柴油機(jī)電噴技術(shù)的探討

摘要：本文主要對(duì)柴油機(jī)電噴系統(tǒng)的組成進(jìn)行了介紹，并對(duì)柴油機(jī)的電控噴油系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最后對(duì)柴油機(jī)電噴技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與性能優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);電控系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù);實(shí)際應(yīng)用

0 ?引言

海上的石油開采常會(huì)用到柴油機(jī)，其作為海上平臺(tái)最重要的一種動(dòng)力機(jī)械，具有轉(zhuǎn)矩大、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，要求其在生產(chǎn)過(guò)程中具有穩(wěn)定的工作狀態(tài)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境的重視，減少海上柴油機(jī)的尾氣排放、降低油耗及降低噪音污染成為當(dāng)今社會(huì)研究的熱門課題。目前，為了達(dá)到這個(gè)目的，國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)著重從柴油機(jī)的燃油噴射方式著手進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)工作，通過(guò)研究分析，得出電控燃油噴射技術(shù)具備很好的發(fā)展前景，其良好的動(dòng)力性能決定了其將在海洋石油平臺(tái)獲得廣泛的應(yīng)用，而且能起到節(jié)能降耗的作用。

1 ?柴油機(jī)電噴系統(tǒng)組成

通常，柴油機(jī)電噴系統(tǒng)由三大部分組成，主要包括電噴控制單元（ECU—EFI control unit）、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而柴油機(jī)電噴系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為兩種形式，分別為電控噴油泵與電子調(diào)速器，兩種形式控制循環(huán)供油的方式區(qū)別很大，電控噴油泵主要是通過(guò)控制電磁閥來(lái)控制供油，而電子調(diào)速器主要是靠齒條來(lái)控制供油。目前應(yīng)用較多的多為第一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖1為執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電控噴油泵形式的柴油機(jī)電噴系統(tǒng)的具體組成示意圖。具體包括：電噴控制單元，即ECM，其是柴油機(jī)電噴系統(tǒng)最主要的組成部分，內(nèi)嵌有微處理器;電池組與開關(guān)單元，該單元主要為ECU提供穩(wěn)定電源，保證各個(gè)機(jī)構(gòu)間的信號(hào)傳遞;各種傳感器，其是柴油機(jī)電噴系統(tǒng)的知覺(jué)器官，通過(guò)各種傳感器來(lái)感測(cè)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、曲軸相位、噴油壓力、溫度等;各種電纜線，其能夠?qū)⒏鞑糠謫卧獧C(jī)構(gòu)連接為一個(gè)整體，保證各部件間的持續(xù)通訊;另外還包括有電子控制噴油泵等。柴油機(jī)電噴系統(tǒng)工作過(guò)程可以描述為：各種傳感器對(duì)柴油機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將實(shí)時(shí)參數(shù)信息反饋至ECU中，ECU經(jīng)過(guò)信息處理發(fā)出相應(yīng)控制命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

2 ?電控噴油系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)特點(diǎn)

電控噴油系統(tǒng)發(fā)展到今天，已經(jīng)發(fā)展了多種形式結(jié)構(gòu)的電控噴油系統(tǒng)，其中應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下內(nèi)容，具體為：

①電控直列泵技術(shù)：通過(guò)對(duì)直列泵加裝電子控制器形成的一種電控噴油系統(tǒng)，其是從機(jī)械式噴油泵向電控式噴油泵轉(zhuǎn)變的第一代技術(shù)產(chǎn)品，技術(shù)存在一定的局限性，在控制噴油過(guò)程中只能夠?qū)τ土窟M(jìn)行調(diào)節(jié)，且制造成本高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于檢修。

②電控分配泵技術(shù)：德國(guó)博世公司生產(chǎn)的柴油機(jī)電控分配泵，也是一種非主流產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)噴油泵加裝高速電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)噴油，調(diào)節(jié)噴油壓力的目的。

③EUI技術(shù)：EUI技術(shù)即為電控泵噴嘴技術(shù)。電控泵噴嘴系統(tǒng)采用凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)控制柴油機(jī)噴油泵噴油，其在所有噴油系統(tǒng)中具有最高的噴射壓力，噴油泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，且具有在工作運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定可靠，氮氧化物的排放濃度低，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)在諸多重型車用柴油機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。但該技術(shù)也存在一定的局限性，例如，其采用頂置凸輪軸結(jié)構(gòu)，造成柴油機(jī)的整體造價(jià)升高，且無(wú)法對(duì)噴射壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，由于噴油泵體積偏大，不利于柴油機(jī)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，也限制了噴油方位。

④EUP技術(shù)：EUP技術(shù)即為電控單體泵技術(shù)，其是在電控泵噴嘴技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，主要組成部分包括單體泵、噴油器及各路油管。該技術(shù)已在中、重型車用柴油機(jī)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，除了德國(guó)博世公司，在我國(guó)的柴油機(jī)生產(chǎn)廠家玉柴、大柴中也得到了應(yīng)用。應(yīng)用EUP技術(shù)生產(chǎn)的電控單體泵系統(tǒng)與應(yīng)用EUI技術(shù)生產(chǎn)的電控泵噴嘴系統(tǒng)具有相似的產(chǎn)品特征，只是噴射壓力相比于電控泵噴嘴系統(tǒng)較低，約為180MPa，凸輪軸設(shè)計(jì)上采用的為下置凸輪軸結(jié)構(gòu)。

⑤HEUI技術(shù)：HEUI技術(shù)即為液壓電控泵噴嘴技術(shù)。圖2為液壓電控泵噴嘴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。作為目前最先進(jìn)的電控噴射系統(tǒng)，其也已在中型車用柴油機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)將電控和液壓技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴射裝置噴油的靈活控制，在噴射的過(guò)程中不受曲軸轉(zhuǎn)速的影響，能夠持續(xù)保持所需的噴油壓力，進(jìn)而保證了整個(gè)噴油過(guò)程的順利完成。該技術(shù)除了以上優(yōu)點(diǎn)，也存在一定的技術(shù)局限性，由于采用該技術(shù)生產(chǎn)的噴油器、氣缸蓋結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此對(duì)柴油機(jī)后期的保養(yǎng)維護(hù)有著較高要求，且對(duì)潤(rùn)滑油的種類、更換周期等要求也更為嚴(yán)格，除此之外，還存在冬季不易起動(dòng)、噴油系統(tǒng)功率消耗大等缺點(diǎn)。另外，仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)后噴功能。

⑥CRI技術(shù)：CRI技術(shù)即為高壓共軌電控噴射技術(shù)，該技術(shù)最大的特色就是使用高壓油泵取代之前電控噴射系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)凸輪。如圖3所示，該技術(shù)由電噴控制單元（ECU）對(duì)噴油器電磁閥進(jìn)行啟閉控制，進(jìn)而達(dá)到對(duì)噴油量進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的，噴射過(guò)程不受發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速負(fù)荷的影響。該技術(shù)已在轎車，輕、重型車用柴油機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)用該技術(shù)生產(chǎn)的高壓共軌系統(tǒng)噴射規(guī)律與液壓電控泵噴嘴系統(tǒng)類似，具有平均有效噴射壓力高、噴射靈活、可隨意調(diào)節(jié)噴射壓力及多次噴射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其也具有一定的技術(shù)局限性，例如，系統(tǒng)不易控制氮氧化物的排放濃度，且無(wú)法對(duì)動(dòng)態(tài)壓力進(jìn)行調(diào)控、噴射油泵結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、造價(jià)昂貴及加大了柴油機(jī)工作量等技術(shù)缺陷。

3 ?實(shí)際應(yīng)用

本文以CaterPillar C-9型柴油機(jī)為例，對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行分析。該型號(hào)柴油機(jī)有效功率為224kW，有效耗油率202g/kW·h。CaterPillar C-9型柴油機(jī)采用的是HEUI液壓式噴油系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程會(huì)出現(xiàn)排氣冒藍(lán)煙及實(shí)際輸出功率低的現(xiàn)象。究其原因，是在設(shè)計(jì)電控噴油系統(tǒng)時(shí)，無(wú)法將噴油器中的增壓器的活塞上、下腔中的燃油與機(jī)油進(jìn)行有效隔離，隨著電噴系統(tǒng)的不斷運(yùn)行，難免出現(xiàn)燃油中滲入機(jī)油的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致柴油機(jī)排氣冒藍(lán)煙。由于燃油混入機(jī)油，所以柴油機(jī)氣缸內(nèi)燃料燃燒不完全，進(jìn)而造成輸出功率減小。因此，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，應(yīng)做到：

①燃油采用高標(biāo)低硫油;②固定周期清理油內(nèi)污垢、積水現(xiàn)象;③嚴(yán)格遵守后期維修保養(yǎng)守則，固定周期更換柴油機(jī)潤(rùn)滑油;④在對(duì)濾清器進(jìn)行清洗或更換的過(guò)程中，應(yīng)注意不能對(duì)細(xì)濾器進(jìn)行清洗，只能做更換處理;可以清洗粗濾器，但清洗次數(shù)不能超過(guò)6次，1年之后必須做更換處理;在更換過(guò)程中，務(wù)必保持安裝口處清潔無(wú)灰塵。

4 ?結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，柴油機(jī)的電噴技術(shù)還將得到進(jìn)一步的改進(jìn)完善，以期達(dá)到提高柴油機(jī)運(yùn)行可靠性及節(jié)能環(huán)保的目的。

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作者簡(jiǎn)介：顧紅根（1970-），男，江蘇射陽(yáng)人，本科，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)閮?nèi)燃機(jī)。