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柴油發電機組的發展趨勢

發布日期:2018-11-28 16:49:03 | 加入收藏 關注:

柴油發電機組是主、備用電源的重要組成部分。依據對環境、占地面積的考慮,越來越趨向使用綠色環保、高能量密度的柴油發電機組。由于柴油發電機組的心臟是柴油機,而柴油機的心臟是燃油噴射系統,因此燃油噴射系統的技術發展趨勢直接影響了柴油發電機組的發展趨勢。本文將從以下幾個方面來介紹柴油發電機組燃油噴射系統的發展趨勢。

 

燃油噴射系統的技術發展

 

第一代

為位置控制式燃油噴射系統(20世紀70年代得到發展和應用)。這種燃油噴射系統在傳統的機械燃油噴射系統基礎上,用電子控制單元對油門齒條(拉桿)的位置實施電控。柴油機的結構幾乎不需改動,不能改變傳統噴射系統固有的噴射特性,也很難大幅度提高噴射壓力,因此控制的自由度小,控制的精度差。位置控制式噴油主要是在直列泵和分配泵上進行改進。

 

第二代

 

為時間控制式燃油噴射系統(20世紀80年代得到發展和應用)。這種系統既可以實現噴油量控制又可以實現噴油時間控制,因此控制自由度更大。但這種系統噴油壓力依舊取決于凸輪軸,而且很難實現多次噴射,不利于降低發動機油耗和排放。時間控制器噴油系統主要使用直列泵、分配泵、單體泵、PT泵、泵噴嘴等輸油泵。

 

第三代

 

為高壓共軌(在20世紀90年代得到發展和應用)。高壓共軌系統見圖1。高壓共軌技術顛覆了傳統燃油系統的設計原理,通過高壓油泵、共軌腔、壓力傳感器、噴油器和ECU組成閉環系統。噴射壓力的產生和噴射過程彼此完全分開,可以柔性地控制噴油量、噴油正時、噴油時間和噴油壓力。燃油噴射系統分類如表1所示。

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高壓共軌技術發展

 

隨著對柴油機排放要求的不斷提高,必須進一步改進缸內燃燒過程。從圖2的高壓共軌發展趨勢圖可以看出提高噴油壓力和采用壓電式噴油器是重要的技術措施。
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高燃油噴射壓力對柴油機的影響

 

柴油機燃燒過程與燃油霧化質量緊密相關。燃油噴入汽缸,汽缸內氣體流動,促進燃油霧化,形成均勻的混合氣。通過改進進氣系統,可以在汽缸內形成高能量的空氣流動,使燃油一邊運動,一邊霧化,一邊燃燒。具有以下特點:

 

燃油噴射壓力越高,發動機油耗和排放越低

燃油噴射壓力越高,噴射出的燃油顆粒越小,從而使燃油霧化效果越好,使燃油和空氣得到充分混合和燃燒,從而降低柴油機的油耗和排放;

 

燃油噴射壓力越高,柴油機升功率越高

燃油噴射壓力越高,柴油機的缸內平均有效壓力越高。根據升功率計算公式P/V=(N×BMEP)/(30×t)(式中,N-轉速rpm;V-排量;BMEP-缸內平均有效壓力MPa;t-發動機沖程,4沖程=4),我們可以看出,缸內平均有效壓力越高,柴油機的升功率越高,也就是說柴油機更緊湊,能量密度更高。

 

壓電式噴油器對柴油機的影響

 

壓電式噴油器是由300多層,每層約為80μm的壓電式晶體通過壓電效應來實施工作的噴油器。壓電式噴油器的結構圖如圖3所示。\
出于對排放、油耗優化的考慮,即使是同一款柴油機在不同負荷狀態下也有不同的噴油率,即要求在一個工作循環內(即進氣,壓縮,做功,排氣)實現多次噴射從而使柴油機具有噴油時間、噴油量、噴油壓力。而相對于第二代高壓共軌所使用的電磁閥噴油器,壓電式噴油器的質量減輕了30%。同時,由于驅動噴油嘴的針閥挺桿沒有了,運動部分的質量只有電磁閥噴油器的四分之一,因此提高了針閥的運動速度,從而提高了噴油器的反應速度(壓電式噴油器的反應速度為0.1ms),可以使柴油機能實現多次噴射,降低發動機的排放。壓電式噴油器的反應速度如圖4所示。
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綜上所訴,從技術角度講柴油發電機組的發展趨勢,高壓共軌無疑是最先進的噴油技術。而從高壓共軌角度來分析,具有更高燃油噴射壓力、使用壓電式噴油器的高壓共軌由于能提升柴油機能量密度、降低柴油機排放和油耗,已經成為了柴發機組的發展趨勢。

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