柴油机电喷技术的探讨

摘要：本文主要对柴油机电喷系统的组成进行了介绍，并对柴油机的电控喷油系统的关键技术进行了详细阐述，最后对柴油机电喷技术的实际应用与性能优势进行了探讨。

关键词：柴油机;电控系统;关键技术;实际应用

0  引言

海上的石油开采常会用到柴油机，其作为海上平台最重要的一种动力机械，具有转矩大、寿命长的特点，要求其在生产过程中具有稳定的工作状态。随着国家对环境的重视，减少海上柴油机的尾气排放、降低油耗及降低噪音污染成为当今社会研究的热门课题。目前，为了达到这个目的，国内外相关机构着重从柴油机的燃油喷射方式着手进行技术改进工作，通过研究分析，得出电控燃油喷射技术具备很好的发展前景，其良好的动力性能决定了其将在海洋石油平台获得广泛的应用，而且能起到节能降耗的作用。

1  柴油机电喷系统组成

通常，柴油机电喷系统由三大部分组成，主要包括电喷控制单元（ECU—EFI control unit）、传感器及执行机构，而柴油机电喷系统的执行机构分为两种形式，分别为电控喷油泵与电子调速器，两种形式控制循环供油的方式区别很大，电控喷油泵主要是通过控制电磁阀来控制供油，而电子调速器主要是靠齿条来控制供油。目前应用较多的多为第一种执行机构。图1为执行机构为电控喷油泵形式的柴油机电喷系统的具体组成示意图。具体包括：电喷控制单元，即ECM，其是柴油机电喷系统最主要的组成部分，内嵌有微处理器;电池组与开关单元，该单元主要为ECU提供稳定电源，保证各个机构间的信号传递;各种传感器，其是柴油机电喷系统的知觉器官，通过各种传感器来感测柴油机的转速、曲轴相位、喷油压力、温度等;各种电缆线，其能够将各部分单元机构连接为一个整体，保证各部件间的持续通讯;另外还包括有电子控制喷油泵等。柴油机电喷系统工作过程可以描述为：各种传感器对柴油机的各项运行参数进行监测，并将实时参数信息反馈至ECU中，ECU经过信息处理发出相应控制命令，进而实现对执行机构的控制。

2  电控喷油系统的关键技术及技术特点

电控喷油系统发展到今天，已经发展了多种形式结构的电控喷油系统，其中应用到的关键技术主要包括以下内容，具体为：

①电控直列泵技术：通过对直列泵加装电子控制器形成的一种电控喷油系统，其是从机械式喷油泵向电控式喷油泵转变的第一代技术产品，技术存在一定的局限性，在控制喷油过程中只能够对油量进行调节，且制造成本高昂、结构复杂，不利于检修。

②电控分配泵技术：德国博世公司生产的柴油机电控分配泵，也是一种非主流产品，通过对喷油泵加装高速电磁阀来实现定时喷油，调节喷油压力的目的。

③EUI技术：EUI技术即为电控泵喷嘴技术。电控泵喷嘴系统采用凸轮机构来控制柴油机喷油泵喷油，其在所有喷油系统中具有最高的喷射压力，喷油泵结构简单，造价低廉，且具有在工作运行过程中稳定可靠，氮氧化物的排放浓度低，使用寿命长等优点，因此该技术在诸多重型车用柴油机中得到了广泛应用。但该技术也存在一定的局限性，例如，其采用顶置凸轮轴结构，造成柴油机的整体造价升高，且无法对喷射压力进行动态控制，由于喷油泵体积偏大，不利于柴油机的整体优化设计，也限制了喷油方位。

④EUP技术：EUP技术即为电控单体泵技术，其是在电控泵喷嘴技术的基础上改进而成，主要组成部分包括单体泵、喷油器及各路油管。该技术已在中、重型车用柴油机中得到了较为广泛的应用，除了德国博世公司，在我国的柴油机生产厂家玉柴、大柴中也得到了应用。应用EUP技术生产的电控单体泵系统与应用EUI技术生产的电控泵喷嘴系统具有相似的产品特征，只是喷射压力相比于电控泵喷嘴系统较低，约为180MPa，凸轮轴设计上采用的为下置凸轮轴结构。

⑤HEUI技术：HEUI技术即为液压电控泵喷嘴技术。图2为液压电控泵喷嘴系统结构图。作为目前最先进的电控喷射系统，其也已在中型车用柴油机中得到了广泛应用。该技术将电控和液压技术融为一体，实现了对喷射装置喷油的灵活控制，在喷射的过程中不受曲轴转速的影响，能够持续保持所需的喷油压力，进而保证了整个喷油过程的顺利完成。该技术除了以上优点，也存在一定的技术局限性，由于采用该技术生产的喷油器、气缸盖结构较为复杂，因此对柴油机后期的保养维护有着较高要求，且对润滑油的种类、更换周期等要求也更为严格，除此之外，还存在冬季不易起动、喷油系统功率消耗大等缺点。另外，仍然无法实现后喷功能。

⑥CRI技术：CRI技术即为高压共轨电控喷射技术，该技术最大的特色就是使用高压油泵取代之前电控喷射系统设计中应用的驱动凸轮。如图3所示，该技术由电喷控制单元（ECU）对喷油器电磁阀进行启闭控制，进而达到对喷油量进行调节的目的，喷射过程不受发动机的转速负荷的影响。该技术已在轿车，轻、重型车用柴油机中得到了广泛应用。运用该技术生产的高压共轨系统喷射规律与液压电控泵喷嘴系统类似，具有平均有效喷射压力高、喷射灵活、可随意调节喷射压力及多次喷射能力强等优点。其也具有一定的技术局限性，例如，系统不易控制氮氧化物的排放浓度，且无法对动态压力进行调控、喷射油泵结构较复杂、造价昂贵及加大了柴油機工作量等技术缺陷。

3  实际应用

本文以CaterPillar C-9型柴油机为例，对其运行情况进行分析。该型号柴油机有效功率为224kW，有效耗油率202g/kW·h。CaterPillar C-9型柴油机采用的是HEUI液压式喷油系统，在运行过程会出现排气冒蓝烟及实际输出功率低的现象。究其原因，是在设计电控喷油系统时，无法将喷油器中的增压器的活塞上、下腔中的燃油与机油进行有效隔离，随着电喷系统的不断运行，难免出现燃油中渗入机油的现象，进而导致柴油机排气冒蓝烟。由于燃油混入机油，所以柴油机气缸内燃料燃烧不完全，进而造成输出功率减小。因此，在实际运用过程中，应做到：

①燃油采用高标低硫油;②固定周期清理油内污垢、积水现象;③严格遵守后期维修保养守则，固定周期更换柴油机润滑油;④在对滤清器进行清洗或更换的过程中，应注意不能对细滤器进行清洗，只能做更换处理;可以清洗粗滤器，但清洗次数不能超过6次，1年之后必须做更换处理;在更换过程中，务必保持安装口处清洁无灰尘。

4  结论

随着科学技术快速发展，柴油机的电喷技术还将得到进一步的改进完善，以期达到提高柴油机运行可靠性及节能环保的目的。

参考文献：

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作者简介：顾红根（1970-），男，江苏射阳人，本科，中级工程师，研究方向为内燃机。