某型共軌柴油機(jī)軌壓對供油特性影響研究

代 偉，吳瑞斌，李 新，孫啟超，王盤龍，越曉耕，韓云龍

（中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動力有限公司，山東濟(jì)南 250306）

0 引言

在應(yīng)急發(fā)電領(lǐng)域，高壓共軌柴油機(jī)比傳統(tǒng)柴油機(jī)的響應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性都要好，而對環(huán)境的排放和噪聲污染程度更低。作為高壓共軌系統(tǒng)的一部分，高壓油泵的負(fù)荷特性對高壓共軌系統(tǒng)的整體性能具有重大影響。因此本文對高壓油泵的供油特性進(jìn)行了初步研究[1－2]。

1 該型柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)

該型柴油機(jī)在高壓共軌系統(tǒng)工作時，首先儲油罐內(nèi)的低壓燃油經(jīng)過粗濾器過濾后進(jìn)入低壓油泵，低壓油泵將低壓燃油通過精濾器后輸送到高壓油泵。然后高壓油泵通過柱塞加壓后將高壓燃油輸送到高壓共軌管內(nèi)，通過PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）控制信號對比例流量控制閥的開度控制，可控制輸入共軌管內(nèi)的燃油量和軌壓。最后通過共軌管的歧管進(jìn)入噴油器，噴油器根據(jù)ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）預(yù)設(shè)的不同工況MAP（Manifold Absolute Pressure Sensor，進(jìn)氣壓力傳感器）圖，將高壓燃油定量、定時噴入缸內(nèi)（圖1）[1－4]。

2 高壓油泵工作原理

該型高壓油泵是由凸輪軸驅(qū)動的，在不同工況時比例電磁閥通過PID 控制信號調(diào)整PWM 模塊的占空比來控制電磁閥的位移，進(jìn)而控制柱塞的吸油量。凸輪軸轉(zhuǎn)動，柱塞內(nèi)的加壓燃油進(jìn)入共軌管內(nèi)，軌壓跟隨變化，而高壓油泵的負(fù)荷曲線亦隨之變化，進(jìn)而影響高壓油泵的供油特性。過量的高壓、低壓燃油經(jīng)單向溢流閥或阻尼孔流回到燃油罐內(nèi)（圖2）。其中，比例電磁閥是高壓油泵控制供油量的核心部件，其質(zhì)量對泵的供油特性有較大影響[1-3]。

圖1 高壓共軌系統(tǒng)

3 軌壓對高壓油泵供油特性的影響

高壓油泵是一個較復(fù)雜的系統(tǒng)，它通過比例電磁閥的油孔位移來控制軌壓的變化。而軌壓控制的精度、穩(wěn)定性和泵的容積效率會影響發(fā)動機(jī)的性能。另外，泵的小油量空化現(xiàn)象造成的穴蝕，也會影響泵的壽命。因此需要對該型高壓油泵的供油特性進(jìn)行研究。

3.1 無軌壓時的油泵供油特性

在沒有軌壓的情況下，油泵轉(zhuǎn)速分別在800 r/min、1200 r/min和1600 r/min 時，對高壓油泵的供油量進(jìn)行測定，來比較在一定占空比下流量隨油泵轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系（表1）。

圖2 高壓油泵的工作原理

表1 無軌壓時不同轉(zhuǎn)速下占空比與流量的關(guān)系

從表1 可以看出，在無軌壓時油泵轉(zhuǎn)速從800 r/min 提高到1200 r/min 時流量上限提高到了16 640 mm3/s，從1200 r/min 提高到1600 r/min 時流量上限提高了52 660 mm3/s。在同一轉(zhuǎn)速時，占空比與流量的關(guān)系基本成線性關(guān)系，在達(dá)到流量限制時，提高占空比對流量的影響基本可以忽略不計。在相同占空比時，提高轉(zhuǎn)速對流量的影響變化如圖3 所示。

3.2 軌壓80 MPa 時的油泵供油特性

限定軌壓在80 MPa、油泵轉(zhuǎn)速分別在800 r/min、1200 r/min和1600 r/min 時，對高壓油泵的供油量進(jìn)行測定，來研究占空比和高壓油泵供油流量的關(guān)系（表2）。

由表2 可知，與無軌壓時相比，軌壓為80 MP 時3 種轉(zhuǎn)速下油泵供油特性略有變化，供油量略有上升，供油上限值變化不大（圖4）。

圖3 無軌壓不同轉(zhuǎn)速下占空比與流量的對比

表2 軌壓為80 MPa 時不同轉(zhuǎn)速下占空比與流量的關(guān)系

圖4 軌壓為80 MPa 時不同轉(zhuǎn)速下占空比與流量的對比

4 結(jié)論

從有無軌壓對油泵供油特性進(jìn)的試驗對比中，可以發(fā)現(xiàn)高壓油泵的轉(zhuǎn)速對流量上限起到?jīng)Q定性作用，占空比與流量的關(guān)系基本呈線性關(guān)系。有無軌壓對油泵的供油特性影響較小。在不同軌壓時的試驗，本文未列出，亦未發(fā)現(xiàn)對供油特性的特殊影響。下一步計劃繼續(xù)對高壓油泵的負(fù)荷特性進(jìn)行深入研究[1-4]。