康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	康明斯柴油发电机电控高压共轨燃油系统结构与原理

 

前言：柴油发电机实施电控技术是当今世界柴油发电机发展的必然趋势，本文对一种先进的柴油发电机电控系统--共轨蓄压电控喷油系统进行了原理进行论述。该系统利用液力增压原理，将20Mpa以下的中压燃油转变为100至160MPa的高压燃油，由微处理器控制，喷入汽缸，燃油压力不受发动机转速的影响。通过对高速电磁阀的静态和动态特性进行了实验测试和分析，为系统的时间控制提供了依据；同时在本文中介绍了轨蓄压电控系统功能以及给出了电控单元的组成框架及其控制策略。

 

柴油发电机电控高压共轨燃油系统为蓄压式共轨系统，该系统主要由燃油箱、燃油虑清器、供油泵（包括内置式输油泵）、高低压燃油管、油轨、电控喷油器和ECU等组成。轨中的油压由共轨压力调节器（EPR）进行调节，EPR由一个受电磁阀控制的比例旁通调压阀构成，工作压力为2～10MPa，响应时间为100ms。喷油器是由电磁三通阀控制的蓄压式结构 ，电控喷油器通电时，允许燃油进入喷油器内的蓄压器，并在此期间被增压至共轨油道的8～15倍。开启时间小于等于3ms，关闭响应时间小于等于2ms，重复精度±0.05ms，最高喷射压力达到150～160MPa。

 

图1 蓄压式共轨燃油系统构造图

 

1、摆动式燃油泵

 

装在高压泵内，由凸轮轴驱动，从油箱吸出柴油，经柴油清器后，送入高压泵柱塞内。图2所示为摆动式燃油泵的构造及作用。

 

图2 摆动式燃油泵构造图

 

 

2、高压泵

康明斯公司的供油泵从20世纪90年代开始研发，到2001年是第一阶段，也即第一代产品，主要有直列泵型的HPO型供油泵系列。HPO系列供油有HPO—UHD、HIPO一HD和HPO—MD型，也包括ECD—U2(P)型。电控共轨系统使用的HP2型供油泵，供油压力从1998年之前的120MPa到2000年以后提高到145MPa。从2002年开始到2006年是第二阶段，即第二代产品，其特怔是HPO系列供油泵的供油压力提高到180MPa，推出了ECD—U2（P）用的转子式供油泵一HP3和HP4，在转子式供油泵中全部采用进油计量，供油压力均为180MPa。

（1）任务

供油泵的主要作用是将低压燃油加压成高压燃庙、并将高压燃油供给并储存在共轨内，等待ECU的喷射指令。供油压力可以通过压力限制器进行设定，所以，在共轨系统中可以自由地控制喷油压力。
HPO系列供油泵的主要特征如下：1.可靠性高。可以满足高供油压力的要求：第一阶段，120~140MPa；第二阶段，160-180MPa;采用机油润滑，使用寿命长，使用过程中故障少。2.成本低。不同的柴油发电机可以选用不同的供油泵。一般说来，大型柴油发电机选用类似于直列泵的供油泵，小型柴油发电机可以选用类似于分配泵的转子式供油泵。3.效率高。因为采用电磁阀控制预行程，只对需要的供油量做功，不必对多余的燃油进行加压；实现同步控制，一副柱塞偶件用三个凸轮完成压油。

（2）供油泵结构与原理

图3所示为HPC系列供油泵的外形。其各部件的结构与工作原理如下：输油泵，位于高乐油泵的左侧，与高压油泵集成在一起，提供高压油泵一定压力的燃油。燃油计量单元(PCV电磁阀）为压力控制阀，高压油轨内的压力因供油、渗漏、回油等因素导致压力波动，通过压力控制阀可保持乐力的稳定。该阀实际为一执行器，在断电状态下，靠弹簧作用力，阀处于全开状态；当通电后电磁阀动作，克服弹簧力，将阀关闭‰在柴油发电机起动或运转时，根据ECU的指令来控制电磁阀的动作，保证高压油轨内压力稳定在规定要求。凸轮轴位置传感器用于判断康明斯柴油发电机第[缸压缩上止点的到来时刻，作为喷油的基准信号，在曲轴转速传感器故障时可以维持柴油发电机跛行功能。供油泵产生的高压燃油经共轨分配到各个气缸的喷油器中，燃油压力由设置在共轨内的压力传感器检出，反馈到控制系统，并使实际压力值和事先设定的、与柴油发电机转速和柴油发电机负荷相适应的压力值始终一致。

 

图3 HPO型供油泵构造图

 

 

（3）工作过程

  HPO型直列式供油泵结构和传统的直列式喷油泵相似，通过凸轮和柱塞机构使燃油增压，各柱塞上方配置供油阀。凸轮有单作用型、双作用型、三作用型和四作用型等多种；康明斯柴油发电机采用三作用型凸轮可使柱塞单元减少到1/30向共轨中供油的频率应和喷油频率相同，这样可使共轨中的压力波动平稳。HPO型供油泵的基本工作原理如图4所示。高压泵的工作过程如下。

 

图4 供油泵工作原理图

 

① 当柱塞下行，PCV控制阀保持打开状态，低压燃油经控制阀被吸入柱塞上方，如图4a所示。

② 即使柱塞上行，但PCV控制阀中尚未通电，控制阀仍处于开启状态，原来被吸入的柴油并未升压，会经pcv控制阀被压回低压腔，如图4b所示。

③ ECU计算出满足必要的供油量时，适时地向PCV控制阀供电，控制阀关闭，切断回油流路，柴油被柱塞压缩，柱塞腔内燃油增压，因此，高压燃油经出油阀（单同阀）压入共轨内，如图4c所示；控制阀开启后的柱塞行程与供油量对应。因此变化PCv的通电时间，即可改变送油量，则供油量随之改变，从而可以控制共轨压力。

④ 凸轮越过最大升程后，则柱塞进入下降行程，柱塞腔内的压力降低；这时出油國关所，压油停止；控制阀处于断电状态，控制阀开启，低压油再度被吸入柱塞上方，恢复到图4d所示状态。特别值得指出的是，在HPC型供油泵中，PCV控制阀采用螺旋形磁铁，取代了传统的菱形磁铁，使得结构得到改善，性能提高。由以上说明可以得知，PCV控制阀调节送出的柴油量，以调整共轨内的油压，故控制阀通电时间的长短，即可控制共轨内压力的大小。康明斯柴油发电机HP4型转子式供油泵的体积更小、结构更加紧凑，采用进油计量法。HP3型和HP4型供油泵的设计充分考虑到标准化，两种供油泵的零部件通用化率达到80％。供油部分基本是通用的，充分考虑到生产工艺性。

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