船用柴油机高压共轨技术的发展

柴油机高压共轨喷油系统的现状及发展然摘要：随着排放法规的日益严格和柴油机电控技术的不断进步，高压共轨喷油系统作为一种高度柔性控制的燃油喷射系统，以其显著的优越性，已经成为现代柴油机技术的主要发展方向之一。

本文介绍了电控高压共轨喷油系统的组成、工作原理和特点，概括了国外的研究状况，最后提出了未来的研究目标和发展趋势。

关键词：柴油机；喷射系统；高压共轨；发展趋势能源危机和环境污染问题以及世界各国日益严格的排放法规促使人们进一步改善柴油机的燃烧过程，而影响燃烧过程的关键是燃油喷射系统的性能。

电控高压共轨喷油系统通过各种传感器检测出发动机的实际运行状况，由计算机计算和处理，可以精确、柔性地控制柴油机喷油量、喷油定时和喷射压力，与传统的喷射技术相比，进一步降低了燃油消耗和排放，增强了动力性能，实现了柴油机综合性能的又一次飞跃。

柴油机高压共轨系统在整个燃机行业被公认为20世纪三大突破之一[1]，是21世纪柴油喷射系统的主流。

1电控高压喷油系统的原理和结构与前两代喷油系统相比,电控共轨燃油喷射系统克服了燃油压力受柴油机转速的影响,不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理,而采用了公共控制油道——共轨管,高压油泵只是向公共油道供油以保持所需的共轨压力,通过连续调节共轨压力来控制喷射压力,使其达到与工况相适应的最优数值,而且还使得喷油压力和喷油速率的控制成为可能,且系统的控制自由度及精度得到了大幅度提高。

高压共轨喷油系统的结构见图1,为典型的电控高压共轨喷射系统,主要由高压泵、带调压阀的共轨管、带电磁阀的喷油器、各种传感器和电控单元(ECU)组成。

图1 高压共轨喷射系统结构2 国外主要的高压共轨喷射系统目前,国外在柴油机电控共轨喷射系统方面的研究进展很快,并有多种共轨喷射系统设计并投产。

德国Bosch公司、意大利菲亚特集团、英国LUCAS、日本电装公司、美国德尔福公司等世界著名油泵油嘴制造商相继开发了高压共轨系统。

2.1 德国Bosch公司的高压共轨系统目前为止,Bosch公司总共规划和设计了3代高压共轨系统。

高压燃油共轨系统在船舶上的应用现状及优化[摘要] 随着世界能源危机和环境污染的加重，为了节约能源、降低排放，使得柴油机电控喷射技术得到了飞速的发展。

而高压共轨燃油喷射系统对既满足柴油机的经济性能，又实现低污染、低排放发挥了重要作用。

本文介绍了高压共轨燃油喷射系统相对于传统燃油系统的优点；目前该系统在国际上的发展现状及在船舶柴油机上的应用情况。

[关键字] 高压共轨船舶柴油机[abstract] as the world energy crisis and environment pollution increase, energy saving and emission reduction are making the engine electronic control injection technology rapidly developed. the high pressure common rail fuel injection system plays an important role in meeting both economic performance and achieving low emission. the article describes the advantage of the system compared to conventional fuel system; present situation and the maritime application.[key words] high pressure common rail system marine diesel engine柴油机以其低投入高产出在各领域得到广泛应用。

但是, 随着柴油机数量的增加, 其排放与燃油经济性引起了人们的关注, 各国政府从20 世纪70 年代陆续开始出台了越来越严格的排放法规。

2000 年推出的欧ⅲ法规对柴油机的排放等指标又提出了更严格的要求。

船用电控共轨柴油机旳最新技术特点和管理[摘要]论述了电控共轨柴油机旳工作过程和特点，着重分析比较两大主流机型（SulzerRT-flex和MAN-B＆WME／ME-C）。

通过与老式型柴油机在性能和构造上旳比较，简介了电控柴油机旳长处，探讨船用柴油机电子喷射燃油系统旳运行管理措施，指出电控共轨燃油喷射系统NOx排放可完全符合MARPOL73／78国际防污公约旳最新规定，从而深入改善船舶柴油机旳经济性、可靠性。

这是船用柴油机旳发展方向。

1.序言伴随科学电子技术迅猛发展，微型计算机已越来越广泛地应用在船舶动力控制和监测中。

为了提高燃油经济性、减少排放规定、提高可靠性和操作旳灵活性，实现适时调整，电控共轨柴油机已成为发展旳必然趋势。

通过各大厂商旳不懈努力，全电控型旳柴油机终于在研制成功并得到实船验证，这标志着柴油机旳发展经历了又一次质旳飞跃。

2.老式柴油机和电控型柴油机旳区别。

老式旳柴油机是由调速器控制其喷油量，由凸轮控制其喷油定期、进排气等过程，能使柴油机在额定工况下实现性能旳优化。

不过当柴油机旳工况、海况、外界环境、燃油品质发生变化，凸轮轴磨损或者机械间隙变化导致喷油正时、喷油速率、配气正时、气阀时面值等参数偏离其设计旳最佳值时，均会影响柴油机经济性能。

船用柴油机工作过程旳燃烧效率，燃油消耗以及废气排放污染，一直是人们关注旳问题。

根据国际海事组织《MARPOL73／78公约》旳规定对船舶柴油机NOx旳排放进行了严格旳限制。

而控制其最有效旳手段是减少最高燃烧温度及控制燃气在高温下停留旳时间。

电控型柴油机也称为智能型柴油机，即将电子设备及软件应用于船用柴油机并成为其重要部分旳新型柴油机。

根据柴油机燃烧理论，重要是应用了电控技术，通过控制燃油喷射正时、喷油量、喷射速率、压力以及进、排气阀正时，可以有效地实现柴油机在多种负荷下旳性能最优化，从而到达在满足最新排放规定下，提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。

船用柴油机高压共轨技术船柴机高共轨术电控喷射系统组成：传感器、控制器和执行器1、输入工况：转速、负荷；2、喷油量和喷油定时的基本确定：工况优化相对应的喷油量和配气定时Map 图；3、补偿：根据负荷、转速、温度、水温，确定循环喷油量和喷油正时；4、执行器的闭环控制；整体式共轨系统：一根共轨管装配在整台柴油机或一列气缸上，这类系统对共轨管的加工工艺要求较高，如Wätsilä公司RT Flex型柴RT-Flex油机共轨系统。

分段式共轨系统：根据柴油机气缸数量由多个（2个或以上）共轨单元串联构成，降低了共轨管设计和制造的难度，如Wätsilä公司W32CR型柴油机共轨系统、海因曼共系司因兹曼共轨系统以及MAN公司32/40型柴油机共轨系统。

分部式共轨系统：高压容积布置在喷油器前部蓄压器内，高压燃油并非来自共轨管，利用蓄压腔储存高压燃油以缓冲系统的压力波动。

如MTU2000CR型柴油机共轨型柴机共轨系统、Deutz 628型柴油机共轨系统和MAN公司ME型柴油机共国外现状⏹MAN 32/40(分段式共轨)⏹Wärtsilä W32CR(分段式共轨)⏹Deutz 628（分部式共轨）⏹MTU 2000CR（分布式共轨）目录一.电控燃油喷射系统的发展 二.中速船用柴油机的高压共轨燃油喷射技术 三.低速船用柴油机的高压共轨电控技术 四.智能化低速机硬件在环（HIL）试验系统 五.低速机喷油控制策略及喷油系统工作特性 六.低速机燃油喷射控制系统仿真 七.柴油机工作过程与控制参数优化计算 八.喷油规律测量方法及结果分析 九.燃油雾化过程仿真分析二.中速船用柴油机高压共轨燃油喷射系统• Injectors(电控喷油器) • HP-Pump(高压油泵) • Flow limiters(限流阀) • Savety valves（限压阀） • Electronic control unit（电控单元） • Functional software（功能软件） • Sensors（传感器） • Actuators（执行器）高压共轨电控系统的结构（分段式共轨）主要部件 ：电控单元 高压油泵 高压油管 共轨管 电控喷油器Injector Family Outline(喷油器外形图）ICR-DS-50 ICR-DS-100 ICR-DS-200 ICR-DS-300 ICR-DS-500Injector Family Characteristic data(喷油器特性参数）ICR-DS-50 ICR-DS-100 ICR-DS-200 ICR-DS-300 ICR-DS-500• no static leakage• accumulation volume• up to 1.800 bar• 2…170 mm³/shot• for distillate fuels• suitable / adaptable forMicro Pilot Common-Rail Fuel InjectionSystem• no static leakage•accumulation volume• up to 2.000 bar• 10…1000 mm³ / shot• for distillate fuels• suitable / adaptable forMicro Pilot Common-Rail FuelInjection System• no static leakage • no static leakage• accumulation volume• accumulation volume• up to 2.000 bar • up to 1.800 bar• 50…2.200 mm³ / • 50…4.000 mm³ /shotshot• for distillate fuels• for distillate fuels and heavy fuel oil(HFO)• cooled nozzle• no static leakage• accumulation volume• up to 1.800 bar• 70…7.000 mm³ / shot• for distillate fuels and heavy fuel oil(HFO)• cooled nozzleInjector Family Basic design 喷油器的基本设计Injector ICR- DS 500 -HFOInjector ICR-DS-500 HFO单 次 喷 射 量 （ 次 ）通电时间 (ms)mm3/Injector Family Multiple injection capability （喷油器多次喷射能力）High-Pressure Pumps HDP-K 高压油泵结构 UNIQUE CRANK MECHANISM（单一曲柄机构）HDP-K3 single componentsHigh-Pressure Pump HDP-K2HDP-K2型高压油泵- Unique crank mechanism design 单一曲柄机构设计2 pressure elements 2缸压力- System pressures up to 2.000 bar系统压力：2000 bar- Versions with 6, 8, 10 & 12 mm stroke - 冲程(mm) 6,8,10,12- Plunger diameter: Ø 8 mm - 柱塞直径(mm) ：8- Pump speed up to 2.400 rpm 油泵转速：2400 r/min- Delivery rates up to 2.3 l/min - 输送率（ l/min ）：2.3 - Oil lubricated - 油润滑方式1400bar1.400bar2.000barCR INJECTORFUEL INJECTION QUANTITY MEASURING EQUIPMENT 共轨喷油器燃油喷射量测量装置WITH DIESEL AND REALWITH DIESEL AND REAL HFO柴油和重油共轨可靠性试验台yhydraulicendurance testbench forcontinuous andcontinuous andcyclic FIE trials(24h/7days):-HP Pump/-s-Injectors-Rail-Valves-PipingWITH DIESEL AND REAL hydraulic WITH DIESEL AND REAL HFO 柴油和重油共轨可靠性试验台hydraulic endurance test bench for ti d continuous and cyclic FIE trials (24h/7days):-HP Pump/-s -Injectors HFO Container-Rail -Valves -Piping二、低速船用柴油机的高压共轨燃油喷射技术●发展趋势势低油耗低排放●最新技术高压共轨电控信息化技术智能化技术RT-flex96C型智能化低速柴油机RT flex96C型智能化低速柴油机油耗曲线排放曲线Wätsilä公司RT-Flex型柴油机RT FlexRT-Flex型柴油机与传统的RTA型柴油机对比取消部件：排气阀驱动、凸轮轴驱动、燃油泵、凸轮轴、换向伺服马达、燃油连杆、VIT（Variable Injection Timing）装置和启动空气分配器等装置；增加部件：整体式燃油共轨系统（100增加部件100MPa）、伺服油共轨管（20MPa）、起动空气共轨管（3MPa）；通过WECS实现参数监测与控制；共轨管轨压控制；燃油喷射流量及喷射时间控制；排气正时的控制。

柴油机高压共轨燃油喷射系统现状与发展趋势刘斌彬,李国岫,郑亚银(北京交通大学,北京100044)摘要:介绍柴油机电控高压共轨喷射系统的原理和结构,对当今国外典型的高压共轨喷射系统进行介绍和分析,总结各种系统的最新进展,最后提出未来的研究目标和发展趋势。

关键词:柴油机;高压共轨;喷射系统中图分类号:TK 428.8 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2006)02-0001-03Existing Status and Trend of H igh -pressure Common -railI njecting System in Diesel E nginesLI U Bin -bin ,LI G uo -xiu ,ZHE NG Y a -yin (Beijing jiaotong University ,Beijing 100044,China )Abstract :This paper introduces and analyzes the principle and structure of typical foreign electric -control high -pressure com 2m on -rail injecting systems and summarizes the latest development of each mentioned systems.I t puts forward future research tar 2gets and trend in the end.K ey w ords :diesel engine ;high -pressure comm on -rail ;injection system 作者简介:刘斌彬(1982-),男,汉,研究生,主要研究方向为柴油机电控系统的研究与开发。

收稿日期:2005-09-28 为了节省能源、降低排放,柴油机电子控制燃油喷射技术已经取得了巨大的进步,而共轨喷射技术的应用,实现了柴油机发展史上的一大飞跃。

『专业知识』柴油发动机高压共轨电控燃油喷射技术1. 柴油机高压共轨电控燃油喷射技术的发展历程燃油喷射系统是柴油发动机的核心组成部分。

它是在一定的压力下，利用喷油器将一定数量的燃料直接喷入气缸或进气道内的燃油供给装置。

自1897年德国发明家鲁道夫·狄塞尔发明第一台柴油发动机以来，燃油喷射系统经历了由蓄压式到机械式再到电控式的发展历程。

图1 世界燃油喷射系统发展历程从电子技术控制燃油喷射的角度，经历了3个阶段。

表1展示了柴油机喷射阶段及特点。

表1 柴油机电控燃油喷射阶段及特点2. 柴油机高压共轨电控技术的工作原理及组成高压共轨电控喷油系统的主要部件包括：燃油泵、高压油轨、喷油器、ECM和各种传感器等组成。

图2 高压共轨燃油系统工作图图2是共轨燃油系统的原理图，显示了机械，流体，电气和所有关键要素之间的联系。

燃油首先由低压泵通过入口计量阀供应给高压泵，然后由高压泵产生满足要求的高压燃油，再由高压泵传递给共轨管。

共轨管主要是用于储存高压燃油的容器，为喷油器喷射做准备。

最后喷油器按照ECM的指令去控制一定量的燃油喷射到汽缸。

•高压燃油泵高压油泵将低压系统中的清洁燃油进行加压，使其产生足够的压力冲破出油阀的限制，其结构如图3所示。

图3 高压油泵结构图图4 高压油产生简图工作原理：吸油行程中，柱塞随着凸轮的转动，柱塞由上止点移动到下止点，过程中柱塞腔内容积不断增大，压力不断减小，输油泵提供的燃油不断被吸入到柱塞腔中，直至柱塞移到下止点，进油阀关闭，切断了低压燃油与柱塞腔之间的油路，吸油结束。

凸轮轴继续转动，柱塞由下止点移动到上止点，过程中柱塞腔容积不断减小，腔内燃油不断被加压至阀门预设值，此时阀门开启，腔内燃油流入共轨管中。

图4为高压油的产生简图。

•喷油器喷油器是高压共轨燃油系统中最复杂和最关键的部件，它能根据ECM传送的电子控制信号，将共轨内的高压燃油以最佳的喷油定时、喷油量、喷油率和喷雾状态喷入发动机燃烧室中进行燃烧。

中国船⽤柴油机技术发展历程中国船⽤柴油机技术发展历程⼀、案例简介本案例以科技含量⾼、技术复杂的船⽤柴油机为例，通过分析我国船⽤柴油机从主要依赖进⼝到技术引进再到部分⾃主研发的历程来阐述国际技术贸易对我国科技发展的影响。

从我国船⽤柴油机依赖进⼝，在船⽤柴油机领域没有话语权完全任⼈宰割，到合理的利⽤技术贸易引进技术依靠⾃⾝的劳动⼒优势产⽣微弱的利益再到⾃⼰开发拥有⾃主知识产权的产品以在国际船⽤柴油机领域有⼀定的地位，我们将在这样的历程中看到国际技术贸易对我国的科技进步、国防建设以及在我国强国之路上的作⽤。

⼆、船⽤柴油机发展概述1. 船舶柴油机的发展1876年，德国⼈奥托(N.A.Otto)第⼀次提出了四冲程循环(即进⽓、压缩、膨胀、排⽓)原理，并发明了电点⽕的四冲程煤⽓机。

之后，在1880年⼀些⼯程师，如英国的D.Clerk和J.Robson，以及德国⼈K.Benz等成功地开发了⼆冲程内燃机。

1892年德国⼯程师Rudolf Diesel申请了压缩发⽕内燃机专利，并于1897年在MAN公司制成第⼀台实际使⽤的柴油机(压燃式、空⽓喷射、定压燃烧)，其效率因可采⽤较⼤的压缩⽐⽽⽐煤⽓机有显著提⾼。

1904年柴油机⾸次⽤于船舶推进装置(29.4 kW,260 r/min)。

从此在船舶领域⾥开始了与蒸汽推进装置的竞争局⾯。

在此后40多年中，柴油机在⾃⾝逐步完善中有了很⼤发展。

1926年瑞⼠⼈Alfred Buechi设计了⼀台废⽓涡轮增压柴油机，当时由于增压器制造⽔平的限制，此项技术未能迅速推⼴。

但总的来看在与蒸汽推进装置竞争中⽆突破性进展，在船舶使⽤中，蒸汽推进装置仍占据领先地位。

从第⼆次世界⼤战到50年代中后期，由于社会⽣产⼒的迅速发展，对船舶推进装置提出了新的要求。

柴油机在此期间完成了⼤缸径、焊接结构、废⽓涡轮增压以及使⽤劣质燃油等四项重⼤技术成果，并逐步发展了船⽤低速柴油机系列。

此期间在国外⼤致有⼋种船⽤低速柴油机型号(由⼋⼤船⽤柴油机制造⼚⽣产)。