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    静音柴油发电机位置控制式喷射系统的特点

    Date: 2024-04-13Hits:
    导读:  集装箱发电机的燃油喷射装置,根据喷射量的控制方式不一样分为位置控制式喷射装置和时间控制式喷射系统两种...

      集装箱发电机的燃油喷射装置,根据喷射量的控制方式不一样分为位置控制式喷射装置和时间控制式喷射系统两种。位置控制式喷射系统是通过齿条或拉杆位置来控制喷射量的,根据调节油门拉杆位置的方案不同,又分为传统的机械式喷射系统和电控位置式喷射系统。后者是在机械式喷射系统的基本上,增加电喷系统,如电子调速器、自动控制供油时刻的定期器、控制单元及相应的传感器等。位置式喷射装置,不管是机械式还是电喷式都是泵-管-喷油嘴型结构,其中柴油泵是核心部分,具体完成按一定的供油规律,定期、定压地向喷油器供给定量燃油的任务。而喷油嘴只是起大概的喷油功能,即当供油压力超过喷油嘴的启喷压力时,打开喷油器针阀进行喷油,否则针阀落座停止喷油。在这种泵-管-喷油器型位置控制式喷射装置中,柴油泵根据其组成不一样可分为直列泵和分配泵。

      图1所示为典型的机械式VE型分配泵的组成。这种分配泵只有一个柱塞,与固定在一起的平面凸轮一同旋转。此时,由平面凸轮形线与滚轮之间的相互作用,完成柱塞的往复与旋转运动,同时实现压油和向各缸分配燃油的任务。平面凸轮的凸起数与汽缸数相等。机械式分配泵供油量的控制,是通过操作人或调速器调节油量调节滑套的位置来完成的。当油量调节滑套的位置向柱塞压油方向(图中右向)移动时,柱塞的压油行程延长,供油量增多;反之,油量调整滑套向左移动时,柱塞压油行程缩短,供油量减少。电控位置式分配泵是在机械式分配泵的基本上,对油量控制装置和供油时刻的控制系统进行了稍微改动,即去掉了原机械式调速系统,增设了速度探头、控制油量调节滑套位置的比例电磁阀、油量调节滑套位置传感器、控制供油时期的定时控制阀4、供油定期器位置传感器等(图2)。比例电磁阀1由线圈、铁心和回位弹簧等组成,ECU通过占空比(在控制脉冲一周期内接通时间所占的比值)控制流经线圈电流的大小,由此控制电磁阀磁场的强弱。可动铁心在该磁场力和回位弹簧力的功能下,保持其轴向平衡点位置。当流经线圈的电流变化时,原磁场力和弹簧力的平衡状态被破坏,铁心沿轴向移动到达新的平衡点。当铁心轴向移动时,通过杠杆系统带动油量调整滑套移动,由此达到调节喷射量的目的。而油量调节滑套的位置是靠装配在可动铁心前端的油量调节滑套位置探头来测量的。ECU实时读取油量调整滑套位置探头的信息,并与储存在ROM中的目标值相比较进行反馈控制,使实际油量调整滑套位置尽可能接近目标值。目标油量调整滑套位置或喷射量是事先通过台架试验根据不一样转速不一样负载标定而获取的。

      直列泵(In-line Pump)实际上就是把多缸室外型静音发电机各缸的供油单元安装在同一个柴油泵壳体上而结构的合成式喷油泵。根据柴油泵壳体的构成特征,直列泵也分为A型泵、P型泵等几种。电喷直列泵TICS(Timer Injection Control System)是在P型泵的基础上进行改进的。图3所示为P型直列泵的构造。P型泵的供油量是操作员通过加载位置,改变P型泵油量控制齿杆位置来控制的(图4)。TICS泵保留了P型泵的油量控制齿杆系统,但在柱塞偶件上增加了一个控制滑套,取代了P型泵中的固定柱塞套。通过控制滑套相对柱塞的上下位移静音柴油发电机防音发电机组,改变柱塞的供油始点,即供油预行程,由此在一定范围内可实现供油时刻的任意控制(图5)。

      上述位置式泵-管-喷油器型喷射系统,喷油嘴和柴油泵之间有一定长度的高压油管,于是柴油泵的供油特点和喷油嘴的实际喷油特征不一致。电控化以后虽然在喷射系统参数的控制上,相对机械式改进了许多,使得静音柴油发电机的性能得到大幅度的改进,但仍未能彻底解除以燃油泵控制为核心的泵-管-喷油器型喷射装置构成的固有问题。为了便于分析,根据图6所示的泵-管-喷油器型燃油喷射系统在喷射流程中喷油泵端燃油压力PH、喷油嘴端燃油压力pn及针阀升程h的变化规律,将其喷射过程划分为喷射延迟、主喷射和喷油结束三个阶段。

      是指从柴油泵出油阀升起而开始供油时刻起到喷油嘴的针阀开始升起而开始喷油的时刻为止(图6中I段)。由于一定长度的高压油管的存在,从喷油泵供油开始,被压送的燃油在柴油泵端建立油压的同时,沿高压油管以约1400m/s的速度(压力波)向喷油器端传播,建立喷油器端的油压。当喷油器端的油压升高到其启喷压力时,喷油器的针阀才开启,喷油开始。因此,这种泵-管-喷油嘴型位置式喷射装置的第一个缺陷就是供油时刻与喷油时刻不一致,喷油时刻相对供油时刻存在延长角,即供油提前角与喷油提前角的差值。高压油管越长或速度越高,这种喷油延迟角越大。

      是指从喷油器针阀开启喷油开始时刻起到因柴油泵回油造成喷油器端的燃油压力开始急剧下降的时刻为止(图6中II段)。在这一阶段,喷油规律详细取决于喷油器喷孔的总开启面积和喷射压力。而喷油器端的喷射压力与柴油泵的供油速率和高压油管中的压力波动等有关。于是,虽然供油规律影响喷油规律,但两者不相同。这里,喷油规律是指单位时间(或每1°燃油泵凸轮转角)内喷油嘴喷入燃烧室内的喷射量(即喷油速率)随时间(或燃油泵凸轮转角)的变化关系;而供油规律是指单位时间(或每1°喷油泵凸轮转角)内柴油泵的供油量(即供油速率)随时间(或喷油泵凸轮转角)的变化关系,供油规律具体取决于燃油泵的柱塞几何尺寸和柴油泵的凸轮形线(确定柱塞的运动规律)。于是,这种喷射系统的第二个致命弱点就是喷油规律不可能直接控制。

      是指从喷油器端的燃油压力开始急剧减轻的时刻起到喷油器针阀完全落座停止喷油为止(图6中III段)。因为这种喷射系统是通过燃油泵的回油来减少喷油嘴端油压的,并以此控制针阀落座,于是针阀的落座转速取决于喷油器端压力的减小速率。而且在此阶段因喷射压力减小,所以燃油雾化特性变差。

      由于这种泵-管-喷油嘴型燃油喷射装置是通过柴油泵控制喷油器端的油压来控制喷油器的喷射过程的,因此存在以下几个问题:

      1、喷油泵的供油规律和喷油规律不一样,如图7所示。首先,供油时刻和喷油时刻不同,喷射时刻相对供油时刻延长;其次,喷油嘴端的油压是通过燃油泵的供油规律间接控制的,于是喷油连续时间比供油持续时间长,最大喷油速率比最大供油速率低,喷油规律曲线和供油规律曲线也不一致,也就是说通过供油规律无法精确控制喷油规律。

      2、在高速大负荷等供油量多的工况下,喷射终了喷油器针阀落座后,受高压油管中压力波动的影响,喷油器端的油压有可能超过其启喷压力,此时将造成针阀再次升起而喷油的异常喷射状况,称这种现象为二次喷射(图8中2图)。此时,由于喷射压力低,燃油雾化不佳,故而燃烧不完全,碳烟增多,且整个喷射连续时间拉长,热效率减少,经济性下降。

      3、如果喷油终了柴油泵无法迅速回油,则高压油管中的残压较高,喷油嘴端的油压下降缓慢而造成喷油器针阀不能迅速落座,使针阀关闭不严,燃油仍以未完全雾化的油滴状态流出喷孔,称这种状况为滴油状况。滴油难以雾化,易生成积炭并堵塞喷孔。

      4、当发电机组小负荷状态运转时,供油速率低静音发电机组,使得某一瞬间燃油泵的供油量小于从喷油嘴喷射的量和填充针阀室空间的油量之和,造成针阀在喷射步骤中周期性跳动的现状,称之为断续喷射(如图8中3图)。这种喷射现状容易导致针阀副的过度磨损。当供油量过小时,会出现循环喷射量不断变动的现状,称这种状况为不规则喷射。再减小喷射量时有可能产生有的循环不喷油,或两个循环喷一次的隔次喷射现状(如图8中4图)。这种异常的喷射现象限制了方舱式静音发电机的最低稳定转速。

      电控位置式喷射系统在一定程度上改进了机械式喷射装置存在的上述问题,但不可能从根本上彻底解决,而上述存在的问题又直接制约喷油规律和放热规律的精确控制。因此,这种喷射装置满足不了日趋严格的节能与排放法规的要求而被淘汰。

    静音柴油发电机位置控制式喷射系统的特点


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