柴油机

目前，国际上新型的电控高压喷油系统主要分为两大类：(1)电控脉动泵式高压喷油系统；(2)电控共轨式高压喷油系统。

电控脉动泵式高压喷油系统的主要特点是：用凸轮驱动的喷油泵来实现燃油高压建立过程和燃油喷射过程，这两个过程在时序上不能完全分开；用高速电磁阀旁通泄流控制代替传统的机械式泄流控制，燃油计量采用时间控制方式。主要包括两种类型：(1)电控泵—喷嘴式高压喷油系统；(2)电控单体泵式高压喷油系统。目前，这两种喷油系统的最高喷油压力都可达到150MPa以上。电控脉动泵式高压喷油系统虽然有不少优点，但也继承了传统喷油系统的一些缺陷，主要在于：喷油压力要受到柴油机转速的限制，在低转速时，喷油压力较低。

电控共轨式高压喷油系统的主要特点是：将燃油高压建立过程和燃油喷射过程在时序上完全分开；燃油计量采用压力—时间控制方式，又可分为两种类型：(1)电控高压共轨式喷油系统；(2)电控中压共轨式喷油系统。

电控高压共轨式喷油系统的共轨油道内为高压燃油，喷油压力仅取决于共轨油道内的燃油压力，采用高速电磁阀可实现喷油量、喷油压力、喷油定时和喷油速率的柔性控制。其典型代表有：(1)日本电装公司开发的ECD—U2电控高压共轨式喷油系统，当时最高喷油压力已达到120MPa，并且具备了达到150MPa的潜力，采用一个两位三通高速电磁阀(TWV)。(2)德国BOSCH公司在九十年代所开发的电控高压共轨式喷油系统，当时最大喷油压力可达140MPa，后来又达到160MPa 甚至170MPa，采用一个两位两通高速电磁阀。

电控中压共轨式喷油系统的共轨油道内为中压燃油(或机油)，喷油压力要取决于共轨燃油(或机油)压力和控制电磁阀的通电时间。采用高速电磁阀可实现喷油量、喷油压力、喷油定时的柔性控制，不足之处在于：用电控方式难以实现喷油速率形状控制和预喷射，而通常通过机械控制方式来实现。其典型代表有：(1)美国卡特匹勒公司开发的HEUI型电控喷油系统，用共轨油道内的中压机油来驱动燃油增压机构。最大喷油压力可达到150MPa。(2)美国BKM公司开发的Servojet 型电控喷油系统，用共轨油道内的中压燃油来驱动燃油增压机构。最大喷油压力超过150MPa，Servojet型电控喷油系统又可分为SSI—1系统和SSI—2系统，区别在于：SSI—1系统采用蓄压式喷嘴，而SSI—2系统则采用传统结构喷嘴。

2 电控高压喷油系统开发方案的选型

首先,从技术角度对各种电控高压喷油系统进行比较,如表2.1所示,表中各数字的含义为:0 差(或不可能);1 一般;2 中等;3 较好。

表2.1 各种电控高压喷油系统技术指标比较

Tab.2.1 Comparison of technical performance among electronically

从表2.1中可以看出:电控高压共轨式喷油系统的技术指标最

佳,SSI-2系统与HEUI系统的技术指标次之,而SSI-1系统居第四位.尽管目前电控泵-喷嘴式高压喷油系统和电控单体泵式高压喷油系统就其应用数量和应用场合而言,可能要占一定的优势,但从长远发展来看,这两种系统可能只是过渡类型,其开发和应用的活力远不及电控共轨式喷油系统.从这方面考虑,电控共轨式高压喷油系统应该是初选的喷油系统开发方案。

电磁阀是电控高压喷油系统的核心部件,也是该系统能否开发成功的关键所在。电控高压喷油系统对电磁阀的技术要求中最关键的是响应时间和工作压力。日本ECD-U2高压共轨系统在120MPa的共轨燃油压力下,电磁阀开启响应时间只有0.35ms,关闭响应时间只有0.4ms;德国BOSCH高压共轨系统电磁阀开启响应时间不超过0.25ms。电控高压共轨式系统的电磁阀是小流量控制阀,主要起到控制压力的作用;而对于电控中压共轨式系统(SSI-1、SSI-2、HEUI)﹑电控泵—喷嘴式系统以及电控单体泵式系统而言,电磁阀需要控制相对较大的流量,电磁阀在响应时间方面可能不及电控高压共轨系统,尽管如此,英国卢卡斯公司在电控泵-喷嘴式喷油系统上采用的高速强力Colenoid电磁溢油阀,其试验压力高达250MPa,开启响应时间不超过0.5ms。由于电控泵-喷嘴式喷油系统和电控单体泵式喷油系统可采用快速响应的电磁阀,结合驱动凸轮的形线设计,为电子控制的燃油预喷射和燃油分段喷射提供了可行性,而中压共轨式喷油系统的电磁阀在响应时间和工作压力方面都不及电控泵-喷嘴式系统和电控单体泵式系统.综上所述,针对对电磁阀的技术要求而言,电控高压共轨式系统最高,电控泵-喷嘴式系统和电控单体泵式系统次之,电控中压共轨式系统最低。针对电磁阀的开发难度而言,电控高压共轨式系统最高,电控泵-喷嘴式系统和电控单体泵式系统稍次之,电控中压共轨式系统最低。从目前国内情况来看,电控高压共轨式系统、电控泵-喷嘴式系统和电控单体泵式系统用电磁阀的开发和生产条件尚不成熟,电控中压共轨式系统用电磁阀的生产和开发条件已经成熟,特别是

SSI-1系统和SSI-2系统用的电磁阀在国内已经可以批量生产, 并且可以较好地保证电磁阀的可靠性、密封性和使用寿命。综上所述,Servojet 型喷油系统中的SSI-1系统和SSI-2系统无疑是喷油系统开发方案的最优选择。

国内的有关科研单位,在控制电磁阀的开发和使用方面积累了大量经验;在此基础上,开发Servojet型喷油系统中的SSI-1系统和SSI-2

系统也是最为有利的。

电控泵-喷嘴式系统和电控单体泵式系统对柴油机结构改动量较大,二者都需要重新设计驱动凸轮和传动机构,而且油泵在柴油机上的布置和驱动受到的限制较多;电控共轨式喷油系统对柴油机结构的改动量相对较少,油泵在柴油机上的布置和驱动可以比较自由地选定。而在各种电控共轨式系统中,电控高压共轨式系统对现有柴油机改动量最小,SSI-1系统和SSI-2系统中等,HEUI系统最大;从这个角度来看,喷油系统开发方案选择电控高压共轨式系统最优,选择SSI-1系统和SSI-2系统次之。

最终,将各种电控高压喷油系统的综合比较结果列于表2.2中,并以此作为喷油系统开发方案选型的依据。表2.2中的数字表示对各喷油系统比较后的排位情况,数字越小,表示喷油系统越符合条件。

表2.2 各种电控高压喷油系统的综合比较

Tab.2.2 Comprehensive comparison among various electronically controlled fuel injection systems with high injection pressure

从表2.2可以看出:Servojet型喷油系统中的SSI-1系统和SSI-2系统无疑是目前两种最佳的电控高压喷油系统开发方案；HEUI系统次之；高压共轨式系统应当作为为中远期的优选方案。

根据以上的全面分析,作者借鉴Servojet系统的经验,将军用大功率柴油机电控高压喷油系统的开发方案定型为SSI-1系统和SSI-2系统,首先侧重进行了SSI-1系统的开发工作。

3 电控高压喷油系统的开发及实验［3，4］

电控高压喷油系统的开发主要包括喷油系统硬件及其控制软件。而喷油系统硬件又可分为中低压供油系统;电控蓄压式泵-喷嘴系统;共轨燃油压力调节系统;电控系统硬件。

电控蓄压式泵-喷嘴系统的基本结构如图3.1所示(1电磁阀；2滑阀；3滑阀回位弹簧；4增压柱塞上腔；5增压柱塞(上端)；6增压柱塞(下端)；7增压柱塞下腔高充油控制阀；8喷嘴蓄压腔充油控制阀；9针阀回位弹簧；10针阀回位弹簧座；11喷嘴蓄压腔；12针阀推杆；13喷嘴端高压腔；14针阀；15针阀体)。其工作过程为燃油高压建立过程(增压),与电