汽车柴油机电控分配式喷油泵doc2.docx
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汽车柴油机电控分配式喷油泵doc2
汽车柴油机电控轴向压缩式分配泵结构、工作原理
轴向压缩分配式喷油泵简称分配泵,是一种较为新颖的柴油机燃油喷射泵。
分配泵仅用一对柱塞偶件就可以向2~6个汽缸供油。
其结构简单,零件少,体积小,质量轻,特别适合于小型高转速柴油机使用。
因此,国外在中小型汽车上,特别是在轿车上得到了广泛的应用。
VE单柱塞式分配泵其结构见图1。
图1VE单柱塞式分配泵
与直列泵相比,VE分配泵零件的加工精度要求较高,而且对材料材质和热处理的要求较严格,对柴油的清洁度的要求也较为苛刻。
满足这些条件才能确保喷油泵的正常运转和应有的使用寿命。
VE分配泵的编号方法及其含义说明如图2所示。
2电控分配泵的要求
车用柴油机的开发主要受到干净的排放、低的燃油消耗及良好的动力性能的制约。
这些约束对柴油机燃料喷射系统要求越来越严厉,即:
*灵敏的控制。
*处理附加参数的可能性。
*长时期的微小的误差和高的精确性。
电子控制柴油机能达到以上要求。
该系统提供了电子测量、稳定的数据处理和带电子执行装置的闭环控制,与传统的机械式调速器相比,EDC具备新的和完善的控制功能。
对柴油发动机而言,其工作性能和燃烧受到以下参数的影响:
*燃油喷射量。
*喷射的起始时间。
*废气再循环。
*增压压力。
这些参量在每一种工作状态下必须得到满意地调节以便保证柴油机高效的运转。
为此,EDC组成了用于控制这些主要参量的自动的控制环。
2.1系统模块
电子控制分成三个系统模块,如图2所示。
(1)用于采集工作环境的传感器
将物理变量转变成电信号。
(2)具有微处理装置的电控单元
根据特殊的控制算法处理运行情况,并发出相应的电信号。
(3)执行装置
将ECU的电子输出信号变成机械的参量。
VE-EDC系统模块图见图2。
图2VE-EDC系统模块图
2.2电控组成元件
2.2.1传感器
加速踏板和喷油泵的控制套筒位置由角度传感器来拾取,这些传感器可以通过接触或非接触的方法。
发动机转速和TDC(活塞上止点)由感应传感器来拾取。
具有高的测量精度和长时间工作稳定性的传感器用于温度和压力测量。
喷油起始时刻通过与喷油器组装成一体的传感器来拾取,它是通过针阀运动来反映的。
2.2.2电控单元(ECU)
ECU应用数字技术,带有输入和输出接口电路的微处理器形成了ECU心脏。
通过用于将传感器信号转变成计算机可接受的数字信号,并于存储单元中的程序进行比较和运算使整个电路完整。
运算结果通过输出口将指令传输给执行装置。
大量的图形存储在ECU中,这些将计入以下参数的影响:
负荷、发动机转速、冷却液温度、空气量等,对抗干扰性也有严格的要求。
输入输出具有短路保护及免受车辆其他电脉冲保护,保护电路和金属屏蔽提供了防止外界干扰的高水平的电磁隔离(EMC)。
2.2.3喷油量控制的电磁执行装置
电磁执行装置(旋转执行装置)通过一个转轴嵌入控制套筒。
与机械调速的喷油泵一样控制槽的开启与关闭受滑套位置的控制,喷油量可以在零到最大(如冷起动)之间变化。
角度传感器(电位器),将旋转执行装置的转动角度即油量控制套筒的位置被反馈到ECU,并作为发动机转速的一个参数来决定燃油喷射量。
当没有电压供给执行装置时,回位弹簧使供油量减为零。
2.2.4起始喷射控制电磁阀
油泵的内部压力由油泵的转速决定,与机械式正时装置一样,该压力作用于正时活塞。
正时装置压力端的压力通过计时电磁阀调整。
当电磁阀永久开启(压力降低),喷射起始时刻推迟;当电磁阀关闭时(压力升高),喷射起始时刻提早。
在一定的变化范围内,开关比率(电磁阀开/电磁阀关的比率)可以由ECU控制变化。
2.2.5燃油喷射量
喷油量对发动机的起动、怠速、动力输出和驱动性能以及排放起着决定性的影响。
基于此方面的原因,相应的起动油量特性、怠速/全负荷/加速踏板特性、烟度限制、油泵特性等,被编程后存储于ECU。
驾驶员通过加速踏板将其对发动机扭矩或转速的要求输出,考虑编程的图形和传感器输入的真实值,用于设定油泵旋转执行装置的设定点被计算出来,旋转执行装置装备有检查反馈单元,确保控制滑套被正确控制。
2.2.6喷射起始时刻
喷射起始时刻对起动、噪音、燃油消耗和排放起着决定性的影响。
考虑众多因素的喷射起始时刻特性图被编程存于ECU。
封闭的控制环用来保证喷射起始点的高的精确性。
其信号由针阀运动传感器(NBF)提供。
2.2.7闭环控制
针阀运动传感器(NBF)用来采集喷油嘴处真实的喷射起始时刻,并与编程的喷射起始时刻比较。
偏离将使正时装置电磁阀的开关率改变,并将连续变化直到偏离值为零。
计时电磁阀用于调整正时活塞压力端的压力,与机械式正时装置相比该机构具有较好的动力性能。
因为在发动机超负荷或起动时,没有有效或适当的喷射起始信号,控制装置关闭,开环控制被选择。
用于控制电磁阀的开关率将从ECU的控制图中获取。
2.2.8怠速调节
怠速调节通过计量每一缸的供油量可以避免发动机的怠速振动。
3系统概述
3.1VE分配泵的系统概述
VE分配泵的系统概述见图4。
VE-EDC系统德国博世将称之为MSA系统,它同时控制油泵的供油量、供油的起始时刻、供油提前调节和废气再循环等。
1.加速踏板传感器2.制动灯开关3.离合器开关4.车速信号5.转速传感器6.增压压力传感器7.针阀运动传感器8.水温传感器9.进气温度传感器10.燃油温度传感器11.喷油泵12.废气再循环13.增压压力调节14.故障灯15.TD信号
图4VE分配泵的系统概述
3.2油量调节机构
油量调节机构见图5。
1.滑套位置传感器2.旋转电磁铁3.转轴4.偏心销5.滤网
图5油量调节机构
在EDC控制的VE泵中,用电子调节机构替代了以往的机械式调速器。
电磁铁带动转轴的转动通过偏心销转变成控制滑套的直线移动,控制单元供给油量调节机构可变脉宽的电流。
油量调节机构(或滑套)的位置由一个旋转的电位计或半差动位置传感器来拾取,并以一个电压信号反馈给控制单元,油量调节机构在控制单元的作用下将连续调节该信号与期望值相符。
如果不能实现,拾取的给定点的差异值超出范围,发动机将被电子停油装置熄火。
此外在泵盖上还装有一油温传感器,控制单元将根据温度信号的高低来修正供油量。
4VE分配泵的结构
电控VE-E分配泵具有与普通的VE泵相同的滑片式输油泵、压力控制阀、滚论及滚轮座圈、正时装置、泵头。
其不同之处在:
取消了原有的机械式调速器,油量控制通过ECU控制旋转执行电磁铁来完成,正时装置的运动通过ECU控制供油起始时刻控制电磁阀的开/关来实现。
VE分配泵的结构和油路走向图见图6。
燃油切断阀
高压泵
喷油器
滚轮
凸轮盘
分配转子
出油阀
叶片输油泵
图6VE分配泵的结构和油路走向图
5、分配泵内部的油路系统
低压油路:
从燃油滤清器来的燃油进入分配泵的进油接头后,分成两个支路:
一路被二级输油泵输入分配泵的油腔内,其中部分燃油经电磁式停油阀(此时阀开启)进入柱塞上方的压油腔;另一路流入供油角自动调节机构的正时活塞一侧的油室内。
高压油路:
进入柱塞上方压油腔的燃油被柱塞压缩后,产生高压燃油,高压燃油沿柱塞的轴向油道和分配口,经分配套筒的分配通道,出油阀,出油接头和高压油管,送至喷油器。
回油油路:
分配泵油腔内的多余燃油,在润滑和冷却了分配泵内部的工作零件后,经分配泵壳体上的溢流口流回燃油箱。
6分配泵传动机构
分配泵的传动机构见图7。
图7分配泵的传动机构
传动轴、联接器、滚轮及滚轮架、凸轮盘传动机构将二级输油泵、调速器、高压泵连接起来。
7、分配泵的构造及工作原理
低压部分:
二级输油泵
压力控制阀
回油阀
高压部分:
高压泵
分配套筒及柱塞
控制部分:
油量控制装置
燃油切断装置
供油提前调节装置
7.1低压部分
7.1.1二级输油泵
分配泵壳体内装置了一个二级输油泵,又称滑片式输油泵,它能使燃油以一定的输油压(6~7bar)进入旋转的柱塞。
二级输油泵由分配泵壳体内壁上的进油槽和压油槽、偏心环、泵轮、滑片、支撑环等零件组成。
二级输油泵的泵轮利用月牙键连接在传动轴的中部,并随同传动轴一起旋转。
泵轮的十字槽内放置四片滑片,滑片一方面自由地在十字槽内作往复移动,另一方面随同泵轮转动。
二级输油泵见图8。
泵轮
图8二级输油泵
二级输油泵的工作过程:
由于泵轮中心与偏心环内孔中心有一个偏心距离,因此,当传动轴转动时,泵轮便带动滑片转动,同时滑片在十字槽中作往复移动,滑片端头始终紧贴在偏心环内壁上,沿内表面刮动,从而改变了进油区和压油区的容积。
进油区容积由小变大,燃油被吸入进油区;压油区容积由大变小,具有一定压力的燃油被压出压油区,完成泵油过程。
因此,分配泵的油腔被具有一定压力的燃油所充满,并通过进油道、电磁式停油阀(此时阀开启)、进油口被压送到柱塞上方地压油腔中。
7.1.2压力控制阀
压力控制阀见图9。
图9压力控制阀
作用:
油泵内的压力可以随供油量的变化而变化。
压力控制阀装置在二级输油泵压油区的油道上,用来控制最大输油压力。
二级输油泵的输油压力随着转速的增加而升高,转速越高,燃油压力也越大,阀体回油孔露出的面积也越大,重新流回二级输油泵的回油量也越多,从而限制了燃油压力的继续升高。
7.1.3回油阀
回油阀见图10。
图10回油阀
作用:
与压力控制阀协同作用,使油泵内部压力保持一定。
7.2高压部分
7.2.1高压泵
高压泵见图11。
图11高压泵
高压泵是产生高压燃油的主要部件,起进油、泵油和配油的作用。
构成:
高压泵头、柱塞弹簧、柱塞弹簧座、控制套筒、分配套筒、柱塞和槽盘组成。
高压泵头与壳体之间用一个O形密封圈加以封闭,以防止分配泵漏油。
并用四个紧固螺栓固定在壳体上。
其上部有一个通孔,用来安装电磁式停油阀,下端是进油口。
7.2.2分配套筒及柱塞
分配套筒和柱塞是分配泵的一对精密偶件,配对后不能互换。
分配套筒是压配在高压泵头的中心孔内的。
分配套筒的进油口,分配口与高压泵头的进油口,分配口数目相等,并相通。
柱塞末端的缺口与凸轮盘端面上的传动销钉相连接,以驱动柱塞作旋转运动。
柱塞套装在分配套筒的中心孔内。
柱塞前部有进油槽,进油槽与发动机气缸的数目相等。
中部有分配口,下部有径向油道和溢油口。
柱塞内部的轴向油道与分配口、径向油道、溢油口相通。
溢油口处套装有控制套筒(泄油环),用来调节分配泵的供油量。
当柱塞上的某一个进油槽与分配套筒上的进油口相通时,高压泵便会吸进具有一定压力的燃油;当柱塞的分配口与分配套筒的某一个分配口相通时,高压泵便会排出燃油。
当控制套筒打开柱塞溢油口时,高压燃油便会从溢油口流到分配泵油腔内。
分配套筒及柱塞见图12。
分配套筒
图12分配套筒和柱塞
7.3控制部分
7.3.1油量控制装置
供油量的调节
供油量的调节原理
全行程:
柱塞从下止点位置移动到上止点位置时,柱塞所移动的距离称为柱塞的全行程。
全行程的大小取决于端面凸轮盘的升程。
预行程:
柱塞从下止点位置上行到使进油口完全关闭时,柱塞所移动的距离称为柱塞的预行程。
它是根据柴油机对供油提前角的要求而决定的。
有效行程:
从出油阀开启到控制套筒将柱塞溢油口打开回油时,柱塞所移动的距离称为柱塞的有效行程。
改变控制套筒的位置,即可改变柱塞的有效行程,从而改变供油量。
分配泵供油量的调节是靠调速器控制机构控制套筒的位置,从而控制断油时刻,即控制供油的有效行程来实现的。
控制套筒的圆形凹坑与调速器杠杆机构的支撑杆下端的球头连接,当支撑杆受到杠杆机构的作用而左右摆动时,控制套筒就在柱塞上左右移动。
这样,柱塞溢油口与分配泵油腔相通的时刻改变,即供油结束的时刻改变,从而,使柱塞的有效行程改变,分配泵的供油量也随之改变。
7.3.4供油和泵油过程
供油和泵油过程见图13。
转子轴向槽
供油过程泵油过程
分配转子
压缩腔
转子分配孔
泵体至出油阀通道
图13供油和泵油过程
7.3.5燃油切断电磁阀
燃油切断电磁阀见图14。
图14燃油切断电磁阀
作用:
用以打开或切断进入压缩腔的燃油通道。
7.3.6供油提前调节装置
供油提前调节装置见图15。
供油提前角自动调节机构装在壳体下部的垂直通孔内。
图15供油提前调节装置
作用:
它能随发动机转速的变化自动调节供油提前角。
调整原理:
要使分配泵供油时间提前,必须将凸轮盘按旋转方向提前转动一定的角度,或将滚轮架按与旋转方向相反的方向转动一定的角度。
采取将滚轮架按与旋转方向相反的方向转动的方式。
供油提前角自动调节过程见图16。
图16供油提前角自动调节过程
正时调节装置的电磁阀调节随转速变化的泵腔内压,推动活塞移动的工作压力与回位弹簧的压力抵消。
任何希望的正时活塞的位置均可以通过电磁阀处的循环使泵腔内压降低而设定。
如果电磁阀连续开启(压力降低),起始喷射时刻延迟;如果电磁阀完全关闭(压力升高),供油起始时刻提早。
如无电流流过,电磁阀连续关闭。
电磁阀是以长的脉冲可调信号工作。
同样我们可以通过测量电磁阀的电阻值来判别电磁阀的好坏,通常温度在60摄氏度时其电阻值为13-22欧姆。
8结论
电控轴向压缩式分配泵是现在柴油发动机必备的部件,因此,正确的使用和良好的维护保养将对轴向压缩式分配泵的使用寿命和性能起到至关重要的作用。
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