从传统到共轨:康明斯发电机柴油喷油技术的演变

2025/12/12 12:43:14 康明斯发电机 [news:visits]


引言:供油系统的功能是依据柴油发电机运行工作状况的需求,向柴油发电机提供一定数量的、洁净的、做雾化较好的汽柴油,便于与一定数量的气体混和产生易燃混合气体。供油系统一般是由高压油泵、燃油滤、喷油器、液压油管、输油泵等构成。因为共轨式燃油喷射系统具备能够对油泵按时、油泵持续期、喷油压力、油泵规律性开展软性调节特性,从而使得柴油发动机的经济性、驱动力和排出特性都有进一步的提高。因而,康明斯柴油发动机未来发展趋势可谓是全面进入共轨时期,这就需要加强对共轨系统的研究幅度,使康明斯柴油发动机水准跨上一个新的台阶。



一、供油系统的种类



1、直六柴油泵系统软件

直六柴油泵操作系统是运用最为广泛的、传统柴油机喷涌技术性。多年来,这种系统不断完善,而且融入大量的应用范围,因而,如今依然存在不同版本的这个系列柴油泵在广泛应用。它们显著特点是稳定的耐久性和易维护性。就其实际应用标准都自带提早提供的油装置及脚踏式调速电机或电子执行机构。针对直六柴油泵(尤其是广泛运用于重型车柴油发电机的)柴油发电机每一个汽缸都有一套由曲轴驱动柱塞泵-柱塞套总程,柱塞泵数必须和柴油发电机的气缸数同样。

2、分派式柴油泵系统软件

分派式柴油泵燃料供给系统平面图如下图2所显示。分派离心泵柱塞泵数和气缸数不相干。特点是含有一体式的油泵提早装置及脚踏式调速电机或电子执行机构。

(1)在含有径向柱塞泵的分配式柴油泵里,一个中置的由凸轮轴盘驱动柱塞泵产生压力并把汽柴油分派到各个汽缸,同时由一个控制环或阀门控制点火提前角。

(2)含有轴向柱塞泵的分配式柴油泵有2~4个凸轮轴环驱动轴向柱塞泵,用于产生压力和提供的油,用阀门控制油泵气门及调整汽柴油量。

这几种分派式柴油泵的零件都会要求有很高的生产制造精密度,以确保更久的使用期和一致性,确保精确操纵进油孔的关上和点火提前角,并确保各汽缸间的点火提前角尽量均值。分派式柴油泵用以3~6缸柴油发电机上,频率范围依据柴油发电机转速和加热方式的不同而不同,最高可以达到20kW/缸。直喷式柴油发电机使用的分派式柴油泵转速比达2400r/min时,柴油泵高压室压力最高达70MPa。

3、泵喷头供油系统

泵喷嘴的泵和喷头是装扮成一体的。每一个汽缸在缸体上配有一个泵喷头,它直接由拐臂或间接的由柴油发电机曲轴根据摆杆来推动,如下图4所显示。与直六泵和分派式柴油泵对比,根据除掉液压油管可以使喷油压力有显著的提升(至205MPa)。那样强的喷油压力加上对油泵延续时间(即点火提前角)和油泵起始站的特性参数开展电子器件闭环控制系统,就能让柴油发电机的有害物排出显著降低,并得到样子较好的提供的油率曲线图。因为泵喷头系列产品传动装置繁杂,对气缸盖要求严格,系统软件成本相对高,一般在研发柴油发电机的时候不选用该喷油系统。

4、高压共轨喷涌系统软件

高压共轨燃油喷射系统由低电压一部分、髙压部分ECU构成,如下图5所显示。

(1)低电压提供的油部分包括柴油箱、预滤器、输油泵、汽油滤清器、低压油管。输油泵从机油箱吸出来通过空气滤芯的汽柴油,随后持续不断的将汽柴油输送给高压水泵。

(2)髙压部分包括带压力调节阀的高压水泵、液压油管、轨压传感器、压力限制阀、总流量限位器、做为髙压储能器的油轨和喷油泵及进油管构成。高压水泵缩小汽柴油至最高可达135MPa的输出压力,以后汽柴油根据空调管进到管形高压汽柴油储能器(油轨)。

(3)高压油轨里的髙压汽柴油根据另一部分液压油管分给柴油发电机各缸的喷油泵。即便喷油泵为开展油泵已经从轨道中得到汽柴油后,路轨内的压力还能够保持恒定,这是因为汽柴油的固有弹力而引起的储能器效应结论。燃油压力由轨压传感器精确测量并且通过压力限制阀维持在理想的水准。压力限制阀的作用是限制油轨里的工作压力不得超过150MPa。髙压汽柴油根据总流量限位器直接在油轨进到喷油泵,总流量限位器防止过多汽柴油流入燃烧仓。

(4)当喷油泵里的继电器被激发,汽柴油排出时,喷头打开,将柴油立即喷到柴油发电机燃烧仓内,多余汽柴油根据进油管流回油箱。从压力限制阀、高压水泵的泵油也流到柴油油箱。

(5)高压共轨(储能器)系统软件使柴油发电机的喷涌系统和各种各样远程操作功能有可能构成一个整体,同时提高了燃烧现象设计方案的灵活性。

(6)系统软件借助油轨把压力的产生与喷涌分离。用柱塞式直六泵做为高压水泵,在柴油发动机上使用径向柱塞泵产生压力,这种泵可以设计成在低转距下运行,进而大幅度地减少对驱动功率的需要。如果将汽油泵设计方案变成变量柱塞泵能使整个系统高效率大为提高。

(7)共轨系统的显著特点是:把喷涌压力产生与柴油发电机转速比及供油量分离,那样就很有可能提升均值喷涌工作压力;另一特征是油泵规律性软性可变性,这会对点燃提升十分重要。

5、单体泵系统软件

单体泵系统软件关键部件有总体插式高压水泵、迅速功效的继电器、电子控制系统、比较短的液压油管、喷油泵总程。

单体泵一般作为整体构件装到柴油发电机的气缸套上,由配气机构曲轴里的喷涌凸轮轴推动。单体泵适用工作压力可达到160MPa。那样强的喷涌压力与根据特点图普电子闭环控制系统联合使用,在耗油量及排污层面均可获得实质上的减少,并能够满足现有的及即将发布的法律法规的规定,还可以有选择地停缸。为脚踏式单体泵汽柴油提供设备平面图。柴油发电机喷油系统由柴油箱、低电压汽柴油输油管道、输油泵、柴油精滤器、柴油泵、液压油管、喷油泵、进油管和泄压阀构成。


原理:

柴油箱储有通过积累和空气滤芯的柴油机。柴油机从柴油箱被吸进输油泵并泵出,经柴油精滤器滤掉残渣后,进到柴油泵。自柴油泵泵出来的髙压柴油机经液压油管和喷油泵喷到燃烧仓。因为输油泵的供油量比柴油泵供油量大很多,过量柴油机便经进油管流到柴油箱。从柴油箱到柴油泵通道的那段油道里的汽压是通过输油泵创建的,而输油泵的冒油工作压力一般为4~5bar(1bar=105Pa),故这一段油道称之为低电压油道。从柴油泵到喷油泵这一段油道里的汽压是柴油泵创建的,一般在1000bar之上,故名该段油道为高压油路。髙压柴油机根据喷油泵呈雾气喷到燃烧仓,与空气混合而产生易燃混合气体。

二、电机控制燃料供给系统的构成



图1为共轨电机控制燃油喷射系统的最基本构成图。它主要由ECU、喷油器、高压共轨管、电机控制喷油泵及各种传感器和构成。低电压高压油泵将汽油键入喷油器,喷油器将汽油充压送进高压油轨,高压油轨里的工作压力由ECU依据油轨工作压力传感器测量的油轨压力以及必须进行控制,高压油轨里的汽柴油通过液压油管,依据设备的运行状态,由ECU从预设的map图上明确适宜的油泵按时、油泵持续期由电液控制电子喷油泵将汽柴油喷到汽缸。通过对发动机排气量检验方式不同,燃油喷射系统可分为两种类型:L型(进气量型或实时测量型)燃油喷射和D型(进气支管工作压力型或等效替代法型)燃油喷射。


1.低电压油道一部分

低电压油道部分是高压油路一部分提供充足的剩余油,关键零部件有机油箱,低压回路的进、出输油管,汽油滤清器,输油泵,高压水泵的低压中心。

(1)输油泵

输油泵工作是向高压水泵提供充足的汽柴油量。各种各样运行状态、不一样的重要压力之下、全部使用寿命期都必须要满足上述规定。现阶段,有两种形式:一种是电子器件滚子轴承式输油泵,是一种规范方式;另一种是机械齿轮驱动输油泵。

传动齿轮式输油泵用来给喷油器给予汽柴油,其核心零件是两种在转动彼此齿合的翻转传动齿轮,如下图9所显示。汽柴油被吸进泵壳和传动齿轮间的内腔内,且被传至工作压力侧出油孔,旋转齿轮之间的啮合线能保证良好的密封性,可防止汽柴油逆流。传动齿轮式输油泵的供油量与柴油发电机转速比成正比例,齿轮油泵的供油量在进入油孔端溢流阀或是出油孔端调速阀处受限制。传动齿轮式输油泵是经久耐用的。在第一次启动时或柴油油箱内汽柴油被耗尽时,启动前要排出来柴油油箱室内的空气。当排出来气体时,用手动泵压送柴油机直至油道中没有空气才行。手动泵是与柴油精滤器制成一体的。

(2)汽油滤清器

汽柴油中若带有残渣,可能导致高压油泵零部件、油阀、喷油泵的损坏,所以必须装用汽油滤清器。汽油滤清器要符合喷涌全面的特定要求,不然燃料供给系统正常运行和有关元器件的使用期将不能得到保障。柴油机里面含有可溶乳浊液或是自由水(比如用以气温变化的冷冻液),若这类水进入喷涌系统软件,将会引起供油系统器件的穴蚀。含有油气分离器的汽油滤清器能够去掉柴油机的水分。在一些柴油发电机上,柴油油箱和输油泵中间安置油气分离器。油气分离器由手夹膜片泵、液位感应器、浮球、分离设备外壳和分离设备盖等构成。来源于柴油箱的柴油机经进油孔进到油气分离器,由出油孔排出。柴油机的水分在油气分离器内从柴油机中分离出来并附着在壳体的底端。浮球伴随着积水的增加而上调,当浮球抵达所规定的加水水位线时,液位感应器将线路接入,汽车仪表板里的报警指示灯传出加水数据信号,这时候操作工需及时旋松加水塞放水。手夹膜片泵供加水和排气管时进行。

2、高压油路一部分

共轨系统的高压油路部分包括静电发生器(喷油器)、工作压力储能器(高压共轨管)和汽柴油计量检定元器件(继电器),关键的零部件有装有电磁阀喷油器、高压共轨管、高压共轨液位传感器、喷油泵。

(1)喷油器

喷油器是髙压控制回路和低压回路的交界面,在所有条件下,它主要从事在发电机队的全部使用期限中提供充足的髙压汽柴油,与此同时要确保柴油发电机快速启动所需的额外供油量与压力规定。喷油器不断造成高压共轨所需要的输出压力。这也就意味着汽柴油不是在每一个单一的喷涌全过程都必须要被挤压(相对于传统的系统软件汽柴油)。

喷油器组装在和传统式柴油发电机分派泵同样位置上,根据皮带轮法兰盘、皮带轮、齿带由柴油发电机推动,其额定转速不得超过3000r/min。喷油器靠低电压油道来的汽柴油润化。喷油器上设置有用来进行压力调节的继电器。汽柴油被3个呈放射状组装互隔120°的油阀柱塞泵缩小,喷油器每转1圈,有3次提供的油,最高值推动转距比较低,喷油器传动系统维持较稳定的负载。16N·m的转距应该是推动一个同样分派泵需要转距的1/9,这也就意味着共轨系统比传统喷涌设备在离心泵推动方面有着比较小的负载。所需要的驱动力也随着高压共轨压力离心泵速率(供油量)成正比例上涨的。喷油器内部结构图及外观设计如下图11所显示。

输油泵将汽柴油从柴油油箱泵出,通过含有油水分离装置的汽油滤清器抵达喷油器的进油孔。输油泵使汽柴油经阀门的节流孔,进到喷油器的润滑和制冷控制回路。曲轴使3个离心泵柱塞泵依照凸轮轴的外型上下移动。

当提供的油汽压超出阀门的开启压力、喷油器的柱塞泵往下运动的时候(去油行程安排),输油泵可以使汽柴油经喷油器进油阀进到柱塞泵腔。在喷油器柱塞泵翻过下止点后,进油阀关掉。那样,柱塞泵腔内的汽柴油被密封性,它会以高过提供的油压力汽压被挤压,汽压的上升一旦达到高压共轨的汽压,油阀打开了,被压缩的汽柴油进到髙压循环系统。柱塞泵再次提供汽柴油,直到抵达上止点(提供的油行程安排),工作压力减少,造成油阀关掉,仍在柱塞泵腔内的燃油压力降低,柱塞泵往下健身运动。只需柱塞泵腔内的气体压力至小于输油泵的提供的油温度时,进油阀就会开启,去油全过程逐渐。

进液计量检定比例电磁阀安装于喷油器的第一级充压(齿轮油泵)和第二级充压(液压柱塞泵)中间,以调整经第一级充压到第二级充压的燃料量,而阀的打开量由ECU操纵。进液计量检定比例电磁阀的构造如下图12所显示。

(2)高压共轨液位传感器

为了能输出一个相较于给出工作压力电压给ECU,高压共轨液位传感器务必精确测量高压共轨的燃油压力。液位传感器需保证足够的精度响应时间。高压共轨液位传感器由3部分构成:焊接在工作压力设备里的集成化的传感器构件,配有电子检测电路的印刷线路板,配有电子器件插式连线的传感器外壳。汽柴油根据高压共轨上的一个小圆孔流入高压共轨液位传感器,它终点用感应器阀片密封性。不舒服的汽柴油根据一个不埋孔抵达感应器阀片。一个将压力数据转换为电子信号的传感器构件(半导体材料设备)被组装在这里阀片上,感应器造成信号被输入一个用以变大捡取数据信号并将它送进ECU的检查控制回路。

(3)高压共轨管

高压共轨贮存髙压汽柴油。与此同时,因为喷油器的油泵和燃油喷射所产生的髙压震荡在高压共轨容量中损耗,那样确保在喷油泵开启时时刻刻,喷涌工作压力保持时间常数。高压共轨与此同时起汽柴油调节器的功效。高压共轨上配有用于精确测量提供的油压力高压共轨液位传感器及总流量限位器。

3、液压油管

液压油管连接着高压共轨管与喷油泵通道,用于传输髙压汽柴油。油泵一瞬间,在液压油管里有时会发生高频率工作压力起伏,因而液压油管务必可以承受最高输出压力和高压燃油的冲击性功效。液压油管是通过无缝钢管制作而成的,一般直径为6mm,直径为2.4mm。各汽缸液压油管长度应尽可能相同,使柴油发电机每一个喷油泵有相同的喷油压力,从而减小柴油发电机各汽缸中间点火提前角的误差。液压油管应尽量短,使从高压共轨管道喷油泵的压损最少。

汇总:

在电机控制单体泵、电机控制泵喷头、共轨系统这种柴油机电子器件控制策略之中,以共轨燃油喷射系统最被广大汽车厂家所推崇,归根结底不外乎从机械控制式向电子控制系统式改变的便捷度。共轨系统最大限度地降低了各老机型对更新开展机械设备变更的规定。如今在中国市场中的共轨系统服务提供商通常是国际巨头,包含市场占有率达到70%的德国搏世BOSCH、日本的电装DENSO、美国的德尔福DELPHI、美国康明斯Cummins等。本地企业之中虽也是有凝心聚力开展共轨系统研发与生产的,包含新风系统、北油、龙泵、无锡市油泵油嘴研究所等,但目前的技术先进性和生产成熟情况都未成气候,海阔凭鱼跃,仍需上完善机制追寻!