泵喷嘴式柴油发电机作业原理

摘要：柴油发电机的电喷泵喷嘴型喷射系统是直接将柱塞偶件（高压泵）和喷油器偶件集成在一个壳体内的一种新型的燃料喷射装置。相当于在泵-管（共轨）-喷油泵装置中取消了高压油管，防范了高压共轨喷射系统耐高压及高压密封等问题。因泵喷嘴型喷射装置无高压油管，于是高压泵泵油时所产生的高压燃油经很短的路径直接进入喷油泵的承压环槽内，实现柴油发电机的喷油程序。

      柴油发电机电控技术与柴油机电喷技术有许多相似之处，整个装置都是由感应器、电喷单元和执行器三大部分结构，在电喷柴油发电机上所用的传感器中，如速度、压力、温度等探头以及油门踏板感应器，与柴油机电控系统都是一样的。电喷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，因此大部分传感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征：一个特性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；另一个特点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因素，实现柴油发电机在功率、功率、速度、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正确，这就致使了柴油喷射的电喷执行器要复杂得多。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，也即电喷柴油喷射装置，具体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。电控化油器已经淘汰，单点喷射的运用大大减小，有些公司正在讨论多点缸内喷射。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、单缸泵等构造完全不一样的系统，每个装置各有其特性和适合范围，每种装置中又有多种不同组成。实施电控技术的执行机构比较复杂，因此形成了柴油喷射装置的多样化。

      泵喷嘴顾名思义就是喷油泵与喷油咀组合在一起，以省去高压油管并获得高喷射压力的燃油系统。因为无高压油管，故而可解除长的高压油管中压力波和燃油压缩的危害，高压容积大大降低，因此可发生所需的高喷射压力。喷油量和喷油时间的控制，是通过电磁阀来控制的，控制精度大大提升。

      图1所示为柴油发电机的DDEC型电控泵喷嘴的构成，主要由泵喷嘴体、驱动机构、控制阀及电磁阀等构成。泵喷嘴体将喷油器和喷油咀做成一体，并在喷油泵柱塞上取消了机械式喷油嘴柱塞上用于控制供油量的螺旋槽。喷油定期和喷射量是通过高速电磁阀控制泵喷嘴进油阀的开启时刻和开启连续时间来控制的。因为这种电喷泵喷嘴喷射系统将喷油咀柱塞、喷油咀及电磁控制阀（由柱塞阀、挡板等组成）都安装在一个壳体里，又没有高压油管，于是高压系统体积很小，因此允许产生更高的喷射压力（目前已达到200MPa以上），同时降低了密封表面和密封接头，于是可靠性好。但是需要专用驱动装置来驱动，驱动装置由凸轮轴、摇臂及挺柱等构成，故而构造复杂。而驱动凸轮轴由主轴的正时齿轮驱动，装配时要保证供油定时。

      图2所示为柴油发电机的电控泵喷嘴的作业原理示意图。当柴油发电机工作时，泵喷嘴柱塞在驱动凸轮和柱塞弹簧力的用途下完成泵油过程。当凸轮偏过后，柱塞在其弹簧的用途下上移，此时柱塞腔体积增加，柱塞腔进油（图2-第1图）；当凸轮推动柱塞下移时，如果此时电磁阀断电，电磁阀阀芯在其弹簧力的用途下处于开启状态，于是当柱塞泵油时高压油经与电磁阀阀芯一体的控制阀5回油（图2-第2图），喷油泵油腔内不能建立高压，针阀不动，喷油器仍不喷油；当柱塞运动到某一时刻，在ECM的控制脉宽下接通电磁阀电源时，在磁场的用途下控制阀落座，关闭回油孔。此时柱塞泵油的高压油迅速进入到喷油泵针阀的承压锥面建立油压，使针阀开启，喷油开始，喷油连续期间取决于ECM控制电磁阀的通电脉宽（图2-第3图）；经电磁阀控制脉宽之后电磁阀断电，此时在弹簧力的功用下电磁阀恢复到开启状态，控制阀被打开，喷油咀到喷油器之间的高压油迅速降压，针阀迅速落座而停止喷射（图2-第4图）。

      在柴油发电机的泵喷嘴系统中，将检测电磁阀的关闭时刻作为反馈信号实现对喷射过程的反馈控制。电磁阀的关闭时刻可通过检验电磁阀线圈的电压或电流波形来确定，不需要另设传感器。当采用电压波形作为检查信号时，对流通电磁阀线圈的电流需要用调整器调整，使得当电磁阀线圈中的电流达到某一设定值后维持不变。这样，当接通电磁阀电源时阀芯开始移动，电磁阀线圈的两端电压随之升高；当阀芯移动到极限位置而停止运动时，线圈电压突然减少到仅能维持电流不变的水平。这种电压降可以很方便地检测。为了提高电磁阀的响应速度，除了采用短行程、小品质、压力平衡式阀及平面盘形阀芯组成以外，还需要减少线圈的电感，以保证在很低的电源电压下电流能以足够快的转速达到饱和状态。用这种手段能使检修电磁阀关闭时刻的精度达到±0.25°（CA）。同时这种途径可以解除当电源电压变化时所造成的供油量和喷油定时的波动。

      柴油发电机的泵喷嘴相对于高压共轨喷射系统取消了高压油管，而将柱塞泵和喷油嘴合为一体，使系统简化，防止了高压密封问题。但是因为通过设置专用驱动机构，于是构造复杂，同时如图3所示，在喷射流程中喷射压力是变化的，喷油规律是通过泵油规律来控制的，而这种泵油规律取决于凸轮形线及其工作段。

      通常电喷泵喷嘴的喷油压力高达 2050bar，并且因为采用电控装置，使装置控制灵活，通过电磁阀的两次 动作可实现可控予喷射，大大减少了噪声和振动，并改良排放。此外，由于电控泵喷嘴及驱动设备都装配在气缸盖上，使发电机结构紧凑，外形减少，并可将低压的进、回油道都设置在汽缸盖与其它是新一代柴油喷油系统的共轨系统比较，电控泵喷嘴较大的特点是容易实现高压喷油。而共轨系统由于其构造特性特别是需要密封的高压部位多使其能够达到的高压受到限制，另一方面由于电控泵喷嘴的供油规律仍采用凸轮控制，在控制喷油压力及实现多次喷射等方面不如共轨装置的自由度大。