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從傳統到共軌:康明斯發電機柴油噴油技術的演變

2025/12/12 12:43:14 康明斯發電機 [news:visits]


引言:供油系統的功能是依據柴油發電機運行工作狀況的需求,向柴油發電機提供一定數量的、潔凈的、做霧化較好的汽柴油,便于與一定數量的氣體混和產生易燃混合氣體。供油系統一般是由高壓油泵、燃油濾、噴油器、液壓油管、輸油泵等構成。因為共軌式燃油噴射系統具備能夠對油泵按時、油泵持續期、噴油壓力、油泵規律性開展軟性調節特性,從而使得柴油發動機的經濟性、驅動力和排出特性都有進一步的提高。因而,康明斯柴油發動機未來發展趨勢可謂是全面進入共軌時期,這就需要加強對共軌系統的研究幅度,使康明斯柴油發動機水準跨上一個新的臺階。



一、供油系統的種類



1、直六柴油泵系統軟件

直六柴油泵操作系統是運用最為廣泛的、傳統柴油機噴涌技術性。多年來,這種系統不斷完善,而且融入大量的應用范圍,因而,如今依然存在不同版本的這個系列柴油泵在廣泛應用。它們顯著特點是穩定的耐久性和易維護性。就其實際應用標準都自帶提早提供的油裝置及腳踏式調速電機或電子執行機構。針對直六柴油泵(尤其是廣泛運用于重型車柴油發電機的)柴油發電機每一個汽缸都有一套由曲軸驅動柱塞泵-柱塞套總程,柱塞泵數必須和柴油發電機的氣缸數同樣。

2、分派式柴油泵系統軟件

分派式柴油泵燃料供給系統平面圖如下圖2所顯示。分派離心泵柱塞泵數和氣缸數不相干。特點是含有一體式的油泵提早裝置及腳踏式調速電機或電子執行機構。

(1)在含有徑向柱塞泵的分配式柴油泵里,一個中置的由凸輪軸盤驅動柱塞泵產生壓力并把汽柴油分派到各個汽缸,同時由一個控制環或閥門控制點火提前角。

(2)含有軸向柱塞泵的分配式柴油泵有2~4個凸輪軸環驅動軸向柱塞泵,用于產生壓力和提供的油,用閥門控制油泵氣門及調整汽柴油量。

這幾種分派式柴油泵的零件都會要求有很高的生產制造精密度,以確保更久的使用期和一致性,確保精確操縱進油孔的關上和點火提前角,并確保各汽缸間的點火提前角盡量均值。分派式柴油泵用以3~6缸柴油發電機上,頻率范圍依據柴油發電機轉速和加熱方式的不同而不同,最高可以達到20kW/缸。直噴式柴油發電機使用的分派式柴油泵轉速比達2400r/min時,柴油泵高壓室壓力最高達70MPa。

3、泵噴頭供油系統

泵噴嘴的泵和噴頭是裝扮成一體的。每一個汽缸在缸體上配有一個泵噴頭,它直接由拐臂或間接的由柴油發電機曲軸根據擺桿來推動,如下圖4所顯示。與直六泵和分派式柴油泵對比,根據除掉液壓油管可以使噴油壓力有顯著的提升(至205MPa)。那樣強的噴油壓力加上對油泵延續時間(即點火提前角)和油泵起始站的特性參數開展電子器件閉環控制系統,就能讓柴油發電機的有害物排出顯著降低,并得到樣子較好的提供的油率曲線圖。因為泵噴頭系列產品傳動裝置繁雜,對氣缸蓋要求嚴格,系統軟件成本相對高,一般在研發柴油發電機的時候不選用該噴油系統。

4、高壓共軌噴涌系統軟件

高壓共軌燃油噴射系統由低電壓一部分、髙壓部分ECU構成,如下圖5所顯示。

(1)低電壓提供的油部分包括柴油箱、預濾器、輸油泵、汽油濾清器、低壓油管。輸油泵從機油箱吸出來通過空氣濾芯的汽柴油,隨后持續不斷的將汽柴油輸送給高壓水泵。

(2)髙壓部分包括帶壓力調節閥的高壓水泵、液壓油管、軌壓傳感器、壓力限制閥、總流量限位器、做為髙壓儲能器的油軌和噴油泵及進油管構成。高壓水泵縮小汽柴油至最高可達135MPa的輸出壓力,以后汽柴油根據空調管進到管形高壓汽柴油儲能器(油軌)。

(3)高壓油軌里的髙壓汽柴油根據另一部分液壓油管分給柴油發電機各缸的噴油泵。即便噴油泵為開展油泵已經從軌道中得到汽柴油后,路軌內的壓力還能夠保持恒定,這是因為汽柴油的固有彈力而引起的儲能器效應結論。燃油壓力由軌壓傳感器精確測量并且通過壓力限制閥維持在理想的水準。壓力限制閥的作用是限制油軌里的工作壓力不得超過150MPa。髙壓汽柴油根據總流量限位器直接在油軌進到噴油泵,總流量限位器防止過多汽柴油流入燃燒倉。

(4)當噴油泵里的繼電器被激發,汽柴油排出時,噴頭打開,將柴油立即噴到柴油發電機燃燒倉內,多余汽柴油根據進油管流回油箱。從壓力限制閥、高壓水泵的泵油也流到柴油油箱。

(5)高壓共軌(儲能器)系統軟件使柴油發電機的噴涌系統和各種各樣遠程操作功能有可能構成一個整體,同時提高了燃燒現象設計方案的靈活性。

(6)系統軟件借助油軌把壓力的產生與噴涌分離。用柱塞式直六泵做為高壓水泵,在柴油發動機上使用徑向柱塞泵產生壓力,這種泵可以設計成在低轉距下運行,進而大幅度地減少對驅動功率的需要。如果將汽油泵設計方案變成變量柱塞泵能使整個系統高效率大為提高。

(7)共軌系統的顯著特點是:把噴涌壓力產生與柴油發電機轉速比及供油量分離,那樣就很有可能提升均值噴涌工作壓力;另一特征是油泵規律性軟性可變性,這會對點燃提升十分重要。

5、單體泵系統軟件

單體泵系統軟件關鍵部件有總體插式高壓水泵、迅速功效的繼電器、電子控制系統、比較短的液壓油管、噴油泵總程。

單體泵一般作為整體構件裝到柴油發電機的氣缸套上,由配氣機構曲軸里的噴涌凸輪軸推動。單體泵適用工作壓力可達到160MPa。那樣強的噴涌壓力與根據特點圖普電子閉環控制系統聯合使用,在耗油量及排污層面均可獲得實質上的減少,并能夠滿足現有的及即將發布的法律法規的規定,還可以有選擇地停缸。為腳踏式單體泵汽柴油提供設備平面圖。柴油發電機噴油系統由柴油箱、低電壓汽柴油輸油管道、輸油泵、柴油精濾器、柴油泵、液壓油管、噴油泵、進油管和泄壓閥構成。


原理:

柴油箱儲有通過積累和空氣濾芯的柴油機。柴油機從柴油箱被吸進輸油泵并泵出,經柴油精濾器濾掉殘渣后,進到柴油泵。自柴油泵泵出來的髙壓柴油機經液壓油管和噴油泵噴到燃燒倉。因為輸油泵的供油量比柴油泵供油量大很多,過量柴油機便經進油管流到柴油箱。從柴油箱到柴油泵通道的那段油道里的汽壓是通過輸油泵創建的,而輸油泵的冒油工作壓力一般為4~5bar(1bar=105Pa),故這一段油道稱之為低電壓油道。從柴油泵到噴油泵這一段油道里的汽壓是柴油泵創建的,一般在1000bar之上,故名該段油道為高壓油路。髙壓柴油機根據噴油泵呈霧氣噴到燃燒倉,與空氣混合而產生易燃混合氣體。

二、電機控制燃料供給系統的構成



圖1為共軌電機控制燃油噴射系統的最基本構成圖。它主要由ECU、噴油器、高壓共軌管、電機控制噴油泵及各種傳感器和構成。低電壓高壓油泵將汽油鍵入噴油器,噴油器將汽油充壓送進高壓油軌,高壓油軌里的工作壓力由ECU依據油軌工作壓力傳感器測量的油軌壓力以及必須進行控制,高壓油軌里的汽柴油通過液壓油管,依據設備的運行狀態,由ECU從預設的map圖上明確適宜的油泵按時、油泵持續期由電液控制電子噴油泵將汽柴油噴到汽缸。通過對發動機排氣量檢驗方式不同,燃油噴射系統可分為兩種類型:L型(進氣量型或實時測量型)燃油噴射和D型(進氣支管工作壓力型或等效替代法型)燃油噴射。


1.低電壓油道一部分

低電壓油道部分是高壓油路一部分提供充足的剩余油,關鍵零部件有機油箱,低壓回路的進、出輸油管,汽油濾清器,輸油泵,高壓水泵的低壓中心。

(1)輸油泵

輸油泵工作是向高壓水泵提供充足的汽柴油量。各種各樣運行狀態、不一樣的重要壓力之下、全部使用壽命期都必須要滿足上述規定。現階段,有兩種形式:一種是電子器件滾子軸承式輸油泵,是一種規范方式;另一種是機械齒輪驅動輸油泵。

傳動齒輪式輸油泵用來給噴油器給予汽柴油,其核心零件是兩種在轉動彼此齒合的翻轉傳動齒輪,如下圖9所顯示。汽柴油被吸進泵殼和傳動齒輪間的內腔內,且被傳至工作壓力側出油孔,旋轉齒輪之間的嚙合線能保證良好的密封性,可防止汽柴油逆流。傳動齒輪式輸油泵的供油量與柴油發電機轉速比成正比例,齒輪油泵的供油量在進入油孔端溢流閥或是出油孔端調速閥處受限制。傳動齒輪式輸油泵是經久耐用的。在第一次啟動時或柴油油箱內汽柴油被耗盡時,啟動前要排出來柴油油箱室內的空氣。當排出來氣體時,用手動泵壓送柴油機直至油道中沒有空氣才行。手動泵是與柴油精濾器制成一體的。

(2)汽油濾清器

汽柴油中若帶有殘渣,可能導致高壓油泵零部件、油閥、噴油泵的損壞,所以必須裝用汽油濾清器。汽油濾清器要符合噴涌全面的特定要求,不然燃料供給系統正常運行和有關元器件的使用期將不能得到保障。柴油機里面含有可溶乳濁液或是自由水(比如用以氣溫變化的冷凍液),若這類水進入噴涌系統軟件,將會引起供油系統器件的穴蝕。含有油氣分離器的汽油濾清器能夠去掉柴油機的水分。在一些柴油發電機上,柴油油箱和輸油泵中間安置油氣分離器。油氣分離器由手夾膜片泵、液位感應器、浮球、分離設備外殼和分離設備蓋等構成。來源于柴油箱的柴油機經進油孔進到油氣分離器,由出油孔排出。柴油機的水分在油氣分離器內從柴油機中分離出來并附著在殼體的底端。浮球伴隨著積水的增加而上調,當浮球抵達所規定的加水水位線時,液位感應器將線路接入,汽車儀表板里的報警指示燈傳出加水數據信號,這時候操作工需及時旋松加水塞放水。手夾膜片泵供加水和排氣管時進行。

2、高壓油路一部分

共軌系統的高壓油路部分包括靜電發生器(噴油器)、工作壓力儲能器(高壓共軌管)和汽柴油計量檢定元器件(繼電器),關鍵的零部件有裝有電磁閥噴油器、高壓共軌管、高壓共軌液位傳感器、噴油泵。

(1)噴油器

噴油器是髙壓控制回路和低壓回路的交界面,在所有條件下,它主要從事在發電機隊的全部使用期限中提供充足的髙壓汽柴油,與此同時要確保柴油發電機快速啟動所需的額外供油量與壓力規定。噴油器不斷造成高壓共軌所需要的輸出壓力。這也就意味著汽柴油不是在每一個單一的噴涌全過程都必須要被擠壓(相對于傳統的系統軟件汽柴油)。

噴油器組裝在和傳統式柴油發電機分派泵同樣位置上,根據皮帶輪法蘭盤、皮帶輪、齒帶由柴油發電機推動,其額定轉速不得超過3000r/min。噴油器靠低電壓油道來的汽柴油潤化。噴油器上設置有用來進行壓力調節的繼電器。汽柴油被3個呈放射狀組裝互隔120°的油閥柱塞泵縮小,噴油器每轉1圈,有3次提供的油,最高值推動轉距比較低,噴油器傳動系統維持較穩定的負載。16N·m的轉距應該是推動一個同樣分派泵需要轉距的1/9,這也就意味著共軌系統比傳統噴涌設備在離心泵推動方面有著比較小的負載。所需要的驅動力也隨著高壓共軌壓力離心泵速率(供油量)成正比例上漲的。噴油器內部結構圖及外觀設計如下圖11所顯示。

輸油泵將汽柴油從柴油油箱泵出,通過含有油水分離裝置的汽油濾清器抵達噴油器的進油孔。輸油泵使汽柴油經閥門的節流孔,進到噴油器的潤滑和制冷控制回路。曲軸使3個離心泵柱塞泵依照凸輪軸的外型上下移動。

當提供的油汽壓超出閥門的開啟壓力、噴油器的柱塞泵往下運動的時候(去油行程安排),輸油泵可以使汽柴油經噴油器進油閥進到柱塞泵腔。在噴油器柱塞泵翻過下止點后,進油閥關掉。那樣,柱塞泵腔內的汽柴油被密封性,它會以高過提供的油壓力汽壓被擠壓,汽壓的上升一旦達到高壓共軌的汽壓,油閥打開了,被壓縮的汽柴油進到髙壓循環系統。柱塞泵再次提供汽柴油,直到抵達上止點(提供的油行程安排),工作壓力減少,造成油閥關掉,仍在柱塞泵腔內的燃油壓力降低,柱塞泵往下健身運動。只需柱塞泵腔內的氣體壓力至小于輸油泵的提供的油溫度時,進油閥就會開啟,去油全過程逐漸。

進液計量檢定比例電磁閥安裝于噴油器的第一級充壓(齒輪油泵)和第二級充壓(液壓柱塞泵)中間,以調整經第一級充壓到第二級充壓的燃料量,而閥的打開量由ECU操縱。進液計量檢定比例電磁閥的構造如下圖12所顯示。

(2)高壓共軌液位傳感器

為了能輸出一個相較于給出工作壓力電壓給ECU,高壓共軌液位傳感器務必精確測量高壓共軌的燃油壓力。液位傳感器需保證足夠的精度響應時間。高壓共軌液位傳感器由3部分構成:焊接在工作壓力設備里的集成化的傳感器構件,配有電子檢測電路的印刷線路板,配有電子器件插式連線的傳感器外殼。汽柴油根據高壓共軌上的一個小圓孔流入高壓共軌液位傳感器,它終點用感應器閥片密封性。不舒服的汽柴油根據一個不埋孔抵達感應器閥片。一個將壓力數據轉換為電子信號的傳感器構件(半導體材料設備)被組裝在這里閥片上,感應器造成信號被輸入一個用以變大撿取數據信號并將它送進ECU的檢查控制回路。

(3)高壓共軌管

高壓共軌貯存髙壓汽柴油。與此同時,因為噴油器的油泵和燃油噴射所產生的髙壓震蕩在高壓共軌容量中損耗,那樣確保在噴油泵開啟時時刻刻,噴涌工作壓力保持時間常數。高壓共軌與此同時起汽柴油調節器的功效。高壓共軌上配有用于精確測量提供的油壓力高壓共軌液位傳感器及總流量限位器。

3、液壓油管

液壓油管連接著高壓共軌管與噴油泵通道,用于傳輸髙壓汽柴油。油泵一瞬間,在液壓油管里有時會發生高頻率工作壓力起伏,因而液壓油管務必可以承受最高輸出壓力和高壓燃油的沖擊性功效。液壓油管是通過無縫鋼管制作而成的,一般直徑為6mm,直徑為2.4mm。各汽缸液壓油管長度應盡可能相同,使柴油發電機每一個噴油泵有相同的噴油壓力,從而減小柴油發電機各汽缸中間點火提前角的誤差。液壓油管應盡量短,使從高壓共軌管道噴油泵的壓損最少。

匯總:

在電機控制單體泵、電機控制泵噴頭、共軌系統這種柴油機電子器件控制策略之中,以共軌燃油噴射系統最被廣大汽車廠家所推崇,歸根結底不外乎從機械控制式向電子控制系統式改變的便捷度。共軌系統最大限度地降低了各老機型對更新開展機械設備變更的規定。如今在中國市場中的共軌系統服務提供商通常是國際巨頭,包含市場占有率達到70%的德國搏世BOSCH、日本的電裝DENSO、美國的德爾福DELPHI、美國康明斯Cummins等。本地企業之中雖也是有凝心聚力開展共軌系統研發與生產的,包含新風系統、北油、龍泵、無錫市油泵油嘴研究所等,但目前的技術先進性和生產成熟情況都未成氣候,海闊憑魚躍,仍需上完善機制追尋!