康明斯发电机的高压共轨装置结构和长处

摘要：康明斯燃油共轨机构采用康明斯柴油发电机现有直喷系列基础组成，在国二柴油发电机基本上，通过对燃油装置和控制装置的升级，应用康明斯CES的SCR后解决技术开发实现的国三产品。电喷发电机机型开发也是康明斯全球Rainbow项目的一部分，是康明斯为中国国三开发的具有统一性能和结构的电控柴油发电机。因此产品在开发中充分考虑了中国的环保、天气等运行环境，以满足长久中国市场的应用和要求。

      通过控制喷油时间来调整出油量的大小是柴油发电机控制喷油的方法，而柴油发电机喷油控制则是由发电机的速度和加载踏板位置(油门拉杆位置)来决定的。因此，这项技术的基础机理是计算机根据转速探头和油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度和进气压力等探头的信号进行修正，再与来自控制位置感应器的信号进行反馈修正，从而确定较佳喷油量。

      电控柴油喷射机构由感应器、ECM(计算机)和执行装置三部分构造，其用途是对喷油机构进行电子控制，实现对喷油量及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度和压力等探头，将实时检测的数据同步输入计算机，与已储存的参数值进行比较，经过解决计算，按照较佳值对喷油咀、废气再循环阀和预热塞等执行机构进行控制，使柴油发电机达到较佳运转状态。

      共轨技术是指高压油泵、压力感应器和ECM构成的闭环装置将喷射压力的产生与喷射过程彼此完全分开的一种供油程序。由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发电机的转速无关，可以大幅度减轻柴油发电机供油压力随发电机速度的变化。喷油嘴的喷油量由ECU控制，喷油量大小取决于燃油轨(公共供油管)压力和电磁阀开启时间的长短。高压共轨机构可实现在传统喷油系统中不能实现的功用，其好处有：

① 该装置中的喷油压力大小可以调整，可确定不同工况所需的较佳喷射压力，从而优化柴油发电机的综合性能。

② 可独立地柔性控制喷油正时，配合高喷射压力(120~200MPa)，可同时将废气和颗粒控制在较少范围之内，以满足排放要求。

③ 柔性控制喷油速率变化，达到理想的喷油规律，既可减少柴油发电机NOx，又能保证其优良的动力性和经济性。

④ 由电磁阀控制喷油，其控制精度过高，高压油路中不会出现气泡和残压为零等现象，因此，在柴油发电机运行范围内循环喷油量变动小，可改进各缸供油的均匀性，从而减轻柴油发电机的震动和减小排放。

      共轨装置是指柴油从油箱，被齿轮泵吸出，经过油水分离器，过齿轮泵，到柴油精滤器，到高压泵、共轨管、喷油嘴，并与感应器和ECU构成的闭环燃油供给系统，将喷射压力的产生和喷射流程彼此完全分开的一种供油步骤。根据图1的基础原理，由共轨泵把高压燃油输送到公共供油管（共轨管），ECU通过控制共轨泵的流量电磁调整阀的开度，对共轨管的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与柴油发电机的速度无关，因此克服了柴油发电机供油压力随柴油发电机转速而变化的缺点。ECM控制喷油嘴的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。

      燃油共轨系统采用的是电控喷油嘴，它是根据电子控制单元的指令在适当的时候将适量的燃油喷射到燃烧室中。电控高压喷油泵详细由喷油泵体、喷油泵控制电磁阀、喷油咀偶件、O形密封圈、QR code信息片、喷油咀电磁阀接线柱等部分组成。电控喷油器的工作机理如图2所示。其工作过程如下：

      高压油轨内的燃油进入喷油泵，但电磁阀没通电，TWV阀关闭，控制室压力等于油轨压力，喷嘴关闭。

      ECU控制电磁阀通电，TWV阀打开，控制室压力得到释放，使控制活塞上移，喷嘴打开喷射燃油。

      电磁阀断电，TWV阀关闭，控制室压力与油轨压力同步，喷嘴关闭，喷油结束。

      电子控制单元是整个柴油发电机电喷机构的“计算机与控制中心”，它是电控系统的“大脑”整个电控系统的核心，控制原理如图3所示。它承担整个电控机构的信号采集与解决、参数运算与分析、控制方法的实现、控制指令的产生、参数的通信与交换等功用。ECM通过各种探头和开关，采集到柴油发电机当前的工作状态信息，进行剖析计算并按此状态下预先标定好的较佳数据，控制柴油发电机的喷油量、喷油时间及喷油压力，从而调节柴油发电机的工作状态，达到节油、高效、低排放的目的。

      探头是一种切换器，用途是进行信号变换。柴油发电机电控系统中常用的感应器有温度、压力、速度感应器等。

      主轴转速感应器（Ne传感器）可以确定活塞上止点位置，同时测定柴油发电机曲轴的转速。曲轴转速传感器安装在飞轮壳体上。感应器信号发生的机理是：飞轮360°范围内按6°间隔打58个孔!剩下2孔未打，形成闻隙，作为预判活塞上止点的依据。感应器中的磁通跟随着通过的孔与间隙而变化，产生正弦交流电压，其波幅随着柴油发电机转速而变化。设定间隙到感应器位置的角度，可确定一缸上止点。结合凸轮轴传感器正时凸轮，确定一缸点火上止点。

      进气压力传感器的安装位置：进气压力传感器为半导体压敏电阻式压力探头，其功用是把进气压力信号转化为电压信号，然后发送给ECU，由ECU计算进入柴油发电机汽缸的空气量，用来控制喷油量（空燃比）。

      轨压感应器安装在共轨管的一端，位置示意图如图4所示。用于实时检测共轨管中的燃油压力，测定范围为0～200MPa。其机理是把压力信号转化为电压信号，再将信号放大后输送到ECM，由ECU对压力控制阀（PCV）实施反馈控制，通过增减油泵供油量来调省油压，使油压稳定在目标值。

      水温感应器安装在节温器体上，是负温度系数的热敏电阻传感器，操作范围为-40～130℃。该探头具体用于检测柴油发电机冷却的温度，把温度信号转化为电压信号，从而进一步精确控制燃油喷射量。

      进气温度传感器为负温度系数的热敏电阻，安装于进气歧管上，详细用于测量进气管中的进气温度，从而进一步精确控制燃油喷射量。

      电装共轨机构的主继电器控制电路。当打开点火开关到“ON”位置后，ECU端子中KEY/SW端子得电，M_REL端子就输出低电平，引起主继电器动作，+BP端子就输入24V电压供给整个ECM作业；当电源关断或掉电时，M_REL端子由软件控制，并不马上变为高电平，而是维持一段时间，使得ECM有足够时间保存数据。只有当延长时间结束后，M_REL端子才由低电平转变成高电平，从而切断ECU的工作电源。

      压力控制阀用于控制从供给泵到共轨管内的燃油量，电装共轨系统的PCV继电器控制电路：当点火开关打到“ON”位置时，PCV继电器动作，向PCV1和PCV2供电，当ECM发出PCV驱动指令后，三级管导通，PCV开始作业。

      燃油计量阀安装在高压油泵的进油位置，ECM通过控制其通电时间来调节油泵的燃油供给量，从而控制共轨中的燃油压力值。燃油计量单元在断电状态下，靠弹簧功能力，阀处于全开位置当通电后电磁阀作用，克服弹簧力，将阀关闭。在柴油发电机启动或柴油发电机运行时，根据ECU的指令来执行电磁阀的动作，保证高压轨内压力稳定在规定要求。

      高压共轨是指通过高压油泵、压力传感器、ECM（电子控制单元）构成的闭环方法，将喷射压力的产生和喷射过程完全分离的供油程序。高压共轨发电机的较大优势是采用了高度集成化的燃油控制装置，实物图如图5所示。在这个机构中，高压油泵、高压油管、压力传感器、电磁喷油泵等组件都集成在一个轨道内，从而实现了燃油的高精度喷射和有效率燃烧。与传统的泵喷式发电机相比，高压共轨发电机具有响应更快、燃油经济性更好、噪声更低、排放更干净等好处。电喷高压共轨系统的优点可以归纳如图6所示。

（1）采纳先进的电子控制装置，使得喷油历程的控制非常方便，而且可控数据多，有利于柴油燃烧历程的全程优化，电子控制的压电式实行器开关阀频率高，实现了快速断油本领，其控制精度非常高，高压油路中不会产生气泡和残压为零的征象，因此在柴油发电机运行范畴内，每循环喷油量变更小，各缸供油不匀称得到改善。

（2）采纳高压共轨对策供油，喷油体系压力颠簸小，各喷油嘴之间的相互危害小，压力巨细与发电机速度无关，喷射压力控制精度过高，喷油量控制较准确，高压共轨体系中的喷油压力柔性可调，对差异工况可确定所需的较佳喷射压力，从而优化柴油的综合性。

（3）采纳电控高压共轨技能综合优化了柴油发电机的喷油纪律，轻易实现预喷射和多次喷射，可独立地柔性控制喷油正时，配全高的喷射压力，可控制氮氧化物和微粒的较小的数值内以满意排放要求，同时又能具备精良的动力性。

（4）公共轨道技术是在由高压油泵、压力传感器、ECM构成的闭环装置中，将喷射压力的产生和喷射过程完全分离的上油步骤，通过高压油泵向公共加油管输送高压燃料通过正确控制公共加油管内的油压，可以使高压油管的压力大小与柴油发电机的转速无关，大大减少伴随着发电机速度的加油压力变化，也可以减少以往柴油发电机的缺陷。

（5）ECM根据燃料轨道（公共加油管）的压力和电磁阀的开闭时间的长度来控制油喷射量。共轨室内的高压被直接用于喷射，可以省略油喷射内的增压系统。另外，共轨室内是连续高压，高压油泵所需的驱动力矩比以往的油泵小得多。

（6）通较高压油泵上的压力调整电磁阀，能够根据发电机负荷情况及经济性及排出性的要求灵活地调节共轨室内的油压，特别优化了发电机的低速性能。

（7）通过喷射器上的电磁阀控制喷射定时、喷射油量和喷射速度，可以灵活地调节不同场景下的预备喷射和后喷射的喷射油量和主喷射之间的间隔。

      在电控共轨机构中，由各种感应器实时检验出柴油发电机的实际运转状态，由微型计算机根据预先布置的计算程序进行计算后，定出实用于该运行状态的喷油量、喷油叶间、喷油率模型等数据，使柴油发电机始终都能在较佳状态下作业。计算机具有自我诊断作用，对机构的主要零部件进行技术诊断，如果某个零件发生了故障，则诊断装置会向使用员发出警报，并根据故障状况自动作出处理；或使柴油发电机停止运行——即所谓损坏应急功用，或转换控制方法。传统的泵管嘴燃油装置中，喷油压力与柴油发电机的速度和负荷有关，不是一个独立变量。在高压电喷共轨装置中，喷油压力（共轨压力）与柴油发电机的转速和负载无关，是可以独立控制的。由共轨压力传感器测出燃油压力，并与设定的目标燃油压力进行比较后进行反馈控制。