交通部南海救助局 广东广州 510260
摘要：为了保证废气排放能够很好的满足相关规定标准要求，目前以及在未来一段时间内电子控制燃油喷射柴油机会成为主要发展方向。电控泵喷嘴系统、电控单体泵系统、高压共轨系统都能够很好的实现电控燃油喷射。其中就高压共轨系统来说，喷油控制和轨压都是相对独立的，这对柴油机性能控制灵活性的提高具有重要作用，但同时还是会在一定程度上受到维护使用成本、燃油清洁度、材料特性、加工工艺、传感技术等因素的限制；在结构布置方面电控泵喷嘴系统和电控单体泵之间存在较大差异，但控制方式具有一致性，都是由泵出口电磁阀来控制喷油量和喷油时间，进而获得良好的效果。
关键词：船用中速柴油机；电控燃油喷射系统；匹配
一、某柴油机燃油系统电控化改造方案
该柴油机属于中速四冲程柴油机，可在小型船舶发电柴油机和主推进柴油机应用，传统机械泵供油系统是其燃油供给系统，原机的单缸功率为55kW，标定转速为1000r·min-1，喷油泵型号为Z型泵，喷油器型式为S系列8×0.35×150°，启阀压力为（19.6±0.49）MPa，最大燃油喷射压力在35MPa左右[1]。通过对我国原机型改动工作量和燃油质量进行分析发现，该柴油机电控燃油系统中使用的是电控组合泵，也被称之为直列电控单体泵型式。
原先传统的直列式喷油泵由电控组合泵代替，但凸轮轴驱动方式仍然被保留，电控泵出口高速电磁阀通电持续时间与通电时刻分别控制着喷油量和供油提前角。电控单元可以直接接收到传感装置发送的环境温度、进气压力、凸轮轴相位、柴油机转速等信息，在经过针对性处理之后就能够的出现相应的喷油量和喷油提前角，转换成高度电磁阀控制信号后再次输出，对高度电磁阀通、断电产生控制[2]。下图表示改造后的系统示意图。
图2 不同凸轮型线工作段对喷油规律和单次喷油量的影响
由此可以得出结论：凸轮型线速度最大值为0.46mm/°CaA，喷孔直径分别是0.26mm、0.28mm、0.30mm，柱塞直径、高压油管长度、高压油管内径分别为13mm、900mm、1.8mm，在这一条件下就可以获得适当的喷射持续期和较高的燃油喷射压力。
二、匹配和标定发动机各参数
在油泵试验平台上需要完成电控供油系统喷油规律测量试验，采用IFR600喷油测量和EFS8427电磁阀驱动模块。从标定工况中确定的最佳凸轮型线工作段开始进行整机试验，然后开始标定供油提前角工作，在整个试验过程中都需要遵循最佳经济原则，在确定供油持续期的时候需要充分参照ECU控制单元转速偏差控制规律进行[5]。
（一）确定发动机上止点位置和凸轮型线的位置关系
电控泵凸轮型线工作段相对比较长，在标定供油提前角的时候，就需要通过改变喷油泵安装角度来调整凸轮型线工作段。通过分析标准安装时候发动机上止点与凸轮型线位置关系发现，发动机上的止点位置对应的地方是38°CaA。如果发动机上的止点位置所对应的凸轮角度出现变动的话，供油段位置也就会随之出现改变，而且所对应的位置不同表现出的凸轮线速度也会存在较大差异，进而对喷油规律产生不良影响[6]。
在试验中通过观察调整凸轮型线相对应的止点位置，可以得到一定的喷油规律。具体为，随着不断改变的凸轮转角角度，喷油规律表现为先缓后急到先急后缓，单次喷油量会呈现出由少到多然后再到少的规律，这也很好的证明了上述仿真结果的正确性。因此，在匹配标定发动机的时候，需要经过反复试验才能够最终确定最具经济性的凸轮工作段。
（二）喷油器伸出高度影响
该柴油机在安装了优化后的电控组合泵之后，会直接减少喷孔直径，还会大幅提高燃油喷射压力，进而改变燃烧室和油束相互之间的配合关系。通过综合评估发现，当喷射压力开始增大后，油束的贯穿距离也会随之扩大，如果需要综合考虑到喷孔直径减小会缩小贯穿距离这一因素，就可以得出，在应用高喷射 压力和小喷孔之后，会减少油束贯穿距离。但是对于原机喷油器设备来说，不能拆卸安装垫片，因此只能够在原先的基础上增加1mm垫片，这也就表示喷射器伸出的高度缩小了1mm。而试验结果表示，排气温度和油耗率都有所上升，这表示燃烧室和油束的匹配情况不佳。
（三）各工况供油定时优化
在理论研究中表示，任何一种工况都有自身的油耗最低供油定时。为了确定电控泵的各工况最佳供油定时，则需要通过试验逐点确定，然后将其记录到ECU供油定时MAP当中，各喷孔直径都存0在相应的MAP图。下图表示标定工况3中喷孔直径下，发动机燃油消耗率和供油定时相互之间的存在的关系。
从上图中可以看出，当标定工况分别为0.26mm、0.28mm、0.30mm的时候，最佳定时分别为31°CA、26°CA、27°CA。其中需要注意的是，当使用的喷孔直径为0.26mm的时候，虽然最高燃烧压力会超过喷孔直径为0.28mm的情况，但所产生的燃油消耗率还是稍高。这主要是由于当喷孔直径为0.26mm的时候，喷油压力和喷油前提角都比较大，滞燃期间准备好了较多的燃烧燃油，因此就产生最高的燃烧压，但由于后燃现象严重、喷油持续时间长，因此所产生的经济性就相对较差。
结语：通过上述分析研究可以发现，喷油规律会受到凸轮工段位置的严重影响，进而对排放和经济性产生影响；随着逐渐缩小的喷油器伸出高度，就会直接降低其经济性；喷孔直径与最低燃油耗供油提前角成反比例关系；随着喷孔直径的减小，就能够提高燃油喷射压力，减少废气排放，降低燃油消耗率，但如果喷孔直径过小的话，就会延长喷油持续时间，增加后燃，导致效率下降，并增加废气排放。
参考文献
[1]徐虎，孙思远，黄加亮.4190Z_LC-2柴油机燃油喷射系统参数匹配试验[J].集美大学学报（自然科学版），2016，21（05）：352-356.
[2]文李明，张志勇，吴朝晖.船用低速二冲程柴油机燃油喷射系统发展概述[J].柴油机，2016，38（01）：24-28+47.
[3]吴亚飞，李汉润，袁信，邓健星，汤卓鑫.瓦锡兰低速柴油机进油控制电控高压共轨高压泵[J].广东造船，2015，34（04）：46-49.
[4]程涛，李琦，朱钰.柴油机电控组合泵系统喷油特性分析[J].集美大学学报（自然科学版），2015，20（01）：53-59.
[5]王勤鹏，杨建国，余永华.船用低速柴油机电控系统控制策略试验研究[J/OL].哈尔滨工程大学学报，2013，34（11）：1345-1351.（2013-11-08）.
[6]马海涛，尹自斌，薛阳.某船用中速柴油机电控化改造前后性能对比分析[J].船舶工程，2013，35（04）：31-34+54.
论文作者:吴剑
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/26
标签：柴油机论文; 燃油论文; 电控论文; 凸轮论文; 喷油论文; 直径论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;