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国外内燃机
2014年第1期
小型非道路用共轨直喷式柴油机的技术理念
【日】T.HasegawaT.KunoK.Kita A,Kai Y.Takemura O.Yoshii T.Okazaki
H.Miyazaki
摘要：近年来，由于对工业用发动机运行平顺性和低燃油耗方面的要求日益提高，因此，要求农业、固林及工程机械等非道路用发动机具有高功率、低燃油耗和低噪声的特点。此外，即使是小型发动机，其电子控制装置的发展趋势也需保持一致。基于这些背景，开发了采用共轨燃油喷射系统的新型非道路用直喷式荣油机，以满足上述要求。评述了在小排量非道路用荣油机上采用共轨燃油喷射系统，以及优化燃烧系统和喷油特性的技术。
关键词：直喷式柴油机共轨燃油喷射系统
0前言
小型非道路用柴油机需要具有高度的灵活性，以适应各种不同的用途。因此，即使在同一种柴油机上，也必须具备不同的额定功率、额定转速和扭矩储备。为了获取这些特性，柴油机通常采用机械式直列喷油泵，并与调速系统一起进行功率调整。尽管如此，为了实现柴油机性能的根本改进，并匹配电子装置，同时由于直列喷油泵许用压力对高压喷射的限制，以及较难实施精细的电子控制，继续采用当前的喷油系统已是不切实际的，所以，为了适应当前的市场趋势，日本久保田公司开发了采用共轨燃油喷射系统的新型柴油机系列。
为了保持柴油机的装配兼容性，开发了新型输油泵。该输油泵没有集成的驱动轴，以保持当前的传动机构布置，因此，其结构非常紫凑，可以不安装在目前的直列喷油泵上，而是将其安装在柴油机本体上。为了充分利用共轨燃油喷射系统的优势，根据柴油机转速和负荷条件，对喷油定时、喷油压力和喷油规律等参数进行优化。此外，通过计算流体动力学(CFD)模拟，确定最佳的喷孔规格、燃烧室形状和压缩比。
1发动机的技术规格
作为开发目标，新型柴油机系列是具有相同缸径、行程和排量的当前机型系列的进一步拓展。新型柴油机系列由3款机型组成，其主要技术规格如表1所列，
此外，新机型还可满足当前排放标准的要求（表 2)。特别是按照功率输出范围，新型2.4L涡轮增压柴油机的排放应该不仅低于其他自然吸气柴油
万方数据
喷油参数
进气涡流
机，而且还应该低于已通过美国环境保护署（EPA）第2阶段（Tier2)认证的2.4L涡轮增压直喷式柴油机的水平。
表1新型柴油机的主要技术规格
项目型号
冷却型式燃烧系统气缸数缸红径/mm 行程/mm 排量/L
额定功率/kW
参数
V2203-CR-E3V2403-CR-E3V2403-CR-TE3
水冷式
直喷式，自然吸气
直喷式、涡轮增压
87.0 92. 4 2. 197
19~37
(2 700 r/min)
87.0 102.4 2. 434
37~56
(2 700 r/min)
表2美国非道路用柴油机排放标准限值
项目
排放标准
柴油机功率范围/kW
氮氧化物（NO,）十碳氢化合物排放/(g-(kW-h)-1)
—氧化碳排放/(g-(kW-h)-")
颗粒(PM)排放/(g*(kW+h)-1） 2共轨燃油喷射系统
Tier 2
参数
第4阶段(Tier4)过渡性
19~3737~5619~3737~56
7.5 5.5
0,60
7.5 5.0
7.5 5.5
4.7 5.0
0.30
0.40
0.30
如图1所示，新型柴油机系列采用的共轨燃油
喷射系统由输油泵、燃油轨和喷油器组成。高压燃油从输油泵进人燃油轨，然后在规定的喷油压力和喷油定时条件下，按规定的喷油规律被喷入燃烧室。每个喷油器上的电磁阀根据发动机转速、负荷及其他工况参数，通过发动机电控单元，对喷油进行控制。