康明斯动力（深圳）有限公司

 

性能特点和作用说明

康明斯柴油机电控单体泵原理与优缺点理

 

电控单体泵是一种模块式结构的高压喷射系统，各缸柱塞泵泵体相互独立。其工作方式与泵喷嘴类似，但在结构上有很大区别。单体泵的喷油器和喷油泵之间用一根很短的高压油管相连接。为了满足日益严格的排放要求以及经济性，柴油发电机喷油系统正向着高喷射压力、自由灵活调整喷油量和喷油正时、喷油速率最佳控制的方向发展，电子控制的柴油喷射系统是实现柴油喷射过程柔性控制的有效手段，因此电控单体泵系统应运而生。

 

一、单体泵结构

 

      单体泵结构如图1a所示，主要由电磁阀、滚轮式挺柱、柱塞、柱塞套筒、回位弹簧、弹簧座、出油阀、出油阀座、出油阀弹簧、出油阀压紧螺帽及泵体等零件组成。

1、出油阀的构造

（1）出油阀和阀座是精密偶件，采用优质合金钢制造，其导孔、上下端面及座孔经过精密的加工和研磨，配对以后不能互换。

（2）出油阀的圆锥部是阀的轴向密封锥面，阀的锥部在导孔中滑动配合起导向作用。尾部加工有切槽，形成十字形断面，以便使燃油通过。出油阀中部的圆柱面叫减压带，它与密封锥面间形成了一个减压容积。

（3）阀座的下端面和柱塞套筒的上端面是精密加工严密贴合，它是通过压紧螺帽以规定的扭紧力矩来压紧的。压紧螺帽与阀座之间有一定厚度的铜制高压密封垫圈。出油阀压紧螺帽和壳体上端面间还有低压密封垫圈。

（4）在出油阀压紧螺帽内腔装有带槽的减容器，以减小内腔空间的容积，促进喷停迅速，限制出油阀最大升程的作用。

2、出油阀的作用

（1）防止喷油前滴油，提高喷射速度：喷油泵供油时，待油压高于出油阀弹簧的预紧力和高压油管内的残余压力后，出油阀升起，其密封锥面离开阀座。必须等到出油阀上的减压带完全离开阀座的导向孔时，泵油室的燃油才能进入高压油管。

（2）防止喷油后滴油，提高关闭速度：停止供油时，出油阀减压带的下沿一进入导管时，高压油管与泵室的通路便被切断。当出油阀完全座落后下降了一距离h，因而高压油管的容积得到增大，使油压迅速地下降1MPa～2MPa，断油迅速干脆，防止了因油压的波动和“管缩油涨”而产生喷后滴油。

（3）防止燃油倒流，使高压油管内保持一定的残余压力。

 

二、单体泵的工作原理

 

      当柴油发电机工作时直接通过凸轮轴驱动单体泵的柱塞完成泵油过程，此时由ECU控制设在单体泵出口端的电磁阀来精确控制泵油时刻和泵油持续时间。由于高压油管比较短，所以通过供油时刻间接控制喷油定时，通过供油持续时间控制喷油器的喷射过程。当ECU控制电磁阀使之为OFF状态时，如图1b所示，阀芯在弹簧力的作用下回位，回油孔开启，柱塞腔内的燃油随柱塞的上移经回油孔回流，单体泵不供油，喷油器不喷油。当ECU接通电磁阀时阀芯关闭回油孔，如图1c所示，随柱塞上移，高压腔内迅速建立起油压，当泵油压力大于出油阀弹簧力和高压油管内的残压之和时，出油阀打开，泵油开始，并向高压管泵油，高压燃油经过很短的高压油管直接传送到喷油器，在喷油器端立即建立高压，使喷油器针阀开启而进行喷射。喷射持续时间取决于由ECU控制的单体泵电磁阀的接通持续时间（控制脉宽），经过控制脉宽之后单体泵电磁阀断电，此时如图18b所示回油孔打开，柱塞腔内的燃油经回油孔回油，当柱塞腔内的油压低于出油阀弹簧压力和高压短管内的残压之和时，出油阀落座，停止泵油，同时高压油管内的燃油迅速膨胀，使喷油器端的油压迅速降低，针阀落座而停止喷油。

 

图1  柴油机电控单体泵系统图

图2  柴油机单体泵结构原理示意图

 

三、单体泵特点

 

      目前国内柴油发电机用单体泵的泵端压力为160～180MPa，而喷油器为传统的机械式，其开启压力约为22MPa。在单体泵供油过程中，当喷油器端的压力大于喷油器的开启压力时，喷油器就开始喷油，在喷射过程中最高喷射压力可达160～180MPa。喷射压力取决于喷油器的总喷射面积、泵油速率、高压系统容积、启喷压力，以及针阀偶件、柱塞偶件的配合间隙等。

      对电控单体泵喷射系统，在喷油器结构一定的条件下，影响喷油规律的主要结构参数有高压油管的直径、长度，以及单体泵柱塞的横截面积和喷油器喷孔的总喷射面积之比（称之为面积比）。该面积比直接影响喷射压力，即面积比越大，意味着供油速率与喷油速率之比越大，喷射压力越高；而且对一定的喷射面积，喷射压力越高，喷射速率也越高。而高压系统的容积（包括柱塞的压油容积、高压油管容积和喷油器内部容积之和）直接影响喷射系统的响应特性。该容积越大，单体泵到喷油器之间的响应特性越差。在对单体泵和喷油器结构一定的条件下，高压系统容积主要取决于高压油管的直径和长度。但高压油管直径过小，直接影响单位时间的供油能力，过大则影响响应特性。所以根据不同排量柴油发电机应优化选择，而高压油管长度在系统布置允许的前提下应越短越好。为了适应不断强化的排放法规要求，单体泵也不断向高压化发展。德尔福（Delphi）公司2001年推出的EUP200型单体泵的最高喷射压力已达到200MPa。

      电控单体泵的特点是各缸单体泵之间相互独立，所以控制比较灵活。但是单体泵并非直接控制喷油器，而是通过电磁阀控制喷油泵的供油过程和供油规律来间接地控制喷油规律，因此喷射过程的控制精度相对较差。电控单体泵系统可以实现喷油量、喷油正时的柔性控制，喷油压力取决于单体泵的柱塞直径与升程。电控单体泵系统在欧洲的欧Ⅲ阶段广泛使用，同样可达到我国国三排放标准，并且无需大规模修改发动机结构，便可轻松从国三升级到国四；其喷油规律先缓后急，符合理想放热规律要求，有利于降低排放与燃烧噪音；供油能力强，可进行各缸独立控制，特别适用于功率较大的重型柴油机；国产的成熟单体泵系统，性能可靠，使用维护方便，成本比共轨系统便宜，对油品要求与传统机械泵相当，并可进行单缸泵单元更换，喷油器成本较共轨喷油器成本低。

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