康明斯柴油發(fā)電機(jī)電控高壓共軌燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理
前言：柴油發(fā)電機(jī)實施電控技術(shù)是當(dāng)今世界柴油發(fā)電機(jī)發(fā)展的必然趨勢，本文對一種先進(jìn)的柴油發(fā)電機(jī)電控系統(tǒng)--共軌蓄壓電控噴油系統(tǒng)進(jìn)行了原理進(jìn)行論述。該系統(tǒng)利用液力增壓原理，將20mpa以下的中壓燃油轉(zhuǎn)變?yōu)?00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(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。通過對高速電磁閥的靜態(tài)和動態(tài)特性進(jìn)行了實驗測試和分析，為系統(tǒng)的時間控制提供了依據(jù)；同時在本文中介紹了軌蓄壓電控系統(tǒng)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(fā)電機(jī)電控高壓共軌燃油系統(tǒng)為蓄壓式共軌系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由燃油箱、燃油慮清器、供油泵（包括內(nèi)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(diào)節(jié)器（epr）進(jìn)行調(diào)節(jié)，epr由一個受電磁閥控制的比例旁通調(diào)壓閥構(gòu)成，工作壓力為2～10mpa，響應(yīng)時間為100ms。噴油器是由電磁三通閥控制的蓄壓式結(jié)構(gòu) ，電控噴油器通電時，允許燃油進(jìn)入噴油器內(nèi)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(guān)閉響應(yīng)時間小于等于2ms，重復(fù)精度±0.05ms，最高噴射壓力達(dá)到150～160mpa。
圖1 蓄壓式共軌燃油系統(tǒng)構(gòu)造圖
1、擺動式燃油泵
裝在高壓泵內(nèi)，由凸輪軸驅(qū)動，從油箱吸出柴油，經(jīng)柴油清器后，送入高壓泵柱塞內(nèi)。圖2所示為擺動式燃油泵的構(gòu)造及作用。
圖2 擺動式燃油泵構(gòu)造圖
2、高壓泵
康明斯公司的供油泵從20世紀(jì)90年代開始研發(fā)，到2001年是第一階段，也即第一代產(chǎn)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(tǒng)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(chǎn)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(zhuǎn)子式供油泵一hp3和hp4，在轉(zhuǎn)子式供油泵中全部采用進(jìn)油計量，供油壓力均為180mpa。
（1）任務(wù)
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(nèi)，等待ecu的噴射指令。供油壓力可以通過壓力限制器進(jìn)行設(shè)定，所以，在共軌系統(tǒng)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(jī)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(fā)電機(jī)可以選用不同的供油泵。一般說來，大型柴油發(fā)電機(jī)選用類似于直列泵的供油泵，小型柴油發(fā)電機(jī)可以選用類似于分配泵的轉(zhuǎn)子式供油泵。3.效率高。因為采用電磁閥控制預(yù)行程，只對需要的供油量做功，不必對多余的燃油進(jìn)行加壓；實現(xiàn)同步控制，一副柱塞偶件用三個凸輪完成壓油。
（2）供油泵結(jié)構(gòu)與原理
圖3所示為hpc系列供油泵的外形。其各部件的結(jié)構(gòu)與工作原理如下：輸油泵，位于高樂油泵的左側(cè)，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(nèi)的壓力因供油、滲漏、回油等因素導(dǎo)致壓力波動，通過壓力控制閥可保持樂力的穩(wěn)定。該閥實際為一執(zhí)行器，在斷電狀態(tài)下，靠彈簧作用力，閥處于全開狀態(tài)；當(dāng)通電后電磁閥動作，克服彈簧力，將閥關(guān)閉‰在柴油發(fā)電機(jī)起動或運轉(zhuǎn)時，根據(jù)ecu的指令來控制電磁閥的動作，保證高壓油軌內(nèi)壓力穩(wěn)定在規(guī)定要求。凸輪軸位置傳感器用于判斷康明斯柴油發(fā)電機(jī)第[缸壓縮上止點的到來時刻，作為噴油的基準(zhǔn)信號，在曲軸轉(zhuǎn)速傳感器故障時可以維持柴油發(fā)電機(jī)跛行功能。供油泵產(chǎn)生的高壓燃油經(jīng)共軌分配到各個氣缸的噴油器中，燃油壓力由設(shè)置在共軌內(nèi)的壓力傳感器檢出，反饋到控制系統(tǒng)，并使實際壓力值和事先設(shè)定的、與柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷相適應(yīng)的壓力值始終一致。
圖3 hpo型供油泵構(gòu)造圖
（3）工作過程
hpo型直列式供油泵結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的直列式噴油泵相似，通過凸輪和柱塞機(jī)構(gòu)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(fā)電機(jī)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(yīng)和噴油頻率相同，這樣可使共軌中的壓力波動平穩(wěn)。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(dāng)柱塞下行，pcv控制閥保持打開狀態(tài)，低壓燃油經(jīng)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(tài)，原來被吸入的柴油并未升壓，會經(jīng)pcv控制閥被壓回低壓腔，如圖4b所示。
③ecu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(guān)閉，切斷回油流路，柴油被柱塞壓縮，柱塞腔內(nèi)燃油增壓，因此，高壓燃油經(jīng)出油閥（單同閥）壓入共軌內(nèi)，如圖4c所示；控制閥開啟后的柱塞行程與供油量對應(yīng)。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(jìn)入下降行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低；這時出油國關(guān)所，壓油停止；控制閥處于斷電狀態(tài)，控制閥開啟，低壓油再度被吸入柱塞上方，恢復(fù)到圖4d所示狀態(tài)。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(tǒng)的菱形磁鐵，使得結(jié)構(gòu)得到改善，性能提高。由以上說明可以得知，pcv控制閥調(diào)節(jié)送出的柴油量，以調(diào)整共軌內(nèi)的油壓，故控制閥通電時間的長短，即可控制共軌內(nèi)壓力的大小。康明斯柴油發(fā)電機(jī)hp4型轉(zhuǎn)子式供油泵的體積更小、結(jié)構(gòu)更加緊湊，采用進(jìn)油計量法。hp3型和hp4型供油泵的設(shè)計充分考慮到標(biāo)準(zhǔn)化，兩種供油泵的零部件通用化率達(dá)到80％。供油部分基本是通用的，充分考慮到生產(chǎn)工藝性。

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