柴油发电机燃油共轨机构构造与优点

控制设计的基础理念是实现比以前的柴油发电机直接喷射机构更大的雾化，以优化在喷射燃油时在室内形成的混合物的自燃步骤，这是燃油循环的基础机理。 为此，在喷油嘴（喷嘴）的尖端径向设计小得多的孔，以更高的压力补偿这个小通道部分。高压共轨机构将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，如果把单体泵燃油喷射技术比做柴油发电机技术的革命的话，那共轨就可以称作反叛了，因为它背离了传统的直喷式柴油发电机，并开辟了减少康明斯发电机组排放和噪声的新措施。

      电控高压共轨技术是指高压油泵、压力探头和ECU组成的闭环装置中，将喷射压力的发生和喷射流程彼此完全分开的一种供油程序，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发电机的速度无关，可以大幅度减小柴油发电机供油压力随发电机速度的变化，因此也就降低了传统柴油发电机的缺陷。ECM控制喷油嘴的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。

      第一代共轨高压泵总是保持在较高压力，导致能量的浪费和很高的燃油温度。第二代可根据发电机需求而改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能。预喷射降低了发电机噪声：在主喷射之前百万分之一秒内少量的燃油被喷进了气缸压燃，预加热燃烧室。预热后的气缸使主喷射后的压燃更加容易，缸内的压力和温度不再是突然地增加，有利于降低燃烧噪音。在膨胀步骤中进行后喷射，发生二次燃烧，将缸内温度增加200～250℃，降低了排烟中的碳氢化合物。

      由于其强大的技术潜力，今天各制造商已经把目光定在了共轨系统第3代——压电式(piezo)共轨系统，压电执行器代替了电磁阀，于是得到了更加精确的喷射控制。没有了回油管，在构造上更简单。压力从200～2000巴弹性调节。较小喷射量可控制在0.5mm3，减少了烟度和NOx的排放。

      “电喷”是指喷油机构由电脑控制，ECU（俗称电脑）对每个喷油器的喷油量、喷油时刻进行精确控制，能使柴油发电机的燃油经济性和动力性达到较佳的平衡，而传统的柴油发电机则是由机械控制，控制精度无法得以**。

      “高压”是指喷油系统压力比传统柴油发电机要高出3倍，较高能达到200MPa（而传统柴油发电机喷油压力在60—70 MPa），压力大雾化好燃烧充分，从而增强了动力性，较终达到省油的目的。

      “共轨”是通过公共供油管同时供给各个喷油嘴，喷油量经过ECM精确的计算，同时向各个喷油嘴提供同样质量、同样压力的燃油，使发电机运行更加平顺，从而优化柴油发电机综合性能。而传统柴油发电机由各缸各自喷油，喷油量和压力不一致，运行不均匀，造成燃烧不平稳，噪音大，油耗高。

      现在，国内制造的具备国际领先的电控高压系统技术的柴油发电机采用了欧美柴油发电机的较新核心技术，明显优于传统增压柴油发电机。它比传统增压柴油发电机燃烧效率增强8%、二氧化碳排放低10%、噪声下降15%，彻底改变了柴油发电机在人们心目中“噪音大、排黑烟”的形象。

      燃油高压共轨机构是安装在柴油发电机上的电控式燃油喷射机构。，结构如图1所示 共轨柴油系统现在能够保证柴油发电机的较大性能和可靠性，减少噪音和排放。

      高压共轨机构由巴里物理学家马里奥·里科发明，由燃油计量单元、喷射泵、导轨、喷射器、测量发电机运转状况的传感器和管理所有组件的控制单元 (ECM) 构成。该机构彻底改变了发电机的喷射模型，从柴油发电机中汲取灵感，并偏离了传统的柴油发电机。与后者的具体差异在于，共轨发电机的单个喷油器不是被动的（它们只有在接收到压力下的柴油时才打开）而是主动的，由于燃油的喷射是由一个由电子控制的阀门控制的。这种制度允许以极高的精度调整燃油喷射，这也可以在多个阶段进行。这有利于排放水平显着减小，以及发电机的安静性。由于其创新和高性能的品质，共轨系统已成为以前机械装置和操作泵式喷射器的更复杂系统的替代品。

（1）共轨腔内的高压直接用于喷射，可以省去喷油器内的增压装置；而且共轨腔内是持续高压，高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。

（2）通较高压油泵上的压力调整电磁阀，可以根据柴油发电机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨腔内的油压进行灵活调节，尤其优化了柴油发电机的低速性能。

（3）通过喷油器上的电磁阀控制喷射定期，喷射油量以及喷射速率，还可以灵活调整不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔。

     高压共轨机构的作业原理如图2所示。高压泵将燃油置于压力下并将其输送到用作 压力储存罐的公共管道。压力通过电子控制阀进行调节，以保持公共管道中电子控制单元所需的压力。然后燃油到达喷油器并占据两个隔间，一个在雾化器针头上方，一个在雾化器针头下方。两个相反的力相互抵消，因为一个小弹簧，针保持关闭。称为控制室的上部隔室有一个由螺线管 或 压电 控制阀调节的通气口。当电子控制单元打开阀门时，针头上方的隔室被清空，下部隔室中的压力控制针阀的打开并开始燃烧室中的喷射程序，该步骤仅在中断命令时结束阀门；控制室中的压力积聚引起雾化针关闭。

      柴油发电机的低压油路部分包括燃油箱、输油泵、柴油滤清器以及低压管路等。共轨燃油系统低压油路部分如图1所示。各零部件的构成与功能如下：

      输油泵的详细作用是供给高压油泵足够的具有现定力的燃油。目前输油泵多见有滚柱式和齿轮式两种。滚柱式输油泵为电动式，可装在油箱内或油箱外低压油管上；并有油泵控制电路，当柴油发电机停止运行，而启动开关在ON位置时，电动喷油泵停止运行。齿轮式输油泵为机械式，它与高压泵组合在一起，或用柴油发电机直接驱动。

       齿轮式输油泵用于共轨喷油系统中，向高压油泵输送燃油，其装在高压泵中与高压泵共用驱动机构，或装在柴油发电机旁，配有单独的驱动机构。

      齿轮式输油泵的基本结构是由2个互相啮合反向转动的齿轮，将齿隙中的燃油从吸油端送往压油端，齿轮的接触面将吸油端和压油端互相密封以避免燃油倒流，其输出量与柴油发电机速度成正比，因此，输油量的调整借助于吸油端的节流调整阀或压油端的溢流阀进行。

      齿轮式输油泵输出的油量比较均匀，油压的波动也比滚柱式输油泵小，且在作业期间不需要保养。为了在第一次起动时或燃油箱放空排尽燃油管路装置中的空气，在齿轮式输油泵或低压管路上需设置手动泵。

注意：输油泵坏将致使低压油路中不油，供油不足，供油不稳及漏气等易见故障；造成供油量不足，动力不佳，加不上油，严重时还会有缺缸、排烟呈蓝白黑烟等状况；当柴油发电机不能启动时，且无损坏码，用故障解除仪测得油轨压力为2~3MPa（油轨有燃油进入但压力不足）。

      柴油中的杂质，可能引起泵零件、出油阀及喷油嘴等的磨损；另外，柴油中含水，可能变成乳状物或因温度变化而凝结，若水进入喷射装置，则可能引起零件锈蚀。与其他喷射机构相同，共轨式喷射系统也需要附有水分储存室的柴油过滤器，如图3所示，必须定时打开放水螺钉放水。

     燃油箱即储存燃油的容器机构，一般用于由柴油机或柴油发电机驱动的机器上。这是燃油箱较基础的用途，此外，还发挥着散热、沉淀油料中的杂质以及分离油体中的气泡等功能。

     燃油箱通常有两个出口，一个是注油口，另一个是内置的出口，燃油泵和燃油计量仪器等部件机构就是从这个口进入的。另外，随着燃油的消耗殆尽，油量的减轻以及油面的减轻，燃油箱内外气压差随之增大，这种情况下极易造成燃油箱的变形，为了预防产生此问题，燃油箱上都会装有通气机构。

      很大一部分柴油发电机启动困难的具体因由是柴油低压管路密封性差，致使发电机在前一天停机熄火后，低压管路开始进入空气，经过一夜的积累，第二天发电机起动失败，严重影响工作。而在柴油发电机试验开发过程中，低压管路的密封性差同样会致使试验结果的不正确，试验重复率高，增强开发成本。

       柴油发电机低压管路的油压**装置，结构示意图如图4所示。该柴油发电机低压管路的油压**机构通过在油桶上注入压缩空气，使得低压管路中的油压处于正压，既便于管路排空及使停机时间内外围空气无法进入管路，又可通过进一步提高压力反查低压管路的渗油点便于解除故障，也可通过其稳压功能保证冷冻后的柴油管路处于某一设定的压力，其主要作用是解决柴油发电机在起动试验前因为管路中无柴油引起的起动失败或者是发电机停机后因为柴油低压管路的漏气致使的发电机不能起动。

      随着柴油发电机缸内燃烧控制理论的发展，常规直接喷射燃油系统已经不能完全满足控制、优化燃烧过程的技术需求，因此，高压共轨系统应运而生。上述文章中综合解析国内外对柴油发电机电喷燃油喷射装置的研讨历史和状况，电喷高压共轨系统具有很大的发展空间，详细是进一步挖掘电喷的灵活多样性和共轨系统压力-时间控制原理的潜力，以获得理想喷油规律。重点在于提升喷射压力和改善喷油速率控制的柔性度。主要的技术步骤是多级压力控制和多次喷射。