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柴油机电控单体泵的工作原理和组成结构图 |
摘要：电控单体泵工作原理与机械柱塞泵较为类似，不同的是其搭载在柴油机上时每个气缸各有一个独立的单体泵总成（喷油泵，输油管，喷油嘴），并且单体泵采用电控高速高精度电磁阀控制燃油喷射开始。单体泵系统的喷油泵和喷油嘴之间由短高压输油管连接，燃油压力的产生和喷射分离使附件更加简单可靠，维修成本低。当出现故障时可以只针对单缸的单个零件进行维修，大大降低了康明斯用户的使用和维护成本。
一、电控单体泵燃油喷射系统的工作原理
燃油系统原理如图1所示。输油泵从燃油箱中将柴油泵出，其经过滤清器和油水分离器等装置，最后将柴油泵入到柱塞中，柱塞在油泵凸轮的驱动下在泵腔内使燃油建立很高的压力。在某一时刻ECU控制电磁阀工作，使燃油通过电磁阀进入高压油管内。当高压油路的油压压力大于喷油器的开启压力时，针阀开启，燃油进入到气缸内。电磁阀断电时，高压油管内的油压压力快速下降，针阀落座，喷油过程结束。
在整个燃油喷射系统中，高速电磁阀是喷射系统的关键部件之一，直接控制系统喷油量和喷油时间，一方面需要这种阀具有很快的开关速度和控制精度，另一方面要求其可以产生巨大的电磁力以保证油路通断的可靠性。油泵的驱动凸轮是系统的另一个关键部件，因为它是燃油产生高压的动力源，而更为重要的是凸轮型线对同样系统的供油规律有直接的影响。
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图1 电控单体泵系统原理图 |
图2 电控单体泵结构图 |
二、单体泵电控燃油喷射系统的组成
单体泵电控燃油喷射系统是在泵喷嘴的基础上衍生出来，除了压力较泵喷嘴稍低一点外，其他功能基本和泵喷嘴相近，在国三柴油发电机上应用较普遍。与泵喷嘴电控系统和共轨系统相比，单体泵电控燃油喷射系统具有成本低、性能可靠、使用寿命长、故障率低、维修方便等优点。电控单体泵的结构如图2所示。每个缸均配装一个电控单体泵、一根标准长度的较短高压油管，因此避免了在高压油管中的油压压力波动，进而可以精确地控制喷射循环。电控单体泵燃油喷射系统如图2-20所示，柴油经过一个低压输油泵加压，再经过单体泵加压，最高能够达到200～250MPa的高压。电磁阀控制其回油通道，电磁阀的关闭时刻即为单体泵供油的开始时刻，每次关闭的持续时间决定供油量。
1、供油系统组成及规范
（1）喷油器
位置倾斜 20°，无回油喷油器， 喷射压力 1.8 × 102 Pa；
（2）电控单体泵
倾斜 10°， 柱塞直径 u10mm， 喷射压力 1.6 × 102 Pa；
（3）挺柱
直径 u32mm， 滚轮直径 u24mm；
（4）凸轮轴
基圆直径 u36mm， 行程 14mm；
（5）高压油管
各缸形状完全一致， 其展开长度为 196mm， 外径 u6mm， 内径 u1.8mm。
2、主要功能
在发动机各种工况下， 按照整机要求定时、定量 供给高压燃油， 使各缸能够正常工作， 发出要求的功 率、扭矩， 同时满足排放标准。它对发动机的性能、 工作可靠性和耐久性起到至关重要的作用， 是燃油 供给系统的核心部位。
三、电控单体泵燃油喷射系统的工作过程
电控单体泵燃油喷射系统的工作过程可以分为以下4个阶段：
1、充油过程
当柱塞向下移动时，喷射系统内部的压力将低于低压油路的燃油压力，此时低压系统中的燃油将通过柱塞套上的进油口进入到高压喷射系统中。
2、旁通过程
当柱塞向上移动时，柱塞腔内的油压上升，只要电磁阀处于断电状态，此时柱塞腔内的油压与进油压力大体相同，燃油通过回油通路回到燃油箱内。
3、喷射过程
在柱塞供油行程中，电控系统ECU根据所采集到的各传感器信号在某一个特定的时刻发出喷油控制脉冲指令，通过驱动电路使电磁阀按占空比通电。在通电时段内，回油通道被关闭，柱塞腔形成一封闭容积，随着柱塞向上移动，燃油在封闭容积内被压缩，高压油道内的油压迅速上升。当油压高于喷油器开启压力时，针阀开启，燃油喷入到气缸内。
4、卸荷过程
当喷油脉冲指令终止时，电磁阀断电，回油通道接通，燃油从回油通道内回到燃油箱中，高压燃油经阀口向低压系统泄压，高压油路压力下降，当油压降低到不足以开启针阀时针阀落座，喷油结束。
总结：
随着工业设计和制造水平的不断提升，现代柴油机机性能愈来愈优良。高动力、低排放、低油耗和高可靠性已成为各大厂商发动机产品的卖点。相信通过国内综合工业水平的大幅度提升，各主机厂和发动机厂不断努力进步定会造出更加性能优良的产品，让用户在电力使用过程中更加安心。
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