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如何了解电喷柴油发动机的组成

柴油机在很多交通工具上都得到了广泛的运用,比如像载货汽车、水运船舶、内燃机和工程机械。虽然现在市场上使用柴油机的轿车较少,主要在一些SUV的车型上,比如北京BJ40、哈弗H5和驭胜S350等。现在除了一些使用发电机组的柴油机还使用传统机械的柱塞泵外,现在的柴油机基本上都是使用电控技术了,电控柴油机按照国内市场和未来排放标准的分类有三种:电控单体泵系统、电控泵喷嘴系统和电控高压共轨系统。

电控单体泵系统

电控单体泵系统是一种时间控制式的高压燃油喷射系统,该系统主要有高压和低压油路供给系统、电控单元、传感器和控制线束组成,如下图所示。电控单体泵是将EUP单元安装在泵体内,有多少个气缸就有多少个泵体单元。该单体泵的外形和机械柱塞泵很类似,但是两者的工作原理存在很大差别。

电控单体泵主要包括出油控制阀(电磁阀)控制高压油泵、机械喷油器和燃油管路、滤清系统。电控单体泵系统的喷油泵由配气机构的凸轮轴驱动,这样能使结构得到最大的简化,降低燃油从喷油泵的出口到喷油器的距离。

电控单体泵通过出油控制阀直接控制柱塞泵腔内燃油压力的建立和泄压,电磁阀通电的时间就是供油的起始时间,通电时间的长短就是喷油量的多少。当发动机工作时,燃油喷射系统通过电子控制单元(ECU)收集发动机上各种传感器传递来的信号,通过分析处理得出发动机的状态和运行工况;在不同的工况下,查找储存在ECU内部的程序来计算并输出脉宽和定时信号驱动电磁阀,实现对喷油量和喷油时间的控制。

电控单体泵通过电子控制系统和油泵结构的设计来优化对喷油压力的提高,最高的喷油压力可以达140MPa,从而提高发动机的燃烧质量,即提高了发动机的动力性,也可以降低噪音的产生和排放污染。

单体泵对油品的要求不高,如果是在柴油质量无法达到标准的地区,单体泵是一个不错的选择。但是该泵存在的不足就是不能自由控制燃油喷射的压力,因为依靠的是曲轴进行带动,油泵的油压与转速成正比,油泵在低转速区域内的燃油压力较低,不利于柴油机燃烧质量的提高。

电控泵喷嘴系统

电控泵喷嘴曾经使用在大众宝来的1.9L排量的TDI发动机上,电控泵喷嘴是将泵油柱塞和喷油器组合安装在一起的燃油系统,该系统组成如下图所示,这个结构的系统是没有高压油管的,直接用凸轮轴通过摇臂驱动喷油泵内的柱塞,柱塞泵泵油时产生的高压燃油直接进入到喷油器的供油腔内。因为没有高压油管,可以减少柴油流失的能量和压力波动产生的影响。

现在使用最多的是机械式驱动的电控泵喷嘴系统,泵喷嘴的喷油开始点和结束点由快速动作的电磁阀控制,当电磁阀关闭时,将柱塞高压油腔与低压油路分离,燃油加压开始喷射;当电磁阀关闭,则卸掉喷射的压力,结束喷油。通过多次这样的断开与开启电磁阀,可以实现对喷油速度的控制,从而使燃烧过程得到优化,其可靠性和燃烧效率得到保障。

泵喷嘴系统结构简单,喷油器的喷射孔非常细小,不仅消除了高压油管内的燃油波动,还很容易产生高压,最高的喷射压力可以达到200MPa。同时发动机在低速和小负荷时燃油喷射的稳定性好,保证发动机油耗和动力的平衡。

电控高压共轨系统

高压共轨电控系统要理解的话,需要把握几个概念:

1、所谓的共轨就是把每个气缸的燃油压力集合在一个高压油管(共轨)内,使用高压油泵对压力进行加压,共轨管内的压力有油轨压力传感器进行检测,如果油压高了或者低了,由油量调节阀进行调整,保证共轨压力稳定。

2、燃油的修正量的传感器有:发动机转速传感器、发动机相位传感器、加速踏板位置传感器、增压传感器、空气温度传感器、冷却液温度传感器和进气流量计等。

3、柴油机共轨式电控系统可以独立控制喷射正时,控制的范围广,配合喷油的油压变化(120-200MPa)柔性控制喷射时间,有利于降低氮氧化合物和微粒(PM)的排放。

该系统的组成结构如下图所示,油箱内的燃油由电动燃油泵进行吸出,通过径向柱塞式的高压泵的加压作用后进入到共轨内,压力的大小与发动机转速无关(这点和汽油机不同),其压力的大小由电磁压力调节阀控制,根据发动机需要进行连续的压力控制。

电控单元作用于喷油器电磁阀上的脉冲信号控制喷油过程,喷油量的大小和时间取决于共轨内的压力和电磁阀通电的时间,以及喷油嘴液体的流动特性。在发动机的某一转速状况下,共轨管内压力保持不变,并通过高压油管分配到每个气缸的喷油器内,多余的燃油通过回油管流回到油箱内。

总结:电喷柴油发动机按照分类主要分为单体泵、泵喷嘴和高压共轨系统,其中使用最多的是高压共轨的,主要的组成是由检测元件、高压油泵、电子控制单元和喷油器等。

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