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船用柴油机中的应用共轨燃油喷射系统
2023-05-22

所有船机排气污染物要满足第二阶段排放限值。因此在一款新设计的船机上采用高压共轨燃油喷射系统,利用共轨系统燃油喷射压力的产生独立于发动机转速,喷油时刻、喷油量、多次喷射柔性控制的特点,保证发动机燃油供给与调节系统之间在各个工况下,实现合理与精确的匹配,从而大大提高发动机动力性、经济性,排放及噪声方面的综合性能。

燃油供给系统是发动机的关键系统,其主要功能是及时、优质的为气缸内提供适量的燃料,以保证缸内混合气的形成与燃烧有效进行。目前船用柴油机多采用泵-管-嘴燃油系统,喷油泵由凸轮轴驱动,喷油压力及喷油时刻不能实现柔性控制,整机经济性及排放性指标不高。 公司新开发一款船用柴油机采用高压共轨燃油喷射系统,可不受转速与负荷的影响,灵活控制喷油压力;燃油喷射采用电磁阀开启时间的控制方式,比较容易对喷油时刻与喷油持续期进行调节,并且能够实现较为理想的喷油规律,可大大提高发动机动力性、经济性等方面的综合性能。

共轨管的容积主要考虑最大循环油量和喷油时允许的压力下降幅值。

根据一般要求,取ΔP=Pmax*20%=32MPa,ΔV=Vm*1.3=520mm3,E=2870MPa,计算得容积V约47ml。容积V为所需的最小高压腔容积,包括了轨管内部容积和高压油管容积。高压油管(8X3X500)容积一般为20-30ml,取共轨管容积为25-30ml较合适,考虑系统轨压的稳定性确定轨管容积30ml。

共轨泵设计需要综合考虑整个运行范围内共轨泵供油效率、油量裕度,发动机峰值扭矩的限值。

试验结果表明,共轨泵在整个运行工况内供油效率高于80%,油量裕度大于1.3,满足发动机使用要求。

喷油器几何尺寸确定

根据燃烧室、压缩比进行喷油嘴设计,确定喷嘴孔径、角度、孔径等基本尺寸。

分别对预紧工况、工作轨压160MPa、工作轨压180MPa、工作轨压200MPa进行有限元计算,结果表明在各工况下喷油器体安全系数最小部分均在横腔装配部位,安全系数1.5,满足使用要求;喷油器体与孔板的接触应力在400MPa以上,控制活塞偶件及针阀偶件均有间隙,运动不受影响,喷油器体线性变形在设计允许范围内。

试验标定与排放控制

轨压控制

通過控制系统、共轨泵、共轨管实现喷射压力独立控制,摆脱传统机械系统受发动机转速、负荷等限制。控制器控制共轨泵电磁阀开度实现进入柱塞油量控制,根据设定数据和轨压传感器反馈的当前轨压制,进行电控阀的开度调节,从而独立控制喷油压力。

喷射时刻控制

控制系统根据发动机爆发压力、排放物指标、油耗、排温等具体参数,可任意调整喷油时刻,来达到发动机最优状态。


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