性能特點和作用說明

柴油發電機的分配泵電控燃油噴射系統

 

摘要：電控燃油噴射系統成為目前柴油發電機領域的重要發展方向之一，采用電控技術后，將有效改善柴油發電機的動力性和經濟性，降低柴油發電機的有害排放。在VE分配泵上實施位置式電控，對原供油系統改動較少，開發周期較短，比較適合我國目前的國情，也是滿足更嚴格排放法規的一項有力手段。

 

一、電控系統的設計原則

1、電控燃油泵的設計原則

（1）分配泵電控系統的設計

通過對分配式噴油泵的傳感器、執行器、控制單元進行研究，構建了基本的控制系統，對噴油量、噴油正時實施了閉環控制。在設計過程中主要運用抗干擾、CAN.總線通信、外部擴展等技術手段，保證了系統的可靠性和穩定性。

（2）電控系統開發環境的設計

針對傳統控制器之間采用RS232等通信方式速度比較慢，設計了以CAN總線為橋梁發動機電控系統的開發環境，從而在ECU（eleetronieallyeontrolledunit）與計算機之間建立了快速、暢通的信息通道，為進一步利用計算機實現復雜的控制和分析功能打下了基礎。

2、控制功能

      柴油發電機的電控分配泵燃油噴射系統根據各傳感器的信號檢測出發動機的實際運作狀況，由ECU來完成如下的控制：

① 噴油量的控制；

② 噴油時間的控制；

③ 怠速轉速的控制；

④ 故障診斷功能；

⑤ 故障應急功能。

      不同型號的柴油發電機，ECU的具體控制功能不同。有些機型可以實現對上述的①、②、③三項控制，而有些機型只針對①、②項來進行控制。

 

二、分配泵電控系統的原理與工作過程

 

      電控分配泵大多是在VE型分配泵的基礎上實現電子控制的。其結構如圖1所示。該系統可分為三大部分傳感器、ECU和驅動裝置。其中傳感器用于實時檢測發動機運行狀態以及操作者意圖等信息并送達控制器，然后由控制器給驅動機構下達指令；控制器其核心部分是單片機，它負責處理所有數據、執行程序并將運行結果作為控制指令輸入到驅動裝置；驅動裝置根據控制器送達的執行指令驅動調節噴油量及噴油正時的相應機構，從而調節發動機的運行狀態，使其在最佳狀態下工作。 

1、工作原理

      VE型分配泵的結構從左到右依次為傳動軸、輸油泵、傳動齒輪、滾輪座及滾輪、端面凸輪、柱塞、控制套、分配套、泵頭和電磁閥停油裝置等。泵的上部分為調速器，下部分為提前器。其工作原理如下：

      分配泵的傳動軸轉動時，帶動輸油泵將燃油從油箱里吸出，經過燃油濾清器過濾，去掉燃油中的雜質，進入油水分離器，分離出燃油中的水分，然后被吸入輸油泵，輸油泵輸出燃油的壓力與VE泵的轉速成正比，并可以通過調壓閥來調節燃油壓力，使燃油限制在規定壓力下。

      具有一定壓力的燃油經過電磁閥控制由進油口進入柱塞腔，同時一部分燃油進入提前機構控制提前器活塞的位移，過剩的燃油經過回油螺釘（回油電磁閥）節流孔回到進油油路和油箱。傳動軸旋轉帶動十字塊，十字塊又帶動端面凸輪旋轉，通過端面凸輪的定位銷帶動分配柱塞旋轉。柱塞彈簧和彈簧下座將分配柱塞壓在端面凸輪上。

      當傳動軸旋轉時，端面凸輪在十字塊作用下作旋轉運動，同時在滾輪作用下做往復運動。分配柱塞的旋轉運動起分配作用，往復運動起泵油作用。進入柱塞腔中的燃油在分配柱塞往復運動下產生高壓，然后通過分配套、出油閥、噴油嘴噴入氣缸。傳動軸的轉動又通過減振塊帶動齒輪、飛塊座及飛塊旋轉，飛塊的離心力推動調速滑套及調速支架部件，當轉速變化時通過調速支架的運動改變控制套相對溢流孔的位置，從而改變供油行程，調節供油量，以滿足發動機不同工況時的需要。

      供油的終止是由控制套和分配柱塞上的溢流孔的位置來決定的，當該溢流孔露出控制套的端面時，燃油從溢流孔泄漏，供油結束。

2、工作過程

 （1）充油和供油過程

      在充油階段，進油槽與分配套上的進油孔以及高壓腔相通，泵室內的低壓油開始進入高壓腔，并開始充滿柱塞各通路和空間。柱塞隨平面凸輪旋轉并向前運動，柱塞進油槽被關閉，充油結束。隨著柱塞繼續旋轉和向前運動，高壓腔內的燃油產生高壓，同時柱塞上的分配槽與通油孔相通，高壓油經通油孔被壓入泵頭上的油孔，克服出油閥彈簧的預緊力并頂開出油閥，流入高壓油管至噴油器。

（2）結束供油

      當柱塞向前運動到其上回油孔被油量控制套打開時，高壓油將從回油孔流向低壓室，整個高壓系統迅速降壓。在出油閥彈簧力作用下，出油閥關閉，結束供油。柱塞結構如圖2所示。

 

圖1  柴油機電控VE分配泵組成

圖2  柴油機電控VE分配泵柱塞結構

 

三、分配泵電控系統分類

 

      電控分配泵燃油噴射系統按噴油量、噴油時間的控制方法不同分為位置控制式和時間控制式兩種。

1、位置控制式

      位置控制式電控分配泵燃油噴射系統將原VE型分配泵中的機械調速裝置換成了電子控制式的執行機構，其基本特點是保留了機械分配泵的溢油環，采用旋轉式的電磁鐵。因此位置控制式電控分配泵燃油噴射系統不再采用杠桿調速器。電磁鐵中控制軸旋轉改變了控制軸下端偏心球的位置，直接控制溢油環，控制噴油量。其結構如圖3所示，供油特性曲線如圖4所示。

（1）噴油量的控制。

      噴油量的控制原理如圖5所示。ECU發出指令給線圈通電，使轉子軸轉動一定的角度，同時轉子軸帶動偏心鋼球轉動，使滑套和柱塞的相對位置發生變化，從而改變噴油量。ECU根據發動機的運行工況計算出目標噴油量，將結果輸出給執行器，同時還有反饋控制執行機構將執行的動作目標反饋給ECU，以實現閉環控制，從而實現對噴油量的精確控制。

（2）噴油時間的控制。

      噴油時間的控制原理如圖6所示。VE型分配泵的提前器活塞內有連通高壓腔和低壓腔的通道，ECU接收各傳感器的信號并進行處理，對電磁閥發出指令（控制電流大小的指令），按占空比來控制電磁閥，使提前器活塞左、右腔的油壓差發生變化，提前器活塞帶動滾輪架相對于滾輪發生一定角度的旋轉，從而改變噴油時間。正時活塞位置傳感器將信號反饋給ECU實現閉環控制。

2、時間控制式

      微機內設有時鐘，利用時鐘控制噴油終了時間，從而控制噴油量。控制噴油終了的執行機構是電磁閥，對每一次噴油都可以進行控制，因此可以取消其他的噴油量控制機構。另外，在時間控制方式中，電子回路比較簡單。

 

圖3 位置控制式電控分配泵結構圖	圖4  高壓油泵供油特性曲線圖
圖5  電控分配泵噴油量控制原理圖	圖6  電控分配泵噴油時間控制原理圖

 

總結：

      電控分配泵燃油噴射系統根據各種傳感器的信息檢測出發動機的實際運行狀態，由計算機完成噴油量控制、噴油時間控制和怠速轉速控制。不同的機型電控的具體內容不同，有些機型可以實現噴油量控制、噴油時間控制和怠速轉速控制三項控制，有些機型僅對噴油時間進行控制。

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