单体泵柴油发电机和高压共轨喷射装置性能优点对比

　　摘要：柴油发电机电喷燃油技术是一种全新的现代技术，它集成了计算机控制技术、探头测定技术以及领先的喷油控制技术于一身。其不仅能达到过高的喷射压力、实现喷油量的精准控制，从而优化喷油特点形状并减轻柴油发电机噪声和大大降低废气的排放量。从使用角度而言，随着柴油发电机强化程度的不断提高，对高速型柴油发电机，多采用响应特性优越的高压共轨装置；而对操作重型柴油发电机采用单体泵的较多，因为单体泵对燃料的适应性更好。但两者对比后从放热规律控制精度上考虑，直接控制喷油嘴的高压共轨装置，特别是压电式高压共轨喷射装置，其发展潜力更加符合柴油发电机组的未来发展。

　　       电喷柴油发电机的燃油喷射装置的内部构成如图1所示，控制作用如图2所示。

　　      电喷柴油喷射系统按控制步骤类型，可以分为位置控制式系统和时间控制式系统。时间控制式喷射系统，是通过电磁阀的接通和断开时刻来控制喷油（供油）时刻和喷射量的，可以说这是柴油发电机电控喷射技术逐步成熟的标志。时间控制式喷射系统根据供油装置构造特征又分为泵-管-喷油器型和泵喷嘴型两种。如时间控制式VE型分配泵电喷系统、单体泵及高压共轨装置均属于泵-管-喷油泵型时间控制式喷射系统，而电控泵喷嘴系统属于后者。位置式喷射系统包括机械式的和电控式的，都属于泵-管-喷油器型。

　　      根据喷射压力的不一样，喷射系统又分为低压（18～24MPa）、中压（60～80MPa）和高压（＞100MPa）喷射装置。目前常用的高压共轨、单体泵和泵喷嘴这三种电控喷射装置的最高喷射压力均超过200MPa，其中高压共轨喷射系统的喷射压力也可以实现柔性控制，因此这种控制方法又称为时间-压力式控制。柴油发电机的燃油喷射系统从低压的机械式喷射装置逐步向电喷位置控制式、电喷时间控制式、电控高压时间-压力控制式发展。目前，国外已开发探讨出基于压电式喷油咀的时间-压力式高压高响应电控喷射装置。这种喷射技术的发展，使高速发电用柴油发电机向直喷化发展，同时满足日趋严格的节能和排放法规。

　　      柴油发电机电喷喷射技术，经历了位置控制式、时间控制式和时间-压力控制式等发展步骤。对VE型分配泵改良的时间控制式电控系统，虽然增强了燃油泵的控制精度和灵活性，但这种以柴油泵控制为核心的、通过供油规律间接控制喷油规律的步骤，已不再实用越来越严格的排放要求要求。为了更高效地控制放热规律，在控制方法上，从原来以燃油泵控制为核心的供油规律的控制模式，发展到以喷油器控制为核心的直接控制喷油规律的控制模式。20世纪80年代成功开发的高压共轨喷射系统，可以说是柴油发电机喷射技术发展史上一个新的时间碑，它实现了在传统的柴油发电机上不可能实现的喷油规律的直接控制，成为现代发电用柴油发电机燃料喷射技术的主流。高压共轨喷射系统的最大特征是，不仅喷射压力高压化，而且可实现喷射压力的柔性控制。其他时间控制式高压电喷系统还有泵喷嘴和单体泵两种，虽然这两种喷射系统也能实现高压喷射，但对喷射压力的柔性控制受到构成限制。

　　      泵喷嘴在高压、均匀分布和可控性方面具有显著优点，但同时也存在成本高、维护要求高、易堵塞和使用时限有限等潜在短处。因此，在中国国内采用该系统的产品较少，属于小众化品牌范围，在本文中不再详细进行对比和研讨。

　　      因为泵喷嘴的制造工艺复杂，材料成本过高，因此它们的价格一般高于其他类别的喷嘴。

　　      泵喷嘴需要定时进行保养和清洗，以保持其性能和效率。这可能需要专业的常识和装置。

　　      因为泵喷嘴的高压特点，较小的颗粒或杂质容易在喷嘴内部产生堵塞。这可能致使喷嘴性能下降，甚至需要更替。

　　      泵喷嘴的使用时限取决于其作业环境和操作频率。在某些高压力和发烫环境下，泵喷嘴可能会更容易磨损和损坏。

　　      高压共轨喷射系统（CR）在结构上仍然采用了泵-管-喷油嘴型，原理如图3所示。但是从控制角度，高压泵和喷油咀互相独立。在喷射程序上采用直接控制喷油泵的方式，由此实现对喷油规律的直接控制。而高压泵的控制是通过ECU根据轨压传感器反馈控制其节流阀或PCV电磁阀来调节泵油量的，使共轨的轨压达到设定值

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，只为喷油咀的喷射过程创造条件。故而，喷射压力不受柴油发电机转速、负荷的影响，可任意控制合川康明斯发电机。因此，这种方式在放热规律控制精度和响应特性方面更具有优越性，但需要在高压装置的高压密封及可靠性方面采取相应的举措。高压共轨装置最大特点如下：

　　（1）采用领先的电子控制技术系统及配有高速电磁开关阀，使得喷油步骤的控制十分方便，并且可控数据多，有利于柴油发电机燃烧步骤的全程优化；

　　（2）采用共轨步骤供油，喷油装置压力波动小，各喷油器间相互影响小喷射压力控制精度过高，喷油量控制精准；

　　（3）高速电磁阀开关频率高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地实现预喷射，后喷射等用途，为优化柴油发电机喷射规律、改良其性能和减少废气排放提供了高效的手段；

　　（4）系统结构移植方便适应范围宽，不像单体泵柴油发电机对柴油发电机的构成形式有专门要求发电机组配件柴油机修理。高压共轨系统均能与目前小型、中型重型柴油发电机很好的匹配。

　　      单体泵（UP）作业原理如图4所示。它在构造上改进了高压共轨喷射装置中高压油管长而带来的高压密封及可靠性等问题，防止了安装在气缸盖上的泵喷嘴型喷射装置体积大、组成复杂的缺点。但是在控制方法上采用控制单体泵的供油特性来间接地控制喷油规律的方式。由于高压化且高压油管短，于是供油规律和喷油规律不一致的问题得到很大的改良，但是在喷油规律的控制精度及高速响应特性等方面，单体泵不及高压共轨喷射系统和泵喷嘴型喷射装置。单体泵的喷油规律控制精度及其响应特性主要取决于高压装置的容积大小和其内部的压力波动状态。故而，在安装因素允许的情况下应尽可能缩短高压油管长度，而且必须保证具有一定的承压能力和承受高频压力波动的能力。

　　      电喷单体泵的外形和传统机械泵相似，但它是每缸一个单独的油泵和喷油器，有几个缸就有几个独立的单体泵西安康明斯发电机。它由ECU根据采集的参数通过油泵上的电磁阀来控制油泵的升程来达到控制喷油压力目的，与此同时ECM还能根据实时参数，调节最佳喷油时间和喷油量，与机械泵相比使得燃烧更好排放更低的作用。

　　       大概的说，高压共轨就像是一个喷泉，一个加压泵将水送到管子里，管子上带着N个喷水头。而电控单体泵就像是喷泉中心喷的最高的几根水柱，那几根水柱就是一个泵只带动一个喷嘴，就像电喷单体泵一样，有几个缸就有几个单体泵逐一对应。电喷单体泵则不同，他是每个单体泵上都有电磁阀，通过它来控制喷油的正时和喷油量，喷油咀则只是一个机械式喷油嘴，相对于共轨的电喷喷油泵精度就低很多。相对于高压共轨，单体泵对柴油的要求较低，但是排放要比高压共轨差很多，达不到非道路国三以及以上排放法规。

　　      从详细细节对比单体泵与共轨装置的区别看看各自的特征。

　　（1）电喷单体泵的喷射压力是通过油泵驱动凸轮型线的布置来实现的，且与喷油咀的孔径以及发电机的速度有关。即喷油泵孔径越小，最高喷射压力越大；发电机转速越低，则喷射压力越小。不利于发电机的低速性能。该装置目前能实现的最高喷射压力为180MPa。

　　（2）共轨系统的喷射压力可以完全独立于发电机的转速，有利于改善发电机的低速性能，喷射压力由高压泵上的电磁阀进行调整江津康明斯发电机，并由相关MAP实现灵活控制巴南康明斯发电机，同时喷射压力也与喷油嘴孔径无关。该装置目前能实现的最高喷射压力为160MPa。

　　      因此，在喷油压力控制方面，高压共轨装置优于电喷单体泵，这对于满足更严格的排放有利。

　　（1）如图5所示。电控单体泵和共轨系统都能在各个发电机工况实现对喷油量的灵活精确调整。电控单体泵能实现的最小喷油量为3mm3/st柴油发电机配件，但不能实现预喷射。不利于冷起动。

　　（2）如图6所示。共轨系统能实现的最小喷油量为2mm3/st，且能实现预喷和后喷，通过预喷射可以有利于冷启动，并降低噪音；而后喷射，则可以运用于后解决，为满足将来欧IV等更严格的排放要求提供技术储备。

　　      电控单体泵和共轨系统都能根据发电机各个工况的需要，灵活调整喷油正时，这对于调节和改进发电机在各个工况的油耗、NOx以及烟度非常有利。

　　（1）电喷单体泵的喷油规律与机械直列泵相同，为三角形，燃烧柔和，爆发压力低，有利于减小NOx。

　　      因此电控单体泵的喷油规律优于共轨装置。

　　（1）电喷单体泵依靠喷油器的针阀弹簧断油，由于从高压泵到喷油泵较长的高压油管，高压油管的燃油压力波会影响喷油器的快速断油，对发电机的燃油耗以及烟度不利。

　　（2）高压共轨系统通过电磁阀控制喷油泵柱塞上下腔的燃油压差，加上针阀弹簧的共同功能，使得喷油器喷油结束后的断油很迅速，这对于改进颗粒排放及烟度有利。

　　（1）电喷单体泵为每个喷油器对应一个单体泵，6个单体泵由一个泵箱集成为一体，因而其体积较大，驱动机构笨重，油泵的吸收功率较大。

　　（2）共轨装置的HP0高压泵采用两个三角形凸轮驱动，每个凸轮有三个凸起，构成紧凑，重量轻，便于安装，且油泵的吸收功率小。

　　（1）电喷单体泵因为不能实现预喷射和后喷射，因此其控制举措也大概，补偿MAP较少，电喷单体泵共有57张控制MAP。

　　（2）高压共轨装置能实现预喷射和后喷射，其控制方案要复杂得多，相关的补偿MAP很多，共有310张控制MAP，为发电机以及整车性能的优化提供了技术接口。

　　（2）共轨装置对燃油质量的要求较高，要求燃油的过滤精度达到5u，远高于机械直列泵。燃油系统的杂质容易致使共轨系统失灵。

　　（2）高压共轨系统的关键零部件，包括高压泵、共轨管、电控喷油器和ECM都只能进口，成本偏高。

　　       综上所述，高压共轨与单体泵的喷油综合性能对比如图7所示，高压共轨与单体泵的净重、噪音和安全性对比如图8所示。

　　      康明斯系列发电机组购买电喷高压共轨柴油发电机，排放完全满足非道路国三GB20891-2014排放标准，国家进一步对排放要求国四时候只需增加后清除等一系列办法就可以满足要求。单体泵柴油发电机只是一个过渡产品，介于机械泵柴油发电机与高压共轨柴油发电机之间的一个产品，存在着很多的不足，比如由于构成的原因不能实现多次喷射，排放控制较难，机械喷油泵会出现由于损伤和弹簧疲劳造成的喷油压力过低，造成喷油时间过早危害发电机的动力。单体泵在排放控制上远远不如高压共轨，这也是因何单体泵在国内环境下适应性好，却一直没能大规模生产运用的主要原由。此外，单体泵柴油发电机在对排放法规偏高的场合，无法满足现阶段国家对排放标准严格的标准。