現代轎車柴油機電控高壓噴油系統 (十一)

文/江蘇 范明強

現代轎車柴油機電控高壓噴油系統 (十一)

文/江蘇 范明強

范明強

(本刊專家委員會委員)

教授級高級工程師，曾任中國第一汽車集團公司無錫研究所發動機研究室主任、湖南奔騰動力科技有限公司轎車柴油機項目部總工程師、無錫柴油機廠高級技術顧問和多所高校客座教授。

(接上期)

6．泵噴嘴系統的前景展望

與發展較為完善的共軌噴油系統相比, 泵噴嘴系統雖然存在著某些不足，但在2007年前，高壓共軌噴油系統的噴油壓力尚未達到200MPa時，泵噴嘴系統因具有很高的噴油壓力而顯示出巨大的潛力。比如，德國大眾公司的泵噴嘴柴油轎車無需裝用顆粒捕集器就能滿足歐Ⅳ廢氣排放標準，這無疑很有吸引力。

提高噴油壓力是改善柴油噴霧質量的唯一方法，因此柴油機噴射技術領域內進一步開發的目標仍然是繼續提高噴油壓力以降低原始排放。壓電泵噴嘴系統以高達220MPa的最高噴油壓力，為量產轎車柴油機提供了迄今為止可達到的最高噴油壓力。泵噴嘴系統只要突破液力效率方面的限制，高達250MPa的最高噴油壓力是完全可以實現的。

除了進一步提高噴油壓力外，為改善柴油機燃燒過程，達到節能減排的效果，人們還探索過另一種方法，即采用電磁控制的兩級同軸可變噴嘴(見圖6-18)，力求獲得較為理想的噴油規律曲線(噴油量隨曲軸轉角變化曲線)。如圖6-19所示，這種兩級同軸可變噴嘴具有兩個同軸相互滑套的噴嘴針閥，分別控制上下重疊排列的兩組噴孔，可單獨或同時打開并噴射出不同的油量，而噴射油束夾角按需要可以相同或者不同。在怠速或承載部分負荷運轉時，可只打開里面的噴嘴針閥，由下面一組噴孔噴射非常小的油量，而在全負荷時可同時或先后打開內外兩組噴嘴針閥，兩組噴孔同時或先后噴射較大的油量，這樣就為燃燒過程帶來了較多的自由度以及極其精細的噴油量。首輪試驗通過形成良好的混合汽，獲得了顆粒和氮氧化物排放降低25%～40%的成果。但是，噴油壓力和控制柔性進一步提高的新一代共軌噴油系統問世后，同樣也能獲得相同的效果，而且控制起來更方便，因此這種兩級同軸可變噴嘴并沒有得到進一步推廣。

共軌噴油系統采用更能顯示壓電執行器優越性的壓電直接控制后，無論在噴嘴針閥的響應速度還是噴油量的計量精度和重復性上都有了顯著的提高，但出于技術可行性的問題，這種壓電直接控制技術無法應用于壓電泵噴嘴單元。因此，壓電泵噴嘴系統下一步開發目標是設計外形尺寸較細長的壓電泵噴嘴單元，以便能安裝在四氣門直噴式柴油機上。圖6-20示出了

博世公司開發的UI-P1型壓電泵噴嘴單元，隨后又專門為四氣門直噴式柴油機開發出外形尺寸更小的新一代UI-P2型壓電泵噴嘴單元以應大眾公司。圖6-21示出了UI-P2型壓電泵噴嘴單元在大眾高爾夫2.0L-TDI四氣門轎車柴油機汽缸蓋上的安裝情況。

7．泵噴嘴系統的實際操作

泵噴嘴系統的部件都是由高度精密的零件組成，并且持續承受著極高的負荷，因而即使非常微小的污染雜質微粒都可能引起泵噴嘴單元故障，甚至導致發動機的損壞。因此，在開始操作噴油系統前，必須徹底清理汽車的發動機艙，同時工作場所、工作服以及所使用的工具都必須同樣清潔。在燃油系統打開的情況下，禁止使用壓縮空氣進行清理工作，否則污染雜質微粒可能進入燃油系統，而一旦進入應采用合適的方法將臟物吸出。所有的燃油接頭拆下后應立即用清潔的護套密封。此外，清理工作只能使用無絨毛的清潔布料。新零件應在裝配前才從原始包裝里取出，以免受到意外的污染。另外，還應注意，冷卻液軟管決不能與柴油接觸，以免被柴油污染或者加速其老化。

(1)專用工具

在維修和調整泵噴嘴系統時，必須配備一些專用工具，例如泵噴嘴單元的拉拔器、安裝O形圈的套筒、松開和擰緊泵噴嘴壓板螺釘的套筒扳手、通用千分表及其三腳架等。為了調準泵噴嘴單元，還必須準備一把較大的游標卡尺(量程＞400mm)，也可以用專用的泵噴嘴單元調整量規來代替。為了檢查低壓輸油管路中的燃油壓力，可使用通用的壓力表。此外，為了吸出燃油殘液，最好配備帶有收集容器的手壓泵。

(2)故障診斷

在客戶投訴泵噴嘴系統發生故障時，首先應盡可能使用電控單元故障診斷儀，它具備多種診斷和檢測功能，并可以通過適當的功能組合推斷出發生故障的零件。

表6-1列出了博世(Bosch)泵噴嘴系統可能發生故障的原因。

作為實例，圖6-22示出了裝用電控高壓泵噴嘴系統的奧迪(Audi)A3柴油轎車發動機艙內與泵噴嘴系統相關部件的安裝位置。

此外，應該注意的是，裝用泵噴嘴系統的柴油轎車在汽車地板下往往裝有燃油冷卻器(見圖6-23)，汽車上舉升臺進行維修時，應特別注意防止舉升臂損壞燃油冷卻器，以免造成不必要的損失。

表6-1 博世(Bosch)泵噴嘴系統故障檢查表

(3)燃油油壓檢查

串聯泵(隔離滑片式輸油泵-真空泵總成)上有一個專供測量低壓輸油壓力的接頭，只要接上通用壓力表就能檢查低壓油路中的輸油壓力。然后，啟動發動機，檢查以下壓力值是否達到要求。

①發動機怠速運轉時，燃油壓力應達到0.15MPa。

②發動機轉速為1500r/min時，燃油壓力必須升高到0.4MPa。

③發動機轉速為4000r/min時，燃油壓力應達到最高值0.75MPa。

如果達不到上述燃油壓力值，就應檢查燃油管路、燃油濾清器和低壓輸油泵，若更換了新的燃油濾清器，燃油管路沒有問題，燃油壓力在相應的發動機轉速下仍達不到上述燃油壓力值的話，則必須更換串聯泵。

(4)泵噴嘴單元的更換

為了拆下和安裝泵噴嘴單元，必須進行許多必要的拆卸工作，例如必須拆下汽缸蓋罩蓋和搖臂軸等。但是，在開始這些操作前，必須準備好安裝所必需的小零件。以下零件只能使用一次，原則上必須換用新零件：緊固搖臂軸的螺釘； 泵噴嘴單元所用的所有O形圈；散熱墊圈和保險卡環。

搖臂上的調整螺釘若出現磨損或者安裝新的泵噴嘴單元時，必須更換新的調整螺釘，若泵噴嘴單元已出現磨損跡象的話，就不應再安裝使用了。

①拆卸

拆卸泵噴嘴單元時，必須首先排空汽缸蓋上燃油系統中的燃油，否則有燃油流入汽缸蓋的危險。因此，在發動機能運轉的情況下，拔下串聯泵上的進油軟管，并啟動發動機，讓發動機在怠速轉速下運轉直到熄火為止，其間流出的燃油應收集到合適的容器中。在發動機無法運轉的情況下，可將一只手動泵接到串聯泵的回油口，并將燃油抽出，直到串聯泵中再沒有燃油被抽出為止。

此時，可以松開汽缸蓋罩的緊固螺釘，將汽缸蓋罩拆下，在隨后所有維修工作中都應盡最大可能保持清潔度，決不允許外來污染雜質進入汽缸蓋中。然后，轉動曲軸直到相應汽缸泵噴嘴單元的驅動凸輪頂尖朝上，再松開搖臂，調整螺釘的鎖緊螺母，旋出調整螺釘直到搖臂可以在泵噴嘴上自由搖動，此時就可以將搖臂軸支座緊固螺釘依次從外向內松開，并將搖臂軸拆下來。下一步的工作就是用專用的套筒扳手接桿松開泵噴嘴單元的壓板螺釘(見圖6-24)，并將壓板取出來，再借助螺釘旋鑿小心地將泵噴嘴單元電磁閥的電插頭拔下來，然后，將泵噴嘴單元專用的拉拔器放入泵噴嘴體側面，壓板部位的缺口中，小心地將泵噴嘴單元從汽缸蓋中拔出來。泵噴嘴單元拆下后，應立即檢查其隔熱墊圈和保險卡環是否還在汽缸蓋的座孔中，如果還在其中的話，就用適當的方法將其取出來。若泵噴嘴單元不馬上安裝的話，考慮到清潔度，發動機應用清潔的塑料布遮蓋起來。

② 安裝

如果泵噴嘴單元還要繼續使用的話，其上的O形圈必須更換新的。更換O形圈原則上要使用相應的安裝套筒，否則O形圈會損壞。在安裝套筒上推動新的O形圈時應注意，不能使O形圈卷曲，將其推入槽座中后O形圈也不能扭曲。然后，套上隔熱墊圈和保險卡環，并在O形圈上輕輕地涂上一層薄機油，再將泵噴嘴單元小心地裝入汽缸蓋的座孔中。安裝壓板時必須換用新的緊固螺釘，并先稍微擰緊螺釘，使得泵噴嘴單元還能輕微轉動。在最終壓緊壓板前，必須注意泵噴嘴單元要與汽缸蓋垂直，如果忽略了這一點，壓板螺釘就有松動的危險，這將會導致汽缸蓋和泵噴嘴單元的損壞。

泵噴嘴單元是否已精確調準，可用被稱之為“x尺寸”的數值來檢查，它是泵噴嘴單元電磁閥圓周表面與汽缸蓋端面之間的距離，這需要用一把量程＞400mm的游標卡尺(見圖6-25)來進行測量，或者用專用的樣板量規來限定(見圖6-26)。每個泵噴嘴單元的x尺寸都由制造商規定，例如奧迪(Audi)A3柴油轎車96kW的TDI柴油機各缸泵噴嘴單元的x尺寸如下：

第1缸泵噴嘴單元：331.4～333.0mm

第2缸泵噴嘴單元：243.4～245.0mm

第3缸泵噴嘴單元：152.0～153.6 mm

第4缸泵噴嘴單元： 64.0～65.6mm

如果泵噴嘴單元已按制造商的規定調準好，就可用12Nm力矩擰緊壓板螺釘，并繼續旋緊270°，然后，安裝搖臂軸，并依次從外向里先用手擰緊其緊固螺釘，再用20Nm力矩擰緊并再繼續旋緊90°。

③泵噴嘴單元的調整

泵噴嘴單元安裝好后，必須對泵油柱塞的最低位置(即下止點)與高壓腔底面之間的最小間距(見圖6-27)進行調整，以防止泵油柱塞因熱膨脹而導致其頂面撞到高壓腔的底面。

每個泵噴嘴單元的最小間距可用搖臂上的調整螺釘來調節。用千分表確定驅動凸輪的最高點。用手緩慢地轉動發動機曲軸，直到驅動凸輪處于最高點處，此時搖臂在泵噴嘴一側達到最低點。然后再取走千分表，并將調整螺釘小心地往下旋，直到感覺有明顯阻力為止，此時泵油柱塞抵到高壓腔的底面。緊接著將調整螺釘反向往回旋轉225°，并用30Nm力矩擰緊鎖緊螺母。最小間距調整好后，再將泵噴嘴單元的電插頭插好，并安裝好汽缸蓋罩。

泵噴嘴系統的燃油系統能自動排除空氣，但為了保護啟動機和蓄電池，推薦采用下面的方法來排除燃油系統中的空氣：拔下燃油濾清器的回油管，用手動泵抽取燃油，直到無氣泡的燃油流出，然后再啟動發動機，并讀取故障診斷儀中是否存儲故障碼，必要時予以清除。(全文完)