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性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明 |
電控泵噴嘴和共軌燃油系統的優(yōu)缺點(diǎn)與區別 |
摘要：眾所周知，柴油發(fā)電機的優(yōu)點(diǎn)是省油、動(dòng)力強、經(jīng)濟、維修方便，只要解決環(huán)保排放問(wèn)題這個(gè)缺點(diǎn)就具有更大的市場(chǎng)前景，而實(shí)現電控柴油機的方案現在看來(lái)是一個(gè)很好的解決措施。實(shí)現柴油控制有三條技術(shù)路線(xiàn)圖，分別是單體泵、泵噴嘴和高壓共軌?？得魉构驹诒疚闹兄?zhù)重就市場(chǎng)上主用的泵噴嘴和高壓共軌兩大燃油系統各自的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)進(jìn)行綜合對比及分析，最終給予的結論是高壓共軌更具有優(yōu)勢和市場(chǎng)前景。
一、泵噴嘴燃油系統（EUI）的特征
泵噴嘴系統原理如圖1所示。其最大的特點(diǎn)是增加了噴油壓力，泵噴嘴的噴射壓力都能達到200MPa以上。由于噴射壓力直接影響柴油燃燒做功效率，因此，泵噴嘴的燃燒效率很高。在泵噴嘴系統中，噴油泵和噴嘴組成一個(gè)單元。每個(gè)氣缸的缸蓋上都裝有這樣一個(gè)單元，它直接通過(guò)搖臂或間接地由柴油機的凸輪軸通過(guò)推桿來(lái)驅動(dòng)。
電控泵噴嘴燃油噴射系統主要由泵噴嘴、驅動(dòng)搖臂機構、電子控制單元（ECU）及各種傳感器等組成，如圖2所示。電控泵噴嘴燃油噴射系統的特點(diǎn)是燃油壓力升高仍然是機械式的，噴油始點(diǎn)和終點(diǎn)由電磁閥控制，噴油量和噴油時(shí)間是由電磁閥控制。
1、優(yōu)點(diǎn)
（1）高壓燃油通過(guò)氣缸蓋頂端的頂置凸輪軸直接驅動(dòng)形成，沒(méi)有了額外的高壓燃油管路，避免了管路泄漏并消除了管路壓力損失的可能。
（2）由于噴射裝置與燃油增壓的一體化，燃油噴射可以在短時(shí)間內高效高壓完成，且靈活控制其噴油量、壓力、正時(shí)，且其噴油壓力達到200MPa以上，超過(guò)共軌系統所能夠達到的水平。
（3）對燃油的適應性比高壓共軌強。
（4）燃油系統能進(jìn)行單缸維修。
2、缺點(diǎn)
（1）要求頂置凸輪軸設計，因而對缸蓋的剛度設計有較高要求。
（2）發(fā)動(dòng)機轉速控制噴射壓力，低速時(shí)油壓低，不利于改善低速燃燒性能。
（3）多次噴射難于實(shí)現，更新?lián)Q代產(chǎn)品缺乏技術(shù)延續性，即便對噴油器采用二級電磁閥控制，會(huì )使結構更加復雜。
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圖1 電控柴油機泵噴嘴燃油系統原理圖 |
圖2 柴油機電控泵噴嘴結構圖 |
二、高壓共軌（DCR）的特征
高壓共軌全稱(chēng)叫做電控高壓共軌噴射系統，結構組成如圖3所示，原理如圖4所示。共軌噴射系統簡(jiǎn)單的說(shuō)就是由一個(gè)油泵產(chǎn)生高壓柴油，再將高壓柴油儲存倒共軌管里，由ECU根據各傳感器的數據計算出最佳噴油正時(shí)和噴油量，再由電控的噴油器噴入汽缸進(jìn)行燃燒。它的最大特點(diǎn)是產(chǎn)生壓力和噴入汽缸的過(guò)程完全分開(kāi)，這樣的好處是能保證每個(gè)噴油器的噴射壓力一致，并且可以做到多次噴射，使燃燒更完全排放更佳。高壓共軌是通過(guò)高壓油泵在共軌管里建立高壓柴油，再由ECU通過(guò)各信號調節電控噴油器的噴油量及噴油正時(shí)，這里面的核心部件電控噴油器配合精度高，噴油孔直徑也較小，這就對柴油的清潔程度要求也較高。
1、優(yōu)點(diǎn)
（1）高噴射壓力，目前最高可達180MPa，比一般直列泵高出一倍。
（2）噴油壓力與發(fā)動(dòng)機轉速無(wú)關(guān)，把產(chǎn)生壓力與實(shí)際燃油噴射過(guò)程分離，使發(fā)動(dòng)機低速、大負載的性能得到改善。
（3）特殊設計的電控噴油器可靈活實(shí)現多次噴射，調節噴油率形狀，噴油規律實(shí)現理想化。
（4）可以自由選定噴油正時(shí)和噴油量。
（5）驅動(dòng)扭矩振動(dòng)小，噪聲小、振動(dòng)低。
（6）適用性強、結構簡(jiǎn)單，容易在發(fā)動(dòng)機上的安裝。
2、缺點(diǎn)
（1）油品的適應性較差，共軌系統對燃油中的硫含量比較敏感，會(huì )使維修頻次增加。
（2）故障后，用戶(hù)的維修成本高。
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圖3 電控柴油機高壓共軌燃油系統結構圖 |
圖4 電控蓄壓式共軌燃油噴射系統原理圖 |
三、性能對比
1、原理不一樣
（1）共軌式電控燃油噴射技術(shù)通過(guò)共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個(gè)噴油器，并借助于集成在每個(gè)噴油器上的高速電磁開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)啟與閉合，定時(shí)、定量地控制噴油器噴射至柴油機燃燒室的油量。
（2）泵噴嘴系統的燃油噴射執行器是一個(gè)動(dòng)力噴嘴。動(dòng)力噴嘴能夠將電能直接轉化為機械能，通過(guò)機械能?chē)娚浜挽F化燃油，泵噴嘴動(dòng)力噴嘴的工作是由電脈沖（PWM)驅動(dòng)的。
2、特點(diǎn)不一樣
（1）共軌式電控系統采用先進(jìn)的電子控制裝置及配有高速電磁開(kāi)關(guān)閥；采用共軌方式供油等。
（2）泵噴嘴一體化。燃油箱內不再需要一個(gè)分離式的燃油泵用于提供壓縮燃油；不需要一個(gè)內含高壓油的管道（油軌），與油箱連接的管路均為低壓油管。
3、優(yōu)缺點(diǎn)不一樣
（1）共軌式電控系統保證柴油機達到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的點(diǎn)火時(shí)間、足夠的點(diǎn)火能量和最少的污染排放。
（2）泵噴嘴發(fā)動(dòng)機都有冷起動(dòng)加濃、自動(dòng)冷車(chē)快怠速功能，能保證發(fā)動(dòng)機不論在冷車(chē)或熱車(chē)狀態(tài)下順利起動(dòng)。
泵噴嘴（EUI）與高壓共軌（DCR）燃油噴射系統的綜合比較優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。
表1 泵噴嘴和高壓共軌燃油噴射系統各自的特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)比較
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序號
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EUI
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DCR
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優(yōu)缺點(diǎn)
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1
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通過(guò)氣缸蓋頂端的頂置凸輪軸直接驅動(dòng)燃油形成高壓，無(wú)額外的高壓燃油管路
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高壓油軌和噴油器間利用管路連接
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泵噴嘴消除了管路壓力損失并避免了管路泄漏的可能
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2
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噴油壓力達到200MPa以上
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噴油壓力最高可達180MPa
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泵噴嘴的噴油霧化更好，有利于充分燃燒，但對缸蓋的剛度設計要求較高；高壓共軌的驅動(dòng)扭矩及其振動(dòng)小，噪聲小
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3
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對燃油中的硫含量敏感度低
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對燃油中的硫含量敏感度高
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泵噴嘴對燃油的適應性更好
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4
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噴射壓力依賴(lài)于發(fā)動(dòng)機轉速
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噴油壓力獨立于發(fā)動(dòng)機轉速
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泵噴嘴在低速時(shí)油壓低，對改善低速燃燒性能不利；高壓共軌把壓力產(chǎn)生與實(shí)際燃油噴射過(guò)程分離，可以改善發(fā)動(dòng)機低速、大負載的性能
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5
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難于實(shí)現多次噴射，無(wú)法滿(mǎn)足對燃油系統的要求
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特殊設計的電控噴油器可實(shí)現靈活的多次噴射，調節噴油率形狀，實(shí)現理想噴油規律
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高壓共軌靈活的噴射可以改善燃燒，降低發(fā)動(dòng)機的振動(dòng)、噪聲
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6
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系統故障時(shí)，能進(jìn)行單缸單油泵維修
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涉及油軌和噴嘴的故障較多
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泵噴嘴的維修比高壓共軌的維修簡(jiǎn)單，并且費用會(huì )低一些
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總結：
與其它噴射系統相比，共軌系統把壓力產(chǎn)生與實(shí)際燃油噴射過(guò)程分離。“軌”被作為高壓蓄壓器，其內部燃油壓力始終保持與發(fā)動(dòng)機具體工況相適應的最佳壓力。共軌系統可被輕易地安裝到各類(lèi)不同的發(fā)動(dòng)機中。除此之外，共軌系統還提供了更廣闊的擴展功能和在燃燒過(guò)程設計上更多大的自由度，它可以使柴油發(fā)動(dòng)機以更低的排放、更好的燃油經(jīng)濟性和低噪聲運行。電控共軌系統，是國內專(zhuān)家一致認為目前水平最高、將來(lái)會(huì )占統治地位的一種電控系統。其噴油器的特殊設計，可實(shí)行靈活的多次噴射，且噴射壓力可在不同轉速和負荷條件下任意調節，給發(fā)動(dòng)機帶來(lái)的好處是極為理想的指標。由于這些因素，電控共軌技術(shù)已普遍為新一代康明斯發(fā)電機組所采用的最佳柴油發(fā)動(dòng)機。
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