性能特點和作用說明

柴油發電機的泵噴嘴電控燃油噴射系統

 

泵噴嘴顧名思義就是噴油泵與控制單元和噴嘴組合在一起，即高壓油管長度為零的燃油系統。它安裝在缸蓋上，每個缸都有一個。由于無高壓油管，所以可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，因此可產生所需的高噴射壓力，與帶噴嘴的分配式噴射系統一樣原理。康明斯公司在本文中除了介紹泵噴嘴電控燃油噴射系統特點與結構組成，同時總結了第二代柴油電控燃油噴射系統的優缺點。

 

一、泵噴嘴電控燃油噴射系統

 

早在1905年，柴油發電機創始人就提出了泵噴嘴的概念，設想將噴油泵和噴油器合成一體，省去高壓油管，獲得高的噴油壓力。隨著近代電子技術的發展，電控泵噴嘴應運而生。

 

1、特點

 

泵噴嘴安裝在柴油發電機原普通噴油器的位置上（見圖1），其外形與普通噴油器類似，由氣缸蓋上方的凸輪軸經搖臂使噴油器內柱塞下移而加壓燃油。泵噴嘴的上半部為柱塞、柱塞套與柱塞彈簧等，噴油器的下半部為噴油器、調壓彈簧及進、回油道。泵噴嘴系統的最大特點是噴油泵和噴油器做成一體，高壓油管長度為零。泵噴嘴的結構如圖2-22所示，由挺柱或搖臂驅動泵噴嘴內的柱塞使燃油加壓，在柱塞腔內形成高壓。ECU適時地發出脈沖信號，命令高速電磁線圈控制噴油的始點和終點，而脈沖信號的長短控制循環噴油量。ECU通過程序MAP對泵噴嘴內部的高速電磁閥的動作進行閉環控制，只有當電磁閥關閉時，燃油才會噴射。因此，電磁閥的關閉點就決定了噴油始點，電磁閥再次打開之前所經過的時間長度決定噴油量。

主要優點如下：

 （1）噴油壓力高，噴油霧化良好。

（2）采用ECU集中控制，噴油量、噴油時間控制更精確。

（3）采用先預噴再主噴的噴油方式，能實現先緩后急的噴油，滿足柴油機工作的要求。

（4）功率提高，油耗下降。

（5）廢氣中的有害氣體少，排氣凈化性好。

（6）噪聲小，工作平穩性好。

圖1 泵噴嘴安裝位置圖

 

 

2、燃油系統和泵噴嘴的結構

 

電子控制泵噴嘴系統主要由泵噴嘴、驅動搖臂機構、電子控制單元(ECU)、各種傳感器等組成，如圖2所示。泵噴嘴實際上由噴油泵、噴油器和電磁控制閥三部分組成，如圖3所示。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。電子控制泵噴嘴系統的結構特點如下：

（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直接安裝在柴油發電機機體上，縮短了線束長度；為了減低因柴油發電機引起的振動，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柴油發電機轉速和曲軸轉角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2 泵噴嘴燃油系統組成圖

圖3 泵噴嘴結構圖

 

 

3、泵噴嘴的工作過程

 

電控泵噴嘴的工作原理如圖3所示。

圖3 電控泵噴嘴工作原理圖

 

 

（1）泵噴嘴進油過程

泵油柱塞在彈簧的作用下上移，高壓腔容積增大。高速電磁閥處于初始開啟狀態，柴油進入高壓腔。

（2）泵噴嘴噴油過程

利用收縮活塞將噴射過程分為預噴射和主噴射兩個階段；利用緩沖活塞控制針閥上升時的升程變化，實現“先緩后急”的理想噴油規律。

① 預噴射過程

噴射凸輪驅動泵油柱塞下移。初期電磁閥仍未關閉，高壓腔內的部分柴油被壓回到進油管。ECU控制電磁閥通電，關閉高壓腔到進油管的通道，高壓腔內壓力大于18MPa時，針閥承壓錐面上承受的上升力高于噴油器彈簧力，針閥上升開啟噴油孔，預噴射開始。在預噴射過程中，緩沖活塞起到限制針閥上升速度的作用，借以實現理想噴油規律的“先緩”。針閥上升，針閥室內的柴油被壓回彈簧室的過程中，緩沖活塞使泄油間隙逐漸減小，節流增大，針閥上升速度變緩。 預噴射開始后（如圖4所示），高壓腔油壓隨著柱塞壓油繼續提高，達到一定壓力時，收縮活塞瞬間下移，使高壓腔油壓瞬間下降，針閥關閉噴油孔，預噴射結束。預噴射后，由于收縮活塞的下移增加了噴油器彈簧的預緊力，使主噴射階段時針閥開啟所需的油壓比預噴射過程高。

 

圖4 泵噴嘴預噴油示意圖

圖5 泵噴嘴主噴油示意圖

 

② 主噴油階段

預噴射結束后，電磁閥仍然關閉，隨著泵油柱塞繼續壓油，高壓腔內油壓重新上升。當油壓上升到約30MPa時，針閥再次上升開啟噴油孔，主噴射階段開始。在主噴射階段中，最高噴油壓力可達205MPa。當ECU控制電磁閥開啟時，高壓腔柴油回流到進油管，壓力迅速下降，噴油器彈簧迅速使針閥關閉噴油孔，同時收縮活塞和緩沖活塞也回到初始位置，主噴射階段結束。當電控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回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回位彈簧的作用下復位，輔助柱塞則在噴油針閥回位彈簧的作用下關閉高壓油腔與噴油針閥回位彈簧之間的油道，主噴油結束，如圖5所示。

● 高壓油腔進油：

如圖6所示，當凸輪的下降段與搖臂接觸時，泵油柱塞在泵油柱塞回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6 高壓油腔進油示意圖

 

 

二、第二代柴油電控燃油噴射系統總結

 

1、特點

 

第二代控制系統包括電控分配泵、直列泵、泵噴嘴和單體泵，其共有的控制特點如下：

1）依靠傳統的脈動泵產生高壓。

2）噴油量控制和噴油脈寬完全由電磁閥控制。

3）電磁閥關閉時刻決定噴射定時。

4）電磁閥關閉持續時間決定噴油量。

 

2、缺點

 

1）仍然依賴于傳統的脈動高壓系統，使高壓噴射的區間受到凸輪型線的限制，無法實現大范圍的噴射定時控制。

2）噴射壓力的大小只和凸輪型線以及柴油發電機轉速等結構參數有關，不能根據柴油發電機的工況靈活調節。

3）無法實現靈活的預噴射和多次噴射。

 

 

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