控制的。時間控制式燃油系統(tǒng)控制自由度大，供油加壓和供油調(diào)節(jié)在結(jié)構(gòu)上相互獨立，可以簡化噴油泵的結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度，加強(qiáng)高壓燃油噴射能力；其不足在于供油壓力不好控制。
高低壓管路示意圖
高壓共軌系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的的燃油系統(tǒng)，其優(yōu)點是可實現(xiàn)高壓噴射，最高的壓力已達(dá)到200mpa，噴射壓力獨立于柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（即與柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)），噴射性能和噴射規(guī)律十分理想，可實現(xiàn)多次噴射，能有效地抑制和減少尾氣排放中的有害成分。目前，高壓共軌系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。
康明斯柴油發(fā)電機(jī)的潤滑油壓力過低是什么原因造成的
康明斯發(fā)電機(jī)組機(jī)油的主要性能指標(biāo)
廣西玉柴柴油發(fā)電機(jī)組氣門積碳原因
WP10系列柴油發(fā)電機(jī)介紹
康明斯發(fā)電機(jī)組基本維護(hù)保養(yǎng)方面的可操作性建議
高層建筑中柴油發(fā)電機(jī)組需要遵循什么原則
頻繁故障判斷柴油發(fā)電機(jī)組是不是該換了？檢測其實很簡單
沃爾沃發(fā)電機(jī)組濾清器更換周期是多少？這些機(jī)油保養(yǎng)知識你知道嗎？
由于國家政策的推動，柴油發(fā)電機(jī)機(jī)械的升級是一個必然的過程，在發(fā)電機(jī)和后處理系統(tǒng)擁有豐富經(jīng)驗的康明斯已經(jīng)做好了現(xiàn)在及其未來產(chǎn)品的技術(shù)儲備。隨著柴油發(fā)電機(jī)電子技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)70年代至今，康明斯發(fā)電機(jī)已先后在傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上推出位置控制式燃油系統(tǒng)、時間控制式燃油系統(tǒng)、時間-壓力控制式燃油系統(tǒng)三代產(chǎn)品。
主要部件組成圖
一、柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的發(fā)展歷史
柴油機(jī)具有效率高、經(jīng)濟(jì)性好、功率強(qiáng)大等特點，在交通運(yùn)輸和工程車輛領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在可以預(yù)見的未來，柴油機(jī)在動力機(jī)械領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)占有重要的地位。實際上，在柴油機(jī)占主導(dǎo)地位的家用轎車領(lǐng)域，柴油機(jī)由于其節(jié)能的優(yōu)勢，正越來越受到發(fā)電機(jī)組研究人員們的重視。然而，噪聲大、nox 和顆粒物排放高等痼疾也一直困擾著柴油機(jī)的應(yīng)用。前不久，歐盟正式制訂了歐vi排放標(biāo)準(zhǔn)，顆粒物排放要求減半，氮氧化物排放必須降低77%，并將于2013年底實施。
面對日益嚴(yán)苛的柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，研究各種排放控制技術(shù)成為內(nèi)燃機(jī)工作者的重要課題。這些控制技術(shù)總體上可分為3個方面：提高燃油品質(zhì)、改善燃燒過程和采用先進(jìn)的排氣后處理技術(shù)，其中以改善燃燒過程為最根本的措施。就國外的經(jīng)驗來看，采用電控高壓燃油噴射系統(tǒng)以改善柴油機(jī)的燃燒過程是普遍的發(fā)展趨勢。
電控噴油技術(shù)是柴油機(jī)技術(shù)三大飛躍的最近一項（另外兩項是機(jī)械燃油技術(shù)和增壓中冷技術(shù)），也是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)20世紀(jì)的三大突破之一（另外兩項是汽油直噴技術(shù)和 dme 待用燃料），為柴油機(jī)的噴油控制，以及噪聲和排放的改善做出的巨大貢獻(xiàn)。本文將從技術(shù)歷程、技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景的角度簡略闡述電控噴油技術(shù)。
二、第三代燃油控制系統(tǒng)
第三代電控燃油系統(tǒng)即人們常說的共軌燃油噴射系統(tǒng)。。共軌系統(tǒng)將燃油的升壓系統(tǒng)獨立出來，即燃油的壓力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷無關(guān)。使用可以獨立控制壓力的蓄壓器——共軌。這樣，以前一直非常困難的燃油噴射壓力可以按照人們的意志進(jìn)行自由控制。再通過計算機(jī)單獨控制的各噴油器，將共軌中的壓力高達(dá)130mpa——160mpa的燃油噴入燃燒室。第三代電控噴油系統(tǒng)的最大進(jìn)步就是使用了共軌，使得高壓的產(chǎn)生和噴油控制可以分別進(jìn)行。由此，可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等各種運(yùn)行工況，在20—140mpa的廣大范圍內(nèi)改變噴油壓力，可以實現(xiàn)預(yù)噴射、主噴射以及多段噴射等，根據(jù)需要改變噴油率的形狀。為了改善柴油機(jī)的排放，可以自由自在地改變噴油參數(shù)和噴油形態(tài)。向著潔凈的柴油機(jī)時代，可以高自由度地控制噴油策略，在一次工作循環(huán)中可以實現(xiàn)多次噴油，可以實現(xiàn)標(biāo)定轉(zhuǎn)速4000r/min—相當(dāng)于4.2μs的高速控制，將柴油機(jī)的排放性能大大提高一步。
1、位置控制式燃油系統(tǒng)
普通的柴油發(fā)電機(jī)噴油量大小通過機(jī)械方式進(jìn)行控制，即有噴油泵柱塞頂面封住徑向油孔到住塞斜槽露出油孔的距離來決定，也就是噴油泵的供油有效行程決定。開啟柴油發(fā)電機(jī)，拉動控制齒條使住塞轉(zhuǎn)動，改變住塞與開有回油孔的住塞套筒的相對位置，增加或減少柱塞的供油有效行程，從而調(diào)節(jié)噴油量。加速踏板通過調(diào)速器與控制齒條聯(lián)動，根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)供油量。噴油時刻則由安裝在柴油發(fā)電機(jī)和噴油泵之間的供油提前角自傳動調(diào)節(jié)器根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)凸輪軸的相對位置來調(diào)節(jié)。所以，普通柴油發(fā)電機(jī)的供油量、供油時刻控制精度、供油特性、響應(yīng)性等較差。
第一代位置控制式燃油系統(tǒng)主要特點是保留了大部分傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)部件，如普通柴油發(fā)電機(jī)的高壓油泵、高壓油管、噴油器、控制齒條、齒圈、滑套、柱塞上的螺旋槽等油量控制機(jī)構(gòu)，只是對齒條或滑套的移動位置進(jìn)行電子控制。用電子調(diào)速器代替了傳統(tǒng)機(jī)械式離心調(diào)速器，用柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和加速踏板位置傳感器代替了原有的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷傳感機(jī)構(gòu)（如離心飛塊、真空室等），用ecu控制的電子執(zhí)行機(jī)構(gòu)代替了機(jī)械離心式調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)和加速踏板傳動機(jī)構(gòu)。使得供油量的調(diào)整更為靈敏和精確。
2、時間-壓力控制式燃油系統(tǒng)
時間-壓力控制式燃油系統(tǒng)，即電控共軌系統(tǒng)。在電控高壓共軌系統(tǒng)中，各缸噴油器共用一個高壓油軌（又稱高壓蓄能器），這個高壓油軌是用無縫鋼管制成的，用于儲存高壓燃油。在高壓共軌系統(tǒng)中，電控單元直接對電磁噴油器的噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油規(guī)律、噴油壓力等進(jìn)行時間-壓力控制。高壓油泵并不直接與噴油器連接，它的主要作用是向共軌油管供油以維持所需要的共軌的油壓。設(shè)在共軌油管上的壓力閥可以連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來控制噴油壓力。
高壓共軌燃油系統(tǒng)原理圖
3、時間-控制式燃油系統(tǒng)
位置控制式燃油系統(tǒng)的特點是以模擬量來控制執(zhí)行元件的工作，通過對噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)的定位來獲得所需的供油量。控制供油量的反饋信號是由模擬信號傳感器檢測，ecu對模擬信號進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后才能處理，所以供油量控制精度和執(zhí)行元件的響應(yīng)速度也較差。在位置控制方式中，所用的電子調(diào)速器也是由部分機(jī)械裝置完成對噴油泵的調(diào)節(jié)，這也會降低控制精度和響應(yīng)速度。采用時間控制方式，可以彌補(bǔ)這方面的不足。
時間控制式燃油系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)燃油系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，通過新增加的傳感器、ecu和高速電磁閥（執(zhí)行器）組成的數(shù)字式調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由高速電磁閥直接控制高壓燃油的噴射正時和噴油量。電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油，電磁閥打開，噴油結(jié)束。所以，噴油量和噴油正時是由電磁閥通電時間和通電時刻來控制的。時間控制式燃油系統(tǒng)控制自由度大，供油加壓和供油調(diào)節(jié)在結(jié)構(gòu)上相互獨立，可以簡化噴油泵的結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度，加強(qiáng)高壓燃油噴射能力；其不足在于供油壓力不好控制。
高低壓管路示意圖
高壓共軌系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的的燃油系統(tǒng)，其優(yōu)點是可實現(xiàn)高壓噴射，最高的壓力已達(dá)到200mpa，噴射壓力獨立于柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（即與柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)），噴射性能和噴射規(guī)律十分理想，可實現(xiàn)多次噴射，能有效地抑制和減少尾氣排放中的有害成分。目前，高壓共軌系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。
康明斯柴油發(fā)電機(jī)的潤滑油壓力過低是什么原因造成的
康明斯發(fā)電機(jī)組機(jī)油的主要性能指標(biāo)
廣西玉柴柴油發(fā)電機(jī)組氣門積碳原因
WP10系列柴油發(fā)電機(jī)介紹
康明斯發(fā)電機(jī)組基本維護(hù)保養(yǎng)方面的可操作性建議
高層建筑中柴油發(fā)電機(jī)組需要遵循什么原則
頻繁故障判斷柴油發(fā)電機(jī)組是不是該換了？檢測其實很簡單
沃爾沃發(fā)電機(jī)組濾清器更換周期是多少？這些機(jī)油保養(yǎng)知識你知道嗎？