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性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明 |
柴油發(fā)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(cháng)度為零的燃油系統。它安裝在缸蓋上，每個(gè)缸都有一個(gè)。由于無(wú)高壓油管，所以可消除長(cháng)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，與帶噴嘴的分配式噴射系統一樣原理?？得魉构驹诒疚闹谐私榻B泵噴嘴電控燃油噴射系統特點(diǎn)與結構組成，同時(shí)總結了第二代柴油電控燃油噴射系統的優(yōu)缺點(diǎn)。
一、泵噴嘴電控燃油噴射系統
早在1905年，柴油發(fā)電機創(chuàng )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(zhù)近代電子技術(shù)的發(fā)展，電控泵噴嘴應運而生。
1、特點(diǎn)
泵噴嘴安裝在柴油發(fā)電機原普通噴油器的位置上（見(jiàn)圖1），其外形與普通噴油器類(lèi)似，由氣缸蓋上方的凸輪軸經(jīng)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(jìn)、回油道。泵噴嘴系統的最大特點(diǎn)是噴油泵和噴油器做成一體，高壓油管長(cháng)度為零。泵噴嘴的結構如圖2-22所示，由挺柱或搖臂驅動(dòng)泵噴嘴內的柱塞使燃油加壓，在柱塞腔內形成高壓。ECU適時(shí)地發(fā)出脈沖信號，命令高速電磁線(xiàn)圈控制噴油的始點(diǎn)和終點(diǎn)，而脈沖信號的長(cháng)短控制循環(huán)噴油量。ECU通過(guò)程序MAP對泵噴嘴內部的高速電磁閥的動(dòng)作進(jìn)行閉環(huán)控制，只有當電磁閥關(guān)閉時(shí)，燃油才會(huì )噴射。因此，電磁閥的關(guān)閉點(diǎn)就決定了噴油始點(diǎn)，電磁閥再次打開(kāi)之前所經(jīng)過(guò)的時(shí)間長(cháng)度決定噴油量。
主要優(yōu)點(diǎn)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(shí)間控制更精確。
（3）采用先預噴再主噴的噴油方式，能實(shí)現先緩后急的噴油，滿(mǎn)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。
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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(dòng)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(shí)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(diǎn)是燃油壓力升高仍然是機械式的，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。電子控制泵噴嘴系統的結構特點(diǎn)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(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)調壓閥排出到氣缸蓋外部。
（3）ECU直接安裝在柴油發(fā)電機機體上，縮短了線(xiàn)束長(cháng)度；為了減低因柴油發(fā)電機引起的振動(dòng)，采用橡膠固定，同時(shí)，采用燃油冷卻ECU的背面。
（4）ECU根據安裝在飛輪以及凸輪相關(guān)部位的兩個(gè)轉速傳感器檢測到的柴油發(fā)電機轉速和曲軸轉角傳感器信號及其他的傳感器信號進(jìn)行最佳燃油噴射控制。
（5）柱塞通過(guò)搖臂由凸輪軸驅動(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；當電磁閥打開(kāi)時(shí)，溢油開(kāi)始，噴油結束。
（7）因為沒(méi)有噴油管，不僅可以實(shí)現高壓噴射，而且可以通過(guò)適當組合噴油嘴的噴孔流通截面積和驅動(dòng)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。
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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(guò)程
電控泵噴嘴的工作原理如圖3所示。
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圖3 電控泵噴嘴工作原理圖 |
（1）泵噴嘴進(jìn)油過(guò)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(kāi)啟狀態(tài)，柴油進(jìn)入高壓腔。
（2）泵噴嘴噴油過(guò)程
利用收縮活塞將噴射過(guò)程分為預噴射和主噴射兩個(gè)階段；利用緩沖活塞控制針閥上升時(shí)的升程變化，實(shí)現“先緩后急”的理想噴油規律。
① 預噴射過(guò)程
噴射凸輪驅動(dòng)泵油柱塞下移。初期電磁閥仍未關(guān)閉，高壓腔內的部分柴油被壓回到進(jìn)油管。ECU控制電磁閥通電，關(guān)閉高壓腔到進(jìn)油管的通道，高壓腔內壓力大于18MPa時(shí)，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(kāi)啟噴油孔，預噴射開(kāi)始。在預噴射過(guò)程中，緩沖活塞起到限制針閥上升速度的作用，借以實(shí)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(guò)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(kāi)始后（如圖4所示），高壓腔油壓隨著(zhù)柱塞壓油繼續提高，達到一定壓力時(shí)，收縮活塞瞬間下移，使高壓腔油壓瞬間下降，針閥關(guān)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(shí)針閥開(kāi)啟所需的油壓比預噴射過(guò)程高。
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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(guān)閉，隨著(zhù)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(shí)，針閥再次上升開(kāi)啟噴油孔，主噴射階段開(kāi)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(kāi)啟時(shí)，高壓腔柴油回流到進(jìn)油管，壓力迅速下降，噴油器彈簧迅速使針閥關(guān)閉噴油孔，同時(shí)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(shí)，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(dòng)，接通高壓油腔與低壓油道。這時(shí)，高壓油腔內的燃油經(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(guān)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(jìn)油：
如圖6所示，當凸輪的下降段與搖臂接觸時(shí)，泵油柱塞在泵油柱塞回位彈簧的作用下向上運動(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）內的燃油經(jīng)電磁控制閥流向高壓油腔，直到充滿(mǎn)高壓油腔為止，從而為下一次噴油做好準備。
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圖6 高壓油腔進(jìn)油示意圖 |
二、第二代柴油電控燃油噴射系統總結
1、特點(diǎn)
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(diǎn)如下：
1）依靠傳統的脈動(dòng)泵產(chǎn)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(guān)閉時(shí)刻決定噴射定時(shí)。
4）電磁閥關(guān)閉持續時(shí)間決定噴油量。
2、缺點(diǎn)
1）仍然依賴(lài)于傳統的脈動(dòng)高壓系統，使高壓噴射的區間受到凸輪型線(xiàn)的限制，無(wú)法實(shí)現大范圍的噴射定時(shí)控制。
2）噴射壓力的大小只和凸輪型線(xiàn)以及柴油發(fā)電機轉速等結構參數有關(guān)，不能根據柴油發(fā)電機的工況靈活調節。
3）無(wú)法實(shí)現靈活的預噴射和多次噴射。
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