新聞主題	康明斯柴油發電機電控高壓共軌燃油系統結構與原理

 

前言：柴油發電機實施電控技術是當今世界柴油發電機發展的必然趨勢，本文對一種先進的柴油發電機電控系統--共軌蓄壓電控噴油系統進行了原理進行論述。該系統利用液力增壓原理，將20Mpa以下的中壓燃油轉變為100至160MPa的高壓燃油，由微處理器控制，噴入汽缸，燃油壓力不受發動機轉速的影響。通過對高速電磁閥的靜態和動態特性進行了實驗測試和分析，為系統的時間控制提供了依據；同時在本文中介紹了軌蓄壓電控系統功能以及給出了電控單元的組成框架及其控制策略。

 

柴油發電機電控高壓共軌燃油系統為蓄壓式共軌系統，該系統主要由燃油箱、燃油慮清器、供油泵（包括內置式輸油泵）、高低壓燃油管、油軌、電控噴油器和ECU等組成。軌中的油壓由共軌壓力調節器（EPR）進行調節，EPR由一個受電磁閥控制的比例旁通調壓閥構成，工作壓力為2～10MPa，響應時間為100ms。噴油器是由電磁三通閥控制的蓄壓式結構 ，電控噴油器通電時，允許燃油進入噴油器內的蓄壓器，并在此期間被增壓至共軌油道的8～15倍。開啟時間小于等于3ms，關閉響應時間小于等于2ms，重復精度±0.05ms，最高噴射壓力達到150～160MPa。

 

圖1 蓄壓式共軌燃油系統構造圖

 

1、擺動式燃油泵

 

裝在高壓泵內，由凸輪軸驅動，從油箱吸出柴油，經柴油清器后，送入高壓泵柱塞內。圖2所示為擺動式燃油泵的構造及作用。

 

圖2 擺動式燃油泵構造圖

 

 

2、高壓泵

康明斯公司的供油泵從20世紀90年代開始研發，到2001年是第一階段，也即第一代產品，主要有直列泵型的HPO型供油泵系列。HPO系列供油有HPO—UHD、HIPO一HD和HPO—MD型，也包括ECD—U2(P)型。電控共軌系統使用的HP2型供油泵，供油壓力從1998年之前的120MPa到2000年以后提高到145MPa。從2002年開始到2006年是第二階段，即第二代產品，其特怔是HPO系列供油泵的供油壓力提高到180MPa，推出了ECD—U2（P）用的轉子式供油泵一HP3和HP4，在轉子式供油泵中全部采用進油計量，供油壓力均為180MPa。

（1）任務

供油泵的主要作用是將低壓燃油加壓成高壓燃廟、并將高壓燃油供給并儲存在共軌內，等待ECU的噴射指令。供油壓力可以通過壓力限制器進行設定，所以，在共軌系統中可以自由地控制噴油壓力。
HPO系列供油泵的主要特征如下：1.可靠性高。可以滿足高供油壓力的要求：第一階段，120~140MPa；第二階段，160-180MPa;采用機油潤滑，使用壽命長，使用過程中故障少。2.成本低。不同的柴油發電機可以選用不同的供油泵。一般說來，大型柴油發電機選用類似于直列泵的供油泵，小型柴油發電機可以選用類似于分配泵的轉子式供油泵。3.效率高。因為采用電磁閥控制預行程，只對需要的供油量做功，不必對多余的燃油進行加壓；實現同步控制，一副柱塞偶件用三個凸輪完成壓油。

（2）供油泵結構與原理

圖3所示為HPC系列供油泵的外形。其各部件的結構與工作原理如下：輸油泵，位于高樂油泵的左側，與高壓油泵集成在一起，提供高壓油泵一定壓力的燃油。燃油計量單元(PCV電磁閥）為壓力控制閥，高壓油軌內的壓力因供油、滲漏、回油等因素導致壓力波動，通過壓力控制閥可保持樂力的穩定。該閥實際為一執行器，在斷電狀態下，靠彈簧作用力，閥處于全開狀態；當通電后電磁閥動作，克服彈簧力，將閥關閉‰在柴油發電機起動或運轉時，根據ECU的指令來控制電磁閥的動作，保證高壓油軌內壓力穩定在規定要求。凸輪軸位置傳感器用于判斷康明斯柴油發電機第[缸壓縮上止點的到來時刻，作為噴油的基準信號，在曲軸轉速傳感器故障時可以維持柴油發電機跛行功能。供油泵產生的高壓燃油經共軌分配到各個氣缸的噴油器中，燃油壓力由設置在共軌內的壓力傳感器檢出，反饋到控制系統，并使實際壓力值和事先設定的、與柴油發電機轉速和柴油發電機負荷相適應的壓力值始終一致。

 

圖3 HPO型供油泵構造圖

 

 

（3）工作過程

  HPO型直列式供油泵結構和傳統的直列式噴油泵相似，通過凸輪和柱塞機構使燃油增壓，各柱塞上方配置供油閥。凸輪有單作用型、雙作用型、三作用型和四作用型等多種；康明斯柴油發電機采用三作用型凸輪可使柱塞單元減少到1/30向共軌中供油的頻率應和噴油頻率相同，這樣可使共軌中的壓力波動平穩。HPO型供油泵的基本工作原理如圖4所示。高壓泵的工作過程如下。

 

圖4 供油泵工作原理圖

 

① 當柱塞下行，PCV控制閥保持打開狀態，低壓燃油經控制閥被吸入柱塞上方，如圖4a所示。

② 即使柱塞上行，但PCV控制閥中尚未通電，控制閥仍處于開啟狀態，原來被吸入的柴油并未升壓，會經pcv控制閥被壓回低壓腔，如圖4b所示。

③ ECU計算出滿足必要的供油量時，適時地向PCV控制閥供電，控制閥關閉，切斷回油流路，柴油被柱塞壓縮，柱塞腔內燃油增壓，因此，高壓燃油經出油閥（單同閥）壓入共軌內，如圖4c所示；控制閥開啟后的柱塞行程與供油量對應。因此變化PCv的通電時間，即可改變送油量，則供油量隨之改變，從而可以控制共軌壓力。

④ 凸輪越過最大升程后，則柱塞進入下降行程，柱塞腔內的壓力降低；這時出油國關所，壓油停止；控制閥處于斷電狀態，控制閥開啟，低壓油再度被吸入柱塞上方，恢復到圖4d所示狀態。特別值得指出的是，在HPC型供油泵中，PCV控制閥采用螺旋形磁鐵，取代了傳統的菱形磁鐵，使得結構得到改善，性能提高。由以上說明可以得知，PCV控制閥調節送出的柴油量，以調整共軌內的油壓，故控制閥通電時間的長短，即可控制共軌內壓力的大小。康明斯柴油發電機HP4型轉子式供油泵的體積更小、結構更加緊湊，采用進油計量法。HP3型和HP4型供油泵的設計充分考慮到標準化，兩種供油泵的零部件通用化率達到80％。供油部分基本是通用的，充分考慮到生產工藝性。

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