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性能特点和作用说明

柴油发电机泵喷嘴型喷射系统的工作原理

 

摘要：柴油发电机的电控泵喷嘴型喷射系统是直接将柱塞偶件（高压泵）和喷油器偶件集成在一个壳体内的一种新型的燃料喷射系统。相当于在泵-管（共轨）-喷油器系统中取消了高压油管，避免了高压共轨喷射系统耐高压及高压密封等问题。因泵喷嘴型喷射系统无高压油管，所以高压泵泵油时所产生的高压燃油经很短的路径直接进入喷油器的承压环槽内，实现柴油发电机的喷油过程。

 

一、电控技术的特点

      柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似之处，整个系统都是由传感器、电控单元和执行器三大部分组成，在电控柴油机上所用的传感器中，如转速、压力、温度等传感器以及油门踏板传感器，与汽油机电控系统都是一样的。电控单元在硬件方面也很相似，在整车管理系统的软件方面也有近似处。汽油机电控技术在国外已经成熟，商品化程度已很高，因此大部分传感器和电控单元已不是难点，也不是柴油机电控技术的难点。柴油机电控技术有二个明显的特点：一个特点是其关键技术和技术难点就在柴油机喷射电控执行器上；另一个特点是柴油机电控喷射系统的多样化。

      柴油机是一个热效率比较高的动力机械。它采用高压喷油泵（包括提前器）和喷油嘴将适量的燃油，在适当的时期，以适当的空间状态喷入柴油机的燃烧室，以造成最佳的燃油与空气混合和燃烧的最有利条件，实现柴油机在功率、扭矩、转速、燃油消耗率、怠速、噪声、排放等多方面的要求，柴油机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点，其喷射压力高达60～150MPa，甚至200MPa，为汽油喷射的几百倍，上千倍。对于燃油高压喷射系统实施喷油量的电子控制，困难大得多。而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，相对于柴油机活塞上死点的角度位置远比汽油机要求准确，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。因此柴油机电控技术的关键和难点就是柴油喷射电控执行器，也即电控柴油喷射系统，主要控制量是喷油量和喷油正时。

      当今国际上汽油机电控技术已经成熟，且趋向一个比较单一的模式，即多点喷射。电控化油器已经淘汰，单点喷射的应用大大减少，有些公司正在研究多点缸内喷射。柴油机在机械控制时代，就已经有直列泵、分配泵、泵喷嘴、单缸泵等结构完全不同的系统，每个系统各有其特点和适用范围，每种系统中又有多种不同结构。实施电控技术的执行机构比较复杂，因此形成了柴油喷射系统的多样化。

 

二、泵喷嘴型喷射系统结构

 

      泵喷嘴顾名思义就是喷油泵与喷油嘴组合在一起,以省去高压油管并获得高喷射压力的燃油系统。由于无高压油管，所以可消除长的高压油管中压力波和燃油压缩的影响，高压容积大大减少，因此可产生所需的高喷射压力。喷油量和喷油时间的控制，是通过电磁阀来控制的，控制精度大大提高。

      图1所示为柴油发电机的DDEC型电控泵喷嘴的结构，主要由泵喷嘴体、驱动机构、控制阀及电磁阀等组成。泵喷嘴体将喷油泵和喷油器做成一体，并在喷油泵柱塞上取消了机械式喷油泵柱塞上用于控制供油量的螺旋槽。喷油定时和喷射量是通过高速电磁阀控制泵喷嘴进油阀的开启时刻和开启持续时间来控制的。由于这种电控泵喷嘴喷射系统将喷油泵柱塞、喷油器及电磁控制阀（由柱塞阀、挡板等构成）都安装在一个壳体里，又没有高压油管，所以高压系统体积很小，因此允许产生更高的喷射压力（目前已达到200MPa以上），同时减小了密封表面和密封接头，所以可靠性好。但是需要专用驱动机构来驱动，驱动机构由凸轮轴、摇臂及挺柱等组成，所以结构复杂。而驱动凸轮轴由曲轴的正时齿轮驱动，安装时要保证供油定时。

 

图1 DDEC型电控泵喷嘴结构图

 

三、泵喷嘴型喷射系统工作原理

 

      图2所示为柴油发电机的电控泵喷嘴的工作原理示意图。当柴油发电机工作时，泵喷嘴柱塞在驱动凸轮和柱塞弹簧力的作用下完成泵油过程。当凸轮偏过后，柱塞在其弹簧的作用下上移，此时柱塞腔体积增加，柱塞腔进油（图2-第1图）；当凸轮推动柱塞下移时，如果此时电磁阀断电，电磁阀阀芯在其弹簧力的作用下处于开启状态，所以当柱塞泵油时高压油经与电磁阀阀芯一体的控制阀5回油（图2-第2图），喷油器油腔内不能建立高压，针阀不动，喷油器仍不喷油；当柱塞运动到某一时刻，在ECU的控制脉宽下接通电磁阀电源时，在磁场的作用下控制阀落座，关闭回油孔。此时柱塞泵油的高压油迅速进入到喷油器针阀的承压锥面建立油压，使针阀开启，喷油开始，喷油持续期间取决于ECU控制电磁阀的通电脉宽（图2-第3图）；经电磁阀控制脉宽之后电磁阀断电，此时在弹簧力的作用下电磁阀恢复到开启状态，控制阀被打开，喷油器到喷油泵之间的高压油迅速降压，针阀迅速落座而停止喷射（图2-第4图）。

 

      在柴油发电机的泵喷嘴系统中，将检测电磁阀的关闭时刻作为反馈信号实现对喷射过程的反馈控制。电磁阀的关闭时刻可通过检测电磁阀线圈的电压或电流波形来确定，不需要另设传感器。当采用电压波形作为检测信号时，对流通电磁阀线圈的电流需要用调节器调节，使得当电磁阀线圈中的电流达到某一设定值后维持不变。这样，当接通电磁阀电源时阀芯开始移动，电磁阀线圈的两端电压随之升高；当阀芯移动到极限位置而停止运动时，线圈电压突然降低到仅能维持电流不变的水平。这种电压降可以很方便地测量。为了提高电磁阀的响应速度，除了采用短行程、小质量、压力平衡式阀及平面盘形阀芯结构以外，还需要降低线圈的电感，以保证在很低的电源电压下电流能以足够快的速度达到饱和状态。用这种方法能使检测电磁阀关闭时刻的精度达到±0.25°（CA）。同时这种方法可以排除当电源电压变化时所造成的供油量和喷油定时的波动。

 

图2 电控泵喷嘴原理图

 

四、泵喷嘴的特点

 

      柴油发电机的泵喷嘴相对于高压共轨喷射系统取消了高压油管，而将柱塞泵和喷油器合为一体，使系统简化，避免了高压密封问题。但是由于通过设置专用驱动机构，所以结构复杂，同时如图3所示，在喷射过程中喷射压力是变化的，喷油规律是通过泵油规律来控制的，而这种泵油规律取决于凸轮形线及其工作段。

 

      一般电控泵喷嘴的喷油压力高达 2050bar，并且由于采用电控系统，使系统控制灵活，通过电磁阀的两次 动作可实现可控予喷射，大大降低了噪音和振动，并改善排放。此外，由于电控泵喷嘴及驱动装置都安装在气缸盖上，使发动机结构紧凑，外形减小，并可将低压的进、回油道都设置在气缸盖与其它是新一代柴油喷油系统的共轨系统比较，电控泵喷嘴最大的特点是容易实现高压喷油。而共轨系统由于其结构特点特别是需要密封的高压部位多使其能够达到的高压受到限制，另一方面由于电控泵喷嘴的供油规律仍采用凸轮控制，在控制喷油压力及实现多次喷射等方面不如共轨系统的自由度大。

 

电控泵喷嘴工作流程图

 

 

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