柴油发电机组是主、备用电源的重要组成部分。依据对环境、占地面积的考虑,越来越趋向使用绿色环保、高能量密度的柴油发电机组。由于柴油发电机组的心脏是柴油机,而柴油机的心脏是燃油喷射系统,因此燃油喷射系统的技术发展趋势直接影响了柴油发电机组的发展趋势。本文将从以下几个方面来介绍柴油发电机组燃油喷射系统的发展趋势。
燃油喷射系统的技术发展
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第一代
为位置控制式燃油喷射系统(20世纪70年代得到发展和应用)。这种燃油喷射系统在传统的机械燃油喷射系统基础上,用电子控制单元对油门齿条(拉杆)的位置实施电控。柴油机的结构几乎不需改动,不能改变传统喷射系统固有的喷射特性,也很难大幅度提高喷射压力,因此控制的自由度小,控制的精度差。位置控制式喷油主要是在直列泵和分配泵上进行改进。
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第二代
为时间控制式燃油喷射系统(20世纪80年代得到发展和应用)。这种系统既可以实现喷油量控制又可以实现喷油时间控制,因此控制自由度更大。但这种系统喷油压力依旧取决于凸轮轴,而且很难实现多次喷射,不利于降低发动机油耗和排放。时间控制器喷油系统主要使用直列泵、分配泵、单体泵、PT泵、泵喷嘴等输油泵。
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第三代
为高压共轨(在20世纪90年代得到发展和应用)。高压共轨系统见图1。高压共轨技术颠覆了传统燃油系统的设计原理,通过高压油泵、共轨腔、压力传感器、喷油器和ECU组成闭环系统。喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开,可以柔性地控制喷油量、喷油正时、喷油时间和喷油压力。
高压共轨技术发展
随着对柴油机排放要求的不断提高,必须进一步改进缸内燃烧过程。从图2的高压共轨发展趋势图可以看出提高喷油压力和采用压电式喷油器是重要的技术措施。
高燃油喷射压力对柴油机的影响
柴油机燃烧过程与燃油雾化质量紧密相关。燃油喷入汽缸,汽缸内气体流动,促进燃油雾化,形成均匀的混合气。通过改进进气系统,可以在汽缸内形成高能量的空气流动,使燃油一边运动,一边雾化,一边燃烧。具有以下特点:
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燃油喷射压力越高,发动机油耗和排放越低
燃油喷射压力越高,喷射出的燃油颗粒越小,从而使燃油雾化效果越好,使燃油和空气得到充分混合和燃烧,从而降低柴油机的油耗和排放;
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燃油喷射压力越高,柴油机升功率越高
燃油喷射压力越高，柴油机的缸内平均有效压力越高。根据升功率计算公式P/V=(N×BMEP)/(30×t)(式中，N-转速rpm；V-排量；BMEP-缸内平均有效压力MPa；t-发动机冲程，4冲程=4),我们可以看出，缸内平均有效压力越高，柴油机的升功率越高，也就是说柴油机更紧凑，能量密度更高。
出于对排放、油耗优化的考虑,即使是同一款柴油机在不同负荷状态下也有不同的喷油率,即要求在一个工作循环内(即进气,压缩,做功,排气)实现多次喷射从而使柴油机具有喷油时间、喷油量、喷油压力。而相对于第二代高压共轨所使用的电磁阀喷油器,压电式喷油器的质量减轻了30%。同时,由于驱动喷油嘴的针阀挺杆没有了,运动部分的质量只有电磁阀喷油器的四分之一,因此提高了针阀的运动速度,从而提高了喷油器的反应速度(压电式喷油器的反应速度为0.1ms),可以使柴油机能实现多次喷射,降低发动机的排放。
