性能特點和作用說明

康明斯柴油發電機的電控泵噴嘴系統的結構特點

 

導讀：電控泵噴嘴柴油機容易產生更高噴油壓力，因此，康明斯電控柴油發電機燃油系統采用了兩級加壓方式。其中，燃油泵為低壓油路建壓，然后將燃油輸送到噴油器；高壓燃油由噴油器輸出，燃油起始噴射壓力為5000psi（1psi=6.89kPa），最高噴射壓力約為20000psi。最后，ECM通過控制噴油器電磁閥的通、斷電時刻來對噴油量和噴油時刻進行精確控制。泵噴嘴由于無高壓油管，所以可以消除長的高壓油管中壓力波和燃油壓縮的影響，高壓容積大大減少，因此噴射壓力可很高。它的驅動機構比較特殊，一般采用凸輪軸的凸輪驅動搖臂的一端，搖臂的另一端來驅動泵噴嘴，因此泵噴嘴系統最適宜與頂置式凸輪驅動方式匹配。

 

一、燃油系統原理與結構特點

 

1、工作原理

      作業流程如圖2所示，燃油自燃油箱被吸出，經過燃油濾清器去除雜質和水分后，流入齒輪泵。齒輪泵將燃油加壓到150psi，壓力燃油流經ECM散熱板，最后進入缸蓋中的噴油器供油道。噴油器的噴油量和噴油正時均受ECM控制。噴油器使大多數的燃油回流燃油箱，這便于排除燃油油路中的空氣，同時可為噴油器散熱。

2、基本結構

（1）燃油泵的結構如圖3所示，它由齒輪泵、壓力調節閥、磁性濾網和斷油電磁閥等組成。來自濾清器的燃油，經燃油入口進入齒輪泵。齒輪泵輸出的燃油經過磁性濾網過濾后，流至斷油電磁閥。點火開關打開后，斷油電磁閥通電，燃油經過斷油電磁閥，由出口流出，為噴油器供油。

（2）噴油器的結構如圖4所示。噴油器將高壓油泵和噴油針閥集成為一體，上部為油泵，下部為針閥。油泵的油腔被計量柱塞一分為二，計量柱塞上部為正時油腔，下部為計量油腔。正時柱塞直接由噴油器搖臂驅動，做上下往復運動，使油泵完成吸油和泵油過程。油泵的噴油量和噴油正時均由電磁閥控制。減壓閥用于噴油結束時的泄壓，保證斷油干脆。

（3）分配管

      分配管集成在缸蓋內的供油管內，其功能是等量向各泵噴嘴分配燃油，分配管的工作過程是：油泵將燃油輸送到各缸的供油管內，然后燃油沿著分配管內管流向1缸。燃油通過十字孔迸大分配管和缸蓋壁之間的環形管，在此，燃油與受熱燃油混合，并被泵噴嘴強制流向供油管，使供油管內流到各缸的燃油油溫一致，所有的泵噴嘴被提供相同量的燃油，發動機運轉平穩。若沒有分配管，6噴嘴的油溫將不會相同，6噴嘴強制流向供油管的受熱燃油在供油管內被流動的燃油直接從4缸推到1缸噴嘴。結果，油溫從4缸推到1缸上升，并且泵噴嘴被提供不同質量的燃油，這將會使發動機不平穩運轉并將在頭幾缸中產生極度高溫。

3、泵噴嘴系統的特點

      電子控制泵噴嘴系統的特點是燃油壓力升高仍然是機械式的，噴油始點和終點由電磁閥控制，即噴油量和噴油時間是由電磁閥控制的。

（1）采用大容量齒輪式供油泵，確保將燃油穩定地供到安裝在氣缸蓋內部的噴油器

（2）主供油管和氣缸蓋上的各個噴油器之間由支管連接，溢出燃油通過連接各噴油器的溢油管經調壓閥排出到氣缸蓋外部。

（3）ECU直接安裝在發動機機體上，縮短了線束長度；為了減低因發動機引起的振動，采用橡膠固定，同時，采用燃油冷卻ECU的背面。

（4）ECU根據安裝在飛輪以及凸輪相關部位的兩個轉速傳感器檢測到的發動機轉速和曲軸轉角、加速踏板位置傳感器信號及其他的傳感器信號進行最佳燃油噴射控制。

（5）柱塞通過搖臂由凸輪軸驅動，壓縮燃油，建立高壓。

（6）噴油器的高速電磁閥是常開的，燃油通過氣缸蓋內部的油路流動；但電磁閥關閉時，柱塞開始向噴油嘴壓油，燃油從噴油嘴噴入氣缸；當電磁閥打開時，溢油開始，噴油結束。

（7）因為沒有噴油管，不僅可以實現高壓噴射，而且可以通過適當組合噴油嘴的噴孔流通截面積和驅動凸輪的形狀，使噴油率的形狀徐徐上升，減少預混合期間的噴油量，從而達到控制預混合燃燒。

 

圖1  柴油機電控泵噴嘴系統原理圖	圖2  康明斯發動機燃油系統流程
圖3  康明斯發動機電噴高壓油泵結構圖	圖4  康明斯發動機電磁噴油器結構圖

 

二、電控噴油器的控制原理

 

      康明斯柴油發電機噴油器采用全時雙脈沖控制，其零件分解如圖5所示，總成外形如圖6所示。在完成每個循環噴油控制過程中，ECM為噴油控制電磁閥通、斷電各兩次。其具體控制過程如下：

① 凸輪順時針旋轉，隨動件滾輪與凸輪外基圓相接觸時，凸輪通過隨動件、推桿將搖臂驅動至逆時針極限位置，此時，正時柱塞、計量柱塞均處于其行程的下止點位置。此過程直至隨動件滾輪開始由凸輪的外基圓向內基圓回落時才結束。

② 隨動件滾輪自外基圓向內基圓回落，正時柱塞在復位彈簧的作用下上行，驅動搖臂順時針轉動，推桿下行，保持隨動件滾輪與凸輪接觸。來自供油管路白勺燃油經過計量單向閥進入計量柱塞下方的計量油腔，推動計量柱塞上行，使其與正時柱塞保持接觸，同步上行。

③ 當計量柱塞與正時柱塞上行至一定位置時，ECM控制電磁閥打開，來自供油管路的壓力燃油進入正時油腔。此時的計量柱塞上方受到供油壓力和偏置彈簧的共同作用，而下方只受到供油壓力作用，計量柱塞上方受力大于下方受力，欲下行。這時，計量油腔壓力迅速增高，計量單向閥關閉，計量柱塞保持不動。隨著正時柱塞上行，經電磁閥流入的燃油不斷進入正時油腔，充滿正時柱塞上行所讓出的空間。

④ 隨著隨動件的滾輪落座于凸輪內基圓上，正時柱塞上行到頂點，正時油腔容積達到最大，并且不再變化，直到凸輪轉動至上升沿并離開內基圓為止。

⑤ 大約在噴油前150°曲軸轉角，ECM控制電磁閥關閉。此時．正時油腔成為密閉空間，計量柱塞與正時柱塞間的距離不再變化，計量柱塞和正時柱塞同步上行。計量柱塞上行的同時，來自供油管路的燃油再次經過if量單向閥進入計量油腔，充滿柱塞上行所讓出的空間。

⑥ 當計量柱塞上的泄油通道與計量溢流口對正時，計量油腔內的高壓燃油迅速回流到進油通道中。此時，減壓閥打開，部分燃油回流到回油管，這就減小了供油壓力脈動。隨后，計量柱塞讓出了正時溢流口，正時油腔內的燃油隨著正時柱塞繼續下行迅速經正時溢流口排空。

⑦ 當第二次進入計量油腔的油量達到ECM設定值時，ECM再次控制電磁閥打開。壓力燃油再次進入正時油腔，計量柱塞第二次保持停止（不再隨正時柱塞同步上行）。此時，經過兩次計量的燃油存儲在計量油腔內，直到正確時刻將其噴入氣缸。正時柱塞上行所讓出的空間，繼續由經電磁閥供給的壓力燃油填充，正時油腔容積逐步增大。

⑧ 隨動件滾輪離開內基圓，開始接觸凸輪上升沿時，正時柱塞受驅動下行，正時油腔壓力迅速增長，燃油被壓送回供油管路。此時，計量單向閥保持關閉，計量柱塞保持不動。

⑨ 到正確噴油時刻時，ECM控制電磁閥關閉。此時，正時油腔密閉，正時柱塞和計量柱塞間實現了剛性液壓連接。計量柱塞和正時柱塞同步下行，計量油腔壓力迅速增長。當計量油腔油壓達到5000psi時，油壓將針閥頂起，計量油腔內的燃油經油杯上的噴孔噴出。

 

圖5  噴油器零件分解圖

圖6  噴油器總成圖

 

二、泵噴嘴工作過程

 

      泵噴嘴安裝在柴油機原普通噴油器的位置上，其外形與普通噴油器類似，安裝位置如圖7所示。其噴油壓力主要集中在三個地方，如圖8所示，其中， Pos.1為0形密封環，由發動機缸蓋供應燃油（要求：在發動機4000r/min,機油溫度90℃時，供油壓力保持為7.5bar+1bar）；Pos.2為進油口；Pos.3為回油口，回油壓力為0.7bar±0.2bar。

1、預噴油階段

      噴油凸輪安裝在控制氣門打開和關閉的凸輪軸上。其上升段為陡峭的直線，有利于快速快速建立油壓。

      下端進入噴油針閥阻尼器孔內，噴油針閥頂部的燃油就只能通過細小的縫隙流向噴油針閥復位彈簧腔內。這樣，在噴油針閥的頂部形成了一個所謂的“液壓墊圈”。阻止噴油針閥繼續向上運動，使燃油的預噴量受到限制。

      隨著泵油柱塞的繼續向下運動。高壓油腔里的油壓繼續上升，當油壓達到規定值時，輔助柱塞在高壓燃油的作用下向下運動后，高壓油腔的體積突然增大，燃油壓力瞬間下降。此時，噴油針閥中部錐面上的向上推力隨之下降，噴油針閥在噴油針閥復位彈簧的作用（由于受輔助柱塞的壓縮而彈力增大）下復位。預噴油結束。

2、主噴油階段

      預噴油結束后，泵油柱塞繼續向下運動，導致高壓油腔內的油壓迅速上升。當油壓上升到大于預噴油的油壓（30MPa）時，噴油針閥向上移，主噴油階段開始。由于高壓油腔內燃油油壓上升的速度極快，所以高壓油腔內的油壓繼續上升。直到205MPa左右。

3、主噴油結束

      當電子控制系統停止向電磁控制閥供電時，電磁控制閥針閥在電磁控制針閥復位彈簧的作用下向右移動。接通高壓油腔與低壓油道。這時，高壓油腔內的燃油經電磁控制閥流向低壓油道，高壓油腔里的燃油壓力下降，噴油針閥在噴油針閥復位彈簧的作用下復位，輔助柱塞則在噴油針閥復位彈簧的作用下關閉高壓油腔與噴油針閥復位彈簧之間的油道。

4、高壓油腔進油

      當凸輪的下降段與搖臂接觸時，泵油柱塞在泵油柱塞復位彈簧的作用下向上運動，高壓油腔因體積增大而產生真空。這時，低壓油道（與進油管相連接）內的燃油經電磁控制閥流向高壓油腔，直到充滿高壓油腔為止，從而為下一次噴油做好準備。

 

圖7  電控柴油機泵噴嘴的安裝位置

圖8  影響噴油器燃油壓力的三個重要位置

 

 

總結：

     泵噴嘴將噴油泵電控單元、噴油嘴組合在一起。發動機每個缸都有一個泵噴嘴，不需要高壓管或分配式噴射泵。泵噴嘴系統與分配式噴射系統的缸蓋相比，泵噴嘴式噴射系統缸蓋有很大變化，位置比較高。泵噴嘴通過卡塊固定在缸蓋上。泵噴嘴要安裝好，若泵噴嘴與缸蓋不垂直，則緊固螺栓會松動，造成泵噴嘴或缸蓋損壞。

 

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