性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明

柴油發(fā)電機(jī)泵噴嘴型噴射系統(tǒng)的工作原理

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)的電控泵噴嘴型噴射系統(tǒng)是直接將柱塞偶件（高壓泵）和噴油器偶件集成在一個(gè)殼體內(nèi)的一種新型的燃料噴射系統(tǒng)。相當(dāng)于在泵-管（共軌）-噴油器系統(tǒng)中取消了高壓油管，避免了高壓共軌噴射系統(tǒng)耐高壓及高壓密封等問(wèn)題。因泵噴嘴型噴射系統(tǒng)無(wú)高壓油管，所以高壓泵泵油時(shí)所產(chǎn)生的高壓燃油經(jīng)很短的路徑直接進(jìn)入噴油器的承壓環(huán)槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)的噴油過(guò)程。

 

一、電控技術(shù)的特點(diǎn)

      柴油機(jī)電控技術(shù)與汽油機(jī)電控技術(shù)有許多相似之處，整個(gè)系統(tǒng)都是由傳感器、電控單元和執(zhí)行器三大部分組成，在電控柴油機(jī)上所用的傳感器中，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等傳感器以及油門踏板傳感器，與汽油機(jī)電控系統(tǒng)都是一樣的。電控單元在硬件方面也很相似，在整車管理系統(tǒng)的軟件方面也有近似處。汽油機(jī)電控技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)成熟，商品化程度已很高，因此大部分傳感器和電控單元已不是難點(diǎn)，也不是柴油機(jī)電控技術(shù)的難點(diǎn)。柴油機(jī)電控技術(shù)有二個(gè)明顯的特點(diǎn)：一個(gè)特點(diǎn)是其關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)難點(diǎn)就在柴油機(jī)噴射電控執(zhí)行器上；另一個(gè)特點(diǎn)是柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的多樣化。

      柴油機(jī)是一個(gè)熱效率比較高的動(dòng)力機(jī)械。它采用高壓噴油泵（包括提前器）和噴油嘴將適量的燃油，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)期，以適當(dāng)?shù)目臻g狀態(tài)噴入柴油機(jī)的燃燒室，以造成最佳的燃油與空氣混合和燃燒的最有利條件，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)在功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃油消耗率、怠速、噪聲、排放等多方面的要求，柴油機(jī)燃油噴射具有高壓、高頻、脈動(dòng)等特點(diǎn)，其噴射壓力高達(dá)60～150MPa，甚至200MPa，為汽油噴射的幾百倍，上千倍。對(duì)于燃油高壓噴射系統(tǒng)實(shí)施噴油量的電子控制，困難大得多。而且柴油噴射對(duì)噴射正時(shí)的精度要求很高，相對(duì)于柴油機(jī)活塞上死點(diǎn)的角度位置遠(yuǎn)比汽油機(jī)要求準(zhǔn)確，這就導(dǎo)致了柴油噴射的電控執(zhí)行器要復(fù)雜得多。因此柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)就是柴油噴射電控執(zhí)行器，也即電控柴油噴射系統(tǒng)，主要控制量是噴油量和噴油正時(shí)。

      當(dāng)今國(guó)際上汽油機(jī)電控技術(shù)已經(jīng)成熟，且趨向一個(gè)比較單一的模式，即多點(diǎn)噴射。電控化油器已經(jīng)淘汰，單點(diǎn)噴射的應(yīng)用大大減少，有些公司正在研究多點(diǎn)缸內(nèi)噴射。柴油機(jī)在機(jī)械控制時(shí)代，就已經(jīng)有直列泵、分配泵、泵噴嘴、單缸泵等結(jié)構(gòu)完全不同的系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)各有其特點(diǎn)和適用范圍，每種系統(tǒng)中又有多種不同結(jié)構(gòu)。實(shí)施電控技術(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，因此形成了柴油噴射系統(tǒng)的多樣化。

 

二、泵噴嘴型噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

      泵噴嘴顧名思義就是噴油泵與噴油嘴組合在一起,以省去高壓油管并獲得高噴射壓力的燃油系統(tǒng)。由于無(wú)高壓油管，所以可消除長(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，因此可產(chǎn)生所需的高噴射壓力。噴油量和噴油時(shí)間的控制，是通過(guò)電磁閥來(lái)控制的，控制精度大大提高。

      圖1所示為柴油發(fā)電機(jī)的DDEC型電控泵噴嘴的結(jié)構(gòu)，主要由泵噴嘴體、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制閥及電磁閥等組成。泵噴嘴體將噴油泵和噴油器做成一體，并在噴油泵柱塞上取消了機(jī)械式噴油泵柱塞上用于控制供油量的螺旋槽。噴油定時(shí)和噴射量是通過(guò)高速電磁閥控制泵噴嘴進(jìn)油閥的開(kāi)啟時(shí)刻和開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間來(lái)控制的。由于這種電控泵噴嘴噴射系統(tǒng)將噴油泵柱塞、噴油器及電磁控制閥（由柱塞閥、擋板等構(gòu)成）都安裝在一個(gè)殼體里，又沒(méi)有高壓油管，所以高壓系統(tǒng)體積很小，因此允許產(chǎn)生更高的噴射壓力（目前已達(dá)到200MPa以上），同時(shí)減小了密封表面和密封接頭，所以可靠性好。但是需要專用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由凸輪軸、搖臂及挺柱等組成，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而驅(qū)動(dòng)凸輪軸由曲軸的正時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)，安裝時(shí)要保證供油定時(shí)。

 

圖1 DDEC型電控泵噴嘴結(jié)構(gòu)圖

 

三、泵噴嘴型噴射系統(tǒng)工作原理

 

      圖2所示為柴油發(fā)電機(jī)的電控泵噴嘴的工作原理示意圖。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，泵噴嘴柱塞在驅(qū)動(dòng)凸輪和柱塞彈簧力的作用下完成泵油過(guò)程。當(dāng)凸輪偏過(guò)后，柱塞在其彈簧的作用下上移，此時(shí)柱塞腔體積增加，柱塞腔進(jìn)油（圖2-第1圖）；當(dāng)凸輪推動(dòng)柱塞下移時(shí)，如果此時(shí)電磁閥斷電，電磁閥閥芯在其彈簧力的作用下處于開(kāi)啟狀態(tài)，所以當(dāng)柱塞泵油時(shí)高壓油經(jīng)與電磁閥閥芯一體的控制閥5回油（圖2-第2圖），噴油器油腔內(nèi)不能建立高壓，針閥不動(dòng)，噴油器仍不噴油；當(dāng)柱塞運(yùn)動(dòng)到某一時(shí)刻，在ECU的控制脈寬下接通電磁閥電源時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下控制閥落座，關(guān)閉回油孔。此時(shí)柱塞泵油的高壓油迅速進(jìn)入到噴油器針閥的承壓錐面建立油壓，使針閥開(kāi)啟，噴油開(kāi)始，噴油持續(xù)期間取決于ECU控制電磁閥的通電脈寬（圖2-第3圖）；經(jīng)電磁閥控制脈寬之后電磁閥斷電，此時(shí)在彈簧力的作用下電磁閥恢復(fù)到開(kāi)啟狀態(tài)，控制閥被打開(kāi)，噴油器到噴油泵之間的高壓油迅速降壓，針閥迅速落座而停止噴射（圖2-第4圖）。

 

      在柴油發(fā)電機(jī)的泵噴嘴系統(tǒng)中，將檢測(cè)電磁閥的關(guān)閉時(shí)刻作為反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴射過(guò)程的反饋控制。電磁閥的關(guān)閉時(shí)刻可通過(guò)檢測(cè)電磁閥線圈的電壓或電流波形來(lái)確定，不需要另設(shè)傳感器。當(dāng)采用電壓波形作為檢測(cè)信號(hào)時(shí)，對(duì)流通電磁閥線圈的電流需要用調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，使得當(dāng)電磁閥線圈中的電流達(dá)到某一設(shè)定值后維持不變。這樣，當(dāng)接通電磁閥電源時(shí)閥芯開(kāi)始移動(dòng)，電磁閥線圈的兩端電壓隨之升高；當(dāng)閥芯移動(dòng)到極限位置而停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈電壓突然降低到僅能維持電流不變的水平。這種電壓降可以很方便地測(cè)量。為了提高電磁閥的響應(yīng)速度，除了采用短行程、小質(zhì)量、壓力平衡式閥及平面盤形閥芯結(jié)構(gòu)以外，還需要降低線圈的電感，以保證在很低的電源電壓下電流能以足夠快的速度達(dá)到飽和狀態(tài)。用這種方法能使檢測(cè)電磁閥關(guān)閉時(shí)刻的精度達(dá)到±0.25°（CA）。同時(shí)這種方法可以排除當(dāng)電源電壓變化時(shí)所造成的供油量和噴油定時(shí)的波動(dòng)。

 

圖2 電控泵噴嘴原理圖

 

四、泵噴嘴的特點(diǎn)

 

      柴油發(fā)電機(jī)的泵噴嘴相對(duì)于高壓共軌噴射系統(tǒng)取消了高壓油管，而將柱塞泵和噴油器合為一體，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，避免了高壓密封問(wèn)題。但是由于通過(guò)設(shè)置專用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)如圖3所示，在噴射過(guò)程中噴射壓力是變化的，噴油規(guī)律是通過(guò)泵油規(guī)律來(lái)控制的，而這種泵油規(guī)律取決于凸輪形線及其工作段。

 

      一般電控泵噴嘴的噴油壓力高達(dá) 2050bar，并且由于采用電控系統(tǒng)，使系統(tǒng)控制靈活，通過(guò)電磁閥的兩次 動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)可控予噴射，大大降低了噪音和振動(dòng)，并改善排放。此外，由于電控泵噴嘴及驅(qū)動(dòng)裝置都安裝在氣缸蓋上，使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，外形減小，并可將低壓的進(jìn)、回油道都設(shè)置在氣缸蓋與其它是新一代柴油噴油系統(tǒng)的共軌系統(tǒng)比較，電控泵噴嘴最大的特點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)高壓噴油。而共軌系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)特別是需要密封的高壓部位多使其能夠達(dá)到的高壓受到限制，另一方面由于電控泵噴嘴的供油規(guī)律仍采用凸輪控制，在控制噴油壓力及實(shí)現(xiàn)多次噴射等方面不如共軌系統(tǒng)的自由度大。

 

電控泵噴嘴工作流程圖

 

 

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