康明斯发电机的电喷燃油喷射装置优化步骤

前言：当前，为了适应全球对节能环保的要求康明斯发电机组官网，我国推出了更严格的针对柴油发电机尾气排放的法规。经**批准，在全国范围内对所有非道路用柴油发电机实施国家第三阶段排放要求(简称国3排放)。排放标准的不断严格推动了柴油发电机的技术进步，目前从发展趋势来看，共轨和单体泵是比较成熟的国3技术，但是由于其核心零部件由国外企业垄断，国内企业要安装不但价格高，而且供应量也存在问题。为通晓决这一问题，作为中美合资品牌康明斯发电机服务中心在解析了柴油发电机排放控制技术发展的基本上，经过多年的实践和探索讨论后，开发了一种新型的燃油喷射系统“直列泵+电子调速板+冷却ECR”，该技术在国内获得了成功。这一技术在成本和修复方面特点明显，符合中国当下的实际情况，得到了各企业的青睐。接下来康明斯厂家广州发电机出租公司将着重介绍这一技术思路中的燃油装置的开发。

随着经济的发展，发电机组逐渐成为大气排放污染物的主要来源，使得对柴油发电机排放的控制更为紧迫。因为柴油发电机排放出大量的微粒物质(PM)和氮氧化物(NOx)，所以微粒物质和氮氧化物这两种排放物的减轻也成为柴油发电机排放控制的关键。

康明斯公司详细目标是为了高效减少NOx的排放，研讨了电喷EGR系统总体构造、控制方案，建立了一套高效的EGR控制装置，并在对同时减轻NOx和PM的步骤进行了相关探求。本文以电控技术和EGR技术为基础，根据多个工况的试验，制取了EGR较佳控制MaP图，并通过试验表明，EGR电喷装置和柴油发电机相匹配良好，EGR电喷系统能够在合理控制PM排放的基础上切实有效的减小NOx的排放，并且柴油发电机的动力性和经济性无明显恶化。

根据柴油发电机的混合气形成和燃烧特点（如图1所示）柴油发电机十大品牌排行榜，以及其有害排放物的出现机理，柴油发电机燃烧流程或有害排放物的控制步骤主要体现在放热规律的控制上。

放热规律与示功图如图2所示。放热规律的韦伯公式表达较易发的措施是利用半经验公式，韦伯公式就是其中的一种，也称为韦伯燃烧规律。链式反应的化学性质是由反应流程中形成的话化中心的数量来确定的。50年代，韦伯根据链反应理论提出了描写内燃机燃烧速度的半经验公式，认为参与化学反应的原始物质的分子数与能引起高效反应的活化中心的数目成正比。

（1）从控制柴油发电机燃烧噪音及NOx排放物的角度而言，应尽可能减轻预混合燃烧阶段的放热速率；

（2）从改进动力性、经济性及碳烟排放的角度而言，应提升扩散燃烧速度，由此缩短整个燃烧期间，使燃烧流程及时又完全。

柴油发电机机内净化的核心是对燃烧步骤进行优化，使柴油发电机达到混合均匀、燃烧充分、工作柔和、启动可靠、排放较少的要求。采取机内净化是治本之举，它是通过改良柴油发电机结构参数或者增加附加系统来改善燃烧性能，进而达到降低NOx排放的目的。

喷油装置的优化就是使燃油喷射数据较佳化。这些参数包括喷油定期、喷油压力、喷油转速和喷孔组成等。通过参数的优化来抑制预混合燃烧，即降低在滞燃期内形成的可燃混合气量是减轻NOx排放的有效方法。

NOx排放对喷油定期极为敏感。延迟喷油可降低NOx排放，但必须合理调节燃烧系统及喷油系统的其他数据以减少油耗、烟度和微粒排放方面的损失。为减小延迟喷油对经济性的不利影响，可采用过高的压缩比和过高的喷油压力。采用电控调压阀技术（如图3所示）和根据运转工况调整喷油始点，可减少NOx的排放。

电喷喷油嘴的压力分布如图4所示。提高喷油压力可有效地改善燃料的雾化性能，使混合气的混合品质得以改进，燃烧更加充分，燃烧温度上升，NOx排放增加。因为提升喷油压力能改良燃烧过程，故可以补偿因为延长喷油造成的油耗上升，但这又使增长喷油以减轻NOx排放的目的落空。为降低NOx排放应该减小喷油压力，而喷油压力降低后又会使微粒排放增加。

当喷油提前角一定时，增强喷油速率，缩短喷油连续期，可以使柴油发电机发生的NOx较少。增强喷油转速与延长喷油相结合亦可降低NOx的排放。另外，喷油转速还与HC、碳烟的排放及燃油消耗、噪音有关，应综合权衡以谋求各参数的较佳值。

喷油嘴喷孔直径和数目对柴油发电机排放也有明显的影响。当循环供油量与启喷压力一定期，减小孔径会减小初期喷油量，抑制预混合燃烧和较高燃烧温度，以降低NOx的生成。当喷油压力、喷油转速及喷孔总面积不变的状况下，增加喷孔直径或增加孔数，可减小流阻，改善燃油的雾化和分布，因而能减少NOx的排放。

为满足国3排放标准，康明斯发电机公司断定必须改善柴油发电机的燃烧性能，燃油装置作为柴油发电机的“心脏”是研发的重中之重。康明斯代理商的布置开发思路是：燃油装置的嘴端喷射压力要达到130MPa以上；采用顶隙柱塞偶件实现喷油正时；采用电子调速器来提高装置响应速度，满足欧洲负荷响应试验(ELR)的测试循环要求。

燃油装置的基础结构如图5所示。如果增强燃油装置喷射压力必须首先提升其泵端压力，对于直列泵来说较直接的举措就是提高其供油速率，因此采用的举措是：以强化的Pz型机械泵为基础，增大柱塞直径，提高凸轮升程；同时在保证供油速率不变的情况下，为了增加可靠性，采用“大升程、小柱塞直径”思路，即在规划计算时，为满足要求而尽量去增加凸轮升程尺寸，并尽可能小的增加柱塞直径尺寸。这样在同样的泵端压力下康明斯发电机说明书，可以减少凸轮轴的接触应力，提升柱塞高压油腔的容积效率。较终将凸轮升程设计为14mm，柱塞直径设计为12mm，并与小孔径的喷油器匹配，将燃油系统的嘴端喷射压力大幅提升，远超过130MPa以上，满足供油要求。另外，由于提升了燃油系统的喷射压力，使得喷油嘴的驱动功率也随之升高，这样就引起传统的机械式提前器的工作可靠性下降。为排查这一问题，目前的举措是取消传统的机械式提前器，规划开发顶隙式柱塞偶件来满足喷油正时要求。通过试验，测试改进后喷油泵的喷油提前特性完全能满足要求。

目前国产执行元件详细有比例电磁铁执行装置和步进电机执行装置2种，规划办法中选定了推力大的比例电磁铁作为执行元件，它具有构成简易，可靠性高，推力大，响应快等特征，能够实现位移的精确控制，并且保养简单。在比例电磁铁与喷油器拉杆联接的布餐上，使用杠杆机构连接执行元件和拉杆是一种常载的连接方法，这种方式可以缩短速度控制器的空间尺寸，但在调节供油量的流程中容易发生供油死角，使喷油咀卡死，而且多出的杠杆装置多发坏，可靠性差。为此可直接连接执行元件和拉杆，即采用直线推动的控制程序来避免上述问题的出现，使速度控制器更简便有效、可靠。

现阶段国内外讨论的电子调速板多采用位移控制方法，通过电子控制的执行器来调节喷油咀拉杆位移，达到控制循环供油量的目的。对电子调速器的设计中详细涉及到4个方面。电子速度控制器的构造规划整体布置的优化保证电调泵在柴油发电机上的安装，尽可能的避免对原机的改动。在调速板外形的设计上结合柴油发电机有限的装配空间，做到组成紧凑，并且在对各部件的布置时就考虑到这一要求，控制其外围尺寸，节省空间。电调燃油装置提高柴油发电机本身的燃烧效率，并通过对柴油发电机进行优化匹配，如：改善设计燃烧室；改进规划配气系统；改进设计进排气装置；改善增压系统，调整供油提前角等措施，高效地减轻了NO的排放，同时平衡排放物中NO，和颗粒的含量，满足排放规范要求。

电喷探头的分类如图4所示。在各种位置探头中，霍尔位置传感器组成简易，尺寸小，便于在调速器中的装配，选型该种传感器可以有效的节省空间，有助于优化调速器的整体尺寸结构；另外，该传感器价格便宜，灵敏度完全能够满足设计要求，可以降低销售成本。

康明斯发电机服务商规划开发的这一整套电调型燃油系统，系统结合现有的成熟机型通过匹配达到了国3排放法规。首先，通过规划改良喷油器和喷油器增强了喷射压力可以达到160MPa以上，使燃油雾化颗粒更小，油气混合更充分，进一步改良了燃烧；其次，规划了电子速度控制器，调速板不仅提高了燃油系统的响应，而且具备尺寸小、结构简易，性能可靠，使用维护方便的特征；ESC试验循环结果表明，NO相对原机减小了lO％，颗粒降低了6o％，较终满足国3排放规范的要求。