柴油发电机燃油喷射系统的技术发展趋势

柴油发电机燃油喷射系统的技术发展趋势
柴油发电机组是主、备用电源的重要组成部分。依据对环境、占地面积的考虑，越来越趋向使用绿色环保、高能量密度的柴油发电机组。由于柴油发电机组的心脏是柴油发电机，而柴油发电机的心脏是燃油喷射系统，因此燃油喷射系统的技术发展趋势直接影响了柴油发电机组的发展趋势。本文将从以下几个方面来介绍柴油发电机组燃油喷射系统的发展趋势。
一、燃油喷射系统的技术发展
1、第一代为位置控制式燃油喷射系统（20世纪70年代得到发展和应用）
这种燃油喷射系统在传统的机械燃油喷射系统基础上，用电子控制单元对油门齿条（拉杆）的位置实施电控。柴油发电机的结构几乎不需改动，不能改变传统喷射系统固有的喷射特性，也很难大幅度提高喷射压力，因此控制的自由度小，控制的精度差。位置控制式喷油主要是在直列泵和分配泵上进行改进。
2、第二代为时间控制式燃油喷射系统（20世纪80年代得到发展和应用)
这种系统既可以实现喷油量控制又可以实现喷油时间控制，因此控制自由度更大。但这种系统喷油压力依旧取决于凸轮轴，而且很难实现多次喷射，不利于降低发动机油耗和排放。时间控制器喷油系统主要使用直列泵、分配泵、单体泵、pt泵、泵喷嘴等输油泵。
3、第三代为高压共轨（在20世纪 90年代得到发展和应用）
高压共轨技术颠覆了传统燃油系统的设计原理，通过高压油泵、共轨腔、压力传感器、喷油器和 e c u组成闭环系统。喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，可以柔性地控制喷油量、喷油正时、喷油时间和喷油压力。
表1燃油喷射系统分类
喷油量
喷油正时
喷油时间和喷油压力
位置控制式
齿条位置控制
凸轮轴
凸轮轴
时间控制式
喷油器
喷油器
凸轮轴
高压共轨
喷油器
喷油器
与凸轮轴无关；压力可调
燃油系统流程图
二、国内外研究现状
国外经过多年的发展，已经形成了比较成熟的产品，如fiat 集团的unijet系统、电装公司的ecd-u2系统和博世公司的cr系统等。其中，博世公司用压电石英作为执行器代替高速电磁阀，喷射压力已经高达180mpa，针阀运动速度达到1.3 m/s，预喷射油量可控制在1mm3之内。在控制策略上，以经典控制理论和现代控制理论为基础的开环控制和闭环控制在电控高压共轨系统中得到了广泛应用。
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发电机系统股份有限公司，开始了高压共轨系统的生产。在控制策略上，目前国内主要采用经典pid控制方法，这种方法原理简单，易于实现，稳定性好，但存在需要在不同工况下反复调节和不能在线调节等缺点。
高压共轨系统部件组成图
三、国内外发展趋势
电控高压共轨燃油喷射系统的应用使柴油发电机的排放、噪声及燃烧性能都得到了很大改善，远远超过了传统内燃机，大大增强了柴油发电机的竞争力。随着电子技术、材料技术以及控制理论等的不断发展，该技术还具有很大的发展潜力，进一步的研究主要体现以下趋势：
1、开发最新技术
设计开发新的执行器，以及通过对高压油泵、喷嘴材料和加工过程的改进进一步提高燃油喷射压力及其精确性，使燃烧更为充分。
2、改进控制策略
通过最优控制、自适应控制、预测控制等控制理论的研究，将模糊控制、人工神经网络、基于非线性的滑模控制、基于辨识模型的自适应控制等运用到电控高压共轨燃油喷射系统中，改进其控制策略。
3、研究新的喷油规律
柴油发电机尾气已经成为大气的主要污染源之一。因此，世界各国都在积极探索新方法和采取有效的技术措施主动减少和控制污染物的排放，欧洲已经制订出严格的欧v、欧vi排放法规，2013年开始实施了欧vi排放法规。 因此，必须不断研究满足新的排放标准的喷油规律，进一步降低柴油发电机的排放。
4、燃油喷射系统的数值模拟技术
通过仿真软件建立电控高压共轨燃油系统的数值模型，分析燃油的喷射过程及系统参数对燃油喷射特性的影响，为燃油系统的优化设计、故障分析提供理论依据，降低产品开发成本，缩短开发周期。
5、解决共轨压力的微小波动造成的喷油量不均匀问题
高压共轨系统的动态压力稳定性直接影响系统理想喷油规律的实现，因此，对高压共轨系统压力波动性的研究已经成为当前的热点之一。

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