电喷柴油发电机燃油系统有几种型号和喷射方法

摘要：柴油发电机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特征。其喷射压力高达200MPa，为柴油机喷射压力的百倍以上。对燃油高压喷射装置实施喷油量的电子控制，困难大得多。而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，相对于柴油发电机活塞上止点的角度位置远比柴油机要求正确。由于柴油发电机的喷射系统形式多样，比如具有直列泵、分配泵、泵喷油泵、单缸泵等构造完全不同的系统。实施电喷技术的执行系统比较复杂，形成了柴油喷射系统的多样化；同时柴油发电机需要对油量、定期、喷油压力等多数据进行综合控制，其软件的难度也大于柴油机。但是因为其独特的领先性，采用电控已不可防范的成为当今柴油发电机技术的发展趋势。

柴油发电机电控技术与柴油机电控技术有许多相似之处，整个装置都是由传感器、电喷单元和执行器三大部分组成，在电控柴油发电机上所用的感应器中，如转速、压力、温度等传感器以及油门踏板感应器，与柴油机电控系统都是一样的。电控单元在硬件方面也很相似，在整车管理系统的软件方面也有近似处。柴油机电控技术在国外已经成熟，商品化程度已很高，因此大部分感应器和电喷单元已不是难点，也不是柴油发电机电喷技术的难点。柴油发电机电控技术有二个明显的特点：一个特征是其关键技术和技术难点就在柴油发电机喷射电控执行器上；另一个特性是柴油发电机电控喷射系统的多样化。

柴油发电机是一个热效率比较高的动力机械。它采用高压喷油泵（包括提前器）和喷油嘴将适量的燃油，在适当的时期，以适当的空间状态喷入柴油发电机的燃烧室，以造成较佳的燃油与空气混合和燃烧的较有利要素，实现柴油发电机在容量、功率、转速、燃油消耗率、怠速、噪音、排放等多方面的要求，柴油发电机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特性，其喷射压力高达60～150MPa，甚至200MPa，为柴油喷射的几百倍，上千倍。对于燃油高压喷射装置实施喷油量的电子控制，困难大得多。而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，相对于柴油发电机活塞上死点的角度位置远比柴油机要求准确，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。因此柴油发电机电喷技术的关键和难点就是柴油喷射电控执行器，也即电控柴油喷射装置，详细控制量是喷油量和喷油正时。

当今国际上柴油机电控技术已经成熟，且趋向一个比较单一的模式，即多点喷射。电喷化油器已经淘汰，单点喷射的应用大大减少，有些公司正在研究多点缸内喷射。柴油发电机在机械控制时代，就已经有直列泵、分配泵、泵喷嘴、单缸泵等组成完全不同的系统，每个装置各有其特征和适用范围，每种装置中又有多种不一样组成。实施电控技术的执行系统比较复杂，因此形成了柴油喷射系统的多样化。

针对柴油发电机电控燃油系统的种类，大约分为四种程序。首先，按喷射方式不同，电控燃油喷射装置可分为连续喷射方式和间歇喷射步骤。在采用间歇喷射方法的多点电控燃油喷射系统中，按各缸喷油器的喷射顺序又可分为同时喷射系统、分组喷射和装置顺序喷射装置。其次，按对进气量的计量步骤不同，电喷燃油喷射装置可分为D型喷射系统和I型喷射系统。然后，按喷射位置不一样，电控燃油喷射系统可分进气管喷射和缸内直接喷射两种类型。最后再按有无反馈信号，可分为开环控制系统和闭环控制装置。开环控制系统（无氧传感器）无法实现较佳控制。闭环控制系统（有氧感应器）是在发电机排烟管上加装了氧感应器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入汽缸的混合气空燃比，再通过ECM与设定的目标空燃比值进行比较，并根据误差修正喷油器喷油量，使空燃比保持在设定的目标值附近。

柴油发电机液压驱动电喷单体式喷油嘴（HEUI）是一种独特的电控装置，一般的柴油发电机燃油装置是由凸轮轴驱动摇臂构造，使喷油咀的喷油柱塞向下运动，升高封闭在喷油套筒内的燃油压力到足以打开喷油泵喷头总成内的喷油针阀。而HEUI燃油装置中，增压活塞上的高压机油代替摇臂功用于各喷油咀端部，即由高压机油提供动力的喷油压力，由机油压力决定压力的大小。

HEUI燃油装置的喷油速率采用液压程序控制，喷油速率随柴油发电机速度而变化，使柴油发电机的性能提升，燃油经济性改良并排放减轻。在喷油电磁阀接到来自ECM的信号产生激励时HEUI喷油咀柱塞动作，与其他机械驱动的燃油系统不一样，柴油发电机凸轮转速和凸起连续时间控制喷油泵的柱塞运动，于是喷油控制更加精确。

总的来说HEUI装置由三大部分构造：低压燃油系统、高压机油系统和由ECM控制的喷油系统。

HEUI属于低压燃油系统，如图2所示，燃油经燃油箱被吸出，经过滤器、低压油泵、燃油集合管至喷油嘴，向各个喷油器的供油量大于实际喷油量，以保证充分的润滑和冷却喷油嘴，没有喷出的燃油离开油道，最后经回油管的喷油压力阀（释放压力设定为414kPa）回到燃油箱。

低压燃油装置中无高压燃油流动，取消了高压油管，目的是预防燃油的可压缩性和油管的弹性在油管内形成压力波动，防止打开已关闭的针阀，发生二次喷射燃烧的异样，发生不完全燃烧。

柴油发电机的润滑装置可分为两部分：低压和高压。如图1所示可以看出，在低压机油泵的功用下，油底壳机油被吸起，通过机油冷却器和过滤器，此时机油分为两路，一路对柴油缸体进行润滑，另一路从高压油泵进入，进入高压油泵中的多余机油部分流回曲轴箱。此部分属于润滑装置的低压部分。在高压油泵的用途下，高压机油通往喷油嘴，此部分就是润滑装置的高压部分。

实际上，润滑装置的高压部分不仅仅起润滑的用途，更重要的是控制驱动喷油嘴的高压喷油。喷油压力控制系统如图3所示，装置内流动的都是高压机油，由高压机油泵、喷油压力稳压阀、喷油压力控制探头等构成。

它是由曲轴带动7个活塞的高压机油泵，在正常运转因素下，机油被加压至3100kPa到20685kPa之间，一个路轨式压力控制阀（RailPressure Control Valve，RPCV）控制油泵输出的压力，当开启调压控制阀时，溢流的机油回柴油发电机机油盘中。调压控制阀是一个电控溢流阀，起控制液压机油泵的泵油压力的功用，ECU调节机油泵的输出供油压力，通过改变电喷溢流阀的信号电流。调压控制阀的剖面图如图4所示，在柴油发电机停机时，调压控制阀内部的滑阀被复位弹簧推到右侧，机油溢流口关闭；在启动柴油发电机时，ECM发出信号给调压控制阀，电磁线圈发生磁场将衔铁推动菌状阀和推杆，流入滑阀腔内的机油压力和弹簧力共同作用使滑阀处于右端，继续使机油溢流油口关闭，使全部机油进入各汽缸盖内铸造的机油油道中，直到机油油道内达到期望的机油压力。

喷油泵由电磁阀、提动阀、酸化提升活塞、喷油泵总成等构造，如图5所示。

机油液压能量供应喷油器的喷射动力，喷油器内的活塞及柱塞的移动由液压压力及转速控制，由喷油器中电磁阀开关时间的长短达到控制喷油量 ECU发出脉冲的时间控制，当电磁阀通电时提动阀打开其阀座，推动活塞及柱塞在高压机油推动下行至较低，喷油咀进行喷油。ECM输出信号控制断开喷油器的电磁阀电源，停止喷油，关闭提动阀。当关上提动阀，高压机油关闭输送管道，对酸化增强活塞停止供油，转动空槽内排入酸化提升活塞内的高压机油。柱塞弹簧将酸化提高活塞及柱塞推回原位。当柱塞向上移动时，燃油阀打开，柱塞腔内开始注入低压燃油。ECU通过喷油嘴有效控制发电机的喷射转速、喷油时间及高压喷射压力。

喷射转速的控制：喷油泵的执行由液压装置控制，转速比传统的机械式要快，柴油发电机转速与喷射转速及压力无关。

在HEUI的喷油步骤中，因为电磁阀的转速响应极快，为“先导喷射”即“二次喷射”创造条件。所谓“先导喷射”，即通过喷油嘴喷入少量燃油到燃烧室，缓慢地使燃烧室内形成软性火焰前锋，这样气缸内的峰值温度和压力都低于普通一次喷射装置，此时由ECU检查喷油延时，在形成火焰前锋后，根据ECM提供的数据，喷油泵再次连续开启向气缸内喷入准确的油量，燃烧室内的燃油喷入活塞顶的碗形空间内，这有助于空气和燃油形成涡流。因为汽缸内的压力升高率减小了，燃烧噪声降低了，油耗下降，同时大大减少排出的废气浓度。

电喷泵喷嘴装置继承了机械式泵喷嘴装置的若干特征，如由布局在气缸盖上或布置在柴油发电机侧面高位处凸轮轴直接驱动或通过摇臂驱动泵油柱塞，柱塞偶件与喷油嘴偶件组合装在一个壳体里，柱塞泵油时产生的高压燃油立即进入喷油嘴，无高压油管。电控泵喷嘴系统取消了机械式泵喷嘴上用于控制供油量的螺旋槽而是用高速电磁阀来控制喷油正时和喷油量，因此属于时间控制类。

美国Detroit公司（底特律公司）DDEC装置的泵喷嘴喷油系统见图7（a），泵喷嘴机构和作业机理见图7（b）。

当装在泵喷嘴旁边的电磁阀开启时，柱塞虽已开始泵油，但由于旁通阀打开着，不能建立高压。当电磁阀一关闭，柱塞即向喷油泵泵油和喷油嘴进行喷油。电磁阀再打开东风康明斯柴油发电机，高压油立即卸压，停止供油，喷油嘴迅即停止喷油。电磁阀的关闭和打开由ECM控制柴油机维保规程和要求。由于电控泵喷嘴将柱塞和喷油泵、电磁阀都装在一个壳体里，又没有高压油管，高压死容积很小，因此允许发生更高的喷射压力，DDEC喷射压力为100MPa。同时减轻了密封表面和密封接头，电控泵喷嘴系统有很好的可靠性。

电磁阀的布置详细追求快速响应，因此选取了短行程、小品质、压力平衡式阀和平面形电枢。在整个装置中把检验电磁控制阀的关闭点作为反馈信号来实现闭环控制。深圳发电机出租公司可以用电磁阀螺线管电压或电流波形的检修来确定控制阀的关闭点，这样就不需要另外附加的感应器，这是它的特征。DDEC装置采用电压波形作为检修信号，这是经过对电压波形和电流波形两种方法对比后确定的。为此对螺线管的电流要有一个调节器予以调整，这样当螺线管中电流达到某一值后可维持不变。当电枢开始移动后，螺线管线圈中电压也在逐步增加。当电枢运动停止时，电压突然下降到仅需维持电流保持不变的低水平。这个电压突将可以很方便地检修到。为了提升响应速度，必须采用低电感线圈，以保证在低的电源电压下电流能以足够快的转速达到维持不变的水平。用这种方式来检验电磁关闭点精度可以达到±0.25主轴转角。这种检查方法也可处置电源电压变化时造成的供油量和喷油正时波动。

电喷单体式喷油嘴（EUP）是在以Bosch 喷油器-高压油管-喷油咀（PLN）装置为基础发展起来的，它由凸轮轴驱动，并实现了电子控制。单体式喷油咀泵体内的滚轮随动机构由凸轮轴驱动，推动套筒内的柱塞向上运动，发生喷油所需的高压，单体式喷油咀的基础结构如图8所示。

EUP的控制机理：在电磁阀关闭且凸轮轴推动EUP壳体内的柱塞向上移动时才会喷油，当电磁阀开启且在柱塞回位弹簧4作用下向下移动时，低压燃油将会产生溢流。高压燃油从EUP通过小管径高压油管被输送到喷油泵，大约在31027～34475kPa油压功用下克服弹簧压力而开启，此时喷油压力大约为179.3MPa。

电控分配泵是在机械分配泵的基础上发展而来的。它继承了原机械分配泵体积小、噪音小、运转平稳、受力均衡的优点，又大大简化了原机械分配泵的结构，其构造如图9所示。

如图10所示。打开点火开关燃油切断电磁阀通电开启，这样泵体和柱塞之间的燃油通道畅通。当输油泵旋转时，燃油从燃油箱中被抽吸上来，通过水沉淀器及柴油滤清器在由调节阀调定的压力下进入泵体。通过柱塞的运动燃油被压缩并分配到各个出油阀。燃油通过出油阀后，再通过高压油管进入喷油泵，并被喷入气缸。同时，喷油嘴的内部是靠燃油来润滑和冷却的。一部分燃油从溢流螺丝回到燃油箱，来控制泵体燃油温度的上升。

（3）凸轮板的板面有与气缸相同数量的端面凸轮。(4 缸发电机有4个端面凸轮。) 凸轮板依靠固定的滚子推动柱塞向内或向外旋转，柱塞随着端面凸轮的运动而运动柴油发动机故障诊断软件，柱塞的往复运动与端面凸轮的旋转同步。端面凸轮旋转一圈，柱塞完成4 次完整的往复运动。

（5）柱塞有4个吸油槽、1个分配孔、1个回油孔和1个平衡槽。回油孔和分配孔与柱塞中心孔相通。

柱塞在向下运动程序中（如图示向左移动时），柱塞上的 4 个吸油槽中的一个与分配头的吸油孔相通。这样燃油被吸入压力室，从那里进入柱塞内部。

随着凸轮板和柱塞旋转，分配头的吸油孔关闭、柱塞的分配孔与分配通道相通。随着凸轮板转上滚子，柱塞向右运动压缩燃油。当燃油压力超过出油阀弹簧的预紧力，燃油就被泵入喷油咀。

当凸轮板继续旋转柱塞继续向右运动，柱塞上的两个回油孔将柱塞及凸轮板顶在滚子上。这样高压油通过回油孔流回泵体。结果燃油压力突然下降、燃油喷射停止。

柴油发电机电子控制技术在环保、精度、自动控制和故障排除等方面具有亮点，但在保养难度、价格、耐用性和安全风险等方面存在局限。因此，柴油发电机组生产企业应该在技术掌握、应用和保养等方面加强探求，使柴油发电机电子控制技术更好地为人们的生活服务。