性能特點(diǎn)和作用說明

柴油發(fā)電機(jī)的分配泵電控燃油噴射系統(tǒng)

 

摘要：電控燃油噴射系統(tǒng)成為目前柴油發(fā)電機(jī)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一，采用電控技術(shù)后，將有效改善柴油發(fā)電機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性，降低柴油發(fā)電機(jī)的有害排放。在VE分配泵上實(shí)施位置式電控，對原供油系統(tǒng)改動較少，開發(fā)周期較短，比較適合我國目前的國情，也是滿足更嚴(yán)格排放法規(guī)的一項(xiàng)有力手段。

 

一、電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

1、電控燃油泵的設(shè)計(jì)原則

（1）分配泵電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通過對分配式噴油泵的傳感器、執(zhí)行器、控制單元進(jìn)行研究，構(gòu)建了基本的控制系統(tǒng)，對噴油量、噴油正時(shí)實(shí)施了閉環(huán)控制。在設(shè)計(jì)過程中主要運(yùn)用抗干擾、CAN.總線通信、外部擴(kuò)展等技術(shù)手段，保證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

（2）電控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)

針對傳統(tǒng)控制器之間采用RS232等通信方式速度比較慢，設(shè)計(jì)了以CAN總線為橋梁發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，從而在ECU（eleetronieallyeontrolledunit）與計(jì)算機(jī)之間建立了快速、暢通的信息通道，為進(jìn)一步利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和分析功能打下了基礎(chǔ)。

2、控制功能

      柴油發(fā)電機(jī)的電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)根據(jù)各傳感器的信號檢測出發(fā)動機(jī)的實(shí)際運(yùn)作狀況，由ECU來完成如下的控制：

① 噴油量的控制；

② 噴油時(shí)間的控制；

③ 怠速轉(zhuǎn)速的控制；

④ 故障診斷功能；

⑤ 故障應(yīng)急功能。

      不同型號的柴油發(fā)電機(jī)，ECU的具體控制功能不同。有些機(jī)型可以實(shí)現(xiàn)對上述的①、②、③三項(xiàng)控制，而有些機(jī)型只針對①、②項(xiàng)來進(jìn)行控制。

 

二、分配泵電控系統(tǒng)的原理與工作過程

 

      電控分配泵大多是在VE型分配泵的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電子控制的。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)可分為三大部分傳感器、ECU和驅(qū)動裝置。其中傳感器用于實(shí)時(shí)檢測發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及操作者意圖等信息并送達(dá)控制器，然后由控制器給驅(qū)動機(jī)構(gòu)下達(dá)指令；控制器其核心部分是單片機(jī)，它負(fù)責(zé)處理所有數(shù)據(jù)、執(zhí)行程序并將運(yùn)行結(jié)果作為控制指令輸入到驅(qū)動裝置；驅(qū)動裝置根據(jù)控制器送達(dá)的執(zhí)行指令驅(qū)動調(diào)節(jié)噴油量及噴油正時(shí)的相應(yīng)機(jī)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使其在最佳狀態(tài)下工作。 

1、工作原理

      VE型分配泵的結(jié)構(gòu)從左到右依次為傳動軸、輸油泵、傳動齒輪、滾輪座及滾輪、端面凸輪、柱塞、控制套、分配套、泵頭和電磁閥停油裝置等。泵的上部分為調(diào)速器，下部分為提前器。其工作原理如下：

      分配泵的傳動軸轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動輸油泵將燃油從油箱里吸出，經(jīng)過燃油濾清器過濾，去掉燃油中的雜質(zhì)，進(jìn)入油水分離器，分離出燃油中的水分，然后被吸入輸油泵，輸油泵輸出燃油的壓力與VE泵的轉(zhuǎn)速成正比，并可以通過調(diào)壓閥來調(diào)節(jié)燃油壓力，使燃油限制在規(guī)定壓力下。

      具有一定壓力的燃油經(jīng)過電磁閥控制由進(jìn)油口進(jìn)入柱塞腔，同時(shí)一部分燃油進(jìn)入提前機(jī)構(gòu)控制提前器活塞的位移，過剩的燃油經(jīng)過回油螺釘（回油電磁閥）節(jié)流孔回到進(jìn)油油路和油箱。傳動軸旋轉(zhuǎn)帶動十字塊，十字塊又帶動端面凸輪旋轉(zhuǎn)，通過端面凸輪的定位銷帶動分配柱塞旋轉(zhuǎn)。柱塞彈簧和彈簧下座將分配柱塞壓在端面凸輪上。

      當(dāng)傳動軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，端面凸輪在十字塊作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時(shí)在滾輪作用下做往復(fù)運(yùn)動。分配柱塞的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動起分配作用，往復(fù)運(yùn)動起泵油作用。進(jìn)入柱塞腔中的燃油在分配柱塞往復(fù)運(yùn)動下產(chǎn)生高壓，然后通過分配套、出油閥、噴油嘴噴入氣缸。傳動軸的轉(zhuǎn)動又通過減振塊帶動齒輪、飛塊座及飛塊旋轉(zhuǎn)，飛塊的離心力推動調(diào)速滑套及調(diào)速支架部件，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)通過調(diào)速支架的運(yùn)動改變控制套相對溢流孔的位置，從而改變供油行程，調(diào)節(jié)供油量，以滿足發(fā)動機(jī)不同工況時(shí)的需要。

      供油的終止是由控制套和分配柱塞上的溢流孔的位置來決定的，當(dāng)該溢流孔露出控制套的端面時(shí)，燃油從溢流孔泄漏，供油結(jié)束。

2、工作過程

 （1）充油和供油過程

      在充油階段，進(jìn)油槽與分配套上的進(jìn)油孔以及高壓腔相通，泵室內(nèi)的低壓油開始進(jìn)入高壓腔，并開始充滿柱塞各通路和空間。柱塞隨平面凸輪旋轉(zhuǎn)并向前運(yùn)動，柱塞進(jìn)油槽被關(guān)閉，充油結(jié)束。隨著柱塞繼續(xù)旋轉(zhuǎn)和向前運(yùn)動，高壓腔內(nèi)的燃油產(chǎn)生高壓，同時(shí)柱塞上的分配槽與通油孔相通，高壓油經(jīng)通油孔被壓入泵頭上的油孔，克服出油閥彈簧的預(yù)緊力并頂開出油閥，流入高壓油管至噴油器。

（2）結(jié)束供油

      當(dāng)柱塞向前運(yùn)動到其上回油孔被油量控制套打開時(shí)，高壓油將從回油孔流向低壓室，整個(gè)高壓系統(tǒng)迅速降壓。在出油閥彈簧力作用下，出油閥關(guān)閉，結(jié)束供油。柱塞結(jié)構(gòu)如圖2所示。

 

圖1  柴油機(jī)電控VE分配泵組成

圖2  柴油機(jī)電控VE分配泵柱塞結(jié)構(gòu)

 

三、分配泵電控系統(tǒng)分類

 

      電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)按噴油量、噴油時(shí)間的控制方法不同分為位置控制式和時(shí)間控制式兩種。

1、位置控制式

      位置控制式電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)將原VE型分配泵中的機(jī)械調(diào)速裝置換成了電子控制式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其基本特點(diǎn)是保留了機(jī)械分配泵的溢油環(huán)，采用旋轉(zhuǎn)式的電磁鐵。因此位置控制式電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)不再采用杠桿調(diào)速器。電磁鐵中控制軸旋轉(zhuǎn)改變了控制軸下端偏心球的位置，直接控制溢油環(huán)，控制噴油量。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，供油特性曲線如圖4所示。

（1）噴油量的控制。

      噴油量的控制原理如圖5所示。ECU發(fā)出指令給線圈通電，使轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動一定的角度，同時(shí)轉(zhuǎn)子軸帶動偏心鋼球轉(zhuǎn)動，使滑套和柱塞的相對位置發(fā)生變化，從而改變噴油量。ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況計(jì)算出目標(biāo)噴油量，將結(jié)果輸出給執(zhí)行器，同時(shí)還有反饋控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)將執(zhí)行的動作目標(biāo)反饋給ECU，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)對噴油量的精確控制。

（2）噴油時(shí)間的控制。

      噴油時(shí)間的控制原理如圖6所示。VE型分配泵的提前器活塞內(nèi)有連通高壓腔和低壓腔的通道，ECU接收各傳感器的信號并進(jìn)行處理，對電磁閥發(fā)出指令（控制電流大小的指令），按占空比來控制電磁閥，使提前器活塞左、右腔的油壓差發(fā)生變化，提前器活塞帶動滾輪架相對于滾輪發(fā)生一定角度的旋轉(zhuǎn)，從而改變噴油時(shí)間。正時(shí)活塞位置傳感器將信號反饋給ECU實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

2、時(shí)間控制式

      微機(jī)內(nèi)設(shè)有時(shí)鐘，利用時(shí)鐘控制噴油終了時(shí)間，從而控制噴油量?？刂茋娪徒K了的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電磁閥，對每一次噴油都可以進(jìn)行控制，因此可以取消其他的噴油量控制機(jī)構(gòu)。另外，在時(shí)間控制方式中，電子回路比較簡單。

 

圖3 位置控制式電控分配泵結(jié)構(gòu)圖	圖4  高壓油泵供油特性曲線圖
圖5  電控分配泵噴油量控制原理圖	圖6  電控分配泵噴油時(shí)間控制原理圖

 

總結(jié)：

      電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器的信息檢測出發(fā)動機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，由計(jì)算機(jī)完成噴油量控制、噴油時(shí)間控制和怠速轉(zhuǎn)速控制。不同的機(jī)型電控的具體內(nèi)容不同，有些機(jī)型可以實(shí)現(xiàn)噴油量控制、噴油時(shí)間控制和怠速轉(zhuǎn)速控制三項(xiàng)控制，有些機(jī)型僅對噴油時(shí)間進(jìn)行控制。

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