柴油机共轨技术进展

柴油机共轨技术进展（共8篇）

1.柴油机共轨技术进展 篇一

系 别 机械工程学院

专 业

班 级

学 号

姓 名

指导教师

二○一三年 六 月

山东交通学院毕业论文

摘 要

随着能源和环境问题的日益突出,实现节能减排具有重要的现实意义。高压共轨喷射系统对柴油机的经济性、动力性及减噪方面具有突出贡献,应用得越来越广泛。共轨式电控喷射技术是今后现代车用柴油机发展的必然趋势。经过多年的研究和新技术的应用，柴油机的现状已与往日不可同喻，这些技术将进一步把柴油机推向车用动力的主流。文章阐述了柴油机高压共轨技术的发展历程，高压共轨柴油发动机的组成及其在现代车辆上的应用，同时分析了柴油机电控燃油喷射系统的发展趋势，重点分析了柴油机电控高压共轨系统的工作原理。旨在让人们对柴油机有更深的了解，同时对柴油机的发展趋势作出预测。

关键词：柴油机，高压共轨，发展趋势

2.柴油机共轨技术进展 篇二

中国人掌控共轨核心技术产业链

作为节能减排的核心技术之一, 柴油机共轨技术长期以来一直由少数跨国供应商所垄断。尽管近些年来我国分别由中国一汽无锡油泵油嘴研究所 (以下简称无锡泵所) 、成都威特、辽宁新风、湖南南岳等研发出各具我国特色的共轨技术, 但是由于生产制造装备的制约, 始终没有形成真正的产业化生产。至今, 国内柴油机共轨技术与产品仍然主要依赖几大跨国公司的供应, 对我国包括军用车辆在内的相关应用行业是一个极大的风险因素。

要打破国外公司的垄断, 形成真正由中国人自主的产业化生产, 必须从核心工艺装备开始就形成一条完全由中国人自己掌控的关键核心技术产业链。此次, 这一链条上的另一项核心技术————制造共轨产品的相关高档数控机床与基础制造装备取得了重大突破, 由此形成了我国在共轨技术上的全局性突破。假以时日, 通过一定时间的可靠性验证, 将形成我国具有核心竞争力的电控共轨系统及装备产业, 将为国家节能减排战略和国防军工建设提供技术保障, 降低我国汽车行业及相关产业制造装备的对外依存度。

国内优秀团队的协力之作

高档数控机床与基础制造装备科技重大专项由工信部立项于2011年启动, 课题牵头单位为无锡泵所, 截至2013年9月25日, 所有9个子课题的12台设备都已通过国检, 机床精度及加工工件精度均满足任务合同书的要求, 现已全面进入用户应用和可靠性验证工作。记者跟随专家们在无锡泵所的两个基地看到, 本课题所有12台套设备正在用户场地进行用户验证, 运转正常。

电控共轨产品的数控超精加工技术, 加工精度从微米到亚微米乃至纳米, 属于精密机械加工中的最高技术等级, 需要多项精密加工与检测技术相配合, 如精密数控金属切削机床、精密数控特种加工技术、精细表面处理技术、精密测量和自动装配技术、工艺装备适应与集成技术、共轨部件数字化智能化制造技术等。如此次重大专项项目中的“喷油器体型腔深孔钻铣高精多轴复合加工中心”, 在国内是首次成功地将枪钻复合于卧式加工中心中用于深小孔的加工, 具有很大的突破性意义。

各方期待尽快投入产业化生产

此次由共轨产品的应用单位无锡泵所牵头国内机床行业厂家与高校共同组成的国家重大科技专项研发团队所取得的成就, 是我国相关产业在如此短时间内取得突破性关键技术和实际应用为数不多的成功案例。对此, 与会的工信部装备工业司王建宇处长表示, 此重大专项通过近三年课题的实施, 无锡泵所与国内机床行业领先厂家建立了良好的合作关系, 本次课题实施中获得的技术突破有力地支持了汽车工业、机床行业和国防项目的发展。

该重大专项的牵头负责人、无锡泵所所长朱剑明表示, 目前无锡泵所国内重点项目应用的共轨系统进展情况良好, 这些项目对于国防装备现代化改造和技术升级意义重大, 课题研发的设备投入使用后将破解某些设备国外技术封锁的壁垒, 无锡泵所希望与国内企业可以在更深层次上讨论多方面的合作。

3.柴油机共轨技术进展 篇三

(1.南通航运职业技术学院 轮机工程系，江苏 南通 226010;2.大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026;3.中船重工第703 研究所无锡分部，江苏 无锡 214151)

0 引言

近年来，随着能源危机及环境污染问题日趋严重，人们对柴油机的节能和排放要求越来越严格，因而对柴油机的调节控制提出高精度及多参数的要求，从而推动电控柴油机的发展［1-2］.Wärtsilä 公司率先将共轨技术应用于船舶大型低速电控柴油机，使得柴油机能够自由选择喷射压力、精确控制燃油喷油量、独立控制喷油正时和喷油规律［3］，能够满足船用柴油机的动力性、经济性以及排放等方面的要求.对电控柴油机的燃油共轨系统进行建模和仿真可以得到燃油共轨系统的基本特性，以及各参数对系统性能的影响［4］，对系统以后的设计和改进具有重要意义.

1 燃油共轨系统原理

Wärtsilä 公司的RT-flex 系列柴油机可用2个或3个共轨.若用2个共轨，则包括60～90 MPa 的燃油共轨和8～20 MPa 的伺服油共轨，伺服油共轨用于控制喷射电磁阀、排气阀和气缸起动阀.若用3个共轨，则增加1个20 MPa 的控制油共轨，其作用是控制喷射电磁阀和伺服油供油泵.

本文主要介绍燃油共轨系统，主要包括控制系统、高压油泵、中间储油器、燃油共轨管、压力传感器、压力调节阀、喷油器等［5］，其原理见图1.柴油机曲轴输出端的齿轮带动高压油泵，根据燃油齿条的位置将燃油供入中间储油器，中间储油器通过两个立管与燃油共轨管相连，燃油在共轨管中等待喷射.

图1 燃油共轨系统原理

2 燃油共轨系统仿真模型

燃油共轨系统仿真是以液体流动数学方程组(包括质量守恒方程、动量守恒方程和物态方程)为基础进行研究的.本文对共轨系统建模作如下假设［6-7］:(1)燃油在整个系统中做可压缩一维非稳态流动;(2)在整个系统中，燃油的温度保持不变;(3)各腔为集中容积，不考虑压力传递时间，同一瞬时状态压力处处相等;(4)不考虑管路中燃油的流动阻力和空穴现象;(5)不考虑各部件的漏泄和弹性形变;(6)不考虑弹簧自振和运动件冲量损失，及系统进出口局部损失.

2.1 高压油泵数学模型

(1)凸轮运动方程:

式中:hfc为凸轮的升程;hmax为凸轮的最大升程;θ为凸轮转角;θB为凸轮工作段半包角;C1，C2，C3，C4为系数，其中C1=(-480hmax+ 165v)/192，C2=(160hmax-97v)/32，C3=(-120hmax+ 75v)/24，C4=(96hmax-61v)/64，v为燃油的运动黏度.

(2)柱塞腔的燃油满足连续性方程［8］:

式中:Vfpl为柱塞腔容积;E为燃油的弹性模量;Pfpl为柱塞腔压力;Afpl为柱塞面积;Qifa_in为中间储油器进口流量;μ0和A0分别为燃油泵进口流量系数和截面积;P0为燃油泵进口压力;α1为阶跃函数;hfpl为柱塞升程，hfpl=ηhfc，其中η为燃油泵齿条的百分比.

2.2 中间储油器数学模型

由中间储油器流入和流出的燃油满足连续性方程:

式中:Vifa为中间储油器容积;Pifa为中间储油器压力;Qifa_in和Qifa_out分别为中间储油器进、出口流量;μ1和μ2分别为中间储油器进、出口流量系数;A1和A2分别为中间储油器进、出口流通面积;μ3为中间储油器安全阀流量系数;A3为中间储油器安全阀流通面积;Pfcr为共轨管压力;δ为阶跃函数.

2.3 共轨管数学模型

由共轨管流入和流出的燃油满足连续性方程:

式中:Vfcr为燃油共轨管容积;Qfcr_out为燃油共轨出口流量;Picu为燃油控制活塞压力;λ1为压力控制阀针阀升程的函数;μ4和A4分别为压力控制阀针阀的流量系数和截面积;μfcr和Afcr分别为共轨管至燃油控制活塞的流量系数和截面积;σ为阶跃函数.

另外，还需对压力调节阀、燃油控制活塞以及喷油器建立数学模型［9-10］，原理与上述模型一致，限于篇幅，这里不再描述.

3 仿真模型与结果分析

3.1 仿真模型

选择Wärtsilä 公司的7RT-flex 60C 共轨柴油机为研究对象，在MATLAB/SIMULINK中建立燃油共轨系统仿真模型，见图2.模型分为凸轮、高压油泵(见图3)、中间燃油累加器、燃油共轨管、压力控制阀和气缸等6个子系统.模型输入凸轮轴转速，计算得到高压油泵升程、柱塞腔压力、共轨管压力以及喷油率等参数.

3.2 参数初始化

仿真前，需要对参数进行初始化.系统采用AB两列高压油泵，A 列高压油泵初始位置为凸轮开始上行时的位置，B 列高压油泵与其在空间上相差60°角.对于中间储油器，假定其初始油压稍高于燃油共轨油压.对于燃油控制活塞，假定其初始位置在燃油不喷射的一端，根据发火顺序动作.对于喷油器，假定其盛油腔内作用有一定的残余油压，针阀处于关闭位置.计算过程中采用ode4 算法，计算步长设为0.000 01，柴油机负荷为99.97%，高压油泵齿条达到满量程的66.6%，凸轮轴转速为570 r/min，中间储油器与燃油共轨管容积分别为0.5 m3和3.0 m3.

3.3 模型验证

模型可以仿真出系统各部件的升程h，压力P以及流量特性，图4～6为部分仿真曲线.从图4可以看出，该高压油泵升程曲线比较柔和且输出稳定，三作用凸轮使其效率更高，符合实际工作情况.从图5可以看出，系统稳定后中间储油器和共轨管压力波动均小于0.02 MPa，满足共轨压力波动小于5%的要求［11］.由图6可以看出，随着喷油器针阀升程的加大，喷油率q 也随之变大，且喷油率存在波动，这是由喷油器盛油腔的压力波动引起的.

图4 高压油泵柱塞升程

另外，按照柴油机试验报告设定柴油机转速、负荷、喷油脉宽和燃油轨压，对循环喷油量的仿真值和试验值进行对比，见表1.从表1可以看出误差较小，说明模型与实际情况具有较好的一致性.

表1 试验数据与仿真数据对比

4 共轨系统各参数对系统性能的影响

4.1 高压油泵转速对供油率的影响

图7 高压油泵转速对供油率的影响

从图7可以看出，随着高压油泵转速的提高，高压油泵的供油率和供油频率随之变化［12］.在凸轮升程，随着高压油泵转速的增大，柱塞的运动速度增大，柱塞腔压力升高较快，从而使供油泵与中间储油器之间的压差增大、供油率增大［13］.同样，由于转速增加，在凸轮回程，柱塞腔的压力下降较快，供油率下降也较快.

4.2 压力缓冲器容积对其压力稳定性的影响

燃油共轨管作为压力缓冲器，在供油和喷射过程中起着减小压力波动的作用，其容积对压力波动起着至关重要的作用.图8为共轨管设定压力为89.60 MPa 时，共轨管容积对中间储油器和共轨管压力的影响情况.从图中可以看出随着缓冲器容积的加大，缓冲器的压力波动逐渐减小.从理论上讲，缓冲器的容积越大越有利于压力稳定，但是为使柴油机在起动过程中尽快建立起油压，缓冲器的容积应尽量小.为了平衡二者的关系，在满足柴油机起动要求的前提下尽量选择较大的缓冲器容积.另外一种比较好的办法是将共轨管做成多段，各段之间通过阀门联通，当柴油机处于启动状态时让一段共轨管处于工作状态，柴油机起动后逐渐向各段共轨管供油，当各段共轨压力接近后，打开连接管路上的截止阀，使多段共轨串联工作，降低其压力波动.

图8 燃油共轨管容积对压力稳定性的影响

4.3 共轨压力对喷油率的影响

喷油率直接决定柴油机的动力性，是柴油机最为重要的参数之一.图9 给出柴油机在不同轨压下喷油率的变化情况，结合表1可以发现柴油机在99.97%和89.88%负荷下，其喷油始角和喷油脉宽基本相同，但是由于燃油轨压不同，导致高负荷时柴油机的喷油率高于低负荷时的喷油率.因此可以得出，相同喷油脉宽下提高轨压可以提高喷油率，如果柴油机转速相同则可得到较大的喷油量.

图9 共轨压力对喷油率的影响

5 结 论

(1)在研究7RT-flex 60C 柴油机燃油共轨系统工作原理的基础上，对其建立仿真模型，经验证，仿真的高压油泵柱塞升程、柱塞腔压力、共轨管压力、喷油器盛油腔压力和喷油率等参数与实际情况基本相符，验证模型的正确性.

(2)用仿真模型对影响燃油共轨系统性能的主要参数作进一步研究.结果表明，高压油泵的转速越高，供油率变化越快;相同喷油脉宽下，共轨压力增加，喷油率增加.另外，中间储油器、共轨管的容积对共轨压力波动有较大影响，建议在满足柴油机起动性能的基础上选用较大的缓冲器容积或采用分段式共轨管.

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4.柴油机共轨技术进展 篇四

柴油机的正常机油工作压力应在0.25-0.35MPa之间，其中新机或机温低时可高一些，旧机或机温高时则低一些。机器在作业时，如果机油压力低于0.2MPa或随转速变化而忽高忽低，甚至突然降至零，说明机内有问题，应立即熄火查找原因，排除故障后方可重新起动。否则，就会酿成烧瓦拉缸的大事故。现将我们遇到的几个例子介绍如下： 1.机油泵出油量不足引起机油压力下降

机油泵有齿轮泵和转子泵两种。有的齿轮泵（如4125型柴油机上的机油泵），其泵盖与泵体接合面的粗糙度很低，原设计不加垫片，若检修时自行另加纸垫，就增大了齿轮的端面间隙，反而会减少泵的出油量。但该泵与缸体接合面处有个垫片，如果漏装，来自机油泵的压力机油就由此向外泄漏，从而造成机油压力下降。有的转子泵，其外转子一边有倒角，另一边没有倒角，如果装反，出油量可减少40％一60％。另外，齿轮或转子的径向及端面间隙因磨损而过大时，都会导致泵的出油量减少和机油压力下降的不良后果。修复后的机油泵应上试验台调整限压阀开启压力，使其保持在0.5-0.7MPa之间。若压力过高，将加速机油泵磨损；若压力过低，又会导致主油道压力下降。安装机油泵时应先灌满机油，以免泵内有空气而吸不上油。机油泵与吸油盘的连接处必须密封，如果漏气也会降低油泵的出油量。（磁敏三极管）

2．机油滤清器堵塞引起机油压力下降

当机油滤清器堵塞、机油不能顺利通过时，设在滤清器底座上的安全阀会被顶开，从而使机油不经过滤直接进入主油道。但如果安全阀开启压力过高而不能及时打开，就会使机油泵内漏增加，并减少对主油道的供油量，机油压力也就随之下降。应按时保养机油滤清器，正确调整安全阀开启压力至0.35-0.45MPa。另外，若安全阀弹簧老化，阀座与钢珠封闭不严，机油也会由此大量泄漏，并造成油底壳机油的泡沫化，此时抽出油尺可以见到沾满泡沫的机油。

3．回油阀损坏引起机油压力下降

为保持主油道的正常机油压力，此处设有回油阀。若回油阀弹簧软化或调整不当，阀座与钢珠配合面磨损或被脏物卡住而关闭不严，其回油量就大幅度上升，主油道机油压力也随之下降。应检修回油阀，将开启压力调整到0.28-0.32MPa之间。另外，若回油阀开启压力过低，机器工作时会引起回油阀频繁开闭，从而导致机油压力表指针来回摆动，主油道也容易因供油不足而发生烧瓦事故。4．机油散热器漏油引起机油压力下降。

漏机油既使机器脏污，也导致机油压力下降，应卸下散热器焊修，经压力检验合格后才可装机。有的机器例如美国E200挖掘机和国产T-120推土机，其机油散热器直接放在机体冷却系内，若散热器漏油，机器作业时因机油压力高于冷却水压力，散热器内的机油就会流人水中；当机器熄火后，冷却水又会渗人散热器，使机油很快乳化变质。应取出散热器焊修，并更换失效的机油后，才可重新工作。

另外，机油散热器及管路若被脏物堵塞，也会因阻力增大而使机油流量减少、压力下降。应及时疏通，恢复其正常的流通能力。

5．曲轴与轴瓦间隙过大引起机油压力下降

机器经长期使用后，曲轴与连杆瓦或曲轴与主轴瓦的配合间隙逐渐增大，因而形不成油楔，机油压力也不断下降。据测定，该间隙每增加0.01mm，机油压力便下降0.01MPa。因此，这既是机油压力过低的主要原因之一，也可作为判断曲轴与轴瓦磨损程度及柴油机是否应进行大修的主要标志。应磨修曲轴，选配相应尺寸的轴瓦，使其配合间隙恢复到正常的技术标准 6．吸油盘堵塞致使油压忽高忽低

5.柴油机共轨技术进展 篇五

1. 检验原理

BOSCH共轨燃油喷射系统的检验原理属于电子系统的集成诊断, 是电子发动机的管理范畴。主要检测对象是共轨发动机的ECU集成电子系统。即发动机在正常工作时, 输入和输出信号通过计算机的监控算法被检验出来, 对整个共轨系统进行失效和故障检查。如在运行过程当中发现失效情况, 这些失效的数据便被存储在ECU当中, 当运行车辆进行故障检查时, 再通过串行接口将这些存储信息读出, 为发动机的故障判查与维修提供快捷方便的数据。检查内容包括:输入信号监控、输出信号监控、ECU的通讯监控、内部的ECU监控。

(1) 输入信号监控:主要是监控传感器和传感器与ECU的连接电路。这些检查不仅用于发现传感器失效, 同时还用于发现对电瓶电压和对地短路以及线路的断路情况。

(2) 输出信号监控:除了到ECU的连接外, 执行器也被监控。使用这些检测结果, 除了执行器失效外的线路与连接的短路与断路可以被监测到。还能使用触发时进行输出信号电路的硬件监控、电路对电瓶电压和对地短路、断路被检查;同时执行器对系统的影响也被检查。

(3) ECU通讯监控:作为一个准则, 与其他ECU通过CAN线进行通讯。许多其他的检查也在ECU中运行。由于很多的CAN信息通过特殊的ECU以规定的时间间隔传输, 检测相关的时间间隔可以发现ECU的失效。

(4) 内部的ECU监控:为了保证ECU在所有时间内功能的完整性, 监测功能与硬件和软件集成一体。

2. 仪器工具准备

(1) 检测仪器:使用BOSCH公司生产的KTS检测设备。主要仪器型号有KTS115、KTS180、KTS530、KTS540、KTS570、KTS670等。目前, 使用最普遍的共轨检测仪是KTS670。KTS检测仪的基本功能是:读出、删除故障;显示实际值;触发执行原件;提供测试值与时间同时显示的曲线;对控制单元进行设置等其他功能;实现对发动机的测试功能等。

(2) 测量工具:主要有发动机低压系统测量工具与检测仪配合使用的用于检测高压油泵的供油压力和共轨压力传感器的压力指示的测量工具;检测高压油泵工作情况的测量工具;检测共轨压力传感器指示情况的测量工具;判别单缸喷油器工作状况的喷油器回油量测量工具。

二、检查内容技术规范

1. 喷油器的监测

(1) 密封性检查:设定轨压, 检查油嘴接头紧帽是否有渗油现象。

(2) 雾化检查:设定轨压, 频率调到1～2Hz, 脉宽200～400μs, 检查喷射是否雾状, 分布是否均匀, 有无飞溅现象及喷孔有无堵塞情况。

(3) 预喷射检查:设定轨压, 频率调到1～2Hz, 脉宽120～150μs, 测预喷射情况。

(4) 喷油器各工况喷油量、回油量及不均匀度检测。在没有原始参数的情况下, 为了使检测结果更符合实际, 可按不同配套机型的喷油器, 计算出发动机的标定喷油量。如果检测结果比实际的偏差过大, 说明是喷油嘴或电磁阀方面的原因, 回油量如果过大, 一是被压回油, 二是出油孔密封。发动机的标定油量计算方法如下:已知发动机的功率 (kW) 、发动机的缸数、发动机的标定转速, 系数为1131。

2. 输油泵性能检测

包括测试输油泵进口负压和测试输油泵出口压力两项检测内容。

3. 高压油泵、油轨性能检测

在没有原始参数的情况下, 可做常规实验, 实验前将油轨出口堵死。

(1) 密封性:设定好轨压将实验转速降到“0”转速。检查外渗漏, 即进行高压油泵、油轨及密封面检查;检查内渗漏, 即进行出油阀密封性检查。

(2) 轨压建立:设定好标准轨压, 如果达不到规定值或建立缓慢。故障原因是:在电控方面是轨压传感器或泵计量方面的原因;还有可能是进油阀关闭不严、柱塞严重磨损、柱塞卡死、弹簧断裂、油轨压力限制器渗漏等。

(3) 油轨压力限制器性能:检测安全泄油压力。

6.柴油机高压共轨及其油压控制 篇六

1.油箱2.油轨压力传感器3.流量限制阀4.共轨5.油压限制阀6.喷油器总成7.冷却液温度传感器8.燃油温度传感器9.增压压力传感器10.加速踏板位置传感器11.轮速传感器12.发动机转速传感器13.ECU 14.燃油滤清器15.细纱滤芯16.输油泵17.FMU (燃油计量单元) 18.喷油泵总成

1电喷系统的组成

“高压共轨”的控制系统由三大部分组成———传感器、控制器 (又称电控单元、ECU) 和执行器, 控制器与传感器和执行器组成一个闭环控制系统。高压共轨喷射系统将燃油压力的产生和燃油的喷射过程完全分开, 所以燃油压力大小与发动机的转速无关, 克服了常规柴油机供油压力随发动机转速变化而波动的缺陷。

高压共轨喷射系统的油路分为低压油路和高压油路两部分。

低压油路包括燃油箱、带粗滤器的输油泵、进油管、出油管、细滤器及高压油泵的低压区。低压油路的作用是为高压油路提供足够的燃油量。

高压油路包括高压油泵、共轨压力传感器、油压限制器 (又称限压阀) 、流量限制阀和喷油器。高压油路除了产生高压油以外, 燃油分配和燃油计量也发生在高压油路部分。

2公共油轨的结构

传统柴油发动机由各缸各自喷油, 所以喷油压力和喷油量难以一致, 往往造成柴油机运转不均匀、噪音大和油耗高。高压共轨系统利用一个公共的油管 (称为共轨管、油轨) , 同时供给各个喷油器, 并且提供相同质量、相同压力的燃油, 使发动机运转比较平稳, 并优化柴油机的综合性能。

共轨管是一根锻造钢管, 内径10 mm左右, 其外形和安装位置如图2和图3所示。高压共轨喷射系统利用共轨腔将高压油泵输出的高压燃油蓄积起来 (起蓄压器的作用) , 并且由共轨管分配给各缸喷油器。油轨的较大容积有利于削减供油压力的波动和由喷油引起的压力震荡, 使油轨内的油压波动控制在5 MPa以下;但油轨的容积也不能太大, 以保证喷射系统有较快的压力响应速度, 并即时跟踪柴油机的工况变化。

3油轨压力的控制

在公共油轨上, 安装了共轨压力传感器、油压限制阀和流量限制阀 (见图4) , 其中轨压传感器向ECU提供共轨燃油的压力信号。

1.油轨2.从高压油泵来的燃油3.油轨压力传感器4.油压限制阀5.回油6.流量限制阀7.到高压油管和喷油器

(1) 油轨压力传感器。膜片式油轨压力传感器的安装位置如图5所示。

膜片式油轨压力传感器的工作原理如下:在该传感器的膜片上设置了半导体敏感元件, 当高压燃油经过压力室的小孔流向膜片时, 膜片的形状发生改变, 膜片涂层的电阻发生变化, 并产生电压变化, 于是向ECU发送油压的电信号, 见图6。

1.节流孔2.阀座3.喷油器端接头4.外壳5.压力弹簧6.柱塞7.锁紧垫圈8.共轨管端接头

如果柴油机难以启动, 证实是油轨压力不足引起, 应当使用故障诊断仪检查油轨压力传感器的初始电压值是否为0.5 V左右, 设定的油轨燃油压力是否为30~50 MPa。

(2) 油压限制阀 (简称限压阀) 。由于高压油泵的柱塞属于间歇性泵油, 加上喷油器的短暂喷射, 所以共轨管内的燃油压力可能发生波动, 为此设置了限压阀。在正常压力下, 限压阀柱塞的锥形头部与阀体的密封座保持关闭, 弹簧力使柱塞紧紧地压在密封座上, 使共轨管保持密封状态;当油轨内燃油出现异常的高压力, 并且超过限定值时, 弹簧受压缩, 柱塞被顶起, 限压阀的溢流口打开, 燃油溢出, 迅速泄放部分燃油, 使油轨压力下降, 从而稳定油轨压力。

7.柴油机共轨技术进展 篇七

关键词：船用柴油机,电控,共轨

0 前言

近年来,关于柴油机的排放法规和节能要求越来越严格。IMOⅡ排放法规将于2011年1月1日开始实施,要求NOx排放量要比IMOⅠ减少25%,更严格的IMOⅢ将于2016年实施。由于石油资源的枯竭和经济效益的考虑,柴油机燃油经济性要求也越来越高。低NOx排放量和低燃油消耗率使电控共轨喷射系统成为柴油机今后的主要发展方向。

1 共轨式喷油系统简介

柴油机燃油系统电控技术经过20世纪80年代的位置控制式、20世纪90年代的时间控制式,近年来发展成为蓄压器+时间控制式。共轨系统摒弃了传统柱塞泵脉动供油原理,采用高压共轨蓄压和高速电磁阀控制喷油。高压共轨内燃油压力稳定,消除了原有电控泵中压力波动引起的异常喷射。

电控燃油系统中,安装在柴油机上的曲轴角度位置传感器采集的曲轴信号传入ECU,ECU根据其内部存储的MAP(喷油量MAP、喷油定时MAP、喷油压力MAP、预喷射和后喷射MAP)控制喷射过程,通过精确控制喷油量和喷油定时,满足柴油机不同工况的要求。

2 低速船用共轨系统的应用

低速船用柴油机以重油(需加热至160℃)作为燃料油,近年来对共轨系统的结构进行了改进,由原来的普通蓄压轨道改进为不同类型的蓄压器。喷射压力及正时可自由调节,可以实现含预喷、后喷射的多次喷射[1]。目前大功率低速船用柴油机共轨技术主要应用于Wartsila公司和MAN B&W公司的柴油机上。Wartsila最新推出的RT-flex82系列柴油机和MAN B&W推出的Mark9系列柴油机都采用最新的共轨技术。

在国内,宜昌船柴厂引进MAN B&W公司的技术,生产的6S35ME-B9共轨系统柴油机,转速为167 r/min时,功率为5 220 k W,MEP2.1 MP。上海中船三井造船柴油机有限公司将与MAN B&W公司合作生产8K80ME-C9共轨系统柴油机。

3 Sulzer RT-flex柴油机

Wartsila最新推出的RT-flex82C和RT-flex82T柴油机采用了电控RT-flex共轨系统和先进的设计参数,从而使船舶的推进装置得到优化。“C”型机的行程为2 646 mm,转速为87~102 r/min,覆盖功率范围为21 720~54 240 k W。“T”型机的行程为3 375 mm,转速为68~80 r/min,覆盖的功率为21 720~40 680 k W。Wartsila公司在瑞士温特图尔柴油机技术中心推出了新型RTX-4研究型低速船用柴油机。RTX-4研究型柴油机为二冲程四缸机,缸径为600 mm,在转速为114 r/min时,功率为10 160k W,所有运行过程(喷油、排气门开闭、气缸润滑和空气起动)均采用最新全电控的RT-flex共轨技术[2]。

3.1 共轨单元

RT-flex82系列柴油机的共轨系统中,有两个公共油轨:一是滑油系统中经过精滤器过滤的20 MPa的伺服油;二是经过加热的,压力为100 MPa的待喷射重油,它作为柴油机的燃料油。曲轴驱动的传动装置带动供油泵向共轨系统中供油。通过调节供油泵来调节输入共轨中的燃油量和轨内压力。

为了减少喷油器之间的喷油干扰,降低喷射压力波动,改善喷油效果,将原来的公用高压油轨改为两个喷射器公用一个相互用高压油管连通的圆柱形蓄压器,每个蓄压器用一个高压油泵供油[3]。电控RT-flex共轨系统图见图1。

3.2 控制器WECS-9520

RT-flex电控技术的核心是控制器WECS-9520,是WECS-9500的改进型,具有模块化、通用化、集成度高及结构简单等特点。

a.取消了凸轮轴,燃油喷射、排气阀的开关、柴油机的启动均通过WECS-9520控制系统实行电子控制。

b.每缸的燃油喷射和排气阀由单独的控制单元控制,可以精确控制喷油量,优化喷油压力和喷油阀开启时间,最大程度地降低排放。

c.在部分负荷时,可以实现单个喷油器的控制,使气缸内只有一个喷油器喷油,降低燃油的消耗率。

d.通过优化控制使主机的稳定转速更低,可以在额定转速的12%时,实现无烟运行。

3.3 燃油和伺服油压力控制

燃油共轨内的压力依据柴油机负荷而定,WECS-9520接收到主机转速传感器的转速信号和燃油指令,依据内部存储的MAP,产生一个控制信号,由FCM-20模块控制燃油泵的执行机构,拉动燃油泵的齿条,向燃油共轨供应相应量的燃油。同时,两只压力传感器将燃油共轨的压力分别反馈给各自对应的FCM-20模块,使燃油共轨压力与柴油机负荷相匹配。

伺服油压力的控制与燃油压力的控制相似,由脉动滑油系统依据柴油机负荷供油。伺服油是用来控制排气阀的开关和燃油喷射。伺服油的质量要求非常高,伺服油滤器的过滤精度是6μm,需要对伺服油保持不间断的净化、取样化验,严格监控伺服油的各项指标。

4 MAN柴油机

MAN柴油机公司继2008年6月推出S46ME-B和S60ME-B型柴油机后,近期最新推出了S35/40/50ME-B9、S80ME-C9、K80/90ME-C9一系列Mark9柴油机,平均有效压力为2~2.1 MPa。K80ME-C9柴油机单缸功率为4 530 k W。MAN柴油机共轨燃油压力只有1 MPa,经液压气缸单元的增压泵增压后达到100 MPa,系统中仅有从高压油泵到喷油器的一小段高压油管压力为100 MPa,系统安全性较高。伺服油系统压力从21 MPa上升到了30 MPa。

4.1 共轨单元

ME-B柴油机燃油系统中,由两个电动油泵向喷油系统供油,液压油通过凸轮轴腔中的油管输入液压气缸单元,每个液压气缸单元(见图2)安装两个增压泵,增压泵用来向喷油器供油,喷油器通过一个比例控制阀来改变喷射压力。

每个液压气缸单元控制两个气缸。液压气缸单元包括两个增压泵、两个ELFI阀门、两个阿尔法润滑器和一个蓄压器。液压系统的压力为30 MPa[4]。

4.2 发动机控制系统

新型ME-B型机仍然安装传统ME型机控制系统中的多功能控制器。一个多功能控制器控制两个气缸的喷油。由安装在发动机控制室内的接口控制单元来控制液压系统压力,同时连接桥式控制系统。

新型ME-B型机简化了控制系统的功能,取消了排气阀控制、空气启动控制,简化了油泵控制。使控制系统中的多功能控制器的数目大大减少。

为解决喷油器误喷射和保证排气阀正常启闭,把模拟电压控制器更换为开关式控制器。在多功能控制器的反馈回路安装了新型软件用来监控反馈信号和燃油柱塞运动[5]。

ME系列柴油机控制系统的特点如下:

a.低的柴油消耗率和高效的可变性能参数,适合柴油机任意速度和任意负荷工况的电控喷油定时。

b.任何发动机转速负荷下,都有合适的喷油压力和速率控制。

c.低的NOx排放特性和无烟运行。

d.比传统机型提高了20%的功率密度。

4.3 伺服油系统

为了保证伺服油系统的可靠性,MAN公司的ME/ME-C系列柴油机采用两套伺服油供油系统:用链式传动变速箱来驱动3到5个高压油泵;电动高压泵。

新的液压系统中,系统压力从21 MPa上升到了30 MPa。用标准的高压管替换了原来的双壁式油管,在高压油泵和高压油管间用高压胶皮管连接,以减少来自高压油泵的压力波动,稳定液压系统压力。此外,在伺服油系统中安装了6μm全流量精滤器。

5 结束语

20世纪90年代中期,电控共轨系统开始在船用柴油机上应用。目前,在中、高速机上的应用日益成熟,中速机上的技术开始逐步应用在低速机上。随着对柴油机性能要求的不断提高,柴油机控制软件技术、传感器技术、各缸喷油量不均匀修正控制技术和电子控制单元在柴油机上的安装技术成为电控共轨喷油技术开发的关键技术[6]。随着柴油机应用电子技术的不断发展,燃油共轨喷射系统在低速船用柴油机上的应用将是必然趋势。

参考文献

[1]任自中.国外大功率柴油机电喷电控系统的新进展[J].柴油机,2008,(5):8-12.

[2]Wartsila82Low-speed Engine Types high-economy en gines for panamax containerships,Large Tankers and Large Ore Carriers.Marc Spahni,wartsila corporation,2008.

[3]The Sulzer RT-flex Common-Rail System Described.wart-sila corporation,2004.

[4]MAN B&W Low Speed Small Bore Engines Now With Electronic Control.man corporation,2007.

[5]Low Container Ship Speed Facilitated by Versatile ME/ME-C Engines.man corporation,2008.

8.柴油机共轨技术进展 篇八

柴油机是压燃式内燃机, 柴油机的顺利启动, 不仅需要大量燃油喷入气缸后充分雾化, 而且要求气缸内空气压缩后具有一定的温度和压力, 这样才能使柴油自燃。因此, 柴油机不能顺利启动, 原因一般在启动系统、电控燃油系统、进排气系统或柴油机配合间隙上。维修人员可根据故障的伴随特征, 按步骤进行分析判断。

1.1 启动机不工作

对于启动机受ECU控制的整车, 在启动时ECU首先检查空挡信号, 然后输出一个电流驱动启动继电器, 继电器接通后电瓶带动启动机启动。

检查要素:空挡开关、启动继电器、电瓶和车下停车开关的关联 (如图1) 。

(1) 检查是否挂在空挡位置;检查车下停车开关的位置 (应处于断开状态) ;检查空挡开关 (一般安装在变速箱上) 及接线是否完好, 试着使用紧急启动 (点火开关持续按下5 s以上) 。

(2) 检查电瓶电压是否过低, 以致不能带动启动机;启动机继电器及接线是否完好;检查启动机是否已烧坏;点火开关及启动开关是否已坏。

1.2 轨压无法建立 (启动机正常, 但无法启动)

共轨压力无法正常建立大致有油路和电路2个方面原因, 以下分别介绍。

1.2.1 油路问题造成的轨压无法建立 (启动机正常, 但无法启动)

共轨系统对燃油油路要求较高, 低压油路 (油箱—粗滤—输油泵—精滤, 回油) 、高压油路 (油泵—共轨管—喷油器) 都要保证密闭。任何一个环节出了问题, 轨压都不能正常建立, 提示广大维修朋友对整个燃油油路高度重视。

注意:车辆的第1次启动必须进行低压油路和高压油路的排气和充油。

(1) 检查油箱油位是否过低;检查手压泵及低压输油泵是否工作正常;检查低压油路是否有气, 并排空气 (有时低压油路泄漏不明显, 需要仔细检查) 。

排气方法:主要排粗滤和精滤里面的空气。松开粗滤上的放气螺栓 (见图2) , 用手压动粗滤器上的手压泵, 直至放气螺栓处持续出油为止。然后再松开油泵上的回油空心螺栓, 再次用手压动粗滤器上的手压泵, 直至油泵回油螺栓处持续出油为止。

(2) 低压油路空气排净后再排出高压油路中的空气。

排气方法:松开某缸高压油管, 用启动机带动柴油机运转直至高压油管持续出油为止, 然后锁紧。

(3) 此时油路的空气已经排尽, 理论上是可以启动了, 但是有以下情况会影响到正常启动。

启动时轨压不能达到35～50 MPa, 应检测项目:检查高压油路有无泄漏 (如喷油嘴损坏造成了回油泄压, 共轨管上的限压阀损坏造成的泄露, 油泵内部损坏以及高压油管接口处是否发生泄露) ;检查油路是否通畅, 检查柴油滤清器是否堵塞, 建议及时更换柴油滤芯。

检查方法:松开精滤出口螺栓, 用启动机带动柴油机运转, 看是否有柴油喷出或流出, 若只有少量柴油流出, 则可以判定滤芯堵塞。

1.2.2 电路问题造成的轨压无法建立 (启动机正常, 但无法启动)

(1) 检查轨压传感器信号线初始电压值是否在0.5 V左右, 或设定轨压是否为35～50 MPa, 若不正常首先检查接插件是否牢靠, 轨压传感器供电线是否有5 V电压, 传感器的负极线是否良好。若无检查设备, 可以拔掉轨压传感器接插件尝试再启动。

(2) 检查油泵上的流量计量单元是否完好, 拔掉接插件尝试再启动。

1.3 曲轴信号和凸轮轴信号丧失

柴油机上安装2个转速传感器 (图4) , 分别在飞轮壳和高压油泵外侧。功能分别为曲轴位置传感器和判缸传感器。电控发动机的喷油正时取决于这2个传感器。出现柴油机不能启动情况, 2个信号全部丢失。

2信号全部丢失可能的原因:传感器损坏, 线束短路或断路;传感器固定不牢, 造成传感器与感应齿之间间隙过大或过小 (一般为1±0.5 mm) 。

排除方法:检查传感器是否损坏, 线束是否连接良好, 传感器是否松动等。

注意:拆装高压油泵及飞轮后的安装应严格按照相关工艺文件执行, 以确保信号同步。

2 柴油机启动困难

柴油机启动困难的原因及排除方法如下。

(1) 柴油机较长时间没有运转:回油管要伸在柴油液面下。

(2) 低压管路有少量空气:排气。

(3) 曲轴转速信号、凸轮轴信号太弱, 同步判断时间较长:重新调整。

(4) 环境温度太低, 并且预热装置失效:更换预热装置。

(5) 柴油、机油品质太差未达标:更换标准油品。

(6) 启动机或飞轮齿圈打齿:更换启动机及飞轮齿圈。

(7) 活塞环、缸套磨损或气门密封不严:更换活塞环、缸套或气门座、气门。

(8) 排气制动碟阀卡死在关闭位置, 导致排气不畅:更换碟阀。

(9) 喷油器回油量过大引起的轨压建立缓慢:更换喷油器总成。

(10) 燃油箱进回油管未达到内径和压力设计要求:改进设计。

实例1:柴油机启动困难

故障现象:启动时间过长, 轨压建立过程太慢。

排除:检查油路, 发现低压油路油管太细, 内径大约为6 mm左右, 远小于潍柴规定的最低12 mm的要求, 要求客户更换油箱内油管在内的所有低压油管, 更换并放气后顺利启动。

实例2:柴油机启动困难

故障现象:该车在出厂前就有启动困难的问题。停放一段时间后, 启动困难。用手压泵泵油后启动效果很好, 但再熄火后, 经过一段时间, 又不能一次启动起来。

排除:怀疑低压油路有问题。将进油管拆下, 发现在管口有纸条将其堵塞, 考虑可能是由于该原因而导致进油不畅。打开油箱后发现在进油管下并未有滤网, 从而有杂质进入了油管。

清理油箱及滤清器, 检查回油管路, 发现回油管内有气泡, 旋紧回油管路各连接处, 排气, 发动机恢复正常。