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电控单体泵供油系统的组成及工作原理

电控单体泵供油系统的组成及工作原理

黑龙江省农业机械维修研究所 王宝臣 张继伟

电控单体泵供油系统的组成及工作原理

电控单体泵供油系统与传统的机械式喷油泵相比,在结构形式上主要有两点不同,一是每个油泵都是独立的,分别安装在发动机气缸体上,对应每个气缸,在气缸体上有安装单体泵的孔,六缸柴油机有六个单体泵(四缸柴油机有四个单体泵),这六个单体泵是由整个发动机的凸轮轴来驱动,也就是说,单体泵一般作为整体部件装在柴油机的气缸体上,由配气凸轮轴上的喷射凸轮驱动。而传统的六缸柴油机的机械式喷油泵是布置在整机缸体的外侧,通过外部托架固定在发动机缸体上,在喷油泵泵体内,有一根凸轮轴,专门驱动六套柱塞。第二点不同是电控单体泵的上部有电磁阀,电磁阀能够按照特性图谱的数据精确地控制喷射正时及喷油时间。传统的机械式喷油泵是位置控制,通过控制齿条的位置来控制油量,无法控制提前角的柔性。

单体泵的优点很多,它使燃烧更适合工况的需要,因而燃烧更充分,效率更高,降低了排气污染和燃油消耗率。它还有以下优点:

(1)由凸轮轴通过挺柱驱动,结构紧凑,刚度好;

(2)喷油压力可以高达116@108

Pa ;(3)较小的安装空间;(4)高压油管短,且标准化;

(5)调速性能好,适用不同用途发动机,任意设定调速特性;

(6)具有自排气功能;(7)换泵容易。

电控单体泵供油系统是带时间控制的模块式装置,发动机每个气缸都配有一个单独的模块,主要组件:

(1)整体插入式高压泵;(2)快速作用的电磁阀;(3)较短的高压油管;(4)喷油器总成。一、燃油系统的组成

单体泵供油系统组成如图1所示:1.低压油路

柴油从柴油箱1出来,经过燃油输油泵3进入

图1 单体泵柴油供给系统组成

11柴油箱 21燃油进油管 31燃油输油泵 41滤清器前燃油管 51燃油滤清器 61滤清器后燃油管 71单体泵 81高压油管 91喷油器 101限压阀 111回油管 121回油管 131燃油箱内进回油管距离规定

柴油滤清器5过滤之后,非电控机型则进入铸在缸

体内的低压油室,回油也在此油室内,低压油室的压

力为5@105

Pa 。电控发动机柴油从柴油滤清器出来之后,从外部接头进入连接电控单体泵的金属低压油路,每个泵都单独与外面的燃油进油管连接。燃油回油通道铸在气缸体上,低压油路中压力的稳定对发动机的功率输出是至关重要的。在发动机出现功率不足的情况时,应首先测量低压油路的压力,测量位置为低压油路外部接头处。在发动机转速为

2300r /m i n 时,压力P \415@105

Pa 。

2.高压油路

低压油路内的燃油从单体泵7经过很短的高压

油管8进到喷油器9,当压力达到212@107

Pa 时,喷油器开启,将燃油呈雾状喷入到燃烧室,与空气混合而形成可燃混合气。从柴油箱到金属燃油管接头这段油路中的油压是由燃油输油泵建立的,而输油泵

在发动机额定转速下的出油压力一般为5@105

Pa 左右,故这段油路称为低压油路,只用于向单体泵供给滤清的燃油。从单体泵到喷油器这段油路中的油

压是由单体泵建立的,约为116@108

Pa 左右。

3.燃油回流

由于输油泵的供油量比单体泵的出油量大10倍以上,大量多余的燃油经限压阀10和回油管12流回柴油箱,并且利用大量回流燃油驱净油路中的空气,有自动排气功能。

4.燃油温度传感器

用于燃料的油温及燃料喷射量的修正。二、电控单体泵供油系统组成11布局(1)供油系统组成及规范1喷油器:位置倾斜20b ,无回油喷油器,喷射压

力118@108

Pa ;

o电控单体泵:型号PLD12A,倾斜10b ,柱塞直

径?10mm ,喷射压力116@108

Pa ;

?挺柱:直径?32mm,滚轮直径?24mm;?凸轮轴:基圆直径?36mm,行程14mm;

?高压油管:各缸形状完全一致,其展开长度为196mm,外径?6mm,内径?118mm

电控单体泵供油系统的组成及工作原理

图2 电控单体泵结构图

(2)主要功能

在发动机各种工况下,按照整机要求定时、定量

供给高压燃油,使各缸能够正常工作,发出要求的功率、扭矩,同时满足排放标准。它对发动机的性能、工作可靠性和耐久性起到至关重要的作用,是燃油供给系统的核心部位。

2.电控单体泵结构及工作原理

电控单体泵结构如图2所示。电控单体泵安装在发动机缸体上,由发动机的配气凸轮轴上的喷射

凸轮通过挺柱总成驱动柱塞,挺柱压缩柱塞弹簧。

凸轮上行过程,压缩柱塞弹簧,凸轮下行过程,柱塞弹簧释放,凸轮连续旋转,使柱塞作往复直线运动。在不通电的情况下,电磁阀是打开的。其工作原理如下:

(1)凸轮在基圆位置时,柱塞位于下止点,高压腔与低压腔中的燃油压力相等。

(2)压缩供油。凸轮轴旋转,凸轮通过挺柱压缩柱塞向上运动,只有在ECU 使电磁阀通电并关闭以后,高压区才能形成压力。高压腔中的燃油在柱塞

压缩下产生高压。泵端燃油压力可达116@108

Pa 。(3)喷射。高压燃油在高压油管中传递,并在到

达喷油嘴时压力继续提升,约在212@107

Pa 的压力时喷嘴打开,燃油喷入到燃烧室中。喷射压力达到118@108

Pa 。

(4)喷射结束。在EC U 使电磁阀断电并打开以后,高压油腔与低压油腔相通,高压油腔及喷嘴压力也大大下降,喷嘴落座,喷射过程结束。在柱塞的下一次运动中,将重新开始新的过程。当电磁阀打开时,允许在进油行程把燃油吸入油泵的油缸,在供油行程经原路排回去。

电控单体泵的控制方式是时间控制,无需在喷油正时与曲轴位置之间有直接的连接。喷油起始点必须与精确规定的活塞或曲轴位置相对应,它是靠在曲轴上装一个信号转子,同时在凸轮轴上装有与各缸喷射同步的脉冲信号发生器来完成的。

喷射过程的闭环控制是按严格规定的相互关系存贮于电子控制单元中的程序进行的。装在发动机上的电子控制单元控制着单体泵的电磁阀。电子控制单元应用数字技术来监测,并处理各种输入的传感器信号。

三、喷油器1.主要功能

将油泵提供的高压燃油以一定的空间分布,雾状喷入发动机燃烧室,以便燃油与空气形成有利于燃烧的可燃混合气,可燃混合气燃烧后的排放废气要求达到排放法规要求。它是燃油供给系统的关键部件。

2.结构及工作原理

喷油器总成在结构上无回油管,可以避免回油管断裂、不密封的情况发生。

燃油经电控单体泵加压后,由高压油管输送到喷油器进油端,经喷油器滤芯孔、进油道到达喷油嘴偶件,当压力室内压力为212@107

Pa 时,高压燃油

使轴针抬起,燃油经喷孔喷出。

四、燃油输油泵

1.主要功能

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在发动机各种工况下,燃油输油泵以一定压力和输油量向电控单体泵提供充足的压力相对恒定的燃油,它是燃油供给系统的关键部件。它的性能达标与否直接影响着发动机的启动性能和功率大小。

2.结构及工作原理

燃油输油泵结构如图3

所示。

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图3 燃油输油泵结构图

11皮带轮 21驱动轴 31螺母 41垫片 51挡圈61轴承 71骨架油封 81泵体 91外转子101内转子 111平键 121泵盖 131O 型圈141自攻自锁螺钉 151轴套 171螺堵 181垫片191柱塞弹簧 201钢球 211柱塞 221柱塞平衡弹簧

泵体8内有一对齿数相差1又相互啮合的内外

转子10/9,内转子10通过平键11与驱动轴2联接。驱动轴2通过轴承6及轴套15支承在泵体8上。泵盖12用三个自攻自锁螺钉14紧固在泵体8上。在泵体8的端面上开有密封槽,装O 型圈13用来防止泵内燃油从泵体与泵盖结合面外泄。泵体内安装骨架油封7,防止燃油从驱动轴处外泄。在泵体内高压油腔与低压腔之间设有一限压阀装置,它由螺堵17、垫片18、柱塞弹簧19、柱塞21、钢球20和柱塞平衡弹簧22组成。安装在泵体内的轴承用挡圈5卡住。皮带轮1用垫片4及螺母3固定在驱动轴2上。低压腔与油封之间有一润滑油孔,泵体上有一溢流孔。

燃油输油泵的优点是结构紧凑,体积小,流量脉动小,运转平稳,噪声小。

其工作原理如图4所示。该燃油输油泵为转子泵,主要有一对内啮合的内、外转子组成。外转子齿数9比内转子齿数8多一齿,两转子之间有一偏心

距,内转子为主动轮带动外转子异速同向旋转,由内

图4 燃油输油泵工作原理图

外转子、泵体及泵盖等零件形成两个独立的密封腔。随着转子的旋转,左半部齿退出啮合,低压腔容积增大,形成一定真空度,实现吸油,该腔称为吸油室;右半部齿进入啮合,压油腔容积减小,油压升高,实现泵油,该腔称为压力室。当压力室油压高于限压阀开启压力时,限压阀钢球开启,压力室和吸油室相通,实现卸压。燃油输油泵通过带传动直接由曲轴驱动。

3.燃油输油泵性能(1)密封性能。轴与轴封配合处不允许漏油;输油泵本体及各密封面处不允许有漏油现象。

(2)吸油能力。在燃油输油泵转速为250r /m in 和出油背压为(0~10)kPa 时,输油泵必须在[30s 时间内从出油口输出燃油。

(3)燃油输油泵总成的输油量当Qm i n =013L /m i n ,n 油泵=170r/m i n ,则P =50kPa ;

当Qm i n =6L /m i n ,n 油泵=3000r/m in ,则P =500kPa ;

当QN =(10~14)L /m i n ,n 油泵=5375r/m i n ,则P=250kPa 。

(4)限压阀开启压力P >500kPa ,压力室油压高于限压阀开启压力时,限压阀钢球压缩柱塞,压力室和吸油室相通,实现卸压。在低压油路中有空气的情况下,打动手油泵,钢球开启,燃油经柱塞到压力室,则为排气功能。

五、燃油供给系统故障诊断与排除

故障现象诊断排除

发动机启动不着p发动机燃油未供上去,燃油箱中燃油液面过低,油

箱中的吸油管吸不上来油

p向燃油箱中加入燃油,燃油品质符合GB/T19147

5车用柴油6

p燃油输油泵不工作

p燃油输油泵中限压阀上的柱塞卡住,拆下输油泵,

由专业人员检测,或修复或更换

p燃油滤清器阻塞

p拆下燃油进油管,连接发动机进油口端,按动燃油

粗滤器上的手油泵,看是否大量出油,如果不出或

很少,再更换燃油滤清器

p供油系统中有空气

p检查各连接处密封垫片,按规定力矩拧紧各密封

接头

p供油系统中有空气

p排气。拆下燃油进油管,连接发动机进油口端,打

动燃油粗滤器上的手油泵,直到有大量燃油流出

这时,一边继续打动手动输油泵,一边进行密封连

p供油系统中有空气

p如果上述两项仍不能排除,再检测燃油输油泵,应

拆开检测各零件,可能有油封损坏

p燃油中水分过多p使用符合标准的燃油

p非供油系统因素p检查其他系统

发动机功率不足p低压油路压力不够

在发动机低压油管进口处,即在连接各单体泵钢

管进口处检测油路压力,在发动机转速为2300rp m

时,压力\415@105P a

p若油路压力低于415@105P a时,就要检测回油

阀、燃油输油泵、燃油滤清器

p供油量不够

在发动机高怠速时,回油管处至少有8L/m i n的回

油量

p若回油量不足,应分别检测燃油输油泵、燃油滤清

器、喷油器总成

p喷油嘴雾化不好p拆下喷油器检测并更换

p喷油嘴积碳过多p拆下喷油器检测并更换

p喷油嘴滴油p拆下喷油器检测并更换

p发动机缺缸p拆下喷油器检测并更换

发动机油耗高p喷油嘴雾化不好p拆下喷油器检测并更换p喷油嘴积炭过多p拆下喷油器检测并更换p喷油嘴滴油p拆下喷油器检测并更换

发动机抖动明显p缺缸p拆下喷油器检测并更换输油泵漏油p泵盖处O型圈损坏p拆开输油泵泵盖,更换O型圈

六、总结

本文介绍了电控单体泵燃油供给系统的工作原理,燃油供给系统中主要部件总成的结构、工作原理和故障诊断排除。通过以上的介绍可以使我们更准确、更有效、迅速地判断和修理发动机的燃油供给系统。(03)