摘要：柴油发电机组燃油喷射系统的类型，从某种角度上说，主要就是一个从机械控制向电子智能控制演进的过程，它们之间的区别在于“喷油压力如何产生”以及“喷油时机和油量如何控制”。对于新购置的柴油发电机组，高压共轨系统已成为市场绝对主流和技术标杆，尤其适用于数据中心、医院、高端商业备用电源等场景。

 

一、柴油机对喷油设备的要求

 

  柴油发电机的燃烧过程对喷油设备的基本要求是具备良好的雾化、正确的喷油定时及便捷的油量调节三个方面。

1、燃油的雾化

  燃油的良好雾化，是实现良好燃烧过程的基础，主要靠喷油泵提供的一定喷油压力和喷油器配合来保证。

  喷油泵对雾化的最大作用就是造成必要的压力，这个压力应在整个喷油期间保持在一定的范围内，以避免在喷油初期和末期因喷油压力过低而影响雾化质量。由于在其他条件相同的情况下，喷油压力越高，雾化效果越好，现代柴油发电机喷射系统正向高压化发展，这对喷油泵的设计、制造及管理提出了更高的要求。

  喷油器是使来自喷油泵的高压燃油雾化的设备。它应保证燃油在已经确定的压力下实现油雾的细化并使之与燃烧室形成良好的配合，以确保预定的燃烧过程得到实现，从而提高柴油发电机的性能。

2、正确的喷油定时

  要保证实现良好的燃烧过程，正确的喷油定时也是一个重要的因素。为实现高效的燃烧过程，一般均在上止点前就将燃油喷入气缸。燃油喷入气缸点与上止点之间的曲柄转角，称为“喷油提前角”，而油泵开始供油点与上止点之间的曲柄转角，称为“供油提前角”。喷油设备必须以正确的喷油提前角将燃油喷入气缸。

   喷油提前角主要由供油提前角决定，而供油提前角则由喷油泵凸轮的安装位置来决定。在标定工况下的供油提前角由工厂试验确定。但是当使用的燃油品质变更时，燃油的滞燃期发生变化，上述所要求的供油提前角要重新调整；另外，多缸柴油发电机由于喷油泵和凸轮制造上的差别和使用中的磨损不同，尽管各喷油泵凸轮的安装角相同，但各缸的实际供油提前角仍有差别，故要求各缸的喷油定时能够单独调节。调节喷油定时大多是通过改变凸轮在凸轮轴上的安装位置来实现的。

3、供油量调节

  在柴油发电机每循环中喷入气缸的燃油量决定着柴油发电机的功率大小，为适应柴油发电机负荷的变化，喷油泵应能根据负荷来调节喷油量，此种调节称为“总调”。在多缸柴油发电机中，各缸喷油量应该均等，否则在高负荷时，某些气缸可能因喷油量过多而超负荷；而在低负荷时，某些气缸又可能因喷油量少而停止工作。理论上，各缸喷油泵的供油量应该是一样的，但由于各喷油泵制造质量上的差别和使用中的磨损不同，以及安装时调节不当等原因，实际上不可能均匀。因此，除要求能对各喷油泵的供油量进行总调外，还要求能进行单独调节。

4、其他要求

（1）从保持柴油发电机性能稳定角度出发，要求喷油设备能杜绝重复喷射、断续喷射、不稳定喷射和隔次喷射等异常喷射现象。

（2）从营运角度出发，要求喷油设备工作可靠，调节方便，能迅速停油。还要求喷油设备具备驱除系统中的空气、在柴油发电机不停车的条件下能使单缸停油等功能。

 

二、燃油系统的类型

 

1、柱塞式喷油泵燃油系统

  图1所示为装有直列柱塞式喷油泵的柴油发电机燃油系统。直列柱塞式喷油泵一般由柴油发电机曲轴的正时齿轮驱动。固定在喷油泵体上的活塞式输油泵由喷油泵的凸轮轴驱动。当柴油发电机工作时，输油泵从燃油箱吸出燃油，经油水分离器除去燃油中的水分，再经燃油滤清器滤除燃油中的杂质，然后送入喷油泵。在喷油泵内燃油经过增压和计量之后，经高压油管输往喷油器，最后通过喷油器将燃油喷入燃烧室。喷油泵前端装有喷油提前器，后端与调速器组成一体。输油泵供给的多余燃油及喷油器顶部的回油经回油管返回燃油箱。

图1  柱塞式喷油泵柴油发电机燃油系统示意

2、VE型分配式喷油泵燃油系统

  图2所示为装有VE型分配式喷油泵的柴油发电机燃油系统。当柴油发电机工作时，一级输油泵将燃油从燃油箱吸出，经油水分离器及燃油滤清器，将其送入二级输油泵，燃油在二级输油泵中加压后充入密闭的分配式喷油泵体，再经分配式喷油泵增压计量后进入喷油器。

  一级输油泵为膜片式泵，由配气机构的凸轮轴驱动。二级输油泵为滑片式泵，装在分配式喷油泵体内，并由分配式喷油泵的传动轴驱动。滑片式输油泵出口油压随其转速而增加，为控制喷油泵体内腔油压保持稳定，在二级输油泵出口处设有调压阀。当喷油泵体内腔油压超过规定值时，将有部分燃油经调压阀返回输油泵入口。喷油泵体内腔油压一般为（0.3～0.7）MPa。

  在分配式喷油泵体内还装有调速器和喷油提前器。

图2  装有VE型分配式喷油泵的柴油发电机燃油系统示意

3、电控共轨燃油系统

  电控高压共轨燃油系统其实就是一种从机械式演进而来的产物，如图3、图4所示。其主要目标是在任何工况下（不同负载、温度、海拔），都能将最适量的燃油，以最合适的压力、时机和形态喷入气缸，从而实现最优的功率输出和燃油经济性、最低的排放、平稳的启动和运行，以及更高的可靠性和自适应能力。其工作原理流程如下：

（1）低压供油：油箱的燃油被低压输油泵泵出，经过滤清器过滤。

（2）压力建立：清洁的燃油进入高压油泵。ECU根据需求（通过共轨压力传感器反馈）控制油泵上的比例阀，调节进入柱塞的油量，从而产生所需的高压。

（3）蓄压稳压：高压燃油被送入共轨管。这根长长的管腔像一个“高压水库”，为所有喷油器储存并分配恒定、稳定的高压燃油（压力可达1800-2500 Bar甚至更高）。

（3）精确喷射：

① ECU根据传感器信息，计算出此刻该气缸的喷油始点、喷油持续时间和所需的压力。在精确的时刻，ECU向对应喷油器的电磁阀发送一个强电流脉冲。

② 电磁阀动作，打开喷油器内部的油道，在共轨高压的驱动下，燃油以极细的雾化颗粒喷入气缸。

③ 脉冲电流结束，电磁阀关闭，喷油停止。喷油量的多少由脉冲宽度（即喷油器开启的时长）直接控制。

 

图3  柴油机机械燃油系统演进路径图

图4  柴油机电控燃油系统的演进路径图

 

总结：

相较于柱塞式喷油泵和分配式喷油泵燃油系统，本质上是用电子精准控制取代了传统的机械控制。通过传感器感知、ECU决策、执行器动作的闭环控制，实现了对柴油机燃烧过程的精细化、智能化管理。这不仅大大提升了发电机组的性能和排放水平，也使其运行更稳定、更经济、更适应复杂的应用需求。其中，高压共轨技术是这一原理的集大成者和最典型代表。

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