船用共轨柴油机系统简析

灵 活的多次 喷射 ，且 喷射压力可在不 同转 速和负荷条件 下任
意 调 节 ，给 发 动 机 带 来 的 好 处 是 极 为 理 想 的 指 标 。 由于 这 些
４ ０。内进行 。如果预喷射 的喷油始点 早于 上止点前 ４ ０。曲
轴 转 角 ，则 燃 油 可 能 喷 到 活 塞 顶 面 和 汽 缸 壁 上 使 润 滑 油 稀 释
火延 迟 期 而 有 助于 发 动机 扭 矩 的 增 加 。根 据 主 喷 射 始 点 和 预
电源 控 制 箱 Ｅ ５ 组 成 。在 日常 的管 理 中 ， 由于 Ｅ ０ ８ ９ 、Ｅ９ ５ 控 制 箱 都 是 安 装 在 主 机 旁 ，主 机 运 行 时 的 震 动 和 高 温 对 这 些 控 制 箱 会 产 生很 大 的影 响 ，因 此 定 期检 查 、 紧 固 各 个 控 制 箱
因素 ， 电控 共轨技术 已普遍为新一代船舶柴 油发动机采 用
二 、 共 轨 喷 油 系 统 主 要 特 点
到不允许 的程度 。预 喷射 时 ，少量燃油 （ － ｒ ｍ。 １４ ａ ）喷入汽 缸 ，促使燃烧室 产生 “ 调节” ，从而改善燃烧效率 。压缩 预
压 力 由于 预 反 应 或 局 部 燃 烧 而 略 有 提 高 ， 因此 缩 短 了主 喷 油
的 扩 展 功 能 和 在 燃 烧 过 程 设 计 上 更 多 大 的 自由度 ， 它 可 以 使
小 喷 油 量 时 的 喷 油 压 力 较 低 ； （ ）峰 值 喷 油压 力 是 平均 喷 油 ２ 压 力 的 两倍 以 上 ； （ ） 喷 油 过 程 曲线 近 似 于 三 角形 ，这 有利 ３ 于 燃 烧 完 善 。 峰 值 喷 油 压 力 对 喷 油泵 及 其 驱 动 装 置 构 件 承 受 的 负荷 具 有 决 定 性 的影 响 。对 普 通 喷 油 系 统 而 言 ，它 是 燃 烧 室 中混 合 气 形 成 质 量 好 坏 的评 价 尺 度 。对 理 想 的 喷 油 特 性 ，
力 达 到 １ ０ Ｐ 。 此套 采 用 新 研 发 的 压 电直 列 式 喷 油 器 的系 ８Ｍ ａ
统 使 带 预 喷 和 后 喷 的喷 油率 曲 线 范 围 更 为 自由 。 与 其 它 喷 射 系 统 相 比 ，共 轨 系 统 把 压 力 产 生 与 实 际燃 油 喷射 过 程 分 离 。 “ ” 被 作 为 高 压 蓄 压 器 ，其 内 部 燃 油 压 力 始 终保 持 与 发 动 轨 机 具 体 工 况 相 适 应 的最 佳 压 力 。 共 轨 系 统 可 被 轻易 地 安 装 到 各 类 不 同 的 发 动 机 中 。除 此 之 外 ，共 轨 系 统 还 提 供 了 更 广 阔
式 喷 油 系 统 主 要 的贡 献 就 是 将 喷射 压力 的 产 生 和 喷 射 过 程 彼 此 完全 分 开 ，通 过 对 共轨 管 内 的 油 压 实现 精 确 控 制 ，使 高 压 油 管 压 力 大 小 与 发 动 机 的转 速 基 本 无 关 。 关键 词 ： 柴 油机 ；共 轨 系 统 ；瓦 锡 兰 Ｗ ＥＣ 一 ５ ０控制 系 统 Ｓ９ ２
Ｃｏ ｔｏ ｉ） Ｖ ｎ ｒ ｌＵｎ ｔ 、 ＣＵ （ ｘ ａ ｔＶａｖ ｎ ｒ ｌＵｎ ｔ 、 Ｅ ｈ ｕｓ ｌ ｅ Ｃｏ ｔ ｏ ｉ）
共 轨 压 力 传 感 器 等 等 多 方 面 的原 因 。 Ｆ ＣＭ一 ０模 块 的控 制 和 ２ 检测功能分为两部分 ： 第一 部分 是实 现 Ｗ ＥＣ 一 ５ ０ 系统 中 Ｓ９ ０ 的公 用 电子 部 件 ＣＯＭ— Ｕ 的 所 有功 能 ， 加 以 完善 。 ： １ Ｅ 并 如 （） 燃 油轨 、伺 服 油 轨 的 压 力 调 节 和检 测 ； 压 油 泵 的 控 制 。（ ） 液 ２ 储 存 和 处 理 各 种 数 据 ， 如 ： Ｉ 相 关规 则有 关 的参 数 设 例 与 ＭＯ 置 、与 柴 油机 运 行 管理 相 关 的参 数 设 定 等 。（ ）Ｗ ＥＣ ３ Ｓ系 统 内部 自检 ，例 如 ：电源 的状 况 、软 件 、硬 件 的 白诊 断 。 （ ） ４ 计 算和 处理 公 共 控 制 变 量 ，如 ：可 调 喷 油定 时、 可 调 排 气 阀 开 启 和 关 闭定 时 、主 机 状 态 等 。（ ）与 外 部 系 统 的数 据 通 信 。 ５ （ ）故 障 指 示 。第 二 部 分 是 实现 Ｗ ＥＣ 一 ５ ０ 系 统 中 的气 ６ Ｓ９ ０ 缸 电子 部件 Ｃ Ｌ Ｅ 的 所有 功能 ，并 加 以 完 善 。如 ：（ ）根 Ｙ —Ｕ １ 据 各 种 相 关 的 数 据 、 参 数 和 指 令 ，实 现 对 起 动 阀 、 喷 油 阀 和 排 气 阀 的 控 制 。 （ ） 各 相 关 电磁 阀 的 定 时 控 制 和 曲柄 角 保 持 ２
内 的接 线 是 十 分 必 要 的 。另 外 ， 于 Ｆ Ｍ一 ０模 块 故 障 的确 对 Ｃ ２
定 ，则 是 Ｗ Ｅ 一 ５ ０控 制 系 统 管理 方面 比较 困难 的事 情 ， ＣＳ ９ ２ 因为 主 机 运 行 时若 出现 单 缸 工 作 不 正 常 现 象 ，其 牵 涉 到 的 因 素 太 多 ，除 了 常规 的机 械 方面 的原 因 ，还 有 Ｉ Ｕ （ｎ ｅ ｔ ｎ Ｃ Ｉ ｊｃｉ ｏ
性和 延长使用寿命 ，电控高压共 轨喷油系统与传统 的凸轮驱
动 的机 械 调 节 式 喷 油 系 统 相 比 ，其 与 柴 油 机 匹 配 的灵 活 性 要 大 得 多 ，主 要 表 现 在 以下 几 个 方 面 。 宽 广 的 应 用 领 域 ； 内燃
机 船 舶 ，每 缸 功率 可达 ２ ０ Ｗ 左 右 ） ０ｋ 。喷 油 压 力 可 达
噪 声 ：在 主 喷射 之 前 百 万 分 之 一 秒 内 少 量 的燃 油被 喷进 了 汽 缸 压 燃 ，预 热 燃 烧 室 。 预 热 后 的汽 缸 使 主 喷 射 后 的压 燃 更 加
射 正 时 、 喷 油 量 、 喷射 速 率 、 压 力 以 及 进 、 排 气 阀正 时 ，能 够 有 效地 实 现 柴 油 机 在 各 种 负荷 下 的 性 能 最 优 化 ，从 而 达 到 在 满 足 最 新 排 放 要 求 下 ，提 高其 经 济 性 、 可 靠 性 、 操 纵 灵 活
除 了普 通 喷 油特 性 的 要 求 之 外 ，还 有 下 列 要 求 ： （ ）对 发 动 １
柴 油 发 动 机 以更 低 的排 放 、 好 的 燃 油 经 济 性 和 低 噪 声 运 行 。 更 电 控 共 轨 系 统 ， 是 国 内 专 家 一 致 认 为 目前 水 平 最 高 、将 来会
ｌ５ ａ ３ ＭＰ ，甚 至 更 高 。 喷 油 始 点 可 变 。可 实现 预 喷 射 、 主 喷
射和后喷射喷油压力可随柴油机运转工况而变化 。 本功能 ： 基
在 正 确 时刻 以精 确 的 数 量 和 合 适 的压 力 控 制 燃 油 的 喷 射 ，从 而 保 证 柴 油机 的 平 稳 运 行 ，并 获 得 低 燃 油 消耗 、废 气 排 放 和 运 转 噪 声 。 附 加 功 能 ：用 于 减 少 废 气 排 放 和 燃 油 消 耗 ，或 提 高 安 全 性 和 舒 适 性 。在 普通 的喷 油 系 统 ，例 如 分 配 泵 和 直 列 泵 中 ，只 有 主 喷射 而没 有 预 喷 射 和 后 喷射 ，而 在 电磁 阀 控 制 的 分 配 泵 中仅 可 实 现 预 喷射 。普 通 喷 油 系 统 中压 力 的 产 生 和 喷 油 量 的 计 量 是 通 过 凸 轮 和 供 油 柱 塞 来 实 现 的 。这 种 方 法对 喷 油 特 性 来 讲 ，会 产 生 下 列 现 象 ：（ ） 喷 油压 力 随 转速 和 喷 １ 油 量 的 增 加 而 升 高 ； （ ）喷 油过 程 中 喷 油压 力 上升 ，但 到 喷 ２
占统 治 地 位 的一 种 电控 系 统 。其 喷 油器 的 特殊 设 计 ，可 实行
机 的任 何 一 个 工 况 点 ，喷 油 压 力 和 喷 油量 的确 定 都 可 以是 互 为 独 立 的 。 （ ） 喷 油开 始 初 期 （ ２ 即在 喷 油 开 始 到 燃 烧 开 始 之 间 的点 火延 迟 期 内 ） 的 喷 油 量 应 尽 可 能 小 。带 有预 喷 射 和 主 喷 射 的共 轨 喷 油 系 统 可 满 足 上 述 要 求 ，预 喷射 可在 上 止 点 前
统 面 世 ，压 电式 （ ｉｚ ）共 轨 系 统 的压 电执 行 器 代 替 了 电磁 ｐ ｅｏ
阀 ，于 是 得 到 了更 加 精 确 的 喷 射 控 制 。省 去 了 回油 管 ，在 结 构 上 更 简 单 。压 力 从 ２ － ０ ＭＰ ０ ２ ０ ａ弹 性 调 节 。最 小 喷射 量 可 控制在 ０５ ．ｍｍ 。 ，减 小 了烟 度和 ＮＯＸ 的 排 放 。最 高 喷 射 压
中图分类号：Ｔ４２ Ｋ ２
共轨 柴 油机 发 展
文献标识码：Ａ
文 章编 号 ： １０ — ９ ３ （０ ２ ９ ０ ６ — ２ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ — ０ ９ ０ 柴 油 机 燃 烧 理 论 ，主 要 是应 用 了 电控 技 术 ，通 过 控 制 燃 油 喷
一
、
第 一 代 共 轨 高 压 泵 总是 保持 在 最 高 压 力 ，导 致 燃 油 的浪 费 和 很 高 的燃 油 温 度 。第 一 代 共 轨 系 统 为 商 用 车 设 计 的 ，最 高 喷 射 压 力 为 ｌ ０ Ｐ ，喷射 压 力 为 ｌ ５ ａ ４Ｍ ａ ３ ＭＰ 。第 二 代 共 轨 系 统 可 根 据 发 动 机 需 求 而 改 变 输 出 压 力 ，并 具 有预 喷 射 和 后 喷 射 功 能 。 有 控 制 油 量 的油 泵 ， 射 压 力 能 达 到 １ ０ Ｐ 。 带 喷 ６ Ｍ ａ 即 使 在 压 力 较 低 的 情 况 下 ，该 系 统 也 可 以根 据 实 际 状 况 提 供 适 量 的喷 油压 力 。 不 仅 有 助 于 降低 燃 油 消 耗 ，而 且 还 可 以 降 低 燃 油 温 度 ，从 而 省 去 燃 油 冷却 装 置 。预 喷 射 降低 了 发 动 机
第 １ ２卷 第 ９期
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水
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ＶｏＩ ２ ．１ Ｓ ｔｅ ｅｒ ｅｐ ｍｂ
Ｎｏ ．９
９月
Ｏｈｊ ａ ｎ Ｗａ ｔｅｒLeabharlann Baidu Ｔｒ ａｎｓ ｏｒ ｐ ｔ
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船 用共轨柴 油机 系统简析
于 志 民
（ 津海 运 职 业 学 院 ， 天 津 ３ ０ ５ ） 天 ０３０ 摘 要 ：柴 油机 共 轨 系统 由高 压 泵 、 喷 油管 、高 压 蓄 压 器 （ 轨 ） 共 、喷 油器 、 电控 单 元 和 传 感 器 及 执 行 器 组 成 。共 轨
电控 型 柴 油 机 也 称 为 智 能 型 柴 油 机 ， 即将 电子 设 备 及 软 件 应 用于 船 用 柴 油机 并 成 为 其 重 要 部 分 的新 型 柴 油 机 。根 据
收 稿 Ｅ期 ： ２ ２ ０ — ８ ｔ ０１ — ５ ２
作 者 简 介 ：于 志 民 ，天 津 海 运 职 业 学 院 。
油 终 了 时 又 降 低 到 喷 油 嘴 关 闭压 力 。会 产 生下 列 结 果 ：（ ） １
容 易 ，缸 内的压力 和温度不再是突然地 增加 ，有利于 降低燃
烧 噪 音 。 在 膨 胀 过 程 中 进 行 后 喷 射 ， 产 生 二 次 燃 烧 ，将 缸 内 温 度增 加 ２ ０ ２ ０￣ ０ ～ ５ Ｃ，降低 了 排气 中 的 碳 氢 化 合 物 ， 三代 第 共 轨 系 统 带 有 压 电直 列 式 喷 油 器 。２ ０ 年 ，第 三 代 共 轨 系 ０３
７ ０
中 国 水 运
第 １ ２卷
量 的着 火 延 迟 期 ， 降低 了燃 烧 压 力 上 升 幅 度 和 燃烧 压 力 峰值 ， 燃 烧 较 为 柔 和 。这 种 效 果 减小 了 燃 烧 噪 声 和 燃 油 耗 ，许 多 情 况 下 还 降低 了排 放 。在 无预 喷 射 时 的 压 力 特 性 曲线 中 ，在 上 止 点 前 的范 围 内 ， 压 力 上 升 尚较 平 缓 ，但 随 着 燃 烧 的开 始 压 力 迅 速 上升 ，达 到 压 力 最 大值 时 ，形 成 一 个 较 陡 的 尖 峰 。压 力 上升 幅度 的增 加 和 尖 峰 导 致 柴 油 机 的 燃 烧 噪 声 明 显 提 高 。 而 在 有 预 喷射 的 压 力 特性 曲 线 中 ，在 上 止 点 前 范 围 内 ，压 力 值 略高 ，但 燃烧 压 力 的 上 升 变 缓 。预 喷 射 问接 地 通 过 缩 短 着