柴油机电控燃油喷射的应用及发展

    目前，柴油机已普遍采用电子控制燃油喷射系统。柴油机实现电子控制喷油的方法有两种：一是在传统的喷油泵-油管-喷嘴系统基础上只对调速器、供油提前器进行改进的电子控制；二是采用全新的喷油概念，直接控制喷油嘴。
1、电控直列式喷油泵

在直列泵基础上发展起来的电子控制燃油喷射装置最多 ,它具有喷油量与喷油定时控制功能或只具备其中一种功能 ,有些控制系统还具有喷油压力和喷油速率等控制功能 。

电控直列泵的喷油量控制装置为电控调速器。电控调速器使喷油量随转速变化的控制易于实现 ,而且其响应速度比机械式或机械液压式调速器快得多 ,因此 ,适用范围非常广泛。电控调速器按执行机构的不同可分为电子调速器 (如日本 DKK公司的 RED- 型电子调速器、德国 Heinzmann公司的 E型电子调速器及美国 Barber Colmann公司的电子调速器等 )及电子液压式调速器 (如德国 Bosch公司的 EDR型调速器等 ) 。

电控直列泵的喷油定时装置一般采用电子液压式执行器 ,如德国 MTU公司 880系列柴油机的 ECS系统、电装公司的 ECD- P3型电液正时器及美国卡特彼勒公司的 PEEC系统等。

日本 ZEXEL 公司的 TICS系统采用柱塞滑套式定时调节机构 ,通过控制定时滑套的位置改变柱塞供油的预行程 ,从而调整供油定时 ,同时还可以与升速式凸轮相配合来控制喷油速率和喷油压力 .日本小松也开发了采用独特的组合式柱塞的可变预行程的 KP2 1型喷油泵 ,德国波许公司也研制了 RP39、 RP43型可变喷油速率、喷油定时和喷油量控制的控制滑套式喷油泵 ,其工作原理和结构与 ZEXEL公司的 P- TICS系统相似 ,也属于一种可变预行程直列泵。

2、电控单体泵系统

德国 Bosch公司的电控单体泵 (EUP)系统 ,采用较短的高压油管 ,可实现较高的喷油压力 ,最高喷油压力可达 1 60 MPa.该系统采用高速电磁阀控制喷油定时及喷油量。

3、电控分配泵

柴油机电控分配泵的喷油量及喷油定时的控制一般采用高速电磁阀 ,电磁阀的闭合时刻对应着喷油定时 ,电磁阀从闭合到开启的时间确定了喷油量 ,如日本丰田公司的 ECD- 型电控 VE泵 .德国 Audi公司轿车用柴油机也采用了电子控制分配泵 .美国 Stanadyne公司90年代初开发的 DS型电控分配泵用于美国 GM公司的 1 994年型 6. 5L增压柴油机上 ,该泵最高喷油压力可达 1 0 0 MPa,新研制的 RS型电控分配泵可达到更高的喷油压力 ,峰值喷油压力接近 1 40 MPa。

4、电控泵喷嘴系统

未来载重车用柴油机的燃烧系统要求 1 50 MPa左右的最高喷油压力 ,以满足排放和噪声法规的要求 .为此世界上各大汽车公司都在开发高压电控喷油系统 ,最具代表性的就是电子控制泵喷嘴系统 .这种装置可分为机械驱动式和蓄压式两种 ,均能达到很高的喷射压力 ,使燃油雾化质量提高 ,大大降低了柴油机燃烧系统对缸内涡流强度的要求 ,甚至可以采用无涡流的燃烧系统。
5、机械驱动式电控泵喷嘴系统

目前发展最完善的电控泵喷嘴系统是机械驱动式电控泵喷嘴系统 ,如美国底特律 (De-troit)柴油机公司的 DDEC型电控泵喷嘴、德国 Bosch公司的 PDE2 7和 PDE2 8型电控泵喷嘴、美国 Carterpillar公司的电控泵喷嘴、英国 L ucas CAV公司的 EUI型电控泵喷嘴等。现有产品的喷油压力已高达 1 50 MPa,科研用的柴油机上已有高达 2 0 0 MPa,甚至更高喷油压力的泵喷嘴系统 .机械驱动式电子泵喷嘴系统在国外已获得充分发展 ,从单缸排量不足 1 L的小型柴油机到单缸排量大到几 L 的重型柴油机都获得了令人满意的使用效果。

6、电控蓄压式泵喷嘴系统

近年来 ,电控蓄压式泵喷嘴的研究比较活跃 .因为它不需要机械驱动装置和机械调节装置 ,因此可以在不重新设计柴油机的情况下发挥泵喷嘴的优点 .如美国卡特彼勒公司的电控蓄压式泵喷嘴系统 HEUI,该系统的主要特点是 :将电控和液压技术相结合 ,按时间控制喷射过程和喷射压力 ;该系统的工作与发动机转速无关 ,可在宽广的工况范围内保持较高的喷油压力 ,最高喷油压力可达到 1 50 MPa;具有喷油速率控制功能 ,对初始供油期、着火延迟期和主喷期间的供油量进行优化控制 ;应用该喷油系统的柴油机的烟度、颗粒和 NOX 排放以及响应性都获得了改善。

美国 BKM公司从 1 975年开始研制电控蓄压式泵喷嘴，于 1 983年正式批量生产 .这种伺服燃油喷射系统能满足 17～ 2 91 0 k W柴油机的匹配需要，最高喷射压力可达 160 MPa。

其他产品还有日本小松公司 KOMPICS电子液压泵喷嘴、电装公司的共轨系统 ECD- U2、及德国 Bosch公司的柴油机共轨电控蓄压式喷射系统等。