新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機電控高壓共軌燃油系統結構與原理

 

前言：柴油發(fā)電機實(shí)施電控技術(shù)是當今世界柴油發(fā)電機發(fā)展的必然趨勢，本文對一種先進(jìn)的柴油發(fā)電機電控系統--共軌蓄壓電控噴油系統進(jìn)行了原理進(jìn)行論述。該系統利用液力增壓原理，將20Mpa以下的中壓燃油轉變?yōu)?00至160MPa的高壓燃油，由微處理器控制，噴入汽缸，燃油壓力不受發(fā)動(dòng)機轉速的影響。通過(guò)對高速電磁閥的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了實(shí)驗測試和分析，為系統的時(shí)間控制提供了依據；同時(shí)在本文中介紹了軌蓄壓電控系統功能以及給出了電控單元的組成框架及其控制策略。

 

柴油發(fā)電機電控高壓共軌燃油系統為蓄壓式共軌系統，該系統主要由燃油箱、燃油慮清器、供油泵（包括內置式輸油泵）、高低壓燃油管、油軌、電控噴油器和ECU等組成。軌中的油壓由共軌壓力調節器（EPR）進(jìn)行調節，EPR由一個(gè)受電磁閥控制的比例旁通調壓閥構成，工作壓力為2～10MPa，響應時(shí)間為100ms。噴油器是由電磁三通閥控制的蓄壓式結構 ，電控噴油器通電時(shí)，允許燃油進(jìn)入噴油器內的蓄壓器，并在此期間被增壓至共軌油道的8～15倍。開(kāi)啟時(shí)間小于等于3ms，關(guān)閉響應時(shí)間小于等于2ms，重復精度±0.05ms，最高噴射壓力達到150～160MPa。

 

圖1 蓄壓式共軌燃油系統構造圖

 

1、擺動(dòng)式燃油泵

 

裝在高壓泵內，由凸輪軸驅動(dòng)，從油箱吸出柴油，經(jīng)柴油清器后，送入高壓泵柱塞內。圖2所示為擺動(dòng)式燃油泵的構造及作用。

 

圖2 擺動(dòng)式燃油泵構造圖

 

 

2、高壓泵

康明斯公司的供油泵從20世紀90年代開(kāi)始研發(fā)，到2001年是第一階段，也即第一代產(chǎn)品，主要有直列泵型的HPO型供油泵系列。HPO系列供油有HPO—UHD、HIPO一HD和HPO—MD型，也包括ECD—U2(P)型。電控共軌系統使用的HP2型供油泵，供油壓力從1998年之前的120MPa到2000年以后提高到145MPa。從2002年開(kāi)始到2006年是第二階段，即第二代產(chǎn)品，其特怔是HPO系列供油泵的供油壓力提高到180MPa，推出了ECD—U2（P）用的轉子式供油泵一HP3和HP4，在轉子式供油泵中全部采用進(jìn)油計量，供油壓力均為180MPa。

（1）任務(wù)

供油泵的主要作用是將低壓燃油加壓成高壓燃廟、并將高壓燃油供給并儲存在共軌內，等待ECU的噴射指令。供油壓力可以通過(guò)壓力限制器進(jìn)行設定，所以，在共軌系統中可以自由地控制噴油壓力。
HPO系列供油泵的主要特征如下：1.可靠性高?？梢詽M(mǎn)足高供油壓力的要求：第一階段，120~140MPa；第二階段，160-180MPa;采用機油潤滑，使用壽命長(cháng)，使用過(guò)程中故障少。2.成本低。不同的柴油發(fā)電機可以選用不同的供油泵。一般說(shuō)來(lái)，大型柴油發(fā)電機選用類(lèi)似于直列泵的供油泵，小型柴油發(fā)電機可以選用類(lèi)似于分配泵的轉子式供油泵。3.效率高。因為采用電磁閥控制預行程，只對需要的供油量做功，不必對多余的燃油進(jìn)行加壓；實(shí)現同步控制，一副柱塞偶件用三個(gè)凸輪完成壓油。

（2）供油泵結構與原理

圖3所示為HPC系列供油泵的外形。其各部件的結構與工作原理如下：輸油泵，位于高樂(lè )油泵的左側，與高壓油泵集成在一起，提供高壓油泵一定壓力的燃油。燃油計量單元(PCV電磁閥）為壓力控制閥，高壓油軌內的壓力因供油、滲漏、回油等因素導致壓力波動(dòng)，通過(guò)壓力控制閥可保持樂(lè )力的穩定。該閥實(shí)際為一執行器，在斷電狀態(tài)下，靠彈簧作用力，閥處于全開(kāi)狀態(tài)；當通電后電磁閥動(dòng)作，克服彈簧力，將閥關(guān)閉‰在柴油發(fā)電機起動(dòng)或運轉時(shí)，根據ECU的指令來(lái)控制電磁閥的動(dòng)作，保證高壓油軌內壓力穩定在規定要求。凸輪軸位置傳感器用于判斷康明斯柴油發(fā)電機第[缸壓縮上止點(diǎn)的到來(lái)時(shí)刻，作為噴油的基準信號，在曲軸轉速傳感器故障時(shí)可以維持柴油發(fā)電機跛行功能。供油泵產(chǎn)生的高壓燃油經(jīng)共軌分配到各個(gè)氣缸的噴油器中，燃油壓力由設置在共軌內的壓力傳感器檢出，反饋到控制系統，并使實(shí)際壓力值和事先設定的、與柴油發(fā)電機轉速和柴油發(fā)電機負荷相適應的壓力值始終一致。

 

圖3 HPO型供油泵構造圖

 

 

（3）工作過(guò)程

  HPO型直列式供油泵結構和傳統的直列式噴油泵相似，通過(guò)凸輪和柱塞機構使燃油增壓，各柱塞上方配置供油閥。凸輪有單作用型、雙作用型、三作用型和四作用型等多種；康明斯柴油發(fā)電機采用三作用型凸輪可使柱塞單元減少到1/30向共軌中供油的頻率應和噴油頻率相同，這樣可使共軌中的壓力波動(dòng)平穩。HPO型供油泵的基本工作原理如圖4所示。高壓泵的工作過(guò)程如下。

 

圖4 供油泵工作原理圖

 

① 當柱塞下行，PCV控制閥保持打開(kāi)狀態(tài)，低壓燃油經(jīng)控制閥被吸入柱塞上方，如圖4a所示。

② 即使柱塞上行，但PCV控制閥中尚未通電，控制閥仍處于開(kāi)啟狀態(tài)，原來(lái)被吸入的柴油并未升壓，會(huì )經(jīng)pcv控制閥被壓回低壓腔，如圖4b所示。

③ ECU計算出滿(mǎn)足必要的供油量時(shí)，適時(shí)地向PCV控制閥供電，控制閥關(guān)閉，切斷回油流路，柴油被柱塞壓縮，柱塞腔內燃油增壓，因此，高壓燃油經(jīng)出油閥（單同閥）壓入共軌內，如圖4c所示；控制閥開(kāi)啟后的柱塞行程與供油量對應。因此變化PCv的通電時(shí)間，即可改變送油量，則供油量隨之改變，從而可以控制共軌壓力。

④ 凸輪越過(guò)最大升程后，則柱塞進(jìn)入下降行程，柱塞腔內的壓力降低；這時(shí)出油國關(guān)所，壓油停止；控制閥處于斷電狀態(tài)，控制閥開(kāi)啟，低壓油再度被吸入柱塞上方，恢復到圖4d所示狀態(tài)。特別值得指出的是，在HPC型供油泵中，PCV控制閥采用螺旋形磁鐵，取代了傳統的菱形磁鐵，使得結構得到改善，性能提高。由以上說(shuō)明可以得知，PCV控制閥調節送出的柴油量，以調整共軌內的油壓，故控制閥通電時(shí)間的長(cháng)短，即可控制共軌內壓力的大小?？得魉共裼桶l(fā)電機HP4型轉子式供油泵的體積更小、結構更加緊湊，采用進(jìn)油計量法。HP3型和HP4型供油泵的設計充分考慮到標準化，兩種供油泵的零部件通用化率達到80％。供油部分基本是通用的，充分考慮到生產(chǎn)工藝性。

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