性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明

康明斯柴油發(fā)電機(jī)的電控泵噴嘴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

 

導(dǎo)讀：電控泵噴嘴柴油機(jī)容易產(chǎn)生更高噴油壓力，因此，康明斯電控柴油發(fā)電機(jī)燃油系統(tǒng)采用了兩級(jí)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(guò)控制噴油器電磁閥的通、斷電時(shí)刻來(lái)對(duì)噴油量和噴油時(shí)刻進(jìn)行精確控制。泵噴嘴由于無(wú)高壓油管，所以可以消除長(zhǎng)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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)比較特殊，一般采用凸輪軸的凸輪驅(qū)動(dòng)搖臂的一端，搖臂的另一端來(lái)驅(qū)動(dòng)泵噴嘴，因此泵噴嘴系統(tǒng)最適宜與頂置式凸輪驅(qū)動(dòng)方式匹配。

 

一、燃油系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

 

1、工作原理

      作業(yè)流程如圖2所示，燃油自燃油箱被吸出，經(jīng)過(guò)燃油濾清器去除雜質(zhì)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(jīng)ECM散熱板，最后進(jìn)入缸蓋中的噴油器供油道。噴油器的噴油量和噴油正時(shí)均受ECM控制。噴油器使大多數(shù)的燃油回流燃油箱，這便于排除燃油油路中的空氣，同時(shí)可為噴油器散熱。

2、基本結(jié)構(gòu)

（1）燃油泵的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由齒輪泵、壓力調(diào)節(jié)閥、磁性濾網(wǎng)和斷油電磁閥等組成。來(lái)自濾清器的燃油，經(jīng)燃油入口進(jìn)入齒輪泵。齒輪泵輸出的燃油經(jīng)過(guò)磁性濾網(wǎng)過(guò)濾后，流至斷油電磁閥。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，斷油電磁閥通電，燃油經(jīng)過(guò)斷油電磁閥，由出口流出，為噴油器供油。

（2）噴油器的結(jié)構(gòu)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(jì)量柱塞一分為二，計(jì)量柱塞上部為正時(shí)油腔，下部為計(jì)量油腔。正時(shí)柱塞直接由噴油器搖臂驅(qū)動(dòng)，做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使油泵完成吸油和泵油過(guò)程。油泵的噴油量和噴油正時(shí)均由電磁閥控制。減壓閥用于噴油結(jié)束時(shí)的泄壓，保證斷油干脆。

（3）分配管

      分配管集成在缸蓋內(nèi)的供油管內(nèi)，其功能是等量向各泵噴嘴分配燃油，分配管的工作過(guò)程是：油泵將燃油輸送到各缸的供油管內(nèi)，然后燃油沿著分配管內(nèi)管流向1缸。燃油通過(guò)十字孔迸大分配管和缸蓋壁之間的環(huán)形管，在此，燃油與受熱燃油混合，并被泵噴嘴強(qiáng)制流向供油管，使供油管內(nèi)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(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。若沒(méi)有分配管，6噴嘴的油溫將不會(huì)相同，6噴嘴強(qiáng)制流向供油管的受熱燃油在供油管內(nèi)被流動(dòng)的燃油直接從4缸推到1缸噴嘴。結(jié)果，油溫從4缸推到1缸上升，并且泵噴嘴被提供不同質(zhì)量的燃油，這將會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)不平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)并將在頭幾缸中產(chǎn)生極度高溫。

3、泵噴嘴系統(tǒng)的特點(diǎn)

      電子控制泵噴嘴系統(tǒng)的特點(diǎn)是燃油壓力升高仍然是機(jī)械式的，噴油始點(diǎn)和終點(diǎn)由電磁閥控制，即噴油量和噴油時(shí)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(wěn)定地供到安裝在氣缸蓋內(nèi)部的噴油器

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

（3）ECU直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，縮短了線束長(zhǎng)度；為了減低因發(fā)動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)，采用橡膠固定，同時(shí)，采用燃油冷卻ECU的背面。

（4）ECU根據(jù)安裝在飛輪以及凸輪相關(guān)部位的兩個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸轉(zhuǎn)角、加速踏板位置傳感器信號(hào)及其他的傳感器信號(hào)進(jìn)行最佳燃油噴射控制。

（5）柱塞通過(guò)搖臂由凸輪軸驅(qū)動(dòng)，壓縮燃油，建立高壓。

（6）噴油器的高速電磁閥是常開(kāi)的，燃油通過(guò)氣缸蓋內(nèi)部的油路流動(dòng)；但電磁閥關(guān)閉時(shí)，柱塞開(kāi)始向噴油嘴壓油，燃油從噴油嘴噴入氣缸；當(dāng)電磁閥打開(kāi)時(shí)，溢油開(kāi)始，噴油結(jié)束。

（7）因?yàn)闆](méi)有噴油管，不僅可以實(shí)現(xiàn)高壓噴射，而且可以通過(guò)適當(dāng)組合噴油嘴的噴孔流通截面積和驅(qū)動(dòng)凸輪的形狀，使噴油率的形狀徐徐上升，減少預(yù)混合期間的噴油量，從而達(dá)到控制預(yù)混合燃燒。

 

圖1  柴油機(jī)電控泵噴嘴系統(tǒng)原理圖	圖2  康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)流程
圖3  康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)電噴高壓油泵結(jié)構(gòu)圖	圖4  康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)電磁噴油器結(jié)構(gòu)圖

 

二、電控噴油器的控制原理

 

      康明斯柴油發(fā)電機(jī)噴油器采用全時(shí)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(gè)循環(huán)噴油控制過(guò)程中，ECM為噴油控制電磁閥通、斷電各兩次。其具體控制過(guò)程如下：

① 凸輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，隨動(dòng)件滾輪與凸輪外基圓相接觸時(shí)，凸輪通過(guò)隨動(dòng)件、推桿將搖臂驅(qū)動(dòng)至逆時(shí)針極限位置，此時(shí)，正時(shí)柱塞、計(jì)量柱塞均處于其行程的下止點(diǎn)位置。此過(guò)程直至隨動(dòng)件滾輪開(kāi)始由凸輪的外基圓向內(nèi)基圓回落時(shí)才結(jié)束。

② 隨動(dòng)件滾輪自外基圓向內(nèi)基圓回落，正時(shí)柱塞在復(fù)位彈簧的作用下上行，驅(qū)動(dòng)搖臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，推桿下行，保持隨動(dòng)件滾輪與凸輪接觸。來(lái)自供油管路白勺燃油經(jīng)過(guò)計(jì)量單向閥進(jìn)入計(jì)量柱塞下方的計(jì)量油腔，推動(dòng)計(jì)量柱塞上行，使其與正時(shí)柱塞保持接觸，同步上行。

③ 當(dāng)計(jì)量柱塞與正時(shí)柱塞上行至一定位置時(shí)，ECM控制電磁閥打開(kāi)，來(lái)自供油管路的壓力燃油進(jìn)入正時(shí)油腔。此時(shí)的計(jì)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(jì)量柱塞上方受力大于下方受力，欲下行。這時(shí)，計(jì)量油腔壓力迅速增高，計(jì)量單向閥關(guān)閉，計(jì)量柱塞保持不動(dòng)。隨著正時(shí)柱塞上行，經(jīng)電磁閥流入的燃油不斷進(jìn)入正時(shí)油腔，充滿正時(shí)柱塞上行所讓出的空間。

④ 隨著隨動(dòng)件的滾輪落座于凸輪內(nèi)基圓上，正時(shí)柱塞上行到頂點(diǎn)，正時(shí)油腔容積達(dá)到最大，并且不再變化，直到凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)至上升沿并離開(kāi)內(nèi)基圓為止。

⑤ 大約在噴油前150°曲軸轉(zhuǎn)角，ECM控制電磁閥關(guān)閉。此時(shí)．正時(shí)油腔成為密閉空間，計(jì)量柱塞與正時(shí)柱塞間的距離不再變化，計(jì)量柱塞和正時(shí)柱塞同步上行。計(jì)量柱塞上行的同時(shí)，來(lái)自供油管路的燃油再次經(jīng)過(guò)if量單向閥進(jìn)入計(jì)量油腔，充滿柱塞上行所讓出的空間。

⑥ 當(dāng)計(jì)量柱塞上的泄油通道與計(jì)量溢流口對(duì)正時(shí)，計(jì)量油腔內(nèi)的高壓燃油迅速回流到進(jìn)油通道中。此時(shí)，減壓閥打開(kāi)，部分燃油回流到回油管，這就減小了供油壓力脈動(dòng)。隨后，計(jì)量柱塞讓出了正時(shí)溢流口，正時(shí)油腔內(nèi)的燃油隨著正時(shí)柱塞繼續(xù)下行迅速經(jīng)正時(shí)溢流口排空。

⑦ 當(dāng)?shù)诙芜M(jìn)入計(jì)量油腔的油量達(dá)到ECM設(shè)定值時(shí)，ECM再次控制電磁閥打開(kāi)。壓力燃油再次進(jìn)入正時(shí)油腔，計(jì)量柱塞第二次保持停止（不再隨正時(shí)柱塞同步上行）。此時(shí)，經(jīng)過(guò)兩次計(jì)量的燃油存儲(chǔ)在計(jì)量油腔內(nèi)，直到正確時(shí)刻將其噴入氣缸。正時(shí)柱塞上行所讓出的空間，繼續(xù)由經(jīng)電磁閥供給的壓力燃油填充，正時(shí)油腔容積逐步增大。

⑧ 隨動(dòng)件滾輪離開(kāi)內(nèi)基圓，開(kāi)始接觸凸輪上升沿時(shí)，正時(shí)柱塞受驅(qū)動(dòng)下行，正時(shí)油腔壓力迅速增長(zhǎng)，燃油被壓送回供油管路。此時(shí)，計(jì)量單向閥保持關(guān)閉，計(jì)量柱塞保持不動(dòng)。

⑨ 到正確噴油時(shí)刻時(shí)，ECM控制電磁閥關(guān)閉。此時(shí)，正時(shí)油腔密閉，正時(shí)柱塞和計(jì)量柱塞間實(shí)現(xiàn)了剛性液壓連接。計(jì)量柱塞和正時(shí)柱塞同步下行，計(jì)量油腔壓力迅速增長(zhǎng)。當(dāng)計(jì)量油腔油壓達(dá)到5000psi時(shí)，油壓將針閥頂起，計(jì)量油腔內(nèi)的燃油經(jīng)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(guò)程

 

      泵噴嘴安裝在柴油機(jī)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(gè)地方，如圖8所示，其中， Pos.1為0形密封環(huán)，由發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋供應(yīng)燃油（要求：在發(fā)動(dòng)機(jī)4000r/min,機(jī)油溫度90℃時(shí)，供油壓力保持為7.5bar+1bar）；Pos.2為進(jìn)油口；Pos.3為回油口，回油壓力為0.7bar±0.2bar。

1、預(yù)噴油階段

      噴油凸輪安裝在控制氣門(mén)打開(kāi)和關(guān)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(jìn)入噴油針閥阻尼器孔內(nèi)，噴油針閥頂部的燃油就只能通過(guò)細(xì)小的縫隙流向噴油針閥復(fù)位彈簧腔內(nèi)。這樣，在噴油針閥的頂部形成了一個(gè)所謂的“液壓墊圈”。阻止噴油針閥繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，使燃油的預(yù)噴量受到限制。

      隨著泵油柱塞的繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)。高壓油腔里的油壓繼續(xù)上升，當(dāng)油壓達(dá)到規(guī)定值時(shí)，輔助柱塞在高壓燃油的作用下向下運(yùn)動(dòng)后，高壓油腔的體積突然增大，燃油壓力瞬間下降。此時(shí)，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(fù)位彈簧的作用（由于受輔助柱塞的壓縮而彈力增大）下復(fù)位。預(yù)噴油結(jié)束。

2、主噴油階段

      預(yù)噴油結(jié)束后，泵油柱塞繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致高壓油腔內(nèi)的油壓迅速上升。當(dāng)油壓上升到大于預(yù)噴油的油壓（30MPa）時(shí)，噴油針閥向上移，主噴油階段開(kāi)始。由于高壓油腔內(nèi)燃油油壓上升的速度極快，所以高壓油腔內(nèi)的油壓繼續(xù)上升。直到205MPa左右。

3、主噴油結(jié)束

      當(dāng)電子控制系統(tǒng)停止向電磁控制閥供電時(shí)，電磁控制閥針閥在電磁控制針閥復(fù)位彈簧的作用下向右移動(dòng)。接通高壓油腔與低壓油道。這時(shí)，高壓油腔內(nèi)的燃油經(jīng)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(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，輔助柱塞則在噴油針閥復(fù)位彈簧的作用下關(guān)閉高壓油腔與噴油針閥復(fù)位彈簧之間的油道。

4、高壓油腔進(jìn)油

      當(dāng)凸輪的下降段與搖臂接觸時(shí)，泵油柱塞在泵油柱塞復(fù)位彈簧的作用下向上運(yùn)動(dòng)，高壓油腔因體積增大而產(chǎn)生真空。這時(shí)，低壓油道（與進(jìn)油管相連接）內(nèi)的燃油經(jīng)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(zhǔn)備。

 

圖7  電控柴油機(jī)泵噴嘴的安裝位置

圖8  影響噴油器燃油壓力的三個(gè)重要位置

 

 

總結(jié)：

     泵噴嘴將噴油泵電控單元、噴油嘴組合在一起。發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)缸都有一個(gè)泵噴嘴，不需要高壓管或分配式噴射泵。泵噴嘴系統(tǒng)與分配式噴射系統(tǒng)的缸蓋相比，泵噴嘴式噴射系統(tǒng)缸蓋有很大變化，位置比較高。泵噴嘴通過(guò)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(huì)松動(dòng)，造成泵噴嘴或缸蓋損壞。

 

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