康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

性能特点和作用说明

柴油发电机的分配泵电控燃油喷射系统

 

摘要：电控燃油喷射系统成为目前柴油发电机领域的重要发展方向之一，采用电控技术后，将有效改善柴油发电机的动力性和经济性，降低柴油发电机的有害排放。在VE分配泵上实施位置式电控，对原供油系统改动较少，开发周期较短，比较适合我国目前的国情，也是满足更严格排放法规的一项有力手段。

 

一、电控系统的设计原则

1、电控燃油泵的设计原则

（1）分配泵电控系统的设计

通过对分配式喷油泵的传感器、执行器、控制单元进行研究，构建了基本的控制系统，对喷油量、喷油正时实施了闭环控制。在设计过程中主要运用抗干扰、CAN.总线通信、外部扩展等技术手段，保证了系统的可靠性和稳定性。

（2）电控系统开发环境的设计

针对传统控制器之间采用RS232等通信方式速度比较慢，设计了以CAN总线为桥梁发动机电控系统的开发环境，从而在ECU（eleetronieallyeontrolledunit）与计算机之间建立了快速、畅通的信息通道，为进一步利用计算机实现复杂的控制和分析功能打下了基础。

2、控制功能

      柴油发电机的电控分配泵燃油喷射系统根据各传感器的信号检测出发动机的实际运作状况，由ECU来完成如下的控制：

① 喷油量的控制；

② 喷油时间的控制；

③ 怠速转速的控制；

④ 故障诊断功能；

⑤ 故障应急功能。

      不同型号的柴油发电机，ECU的具体控制功能不同。有些机型可以实现对上述的①、②、③三项控制，而有些机型只针对①、②项来进行控制。

 

二、分配泵电控系统的原理与工作过程

 

      电控分配泵大多是在VE型分配泵的基础上实现电子控制的。其结构如图1所示。该系统可分为三大部分传感器、ECU和驱动装置。其中传感器用于实时检测发动机运行状态以及操作者意图等信息并送达控制器，然后由控制器给驱动机构下达指令；控制器其核心部分是单片机，它负责处理所有数据、执行程序并将运行结果作为控制指令输入到驱动装置；驱动装置根据控制器送达的执行指令驱动调节喷油量及喷油正时的相应机构，从而调节发动机的运行状态，使其在最佳状态下工作。 

1、工作原理

      VE型分配泵的结构从左到右依次为传动轴、输油泵、传动齿轮、滚轮座及滚轮、端面凸轮、柱塞、控制套、分配套、泵头和电磁阀停油装置等。泵的上部分为调速器，下部分为提前器。其工作原理如下：

      分配泵的传动轴转动时，带动输油泵将燃油从油箱里吸出，经过燃油滤清器过滤，去掉燃油中的杂质，进入油水分离器，分离出燃油中的水分，然后被吸入输油泵，输油泵输出燃油的压力与VE泵的转速成正比，并可以通过调压阀来调节燃油压力，使燃油限制在规定压力下。

      具有一定压力的燃油经过电磁阀控制由进油口进入柱塞腔，同时一部分燃油进入提前机构控制提前器活塞的位移，过剩的燃油经过回油螺钉（回油电磁阀）节流孔回到进油油路和油箱。传动轴旋转带动十字块，十字块又带动端面凸轮旋转，通过端面凸轮的定位销带动分配柱塞旋转。柱塞弹簧和弹簧下座将分配柱塞压在端面凸轮上。

      当传动轴旋转时，端面凸轮在十字块作用下作旋转运动，同时在滚轮作用下做往复运动。分配柱塞的旋转运动起分配作用，往复运动起泵油作用。进入柱塞腔中的燃油在分配柱塞往复运动下产生高压，然后通过分配套、出油阀、喷油嘴喷入气缸。传动轴的转动又通过减振块带动齿轮、飞块座及飞块旋转，飞块的离心力推动调速滑套及调速支架部件，当转速变化时通过调速支架的运动改变控制套相对溢流孔的位置，从而改变供油行程，调节供油量，以满足发动机不同工况时的需要。

      供油的终止是由控制套和分配柱塞上的溢流孔的位置来决定的，当该溢流孔露出控制套的端面时，燃油从溢流孔泄漏，供油结束。

2、工作过程

 （1）充油和供油过程

      在充油阶段，进油槽与分配套上的进油孔以及高压腔相通，泵室内的低压油开始进入高压腔，并开始充满柱塞各通路和空间。柱塞随平面凸轮旋转并向前运动，柱塞进油槽被关闭，充油结束。随着柱塞继续旋转和向前运动，高压腔内的燃油产生高压，同时柱塞上的分配槽与通油孔相通，高压油经通油孔被压入泵头上的油孔，克服出油阀弹簧的预紧力并顶开出油阀，流入高压油管至喷油器。

（2）结束供油

      当柱塞向前运动到其上回油孔被油量控制套打开时，高压油将从回油孔流向低压室，整个高压系统迅速降压。在出油阀弹簧力作用下，出油阀关闭，结束供油。柱塞结构如图2所示。

 

图1  柴油机电控VE分配泵组成

图2  柴油机电控VE分配泵柱塞结构

 

三、分配泵电控系统分类

 

      电控分配泵燃油喷射系统按喷油量、喷油时间的控制方法不同分为位置控制式和时间控制式两种。

1、位置控制式

      位置控制式电控分配泵燃油喷射系统将原VE型分配泵中的机械调速装置换成了电子控制式的执行机构，其基本特点是保留了机械分配泵的溢油环，采用旋转式的电磁铁。因此位置控制式电控分配泵燃油喷射系统不再采用杠杆调速器。电磁铁中控制轴旋转改变了控制轴下端偏心球的位置，直接控制溢油环，控制喷油量。其结构如图3所示，供油特性曲线如图4所示。

（1）喷油量的控制。

      喷油量的控制原理如图5所示。ECU发出指令给线圈通电，使转子轴转动一定的角度，同时转子轴带动偏心钢球转动，使滑套和柱塞的相对位置发生变化，从而改变喷油量。ECU根据发动机的运行工况计算出目标喷油量，将结果输出给执行器，同时还有反馈控制执行机构将执行的动作目标反馈给ECU，以实现闭环控制，从而实现对喷油量的精确控制。

（2）喷油时间的控制。

      喷油时间的控制原理如图6所示。VE型分配泵的提前器活塞内有连通高压腔和低压腔的通道，ECU接收各传感器的信号并进行处理，对电磁阀发出指令（控制电流大小的指令），按占空比来控制电磁阀，使提前器活塞左、右腔的油压差发生变化，提前器活塞带动滚轮架相对于滚轮发生一定角度的旋转，从而改变喷油时间。正时活塞位置传感器将信号反馈给ECU实现闭环控制。

2、时间控制式

      微机内设有时钟，利用时钟控制喷油终了时间，从而控制喷油量。控制喷油终了的执行机构是电磁阀，对每一次喷油都可以进行控制，因此可以取消其他的喷油量控制机构。另外，在时间控制方式中，电子回路比较简单。

 

图3 位置控制式电控分配泵结构图	图4  高压油泵供油特性曲线图
图5  电控分配泵喷油量控制原理图	图6  电控分配泵喷油时间控制原理图

 

总结：

      电控分配泵燃油喷射系统根据各种传感器的信息检测出发动机的实际运行状态，由计算机完成喷油量控制、喷油时间控制和怠速转速控制。不同的机型电控的具体内容不同，有些机型可以实现喷油量控制、喷油时间控制和怠速转速控制三项控制，有些机型仅对喷油时间进行控制。

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