文/廣東惠州商貿(mào)旅游高級(jí)職業(yè)技術(shù)學(xué)校電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)課題組

一、單體泵電控系統(tǒng)的基本工作原理

1.燃油噴射系統(tǒng)

玉柴G6000電控歐Ⅲ柴油機(jī)采用目前世界上先進(jìn)的電控單體泵燃油噴射系統(tǒng)(圖1)，包括低壓、高壓燃油系統(tǒng)。

低壓油路部分包括燃油箱、油水分離器、手油泵、輸油泵、精濾器、單體泵總成、供油管、調(diào)壓閥、燃油分配器、燃油溫度感應(yīng)器和回油管等構(gòu)件，主要任務(wù)是將燃油吸入、過(guò)濾，并給單體泵提供足量的0.4～0.7MPa的低壓燃油；高壓燃油系統(tǒng)包括電控單體泵、高壓油管和噴油器，主要任務(wù)是將燃油加壓、分配和噴射。

電控單體泵在控制器ECU的控制下，將一定數(shù)量的燃油加壓(高達(dá)160MPa以上)，并通過(guò)單體泵上的電磁閥接收來(lái)自ECU的控制指令決定開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)刻，從而決定各個(gè)汽缸當(dāng)前噴射過(guò)程，即噴油壓力、噴油量、噴油正時(shí)。

2.電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)(圖2)是玉柴G6000電控歐Ⅲ柴油機(jī)的“神經(jīng)中樞”，它包括感應(yīng)器、控制器、執(zhí)行器和控制線束。

(1)感應(yīng)器

感應(yīng)器實(shí)時(shí)采集柴油機(jī)和車(chē)輛的運(yùn)行信息，并將這些控制柴油機(jī)運(yùn)行的基本信息傳遞給控制器ECU?？紤]到對(duì)柴油機(jī)及車(chē)輛駕駛性能的控制，G6000電控歐Ⅲ柴油機(jī)電控系統(tǒng)中配置的感應(yīng)器有柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速感應(yīng)器、凸輪軸轉(zhuǎn)速感應(yīng)器、加速踏板感應(yīng)器、增壓壓力感應(yīng)器、進(jìn)氣溫度感應(yīng)器、燃油溫度感應(yīng)器、冷卻水溫度感應(yīng)器以及空調(diào)、排氣制動(dòng)、怠速控制等開(kāi)關(guān)。感應(yīng)器輸入信號(hào)包括數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)和脈沖信號(hào)。

(2)控制器ECU

控制器ECU是電氣控制部分的核心，它集中了柴油機(jī)和車(chē)輛的控制策略，通過(guò)接受感應(yīng)器等傳遞的發(fā)動(dòng)機(jī)信息，進(jìn)行分析、判斷和處理，并根據(jù)預(yù)先寫(xiě)入的控制策略和程序，向執(zhí)行器(單體泵電磁閥等)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。除了管理噴油以外，ECU還具有其它一些功能如故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊、標(biāo)定與監(jiān)測(cè)等。

(3)執(zhí)行器

執(zhí)行器主要有6個(gè)單體泵電磁閥、排氣制動(dòng)閥、風(fēng)扇控制、水溫過(guò)高指示燈和故障指示燈等。

(4)控制線束

控制線束是連接感應(yīng)器、各種開(kāi)關(guān)、蓄電池以及執(zhí)行器與E C U之間的“橋梁”。正在運(yùn)行的柴油機(jī)及車(chē)輛的一些機(jī)械參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)通過(guò)感應(yīng)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后經(jīng)相應(yīng)的線路傳送到ECU，ECU的輸出信號(hào)也必須通過(guò)相應(yīng)的線路到達(dá)執(zhí)行器。這些線路的線徑均根據(jù)信號(hào)特性進(jìn)行計(jì)算和選擇，以盡可能減小線阻對(duì)信號(hào)的影響，同時(shí)所有線路的封裝均采用汽車(chē)專用標(biāo)準(zhǔn)，具有耐高溫、耐腐蝕的特性，有的還必須采用特殊的封裝，如曲軸轉(zhuǎn)速感應(yīng)器和凸輪軸轉(zhuǎn)速感應(yīng)器采用雙絞線，蓄電池的電源線和地線的線徑較大。同時(shí)，為了減輕ECU的負(fù)擔(dān)，外圍控制電路采用控制繼電器實(shí)現(xiàn)“小電流控制大電流”，因?yàn)橐恍┩獠侩娖髟O(shè)備如啟動(dòng)機(jī)在接通瞬間會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，而在斷開(kāi)時(shí)又會(huì)因存在電感而產(chǎn)生很強(qiáng)的電弧，如果由ECU直接控制將會(huì)使其結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，并影響工作的穩(wěn)定性和可靠性，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致ECU燒毀。

3.低壓燃油管路

低壓油路部分包括燃油箱、油水分離器和手油泵、輸油泵、精濾器、單體泵總成、供油管、調(diào)壓閥、燃油分配器、燃油溫度感應(yīng)器和回油管等構(gòu)件。從油路的作用和位置可分為進(jìn)油系統(tǒng)和回油系統(tǒng)(參見(jiàn)圖1和圖3)。

(1)進(jìn)油系統(tǒng)

燃油箱中的燃油在輸油泵的吸力作用下，經(jīng)過(guò)油水分離器和燃油分配器，到達(dá)輸油泵的入口處，然后在輸油泵壓力下經(jīng)燃油精濾器被送至單體泵總成油道。單體泵總成和燃油必須很干凈，否則會(huì)引起單體泵電磁閥和柱塞卡死、密封不嚴(yán)以及噴油器堵塞等現(xiàn)象，所以對(duì)于精濾器的等級(jí)要求較高(3～5 m)，這樣可充分過(guò)濾掉燃油中的雜質(zhì)。輸油泵理論輸流量為7～9L/min，供油壓力為0.4～0.7MPa。

(2)回油系統(tǒng)

回油由三部分組成，分別是①噴油器回油，主要是噴油器的泄漏燃油，一般情況下較少，通過(guò)噴油器回油總管經(jīng)燃油分配器返回燃油箱；②單體泵總成泄漏回油，即燃油通過(guò)單體泵總成密封圈的泄漏燃油，正常情況下該泄漏量很小，在低速時(shí)幾乎沒(méi)有燃油泄漏，在高速大負(fù)荷時(shí)最多為滴狀，這部分燃油通過(guò)回油管經(jīng)燃油分配器回到輸油泵入口；③燃油調(diào)壓閥回油，為了防止輸出燃油壓力過(guò)高(如油道堵塞等)引起輸油泵的過(guò)載，在輸油泵的出口處安裝有一安全閥(單向球閥)，當(dāng)燃油壓力大于0.4～0.6MPa時(shí)，安全閥打開(kāi)，燃油通過(guò)回油管經(jīng)燃油分配器返回到燃油箱，從而保護(hù)輸油泵。

4.單體泵總成潤(rùn)滑管路

單體泵總成采用柴油機(jī)機(jī)油強(qiáng)制潤(rùn)滑，不需要維護(hù)保養(yǎng)，但在初次使用或長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后，應(yīng)向單體泵凸輪室加注一定量的潤(rùn)滑油(從凸輪軸檢測(cè)窗口加入)。潤(rùn)滑油通過(guò)柴油機(jī)的循環(huán)系統(tǒng)對(duì)單體泵總成進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，如圖4所示。

二、電控系統(tǒng)的主要零部件

1.電控單體泵

玉柴G6000電控歐Ⅲ柴油機(jī)采用了6個(gè)Delphi電控單體泵，其特點(diǎn)如下：①可產(chǎn)生高達(dá)200MPa的噴射壓力；②挺柱滾輪總成獨(dú)立；③控制噴油的電磁閥集成在單體泵體內(nèi)；④具有單個(gè)單體泵的獨(dú)立電控特性；⑤采用柴油機(jī)機(jī)油和燃油強(qiáng)制潤(rùn)滑和冷卻；⑥單體泵具有良好的一致性和100萬(wàn)千米的耐久性；⑦可快速安裝與拆卸；⑧滿足歐Ⅲ排放要求；⑨具有良好的整機(jī)性能。

每一個(gè)電控單體泵的電磁閥接插件上均有唯一的電控修正碼，在應(yīng)用前必須輸入相應(yīng)的控制器，以保證系統(tǒng)對(duì)各缸供油控制的精確性。單體泵挺柱滾輪總成(圖5)安裝時(shí)要注意導(dǎo)向槽和潤(rùn)滑油道的方向，并與單體泵保持正確的安裝關(guān)系。

單體泵通過(guò)兩個(gè)螺栓(M10x50)壓緊并安裝在單體泵室上，每個(gè)螺栓的上緊力矩為60Nm，螺栓的材料和長(zhǎng)度要按規(guī)定選用，不能隨意更換，否則會(huì)引起單體泵固定不牢固，同時(shí)要注意單體泵上的三個(gè)“O”型密封圈是否正確和完好，以保證燃油和潤(rùn)滑油的良好密封。單體泵安裝與拆卸時(shí)要將凸輪軸轉(zhuǎn)至該缸的最低點(diǎn)，以減小安裝螺栓的力矩。高壓油管與單體泵出油口的連接采用錐面密封，并由一個(gè)螺母鎖緊。

需要特別注意的是，電控單體泵及挺柱滾輪總成在安裝前要保持良好的清潔度。電控單體泵屬于高技術(shù)的精密元件總成構(gòu)件，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，不要隨意拆裝，應(yīng)通知玉柴維修人員修理。

2.單體泵室總成

單體泵室總成(圖6)是歐Ⅲ電控柴油機(jī)的“心臟”，包括電控單體泵及挺柱滾輪總成、凸輪軸、輸油泵、燃油溫度感應(yīng)器、泵室、連接板、隔圈、止推圈、驅(qū)動(dòng)齒輪、凸輪信號(hào)盤(pán)以及相關(guān)零部件。

單體泵室總成的主要功能是提供足夠流量和壓力的燃油并通過(guò)高壓油管輸送到噴油器，向各缸噴油。

在單體泵室上有燃油進(jìn)油油道、燃油泄漏回油油道、空氣平衡通道，在泵室的上端面靠近1#單體泵處有一個(gè)放氣螺栓，用于泄放燃油系統(tǒng)管路氣體，在啟動(dòng)前旋松該放氣螺栓，連續(xù)壓按油水分離器上在的手油泵，放氣2min左右直到無(wú)氣泡出現(xiàn)，再擰緊放氣螺栓，在泵室的回油管路上還裝有壓力調(diào)節(jié)閥，當(dāng)輸油泵供油壓力超過(guò)0.5MPa時(shí)自動(dòng)打開(kāi)，以保證燃油壓力在安全范圍。

泵室上有潤(rùn)滑主油道及各部件潤(rùn)滑油道、潤(rùn)滑油回油油道，包括凸輪軸襯套潤(rùn)滑、挺柱滾輪潤(rùn)滑等，同時(shí)對(duì)單體泵室進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)冷卻。泵室上有兩個(gè)觀察窗，其作用是供凸輪裝配、檢查以及凸輪室清洗用。

電控單體泵按1-6的順序安裝在泵室上(從驅(qū)動(dòng)端看)，在泵室的中部對(duì)應(yīng)6個(gè)單體泵有6個(gè)挺柱滾輪導(dǎo)向螺栓，螺栓的長(zhǎng)度不能隨意更換，否則會(huì)損壞單體泵，同時(shí)必須保證良好的密封和固定。輸油泵流量為7～11L/min (油泵轉(zhuǎn)速1100r/min時(shí))，供油壓力為0.4～0.7MPa。

單體泵室總成的組裝要在特定的環(huán)境下進(jìn)行，以保證總成的清潔度，一般不允許隨意拆卸和更換單體泵等關(guān)鍵零部件。對(duì)于輸油泵、調(diào)壓閥、溫度感應(yīng)器、油管等更換和拆卸時(shí)要注意清潔和安裝間隙。

3.噴油器

玉柴歐Ⅲ電控單體泵柴油機(jī)采用機(jī)械式噴油器(圖7)，主要由噴油器殼體、噴油器偶件和調(diào)壓彈簧等組成。噴油器的開(kāi)啟壓力由調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力確定，噴油器在噴油器試驗(yàn)臺(tái)上檢查開(kāi)啟壓力，噴射形狀及霧化應(yīng)正常，不得有滴油現(xiàn)象。噴油器的外部尺寸和安裝方式與歐Ⅱ柴油機(jī)相同。該噴油器具有以下特點(diǎn)：①采用特定材料和工藝加工制作的機(jī)械壓力式噴油器；②最大耐壓200MPa；③多孔、小孔徑，噴油霧化性能好；④起噴壓力27.5MPa且可調(diào)。

4.高壓油管

玉柴歐Ⅲ電控單體泵柴油機(jī)采用專用高壓油管(圖8)，其具有以下特點(diǎn)：①采用專有材料，表層鍍鋅8 m，并經(jīng)鉻酸鹽處理；②鎖緊螺母為M14x1.5，上緊扭矩為60Nm；③規(guī)格為外徑6.3mm，內(nèi)徑1.8mm，長(zhǎng)度；④正常工作時(shí)的最高壓力180MPa。

5.燃油濾清器

由于玉柴歐Ⅲ電控單體泵柴油機(jī)對(duì)燃油清潔度要求較高，故采用了兩級(jí)燃油濾清器，即安裝在車(chē)輛上的預(yù)濾器和安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的精濾(圖9)。預(yù)濾器清潔度能力為25 m，精濾清潔度能力為3～5 m。 (未完待續(xù))