康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

故障检修与技术维护

喷油器的结构及工作原理

 

摘要：对喷油器的要求主要是保证良好的雾化质量和合理的油束形状，并在喷油开始和结束时应利落、无滴漏和二次喷射等异常喷射现象。因此，喷油器工作质量的好坏，对柴油发电机工作性能和油耗影响很大。康明斯公司在本文中通过对喷油器结构特点的介绍，提高用户和经销商对喷油器的认识，强调了在柴油发电机使用时需注意的事项，以延长康明斯发电机组喷油器的使用寿命。

 

一、喷油器的作用

 

    喷油器的作用是把燃料喷散成较细碎的雾滴，并根据燃烧室形式的要求，将燃料散布在燃烧室内，与压缩空气均匀地相混合燃烧，这就是喷油器的工作过程（如图1）。喷油器工作质量的好坏，对柴油发电机的工作性能有很大的影响，所以在柴油发电机使用过程中，要重视喷油器的使用与维护。

（1）提高油压（定压）：将喷油压力提高到10MPa～20MPa。

（2）控制喷油时间（定时）：按规定的时间喷油和停止喷油。

（3）控制喷油量（定量）：根据柴油机的工作情况，改变喷油量的多少，以调节柴油机的转速和功率。 

（1）按柴油机工作顺序供油，而且各缸供油量均匀。

（2）各缸供油提前角要相同。

（3）各缸供油延续时间要相等。

（4）油压的建立和供油的停止都必须迅速，以防止滴漏现象的发生。

3、自动泄压功能

      通过喷油器为油轨泄压的原因通常是产生错误要求油轨压力迅速泄压，如果单独关闭IMV还是不能满足ECU关于降低压力的要求，那系统就会通过喷油器的回油路泄压（不喷油）。

      实现的方式是线圈被加上脉冲电压，当脉冲长度足够抬起阀体 ( 直接把油轨和燃油回路连接 )，同时又要足够短，而不引起针阀的抬升，形成喷油。

      适当的喷油器反应时间(时间限制在电阀被激活和针阀开始抬升之间 )是可以达到的。 喷油器的反应时间会根据每个喷油器的初始特性（I2C）及其磨损状况的不同而不同。每个喷油器是不同的（内部间隙），所以DELPHI在生产过程中对每个喷油器的特征都进行了测试，然后把每个喷油器的特征参数写入I2C中。　修正前和修正后的参数曲线如图1、图2、图3、图4所示。　

 

图1  喷油器燃油压力为1200bar修正前的曲线图	图2  喷油器燃油压力为1200bar修正后的曲线图
图3  喷油器喷射压力修正前曲线	图4  喷油器喷射压力修正后曲线

 

二、喷油器的结构特点

 

      喷油器主要由喷油器体、针阀偶件、顶杆、喷油器弹簧、紧帽和调压螺钉等组成，结构如图5所示。从喷油泵送来的高压燃油，进入喷油器体及针阀偶件的环形腔，当压力达到11.77 MPa（ZS4S1喷油器）时，针阀克服弹簧的压力而被抬起，此时一定数量的燃油经喷孔成雾状喷入涡流室内。燃油喷射后，压力下降，针阀在弹簧力的作用下重新堵住喷孔。针阀偶件柱塞面间隙泄漏的燃油，由壳体内上升经管接头螺栓及回油管，一部分作为预热塞冬季冷启动用油，大部分流回至油箱。

1、喷油器的类型与结构

（1）按喷油口结构可分：轴针式、孔式。

（2）按线圈电阻值：高阻（13～16Ω）、低阻（2～3Ω）。

（3）按用途分：MPI用、SPI用。

2、喷油过程

（1）喷油器相当于电磁阀，其工作过程如图6所示。

（2）通电时电磁线圈产生电磁力，衔铁及针阀吸起，喷油器开启，汽油经喷孔喷入进气道或进气管。

（3）断电时电磁力消失，衔铁及针阀在复位弹簧的作用下将喷孔封闭，喷油器停止喷油。

（4）喷油器的通电、断电由电控单元以电脉冲控制。

（5）喷油量由电脉冲宽度决定。脉冲宽度=喷油持续时间=喷油量。

（6）一般针阀升程约为0.1mm，而喷油持续时间在2~10ms范围内。

 

图5   康明斯柴油机喷油器结构

图6  康明斯柴油机喷油器的工作过程

 

三、喷油器的检查与拆装

 

1、拆卸与检查

      当发动机发生功率不足或冒黑烟等故障时，应首先想到是否喷油器工作不够正常。此时可将喷油器从发动机上拆下，在喷油器试验台上进行试验检查。先以每分钟10次的速度均匀地按动手油泵手柄，检查喷油压力和滴渗情况，在手油泵泵至压力11.77 MPa时，开始喷油。在这以前喷油嘴不得有渗漏现象，喷孔允许有微量潮湿，但不得有滴油现象。如有滴油现象说明锥面密封不良，应对喷油嘴进行清理或研磨密封锥面。若喷油压力不符合要求时，可松开护帽进行调整，拧进调压螺钉喷油压力增大，反之喷油压力减小。

      当喷油压力符合要求后，可以每分钟60～70次的速度按动手油泵手柄。观察喷雾情况，油雾应细匀，不得有肉眼看得出的油滴飞溅现象，雾束方向的锥角约为4°。燃油的切断应及时，声音清脆。如不符合要求应予拆检。

      当喷油器需拆检时，拆开的喷油器应置于清洁的煤油或柴油中清洗。粗洗和精洗的容器要分开，针阀偶件要成对放置，不能混乱。积垢只允许用木片或铜片刮掉，然后用软布擦试，禁用棉纱。清洗好的针阀应有良好的滑动性，将针阀偶件用轻柴油湿润后，把针阀从阀体中抽出1/3，并将针阀体倾斜45°，针阀在自身重量的作用下，应缓慢落入而无卡滞现象。如针阀与座接合锥面密封不良，可用500号绿色氧化铬细研磨膏进行研磨，研磨后的针阀偶件应仔细清洗。

2、装配过程

      装配前，应将全部零件认真清洗干净。装配喷油嘴时，应使调压弹簧处在松弛状态。在拧紧喷油器紧固螺母时，用力一定要适当。对于大外圆直径为17 mm的针阀体，扭力矩应为58.8～78.4 N·m；对于大外圆直径为22 mm，扭力矩应为78.4～98 N·m。更换喷油嘴时，一定要注意型号，不能误认为是外形尺寸一样就能使用。喷油器重新安装后，必须在试验台上重新进行试验调整。

      最后使用柴油机电控喷油器压紧装置（如图7所示），能够方便的将电控喷油器压紧固定安装在柴油机的气缸盖上，并且固定可靠，有效的保证了电控喷油器安装后的密封性能。

3、喷油器使用和拆装注意事项

（1）选购喷油器针阀偶件时，要注意产品的质量。如果针阀偶件产品质量太差，针阀偶件密封不严，柴油渗漏，汽缸在压缩、作功时，使油嘴表面柴油燃烧，会造成针阀卡死。

（2）喷油器针阀偶件的配合精度极高，并且喷孔孔径很小，因而必须严格按照季节变化选用规定牌号的清洁柴油。在贮存、加注时要注意清洁，不要使燃油中混入杂质，使用前要经过沉淀和过滤，再加入油箱。要按时保养柴油滤清器，经常排放滤清器和油箱内的沉淀油，以防灰沙杂质的侵入而加剧针阀偶件的磨损。

（3）新更换的针阀偶件要清除防锈油。应把新的喷油嘴偶件放在70～80 ℃的柴油里煮10分钟，然后在洁净柴油中将针阀在阀体内来回抽动，以便将防锈油彻底清洗干净。如果只清洗而不煮，就不能完全洗净喷油器偶件内的防锈油，工作时容易使针阀积碳、胶结甚至卡住。另外，清洗针阀偶件时，不得与其他硬物相碰，防止刮伤针阀导向面。

（4）使用时注意柴油发电机不要过热，当柴油发电机温度过高，喷油嘴则受热变形，工作失常，喷孔、轴针积碳，易使针阀产生过热而咬死。

（5）喷油器安装完毕后应检查喷油压力（见图8）。现代柴油发电机由于燃烧室的结构不同所要求的喷油器喷油压力也不同，一般柴油发电机的喷油压力为11.77 MPa，喷油器的喷油压力过高或过低对柴油发电机的危害都很大。喷油器在使用初期，由于机件的磨损，压力弹簧弹性的变化，从而使喷油器的喷油压力变动较大。喷油压力过高会增加滴漏量，容易产生积碳，还使针阀卡死在针阀体内的关闭位置，造成个别缸工作不良或不工作。喷油压力过高，燃油雾化更细碎，但燃油喷射距离过大，使部分燃油喷射至燃烧室壁，与空气混合不良，以致不能完全燃烧，还使柴油发电机运转时产生敲缸声。

 

图7  柴油机喷油器压紧装置示意图

图8  喷油器压力试验连接图

 

总结：

      根据上述所述，喷油器的结构和参数决定着喷雾的质量，喷雾油束要与燃烧室形状匹配以利于形成可燃混合气，同时喷油器头部与高温燃气接触，导致喷油器工作条件极为苛刻。当柴油机喷射系统喷油压力过低，燃油雾化不良，油雾颗粒变粗，射程缩短，不能贯穿整个燃烧室，从而使燃油与空气混合不良，以致燃油燃烧不完全、冒黑烟、缸内积碳增加，同时启动难现象非常明显。因此，在使用中，应及时检查调整柴油机喷油嘴的喷油压力和雾化质量，必要时，要在喷油器试验器上调整，使其喷油压力和雾化锥角符合康明斯柴油机的要求。

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