cummins发动机的高压共轨系统构成和优势

摘要：康明斯燃油共轨装置选择康明斯柴油机现有直喷系列基本构造，在国二柴油发电机基本上，通过对燃油装置和控制系统的升级，运用康明斯CES的SCR后排查技术开发实现的国三产品。电喷发动机机型开发也是cummins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组成的电喷柴油发电机。因此产品在开发中充分考虑了中国的环保、气候等运行环境，以满足长期中国市场的应用和要点。

      通过控制喷油时间来调整出油量的大小是柴油机控制喷油的方法，而柴油机喷油控制则是由发动机的转速和加速踏板位置(油门拉杆位置)来决定的。因此，这项技术的基本机理是计算机根据速度传感器和油门位置探头的输入信号，首先计算出基础喷油量，然后根据水温、进气温度和进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制位置探头的信号进行反馈修正，从而确定较佳喷油量。

      电喷柴油喷射机构由传感器、ECM(计算机)和执行机构三部分构造，其功能是对喷油装置进行电子控制，实现对喷油量及喷油定期随运转工况的实时控制。采取速度、温度和压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与已储存的数据值进行比较，经过处理计算，按照较佳值对喷油器、废气再循环阀和预热塞等执行装置进行控制，使柴油机达到较佳运转状态。

      共轨技术是指高压油泵、压力探头和ECU构造的闭环系统将喷射压力的产生与喷射流程彼此完全分开的一种供油方法。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动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化。喷油器的喷油量由ECM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无法实现的用途，其优势有：

① 该系统中的喷油压力大小可以调节，可确定不一样工况所需的较佳喷射压力，从而优化柴油机的综合性能。

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，以满足排放要点。

③ 柔性控制喷油速率变化，达到理想的喷油规律，既可降低柴油机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，其控制精度较高，高压油路中不会发生气泡和残压为零等现象，因此，在柴油机运转范围内循环喷油量变动小柴油发电机厂家，可改进各缸供油的均匀性，从而减轻柴油机的振动和减少排放。

      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、喷油器，并与探头和ECU组成的闭环燃油供给装置，将喷射压力的出现和喷射程序彼此完全分开的一种供油方法。根据图1的基本原理，由共轨泵把高压燃油输送到公共供油管（共轨管），ECM通过控制共轨泵的流量电磁调节阀的开度，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机的转速无关，因此克服了柴油机供油压力随柴油机速度而变化的弊端。ECU控制喷油泵的喷油量，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。

      燃油共轨装置选择的是电控喷油咀，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。电控高压喷油泵主要由喷油嘴体、喷油泵控制电磁阀、喷油咀偶件、O形密封圈、QR code信息片、喷油器电磁阀接线柱等部分结构。电喷喷油器的工作原理如图2所示。其作业程序如下：

      高压油轨内的燃油进入喷油嘴，但电磁阀没通电柴油发电机常见故障有哪些，TWV阀关闭，控制室压力等于油轨压力，喷嘴关闭。

      ECM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机电控系统的“计算机与控制中心”，它是电喷系统的“大脑”整个电喷系统的核心，控制机理如图3所示。它承担整个电喷机构的信号采集与解除、数据运算与解读、控制方案的实现、控制指令的产生、参数的通信与交换等功用。ECM通过各种传感器和开关，采集到柴油发电机当前的工作状态信息，进行详解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作业状态，达到省油、有效、低排放的目的。

      传感器是一种切换器，用途是进行信号变换。柴油机电喷系统中常用的传感器有温度、压力、速度探头等。

      主轴转速探头（Ne探头）可以确定活塞上止点位置，同时测量柴油发电机曲轴的转速。主轴转速传感器装配在飞轮壳体上。传感器信号出现的机理是：飞轮360°范围内按6°间隔打58个孔!剩下2孔未打，形成闻隙，作为判断活塞上止点的依据。传感器中的磁通跟随着通过的孔与间隙而变化，发生正弦交流电压，其波幅随着柴油发电机速度而变化。设定间隙到探头位置的角度，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：进气压力探头为半导体压敏电阻式压力传感器康明斯发电机官方厂家，其用途是把进气压力信号转化为电压信号，然后发送给ECM，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）。

      轨压探头装配在共轨管的一端，位置示意图如图4所示。用于实时测定共轨管中的燃油压力，测量范围为0～200MPa。其原理是把压力信号转化为电压信号，再将信号放大后输送到ECU，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节油压，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探头，操作范围为-40～130℃。该传感器详细用于测量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。

      进气温度探头为负温度系数的热敏电阻，安装于进气歧管上，具体用于测定进气管中的进气温度，从而进一步精确控制燃油喷射量。

      电装共轨系统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，致使主继电器动作，+BP端子就输入24V电压供给整个ECM工作；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ECU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的作业电源。

      压力控制阀用于控制从供给泵到共轨管内的燃油量，电装共轨装置的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，靠弹簧用途力，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。在柴油机启动或柴油机运行时，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。

      高压共轨是指通偏高压油泵、压力探头、ECM（电子控制单元）组成的闭环方式，将喷射压力的出现和喷射步骤完全分离的供油程序。高压共轨发动机的较大特征是采取了高度集成化的燃油控制机构，实物图如图5所示。在这个装置中，高压油泵、高压油管、压力探头、电磁喷油咀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。与传统的泵喷式发动机相比，高压共轨发动机具有响应更快、燃油经济性更好、噪音更低、排放更干净等特点。电控高压共轨机构的特征可以归纳如图6所示。

（1）采纳领先的电子控制系统，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，高压油路中不会出现气泡和残压为零的征象，因此在柴油机运行范畴内，每循环喷油量变更小，各缸供油不匀称得到改善。

（2）采纳高压共轨举措供油，喷油体系压力颠簸小，各喷油咀之间的相互影响小，压力巨细与发动机转速无关，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确，高压共轨体系中的喷油压力柔性可调，对区别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点，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结构的闭环装置中，将喷射压力的产生和喷射过程完全分离的上油程序，通太高压油泵向公共加油管输送高压燃料通过准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机的速度无关，大大减少伴随着发动机速度的加油压力变化，也可以减轻以往柴油机的缺点。

（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机构。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）通过高压油泵上的压力调整电磁阀，能够根据发动机负载情况及经济性及排出性的要点灵活地调节共轨室内的油压，特别优化了发动机的低速性能。

（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，可以灵活地调整不一样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。

      在电喷共轨系统中，由各种传感器实时检测出柴油机的实际运行状态，由微型计算机根据预先规划的计算过程进行计算后，定出实用于该运行状态的喷油量、喷油叶间、喷油率模型等参数，使柴油机始终都能在较佳状态下工作。计算机具有自我诊断用途，对装置的具体零部件进行技术诊断，如果某个零件出现了损坏，则诊断机构会向使用员发出警报，并根据损坏状况自动作出排除；或使柴油机停止运行——即所谓损坏备用作用，或转换控制措施。传统的泵管嘴燃油装置中，喷油压力与柴油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）与柴油机的转速和负荷无关，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。