玉柴柴油机高压共轨系统的结构和工作原理

摘要：要达到国三排放标准，柴油机必须安装电控燃油喷射系统，以取代传统机械式喷油系统；要达到国IV排放标准，柴油机在安装电控燃油喷射系统基础上，加装机外尾气净化装置。因此，玉柴柴油发电机组采用博世CP3.3高压油泵，适用于4E、4G、6J、6A、6G等中型系列电控玉柴发动机。

一、高压共轨系统结构和参数

电控高压共轨燃油喷射系统是建立在直喷技术、预喷技术和电控技术基础之上的一种时间一压力控制式的高压燃油喷射系统。它主要由高压泵、带压力传感器和调压阀的共轨管、带电磁阀或压电式的喷油器、电控单元和传感器组成。共轨系统与之前以凸轮轴驱动的柴油喷射系统不同，共轨式柴油喷射系统将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，电磁阀控制的喷油器替代了传统的机械式喷油器。

1、高压油泵结构组成
（1）齿轮泵ZP18
    齿轮泵燃油进口允许压力为0.5~1bar，较高进油温度70℃。当齿轮泵出口压力小于1bar时旁通阀打开，此时燃油不经过齿轮泵直接到达齿轮泵出口；当齿轮泵出口压力大于12~13bar时过压保护阀打开，燃油从齿轮泵出口端直接回到齿轮泵进油端。

玉柴发动机CP3.3博世高压燃油系统结构图

（2）溢流阀

溢流阀的工作原理及工作过程如图1中A、B、C三个过程所示。A过程中，当燃油压力<3 bar时，燃油从放气孔出油进行润滑；B过程中，燃油压力3~5 bar时，燃油从放气孔和润滑孔出油进行润滑；C过程中燃油压力>5 bar时，燃油从放气孔和润滑孔出油进行润滑，同时，有部分燃油从回油孔回到齿轮泵的前端。

玉柴发动机高压油泵溢流阀工作过程

2、高油压油泵参数

（1）3缸径向柱塞高压油泵；
（2） 集成ZP18 齿轮输油泵，燃油滤清器位于齿轮泵压力端；
（3） 集成燃油计量单元MPROP，并由之控制轨压；
（4） 采用燃油润滑；
（5） 高压油泵理论供油速率：1.087cm3/rev；
（6） 较大允许轨压：1600bar；
（7）泵额定转速：3800r/min；
（8）逆时针旋转（从驱动端看）；
（9）MPROP 无电流常开；
（10）采用双轴封，法兰外侧有O 型圈；
（11）不可承受轴向力。

二、高压共轨系统原理和优缺点

1、高压共轨系统工作原理

电控高压共轨燃油喷射系统共轨管中的燃油压力由一个径向柱塞式高压泵产生，压力大小与发动机的转速无关，可在一定范围内自由设定，其大小由一个电磁压力调节阀控制，根据发动机的工作需要进行连续压力调节。电控单元作用于喷油器电磁阀上的脉冲信号控制燃油的喷射过程，喷油量的大小取决于共轨管中的油压和喷油器电磁阀开启时间的长短，及喷油嘴液体流动特性。工作时，该系统将共轨管内形成的恒定高压燃油，通过高压油管分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁阀的开启与闭合，控制喷油器定时、定量地将燃油喷射至燃烧室。

2、高压共轨系统的优点

高压共轨技术指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。让柴油以正确的喷油压力在正确的喷油点喷射出正确的喷油量，保证柴油机较佳的燃烧比、雾化和较佳的点火时间，高压共轨具有良好的经济性。与单体泵相比，虽然都是通过电磁阀精确控制喷油时间和喷油量，但是共轨能消除高压燃油脉冲对喷油的影响，系统中的共轨管相当于一个蓄水池，有稳压作用，使喷油更平稳。

（1）燃油喷射压力独立于发动机转速，压力恒定，且喷油压力较大，大大改善了发动机低速、大负荷时的工作性能，在有效降低发动机排放水平的同时，提高发动机的燃油经济性和降低燃烧噪声。

（2）喷油压力柔性可调，在不同负荷和转速下都可确定所需的较佳喷油压力。

（3）实现了对喷油正时、喷油量和喷油速率的较优控制，因而改善了柴油机的燃烧过程，提高了燃油经济性，减少了污染物的排放，降低了燃烧噪声。

（4）结构简单、性能可靠、实用性强，应用范围广，目前已广泛应用于各种型号、各种排量的柴油机。

3、高压共轨系统的缺点

（1）该系统的共轨管燃油压力调整十分复杂，存在建立时间和建立精度的矛盾，即缩短调节时间将很可能导致共轨管内的燃油压力超调，一般共轨管燃油压力需要在柴油机的几个循环内才能完成调整，在一个循环中不能实现各缸的独立调节。

（2）随着共轨管燃油压力的不断提高，对系统各部件的性能要求越来越苛刻，对传感器的精度要求也较高。另外，采用电控高压共轨燃油喷射系统后，需对发动机结构进行相应的改进。

（3）油品适应性差，用户维修保养成本高，必须使用符合国Ⅲ标准以上的低硫柴油控系统的故障必须依靠专业故障诊断仪器进行检测和维修。

（4）由于共轨系统长期处在高压状态，对各部件的质量、控制精度要求也比较高，所以对油质的要求也更加苛刻，油质稍差就极有可能造成喷油系统的损坏，更换、维修喷油器的价格也是非常贵的

三、应用情况

电控高压共轨燃油喷射系统是应用较为广泛的一种高压燃油喷射系统，它适用于所有排量的柴油发电机组，不仅技术先进，而且成熟可靠，还较有利于柴油机以后的排放升级，目前几乎所有的柴油机生产厂家都在使用该系统。电控高压共轨燃油喷射系统正逐步向着更高的喷射压力、更小的喷孔直径、更短的响应时间、更低的功率消耗和功能更完善的软件的方向发展，是现在以至未来柴油机燃油喷射系统的较佳选择。目前该系统已发展到第四代，第一代是采用喷油压力为1350bar的电磁阀式喷油器；第二代是采用喷油压力为1600bar的电磁阀式喷油器；第三代是采用喷油压力为1600～2000bar的压电式喷油器。该喷油器体积小，响应速度快（0.1ms），可实现更精确的喷油量，有利于提高喷油的雾化质量；第四代是采用喷油压力可达2500bar的液力增压式喷油器，其燃油雾化质量更高。

总结：

综上所述，电控高压共轨燃油喷射系统可以达到很高的燃油喷射压力，可以灵活控制燃油分配、喷油正时、喷射压力和喷射速率，并实现多次喷射（预喷射、主喷射和后喷射），使发动机在低速工况下也能实现完全燃烧，获得大功率矩的输出，有着高效的燃油经济性和出色的排放性能，并且大大降低了柴油发动机噪声和振动，给柴油机带来了技术性能的全面提高。因此，它适用于对排放和噪声要求相对较高的柴油发电机组。