船用柴油机电控高压共轨系统技术特点及管理

浅谈柴油机电控高压共轨技术摘要:电控高压共轨技术是一种燃油喷射压力与发动机转速无关的供油系统,由高压泵、压力传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系统中,将喷油压力的产生和喷射过程彼此完全分开。

关键词:柴油机共轨喷油压力控制提高柴油机动力性,实现低污染、低油耗的中心任务就是改善柴油机的燃烧过程。

也就是要保证组成燃烧过程的进气、喷油、燃烧三要素中的油、气良好混合和在不同工况下满足不同的燃烧和放热要求。

其中喷油是最重要的因素。

所谓电控高压共轨技术主要是对喷油过程进行控制,是指在高压泵、压力传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系统中,将喷油压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式,由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管,ECU控制喷油器的喷油量,喷油量大小取决于公共供油管压力和电磁阀开启时间的长短。

一、电控高压共轨柴油机的组成1、控制系统:包含了传感器、电脑和执行器。

电脑是电控共轨燃油系统的核心部分,它根据各传感器的信息进行综合计算,完成各种处理后,求出最佳喷油时间和最合适的喷油量,并且计算出在什么时刻、在多长的时间范围内向喷油器发出开启压电阀或关闭压电阀的指令,从而精确控制发动机的工作过程。

2、燃油供给系统:包含了高压供油泵、共轨和喷油器。

高压供油泵将燃油加压成高压,输入共轨内,储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机汽缸内。

电控共轨系统中的喷油器是一种非常精密的压电阀,它的开启和关闭由电脑控制。

二、电控高压共轨技术工作原理:燃油从油箱被电动输油泵吸出后,经油水分离器滤清后,被送入VP分配式高压油泵,这时燃油压力为0.2Mpa。

进入VP分配泵的燃油一部分通过高压油泵上的安全阀进入油泵的润滑和冷却油路,流回油箱;一部分进入VP分配式油泵,在VP分配式高压泵中,燃油被加压到135Mpa后,被输送到蓄压器。

高压柴油从蓄压器、流量限制阀往高压油管进入喷油器后,又分两路:一路直接进入燃烧室;一路在喷油期间针阀导向部分和控制套筒与柱塞缝隙泄漏的多余燃油一起流回油箱。

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。

浅析柴油机高压共轨系统技术摘要：柴油机高压共轨技术具有明显的柔性可调的特性，有效地提高了排放水平和特性。

因此本文基于作者日常工作经验，对柴油高压共轨技术进行了简单的概述，阐述了其系统组成和工作原理，以及这种技术的技术特征，对相关技术中可能存在的一些缺陷和故障进行分析，并提出相关解决措施。

关键词：高压共轨系统；工作原理；柴油机技术；故障检修引言：为了更好地满足日益严格的排放法规，柴油机共轨油料喷射技术作为柴油机发展趋势中的第三次技术性的飞越，已经让当代柴油机进入高科技产品行业。

高压共轨技术不仅可以改善直喷式的柴油机的驱动力特性和燃油的经济合理性，还可以改善排放特性。

高压共轨系统选用时间工作压力式的油料提供的原理，使得喷射可以更加准时、喷射的具体用量和喷射工作压力可以单独控制，这样就可以完成灵活可调的喷油规律。

与其他电机控制的喷油系统相比，高压共轨系统具有明显的优势，因此这种技术已成为柴油机电机控制技术进步和发展的主要方向。

1、柴油机的工作现状柴油机在进行工作的时候，因为工作过程是非常快的，而且因为工作压力过大，其中的压力会出现一些波动，这些波动影响到燃油的喷射阀门使得燃油再次喷出，但是系统对这些二次喷出的柴油可能不能够完全燃烧，产生一些污染物。

而且因为压力的波动造成喷射的断断续续，可能会影响整个系统的工作。

2、高压共轨系统的组成和工作原理高压共轨系统由喷油器、高压共轨腔及电机控制模块、各种传感器和电动执行器五部分组成。

根据供油泵的发动机曲轴带动输油泵，将油箱内的燃油吸上来，送至滤芯，滤除残渣，再送至供油泵。

柴油过滤器配有溢流控制阀。

当过滤装置的工作压力超过319Kpa时，闸阀打开，通过溢流阀返回油箱。

输油泵将输送到输油泵的油液转化为高压，根据工作压力输送到同一油轨。

此外，该平台还配备了三通供油阀门。

这种阀门可以实施根据计算机的指令进行燃油量的分配，然后分配到应该去的气缸里，同时安装在共轨上的共轨液位传感器不断地检测燃油轨的工作压力，自动控制系统执行反馈控制，使得油轨的实际压力会和发动机系统本身的设计压力一致。

柴油机电控高压共轨燃油喷射系统制造技术分析摘要：柴油机电控高压共轨燃油喷射系统成为现代柴油机技术的发展趋势之一。

分析了当前我国对该系统的组成及研究现状，并对电控高压共轨燃油喷射系统的制造技术与所需求的关键装备进行了分析。

关键词：柴油机高压共轨制造技术柴油机电控高压共轨燃油喷射系统能够精确、柔性地控制柴油机喷油量、喷油定时和喷射压力，且性能优越，在满足柴油机经济性、动力性和日益严格的排放法规的要求上有着广阔的前景。

电控高压共轨喷油系统的每一个零部件在结构、制造精度、材料和性能检测等方面的要求比常规系统高得多。

研究系统整体的加工工艺和机床装备开发对汽车行业掌握关键技术，增强核心竞争力具有重要意义，对我们整个机械装备的整体规划、制造装备的系列型谱更加完整也是意义深远。

1.高压共轨燃油喷射系统国内对电控高压共轨燃油喷射系统的研究起步较晚，目前正处于研制阶段。

其中天津大学研制的FIRCRI高压共轨系统正处于硬件在环仿真和实机测试阶段，上海交通大学开发的GD-1型高压共轨系统处于匹配玉柴6110柴油机的准备阶段，北京理工大学、华中理工大学等也正在开发自己的高压共轨系统，无锡威孚集团与博世公司已经联合组建了无锡博世汽车柴油机系统股份有限公司，开始了高压共轨系统的生产。

高压共轨燃油喷射系统机械部分主要包括高压油泵、高压共轨管总成和喷油器总成。

高压油泵是输送高压燃油的压力源。

高压共轨管是一个储存高压燃油的管道，高压油泵输送的高压燃油储存在其间，并在一定的流量范围内定时定量向喷油器供油。

电控喷油器，高压共轨储存的高压燃油输送到喷油器上，喷油器在ECU计算机控制单元的控制下，利用电磁执行器控制喷油量和喷油时刻。

电控共轨燃油喷射系统关键零部件生产中的关键工艺及设备加工精度高，技术难度大，涉及的机床种类多，目前主要依靠进口。

2.电控高压共轨燃油喷射系统的制造技术2.1.系统部件自动装配生产线高压油泵、高压共轨总成、高压喷油器总成三大部件的装配需要自动装配线，装配线带有生产线自动检测系统和自动影象检测系统。

船用电控共轨型柴油机的最新技术特点和管理随着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、降低排放要求、提高可靠性和操作的灵活性，实现适时调节，电控共轨柴油机已成为发展的必然趋势。

经过各大厂商的不懈努力，全电控型的柴油机终于在2003年研制成功并得到实船验证，这标志着柴油机的发展经历了又一次质的飞跃。

传统柴油机和电控型柴油机的区别传统的柴油机是由调速器控制其喷油量，由凸轮控制其喷油定时、进排气等过程，能使柴油机在额定工况下实现性能的优化。

但是当柴油机的工况、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改变导致喷油正时、喷油速率、配气正时、气阀时面值等参数偏离其设计的最佳值时，均会影响柴油机经济性能。

船用柴油机工作过程的燃烧效率，燃油消耗以及废气排放污染，一直是人们关注的问题。

根据国际海事组织《MARPOL73／78公约》的规定对船舶柴油机NO x的排放进行了严格的限制。

而控制其最有效的手段是降低最高燃烧温度及控制燃气在高温下停留的时间。

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的新型柴油机。

根据柴油机燃烧理论，主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，能够有效地实现柴油机在各种负荷下的性能最优化，从而达到在满足最新排放要求下，提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。

电控共轨型柴油机瓦锡兰船用共轨(RT-flex)系列柴油机WECS控制系统瓦锡兰公司在船用共轨(RT-flex)系列柴油机上使用的控制系统定名为WECS，英文全用了成熟的微机控制技术和网络通信、现场总线技术，实现对柴油机的控制和检测。

与传统的柴油机电子控制系统不同的是，WECS控制系统是直接安装在柴油机上的，工作环境恶劣，对系统的防水、抗震、耐高温、防腐蚀和防霉菌等诸方面的要求很高，同时还要便于维护管理，最大限度地减少故障停机时间。

浅谈柴油机高压共轨技术一、高压共轨技术简介我们先来了解下传统柴油发动机燃油喷射系统的局限性：传统柴油发动机燃油喷射系统的工作过程是:柴油通过高压油泵提高油压后，再按照一定的供油定时和供油量通过喷油器，喷入气缸燃烧室.在燃油喷射过程中,由于压力波动,存在二次喷油现象.由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物的排放量, 油耗也增高。

此外，每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低转速区域容易产生上述现象,严重时不仅喷油不均匀,而且会发生间歇性不喷射现象.随着发动机自动控制技术的发展和进步,为了解决柴油机燃油压力变化所造成的燃油喷射燃烧缺陷,现代柴油机采用了一种高压共轨电控燃油喷射技术,使柴油机的性能得到了全面提升。

柴油机在机械喷射、增压喷射和普通电喷后,近几年来出现了共轨高压喷射。

高压共轨（Commｏn Raｉl)电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元（ＥCＵ）组成的闭环系统中,相比于一般的喷油系统,它的压力建立、喷射压力控制和喷油过程相互独立,并可以灵活地控制。

它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管（Rail）,通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力（Pｒessｕre)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变化的程度。

另外,共轨喷油系统的高精度零部件的表面加工质量要求高,几何精度高,特殊要求多，其加工都是微米、亚纳米级的精度,代表了目前机械制造行业的最高加工水平。

二、高压共轨系统的组成和工作原理２.1、高压共轨喷射系统组成高压共轨喷射系统主要由高压油泵、共轨管、电控喷油器、各种传感器和电控单元ＥCU等组成，如图１所示。

发动机工作时，高压油泵上自带的齿轮泵通过负压从油箱中吸油，并以一定的压力(约５～7baｒ）将过滤后燃油送入高压油泵．燃油进入高压柱塞腔后被压缩,通过高压油管进入共轨管形成高压，每缸喷油器通过高压油管与共轨管相连,以实现高压喷射。

浅析船舶柴油机共轨技术共轨技术是指高压喷油泵、压力传感器和ECU（计算机控制）组成的闭式系统中将喷油压力的产生和喷射过程彼此分开的喷油技术。

本文旨在通过对船舶柴油机共轨技术的浅析，分析该技术的管理要点，并给予实际从业者一定的指导建议。

系统组成共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器，供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由柴油机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。

如图1.1所示。

1.1.电喷式柴油机取消了凸轮轴、燃油高压油泵、排气阀的高压驱动油泵以及空气分配器。

1.2.供油单元增加了一套供油单元。

此单元由4至6台常规柱塞套简油泵组成，但不再需要定时，由主机自身传动齿轮带动。

1.3.伺服油泵在供油单元中设有伺服油泵，正常工作时输出伺服油。

伺服油系统中还设有电动液压油泵，在备车状态时提供液压油至液压油总管或叫液压油轨。

1.4.燃油喷射控制单元为了防止电磁阀卡死在常开位置导致燃油源源不断地喷进气缸，燃油系统中专门设计了燃油喷射控制。

油量由电子调速器根据主机工况输出信号给WECS9500控制系统，再由它控制燃油喷射控制单元，控制油路的接通与断开。

此阀设有位移传感器，把所喷射的油量反馈给控制系统，一旦油量在本循环中已给足，就切断电磁阀，并只有在三只电磁阀均回到零位时，才能给出下一循环的油量，以防止电磁阀卡死时造成的误喷油。

1.5.电子控制单元(ECU)它是电喷的核心部分，实际工况中，当燃油压力约在90MPa，并且油压随负荷的变化而相应调整。

低转速时，油压相对较低，约在60MPa 左右，以免油压过高而缸内压缩压力较低致使油束喷到活塞头上。

当主机接收到起动信号时，由ECU根据安装在自由端的角度传感器的角度信号，控制气缸进气顺序。

一旦主机转动后，带动供油单元中的油泵。

主机转动一次，每只油泵将供油三次。

因液体是不可压缩的，在起动过程当中，油压会很快建立。

柴油机高压共轨电控喷射系统一、柴油机基本知识柴油发动机与汽油发动机具有基本相同的结构，都有气缸体、气缸盖、活塞、气门、曲柄、曲轴、凸轮轴、飞轮等。

但前者用压燃柴油作功，后者用点燃汽油作功，一个"压燃"一个"点燃"，就是两者的根本区别点。

汽油机的燃料是在进气行程中与空气混合后进入气缸，然后被火花塞点燃作功；柴油机的燃料则是在压缩行程接近终了时直接喷注入气缸，在压缩空气中被压燃作功。

这个区别造成了柴油机在燃料供给系统的结构有其自己的特点。

柴油机的燃料喷射系统是由喷油泵、喷油器、高压油管及一些附属辅助件组成。

柴油机燃料输送的简单过程是：输油泵将柴油送到滤清器，过滤后进入喷油泵（为了保证充足的燃料并保持一定的压力，要求输油泵的供油量比喷油泵的需要量要大得多，多余的柴油就经低压管回到油箱，其它部分柴油被喷油泵压缩至高压）经过高压油管进入喷油器直接喷入气缸燃烧室中压燃。

（示意图是柴油机燃料供给系统，4是高压输油管、1、2、3是低压输油管、5、6、7、8是回油管）。

二、高压共轨电控柴油喷射系统现代先进的汽车柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平，而且相比汽油机更环保。

目前国外轻型汽车用柴油机日益普遍，奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机的车型。

在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比，柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出的大小，而柴油机喷油控制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，基本工作原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制套位置传感器的信号进行反馈修正，确定最佳喷油量的。

电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构三部分组成。