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16V265H型柴油机燃油喷射系统结构分析姜峰;陈乾;李春青;罗建斌【摘要】通过介绍从美国引进的16V265H型柴油机燃油喷射系统结构及其特点,对16V265H型柴油机电控单体泵燃油喷射系统喷油泵、喷油器、供油凸轮的实体测绘以及对该电控喷射系统各零部件结构进行分析,得到了燃油系统的结构参数：喷油泵柱塞工作直径为22.00 mm,升程为28.000 0 mm;采用9喷孔均匀分布喷油器且针阀升程为0.500 0 mm;电磁阀升程为0.300 0 mm;供油凸轮最大升程为30.333 7 mm且为函数型凸轮.其结构特点可为后续优化电控喷射系统以及国产化研究奠定基础.【期刊名称】《广西科技大学学报》【年(卷),期】2017(028)004【总页数】6页(P102-107)【关键词】16V265H型柴油机燃油系统实体测绘性能分析【作者】姜峰;陈乾;李春青;罗建斌【作者单位】[1]广西科技大学汽车与交通学院,广西柳州545006 [2]广西汽车拖拉机研究所,广西柳州545005;;[1]广西科技大学汽车与交通学院,广西柳州545006 [2]广西汽车拖拉机研究所,广西柳州545005;;[1]广西科技大学汽车与交通学院,广西柳州545006 [2]广西汽车拖拉机研究所,广西柳州545005;;[1]广西科技大学汽车与交通学院,广西柳州545006 [2]广西汽车拖拉机研究所,广西柳州545005【正文语种】中文【中图分类】TK42近年来，我国铁路对高速、重载的要求越来越高，同时为了满足日趋严格的废气排放法规要求，我国铁路机车柴油机采用电控燃油喷射是发展的必然趋势.原中国北车集团大连机车车辆有限公司与美国EMD公司于2008年7月合作生产了6 000马力HXN3内燃机车［1－2］，就是采用世界上先进的16V265H型电控柴油机.该机车柴油机采用了多项先进技术与结构特征包括：电控单体泵、低惯量9孔均布式喷油器、函数型供油凸轮、集成式UPS系统等.16V265H型机车柴油机电控喷射系统各部件包括电控单体泵、喷油器、电磁阀、供油凸轮、高压油管、电子控制单元、传感器以及油箱、燃油泵等辅助设备.1）喷油泵是由德国Bosch公司在Austria（奥地利）分公司设计制造的电控单体泵（如图1所示），与以往引进的机械式喷油泵不一样，该喷油泵取消了柱塞头部螺旋形与出油阀偶件，柱塞在泵体内上下运动产生高压油，当电磁阀12通电后会吸住衔铁16，衔铁16通过M3沉头螺栓15与空心阀芯9连接，衔铁16带动阀芯9与内套10闭合后进行供油.该电控喷射系统采用了一种滚轮随动机构，此机构非常具有创新性，滚轮随动机构上端摇摆两侧的滚轮连接供油凸轮与电控泵推杆，凸轮沿着升程曲线运转带动推杆上下运动，推杆带动柱塞在泵体内上下运动产生高压油［3］.2）柱塞上端22.00 mm，下端16.00 mm，升程28.000 0 mm（如图2所示），这在国内干线机车柴油机上是少见的，通过这两个结构性参数可预知该喷油泵能产生很高喷油压力.柱塞最下端为25.00 mm球形弧与喷油泵推杆上部结合，推杆上O型密封圈使柱塞与推杆柔性相连.3）与传统机械式喷油泵相比，电控单体泵取消了柱塞套，柱塞与泵体内腔直接构成了一套偶件.该泵体材料采用20CrNi，具有良好的加工性，加工变形小，抗疲劳性能好，适合于高强化柴油机需要.4）柱塞与泵体之间间隙经实测达到6×10－6m，且不做密封试验，这有利于柱塞加工与维护，降低生产成本.该柱塞采用材料为Cr15，具有高强硬度，并且柱塞杆径表面进行了渗氮化钛处理，有利于防止柱塞磨损.在柱塞使用过程中也出现过柱塞断裂情况，这是因为柱塞腔内产生了相当高油压，这对使用过程中的稳定性提出了考验.5）柱塞压缩弹簧簧丝直径为 9.50 mm，弹簧中径 57.40 mm.由化验分析可知，采用材料为55CrSi，热处理硬度 HRC49－54.该电控燃油系统中采用第二代电磁阀控制方式（如图3所示）.1）由图3可知，左侧电控单元连接部件通过螺帽将线束固定，且固定线束时最大扭矩不超过1.2 N·m.2）燃油经过泵体上端右侧（电磁阀方向为正视图时）燃油进口处，通过内腔管道进到电磁阀限位端盖7与泵体安装间隙内腔中，当电磁阀未通电时，空心阀芯6与内套5断开未关闭，此时高压油路与低压油路相连通，空心阀芯空腔、衔铁空腔与电磁阀弹簧等部件都相通，燃油通过回油管道流回燃油箱.空心阀芯由于阀芯质量大大减轻，有利于电磁阀开启与关闭的快速响应，且空心阀芯空腔中燃油的流动能有效地带走电磁阀工作产生的热量，一定程度上降低了燃油工作温度.3）电磁阀内套为嵌入式结构设计，内套结构为规则的旋转体，具有良好的动平衡，能确保供油中孔与座面处的圆度，使空心阀芯与内套精密配合时具有良好的密封性，两者配合间隙为2×10－6m.4）阀芯与内套密封锥面处泄流面积Fv＝10.43 mm2，Fv必须保证足够大，使泄流迅速，不发生不正常喷射，但过大也受到结构限制，因此需综合考虑才能得到一折衷方案.该电磁阀泄流面积比较合理.5）电磁阀压缩弹簧簧丝直径为 1.40 mm，弹簧中径 11.00 mm.采用材料为55CrSi，热处理硬度HRC45－50.6）该电磁阀阀芯升程为 0.30 mm，这有利于电磁阀的快速关闭［4］.该柴油机燃油系统采用Bosch公司进口低惯性多孔闭式喷油器（如图4所示）. 1）喷油器采用T型针阀偶件，喷嘴头部 =17.80 mm，针阀 =6.00 mm.喷油器安装在缸头中央，用压块和螺母紧固在气缸头内.喷油器启喷压力采用垫片式调整法. 2）喷油器进油接口处未安装燃油滤网，此方式有利减少喷油压力的损失.该喷油器采用纵向进油方式，而国产机车喷油器多采用横向进油方式（即：进油方向垂直于喷油器体），而采用纵向进油方式可以降低高压燃油进入喷油器时的压力损失.3）喷油器喷孔均匀分布且为9× 0.445 mm，该喷孔布局尤为创新；针阀升程为0.500 0 mm；针阀启喷压力 35 MPa，最高喷射压力达到 160 MPa；针阀副间隙为 0.002 0 mm～0.003 5 mm；压力室直径为 2.50 mm；喷孔长度为1.6 mm，喷射压力比国产机车要高，同时喷孔流通截面积也有了一定的减少，这对弱涡流高强化直喷式机车柴油机来而言是比较合适的.4）喷油器弹簧螺旋簧丝直径为 4.00 mm，弹簧中径为 11.00 mm；采用材料为50CrVA，由计算分析可知，弹簧刚度为225.478 N／mm，弹簧工作应力很高，这与良好的材质与工艺有关.5）由化验分析可知，该针阀采用材料为W6Mo5Cr4V2，针阀体采用27SiMnMoV，表面硬度为HRC58－62.供油凸轮的性能特征决定了电控单体泵喷射系统的喷射性能.通过国产化的研究，解决了从国外引进的产品欠缺关键技术参数的瓶颈，因为关键技术参数不会有公开的数据来源.通过对引进16V265H型机车柴油机供油凸轮进行实体实测，测量是在美国产凸轮轴型面测量仪ADCOLE－911系列上进行，升程测量精度为0.000 1 mm，测得供油凸轮升程表如表1所列，并进行电算处理，获得供油凸轮全部参数（如图5、图6所示）.1）由图5可知，供油凸轮最大升程持续角度为8.83°，供油凸轮下降阶段持续角度为174.14°，供油凸轮升程持续角度为66.03°，供油凸轮总持续角度为249.00°.供油凸轮宽度为41 mm，基圆直径为 131.26 mm；基圆直径较大，能有效降低凸轮与滚轮间的接触应力，使凸轮轴刚度增大.供油凸轮最大升程30.333 7 mm，由升程值可预知喷油泵能产生很高喷油压力.2）标定转速下凸轮轴转速为500 r／min，由计算可知该凸轮最大速度为2.736m／s；最大负加速度为405 m／s2.由图6可知，供油凸轮加速度为连续曲线，能确保凸轮在供油期间不会产生冲击，从而改善凸轮传动机构动力学性能，有效保证机车柴油机工作期间的平稳性［5－6］.以国产16V280ZJ型机车柴油机电子喷射系统采用PFR1 CY220MV型电控单体泵和低惯性多孔式喷油器进行对比，16V280ZJ型柴油机电子喷射系统主要结构参数如表 2 所示［7－8］.16V265H柴油机峰值喷射压力接近160 MPa，而16V280ZJ柴油机峰值喷射压力为130 MPa；高压喷射有利于改善柴油机排放与经济性，16V265H柴油机较国产16V280ZJ柴油机具有明显优势.引进机型针阀针阀升程较国产机型升程小，有利于减小针阀对座面冲击应力.16V265H柴油机电磁阀升程小，有利于电磁阀迅速关闭，减少关闭时响应时间.喷孔布置方面16V265H柴油机喷油器亦合理些.综合对比相关重要数据可知，16V265H柴油机燃油系统具有优势，这对研究16V265H柴油机燃油系统更具有意义.本文对从美国引进的16V265H型柴油机燃油喷射系统进行了结构测绘与性能分析，得出以下结论：1）16V265H柴油机燃油喷射系统电控单体泵柱塞上端 =22.00 mm，柱塞升程28.00 mm，保证了喷油泵高压喷射要求，最高喷射压力160 MPa；2）采用创新型9× 0.445 mm喷孔均匀分布喷油器，针阀升程0.500 0 mm；3）采用函数型供油凸轮且最高速度为2.736 m／s；电磁阀升程为0.300 0 mm，有利于电磁阀快速关闭.4）对比国产16V280ZJ型机车柴油机喷射系统数据，16V265H型柴油机喷射系统性能优越.【相关文献】［1］邹宏伟，邢瑜，刘丹，等.16V265H 型柴油机总体结构概述［J］.内燃机车， 2010，439（9）：27－30.［2］陈新.EMD 与 DLoco 联合制造的首台样车落成［J］.国外内燃机车，2009，403（1）：47. ［3］姜峰.6000马力大功率内燃机车用燃油喷射系统的研究［D］.大连：大连交通大学，2011. ［4］李春青，姜峰，李明海，等.高速电磁阀动态响应特性的仿真分析［J］.计算机仿真，2013，30（11）： 224－227，250.［5］李明海，崔洪仁.7FDL－16 型柴油机燃油喷射系统的结构及性能分析［J］.内燃机车，1989，190（12）：47－51.［6］姜峰，叶燕帅，梁兴华.大功率柴油机电控燃油喷射系统的仿真研究［J］.广西工学院学报，2011，22（4）：49－53.［7］李友峰.16V280ZJ型柴油机电子喷射系统的应用研究［J］.内燃机车，2002,346（12）：6－11.［8］李明海，侯春林.16V280ZJ型柴油机电子喷射系统的仿真研究［J］.内燃机车，2009,403（10）：10－13.。
博世喷油器工作原理博世喷油器是一种高精度的燃油喷射系统，广泛应用于汽车、摩托车、船舶等各种内燃机中。
它的工作原理是将燃油通过高压喷嘴喷射到气缸内，与空气混合后燃烧产生动力。
下面我们来详细了解一下博世喷油器的工作原理。
1. 燃油供给系统博世喷油器的燃油供给系统包括燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器等部件。
燃油泵负责将燃油从油箱中抽取并送到燃油滤清器中进行过滤，然后通过燃油压力调节器调节燃油的压力，使其达到喷油器所需的高压。
2. 喷油器博世喷油器是由电磁铁、喷油嘴、喷油器座等部件组成的。
当电磁铁受到电信号激励时，会产生磁场，将喷油嘴打开，燃油便从喷油嘴中高速喷出。
喷油器座则负责将喷油嘴固定在气缸上，保证喷油方向和喷油量的准确性。
3. 控制系统博世喷油器的控制系统包括电子控制单元（ECU）、传感器等部件。
ECU是喷油器的大脑，它通过传感器获取发动机的工作状态，如转速、负荷、温度等信息，然后根据这些信息计算出最佳的喷油量和喷油时机，并通过电信号控制喷油器的工作。
4. 工作原理当发动机启动时，ECU会发送一个启动信号，燃油泵开始工作，将燃油送到喷油器中。
当发动机运转时，ECU会不断地接收传感器的信号，计算出最佳的喷油量和喷油时机，并通过电信号控制喷油器的工作。
喷油器会根据ECU的指令，将燃油高速喷射到气缸内，与空气混合后燃烧产生动力。
喷油量和喷油时机的准确控制，可以使发动机的燃油消耗更加节约，同时也可以提高发动机的动力和响应速度。
博世喷油器是一种高精度的燃油喷射系统，它的工作原理是通过燃油供给系统、喷油器和控制系统的协同作用，将燃油高速喷射到气缸内，与空气混合后燃烧产生动力。
它的优点是喷油量和喷油时机的准确控制，可以使发动机的燃油消耗更加节约，同时也可以提高发动机的动力和响应速度。
博士柴油电喷技术博士柴油电喷技术轿车柴油化潮流虽然，传统柴油机给人留下的滚滚黑烟、轰隆噪声等恶劣印象余患未除，但是随着现代电子控制技术在柴油机中的大量应用，现代柴油机的性能也早已脱胎换骨，柴油机不仅继续稳居中重型商用车龙头地位，而且在轿车及SUV等乘用车领域中的应用也呈现出普及之势。
在欧洲，欧盟主要国家的柴油轿车市场份额已经从1991年的16%快速增长到目前的45%，其中在德国、法国和西班牙一些国家，柴油汽车普及率甚至高达50%以上。
同时，在日本及北美，柴油轿车的普及正方兴未艾。
仅最近的5年中，美国市场柴油车销售便增长了56%。
此外，在国内市场，除一汽大众、上海大众等欧系合资品牌汽车制造商，相继推出搭载柴油机的捷达、宝来、奥迪A6及帕萨特(出租车试用车型)外，江淮瑞风MPV和长城、陆风、曙光及华泰现代特拉卡SUV等诸多国产车，也纷纷推出了柴油机车型，以降低高油价给车主带来的经济压力。
据日本实野经济所预测，在2010年，欧洲50%以上的轿车是柴油轿车，同时，日本及美国的比例分别会达到10%和5.7%。
另据美国的JD.POWER公司统计，到2015年全世界约有35%的车辆是柴油车。
可见，国际汽车市场正呈现出一股强劲的轿车柴油化潮流。
柴油技术优势总体而言，现代柴油机具有如下几大性能优势：首先，燃油经济性高。
与汽油机相比，柴油机可节省30%左右的燃油消耗。
其次，排放低。
与汽油机相比，柴油机可降低二氧化碳排放20%~25%，具有良好的环保性。
再次，动力性强。
柴油机固有的高压缩取另外，使用寿命长。
柴油机属于压燃式内燃机，没有汽油机所用的高压放电点火系统，因此其可靠性更高、使用寿命更长。
此外，技术成熟、成本低。
与其他新能源动力相比，现代柴油机在技术成熟度及制造成本方面均具有优势。
博世清洁柴油动力博世是全球柴油系统及其技术开发领域的领军企业，亦是全球最大的柴油喷射技术供应商，其致力于柴油喷射技术生产研发的历史可追溯到78年前。
电控单体泵系统一、电控单体泵系统概述1、电控单体泵系统单体泵UPS（Unit Pump System），与泵喷嘴UIS（Unit Injector System）同属于单柱塞泵系统（独立喷射系统），每一缸对应一个柱塞式喷油泵，因此能够精确控制喷入每一气缸的喷油量。
与泵喷嘴系统不同的是，单体泵的高压泵和喷油器总成之间，通过一根很短的高压油管连接在一起。
由于主要部件彼此分离，所以在发动机上的安装布置更加自由，并且对结构紧凑化的要求可有所降低，因此单体泵主要适用于中、重型柴油车，其最大喷油压力可达200Mpa。
2、电控单体泵系统的组成图1 单体泵喷油系统的组成1-凸轮轴2-单体泵喷油泵3-高压油管4-喷油器5-滚轮挺柱二、电控单体泵系统的特点1、电控单体泵系统的优点（1）技术先进现在，欧洲大部分欧Ⅲ、欧Ⅳ商用车采用电控单体泵系统。
（2）技术成本低电控单体泵技术加上机械喷油器即可达到欧Ⅲ排放标准。
电控单体泵系统价格比电控共轨系统低1/3，国产化进度快。
（3）易于升级从欧Ⅲ升级到欧Ⅳ，可通过更换电控喷油器来实现。
通过凸轮轴设计和采用电控喷油器可实现多次喷射。
（4）继承性好对原有机械喷油系统发动机改动小。
（5）喷油压力高喷射压力可达到250MPa，可满足欧Ⅲ、欧Ⅳ排放所需的高压喷射压力，大大改善了燃油经济性，提高了排气净化性。
（6）排气净化性好达到欧Ⅲ排放，加上电控喷油器可以达到欧Ⅳ。
（7）喷油规律好喷油规律先缓后急，符合理想柴油机放热规律要求，有利于降低NOx的排放，有利于降低排放和燃烧噪声。
（8）供油能力强可进行各缸独立控制，特别适用于大功率的中、重型柴油机。
（9）适应能力强相对于电控共轨系统来说，电控单体泵系统对燃油品质的要求较低。
（10）安全可靠性高没有持续的喷射高压源带来的安全隐患，排放稳定性好。
对于中、重型柴油机来说，系统零部件比电控共轨系统成熟，使用寿命长。
（11）一致性控制好各缸平衡控制策略提供了较好的各缸供油一致性，单体泵自校正策略确保了生产一致性控制，电控系统自学习、自诊断策略确保了使用期内各缸性能一致性控制。
电控单体泵系统一、电控单体泵系统概述1、电控单体泵系统单体泵UPS（Unit Pump System），与泵喷嘴UIS（Unit Injector System）同属于单柱塞泵系统（独立喷射系统），每一缸对应一个柱塞式喷油泵，因此能够精确控制喷入每一气缸的喷油量。
与泵喷嘴系统不同的是，单体泵的高压泵和喷油器总成之间，通过一根很短的高压油管连接在一起。
由于主要部件彼此分离，所以在发动机上的安装布置更加自由，并且对结构紧凑化的要求可有所降低，因此单体泵主要适用于中、重型柴油车，其最大喷油压力可达200Mpa。
2、电控单体泵系统的组成图1 单体泵喷油系统的组成1-凸轮轴2-单体泵喷油泵3-高压油管4-喷油器5-滚轮挺柱二、电控单体泵系统的特点1、电控单体泵系统的优点（1）技术先进现在，欧洲大部分欧Ⅲ、欧Ⅳ商用车采用电控单体泵系统。
（2）技术成本低电控单体泵技术加上机械喷油器即可达到欧Ⅲ排放标准。
电控单体泵系统价格比电控共轨系统低1/3，国产化进度快。
（3）易于升级从欧Ⅲ升级到欧Ⅳ，可通过更换电控喷油器来实现。
通过凸轮轴设计和采用电控喷油器可实现多次喷射。
（4）继承性好对原有机械喷油系统发动机改动小。
（5）喷油压力高喷射压力可达到250MPa，可满足欧Ⅲ、欧Ⅳ排放所需的高压喷射压力，大大改善了燃油经济性，提高了排气净化性。
（6）排气净化性好达到欧Ⅲ排放，加上电控喷油器可以达到欧Ⅳ。
（7）喷油规律好喷油规律先缓后急，符合理想柴油机放热规律要求，有利于降低NOx的排放，有利于降低排放和燃烧噪声。
（8）供油能力强可进行各缸独立控制，特别适用于大功率的中、重型柴油机。
（9）适应能力强相对于电控共轨系统来说，电控单体泵系统对燃油品质的要求较低。
（10）安全可靠性高没有持续的喷射高压源带来的安全隐患，排放稳定性好。
对于中、重型柴油机来说，系统零部件比电控共轨系统成熟，使用寿命长。
（11）一致性控制好各缸平衡控制策略提供了较好的各缸供油一致性，单体泵自校正策略确保了生产一致性控制，电控系统自学习、自诊断策略确保了使用期内各缸性能一致性控制。
柴油机BOSCH高压共轨喷射系统的维修摘要：针对国内普遍采用的柴油机BOSCH高压共轨喷射系统，从轨压建立、喷油正时和喷油量三方面，采用过程分析方法，重点论述了BOSCH共轨系统与维修密切相关的控制策略，依据其控制过程和策略，整理提出BOSCH共轨系统故障的维修思路和检测方法。
关键词：柴油机、BOSCH、高压共轨、维修、检测Abstract：Commonly used for domestic BOSCH Common Rail Diesel injection system, the establishment from the rail pressure, injection timing and fuel injection quantity in three areas, the use of analysis methods, with emphasis on maintenance of BOSCH Common Rail system and is closely related to the control strategy, based on The control process and strategy, finishing BOSCH Common Rail proposed ideas and the maintenance of system failure detection method.Key Words:diesel engine; BOSCH; common rail; repair; maintenance自国Ⅲ柴油机电控化以来，BOSCH高压共轨喷射系统（以下简称BOSCH共轨系统）得到了广泛应用。
装用BOSCH共轨系统的柴油机，较其他电控单体泵，泵喷嘴系统，结构简单，零件数目少，喷射压力高，工作稳定，且具备再次技术升级的可能，是未来柴油机技术发展的主要方向。
