玉柴電控歐Ⅲ柴油機原理、使用和維護(上)

文/廣東惠州商貿(mào)旅游高級職業(yè)技術(shù)學(xué)校電控柴油發(fā)動機課題組

一、單體泵電控系統(tǒng)的基本工作原理

1.燃油噴射系統(tǒng)

玉柴G6000電控歐Ⅲ柴油機采用目前世界上先進的電控單體泵燃油噴射系統(tǒng)(圖1)，包括低壓、高壓燃油系統(tǒng)。

低壓油路部分包括燃油箱、油水分離器、手油泵、輸油泵、精濾器、單體泵總成、供油管、調(diào)壓閥、燃油分配器、燃油溫度感應(yīng)器和回油管等構(gòu)件，主要任務(wù)是將燃油吸入、過濾，并給單體泵提供足量的0.4～0.7MPa的低壓燃油；高壓燃油系統(tǒng)包括電控單體泵、高壓油管和噴油器，主要任務(wù)是將燃油加壓、分配和噴射。

電控單體泵在控制器ECU的控制下，將一定數(shù)量的燃油加壓(高達160MPa以上)，并通過單體泵上的電磁閥接收來自ECU的控制指令決定開啟或關(guān)閉時刻，從而決定各個汽缸當前噴射過程，即噴油壓力、噴油量、噴油正時。

2.電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)(圖2)是玉柴G6000電控歐Ⅲ柴油機的“神經(jīng)中樞”，它包括感應(yīng)器、控制器、執(zhí)行器和控制線束。

(1)感應(yīng)器

感應(yīng)器實時采集柴油機和車輛的運行信息，并將這些控制柴油機運行的基本信息傳遞給控制器ECU。考慮到對柴油機及車輛駕駛性能的控制，G6000電控歐Ⅲ柴油機電控系統(tǒng)中配置的感應(yīng)器有柴油機曲軸轉(zhuǎn)速感應(yīng)器、凸輪軸轉(zhuǎn)速感應(yīng)器、加速踏板感應(yīng)器、增壓壓力感應(yīng)器、進氣溫度感應(yīng)器、燃油溫度感應(yīng)器、冷卻水溫度感應(yīng)器以及空調(diào)、排氣制動、怠速控制等開關(guān)。感應(yīng)器輸入信號包括數(shù)字信號、模擬信號和脈沖信號。

(2)控制器ECU

控制器ECU是電氣控制部分的核心，它集中了柴油機和車輛的控制策略，通過接受感應(yīng)器等傳遞的發(fā)動機信息，進行分析、判斷和處理，并根據(jù)預(yù)先寫入的控制策略和程序，向執(zhí)行器(單體泵電磁閥等)發(fā)出驅(qū)動信號。除了管理噴油以外，ECU還具有其它一些功能如故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊、標定與監(jiān)測等。

(3)執(zhí)行器

執(zhí)行器主要有6個單體泵電磁閥、排氣制動閥、風扇控制、水溫過高指示燈和故障指示燈等。

(4)控制線束

控制線束是連接感應(yīng)器、各種開關(guān)、蓄電池以及執(zhí)行器與E C U之間的“橋梁”。正在運行的柴油機及車輛的一些機械參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)通過感應(yīng)器轉(zhuǎn)化為電信號，然后經(jīng)相應(yīng)的線路傳送到ECU，ECU的輸出信號也必須通過相應(yīng)的線路到達執(zhí)行器。這些線路的線徑均根據(jù)信號特性進行計算和選擇，以盡可能減小線阻對信號的影響，同時所有線路的封裝均采用汽車專用標準，具有耐高溫、耐腐蝕的特性，有的還必須采用特殊的封裝，如曲軸轉(zhuǎn)速感應(yīng)器和凸輪軸轉(zhuǎn)速感應(yīng)器采用雙絞線，蓄電池的電源線和地線的線徑較大。同時，為了減輕ECU的負擔，外圍控制電路采用控制繼電器實現(xiàn)“小電流控制大電流”，因為一些外部電器設(shè)備如啟動機在接通瞬間會產(chǎn)生浪涌電流，而在斷開時又會因存在電感而產(chǎn)生很強的電弧，如果由ECU直接控制將會使其結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，并影響工作的穩(wěn)定性和可靠性，嚴重時可導(dǎo)致ECU燒毀。

3.低壓燃油管路

低壓油路部分包括燃油箱、油水分離器和手油泵、輸油泵、精濾器、單體泵總成、供油管、調(diào)壓閥、燃油分配器、燃油溫度感應(yīng)器和回油管等構(gòu)件。從油路的作用和位置可分為進油系統(tǒng)和回油系統(tǒng)(參見圖1和圖3)。

(1)進油系統(tǒng)

燃油箱中的燃油在輸油泵的吸力作用下，經(jīng)過油水分離器和燃油分配器，到達輸油泵的入口處，然后在輸油泵壓力下經(jīng)燃油精濾器被送至單體泵總成油道。單體泵總成和燃油必須很干凈，否則會引起單體泵電磁閥和柱塞卡死、密封不嚴以及噴油器堵塞等現(xiàn)象，所以對于精濾器的等級要求較高(3～5 m)，這樣可充分過濾掉燃油中的雜質(zhì)。輸油泵理論輸流量為7～9L/min，供油壓力為0.4～0.7MPa。

(2)回油系統(tǒng)

回油由三部分組成，分別是①噴油器回油，主要是噴油器的泄漏燃油，一般情況下較少，通過噴油器回油總管經(jīng)燃油分配器返回燃油箱；②單體泵總成泄漏回油，即燃油通過單體泵總成密封圈的泄漏燃油，正常情況下該泄漏量很小，在低速時幾乎沒有燃油泄漏，在高速大負荷時最多為滴狀，這部分燃油通過回油管經(jīng)燃油分配器回到輸油泵入口；③燃油調(diào)壓閥回油，為了防止輸出燃油壓力過高(如油道堵塞等)引起輸油泵的過載，在輸油泵的出口處安裝有一安全閥(單向球閥)，當燃油壓力大于0.4～0.6MPa時，安全閥打開，燃油通過回油管經(jīng)燃油分配器返回到燃油箱，從而保護輸油泵。

4.單體泵總成潤滑管路

單體泵總成采用柴油機機油強制潤滑，不需要維護保養(yǎng)，但在初次使用或長時間停機后，應(yīng)向單體泵凸輪室加注一定量的潤滑油(從凸輪軸檢測窗口加入)。潤滑油通過柴油機的循環(huán)系統(tǒng)對單體泵總成進行強制冷卻，如圖4所示。

二、電控系統(tǒng)的主要零部件

1.電控單體泵

玉柴G6000電控歐Ⅲ柴油機采用了6個Delphi電控單體泵，其特點如下：①可產(chǎn)生高達200MPa的噴射壓力；②挺柱滾輪總成獨立；③控制噴油的電磁閥集成在單體泵體內(nèi)；④具有單個單體泵的獨立電控特性；⑤采用柴油機機油和燃油強制潤滑和冷卻；⑥單體泵具有良好的一致性和100萬千米的耐久性；⑦可快速安裝與拆卸；⑧滿足歐Ⅲ排放要求；⑨具有良好的整機性能。

每一個電控單體泵的電磁閥接插件上均有唯一的電控修正碼，在應(yīng)用前必須輸入相應(yīng)的控制器，以保證系統(tǒng)對各缸供油控制的精確性。單體泵挺柱滾輪總成(圖5)安裝時要注意導(dǎo)向槽和潤滑油道的方向，并與單體泵保持正確的安裝關(guān)系。

單體泵通過兩個螺栓(M10x50)壓緊并安裝在單體泵室上，每個螺栓的上緊力矩為60Nm，螺栓的材料和長度要按規(guī)定選用，不能隨意更換，否則會引起單體泵固定不牢固，同時要注意單體泵上的三個“O”型密封圈是否正確和完好，以保證燃油和潤滑油的良好密封。單體泵安裝與拆卸時要將凸輪軸轉(zhuǎn)至該缸的最低點，以減小安裝螺栓的力矩。高壓油管與單體泵出油口的連接采用錐面密封，并由一個螺母鎖緊。

需要特別注意的是，電控單體泵及挺柱滾輪總成在安裝前要保持良好的清潔度。電控單體泵屬于高技術(shù)的精密元件總成構(gòu)件，當發(fā)生故障時，不要隨意拆裝，應(yīng)通知玉柴維修人員修理。

2.單體泵室總成

單體泵室總成(圖6)是歐Ⅲ電控柴油機的“心臟”，包括電控單體泵及挺柱滾輪總成、凸輪軸、輸油泵、燃油溫度感應(yīng)器、泵室、連接板、隔圈、止推圈、驅(qū)動齒輪、凸輪信號盤以及相關(guān)零部件。

單體泵室總成的主要功能是提供足夠流量和壓力的燃油并通過高壓油管輸送到噴油器，向各缸噴油。

在單體泵室上有燃油進油油道、燃油泄漏回油油道、空氣平衡通道，在泵室的上端面靠近1#單體泵處有一個放氣螺栓，用于泄放燃油系統(tǒng)管路氣體，在啟動前旋松該放氣螺栓，連續(xù)壓按油水分離器上在的手油泵，放氣2min左右直到無氣泡出現(xiàn)，再擰緊放氣螺栓，在泵室的回油管路上還裝有壓力調(diào)節(jié)閥，當輸油泵供油壓力超過0.5MPa時自動打開，以保證燃油壓力在安全范圍。

泵室上有潤滑主油道及各部件潤滑油道、潤滑油回油油道，包括凸輪軸襯套潤滑、挺柱滾輪潤滑等，同時對單體泵室進行強制循環(huán)冷卻。泵室上有兩個觀察窗，其作用是供凸輪裝配、檢查以及凸輪室清洗用。

電控單體泵按1-6的順序安裝在泵室上(從驅(qū)動端看)，在泵室的中部對應(yīng)6個單體泵有6個挺柱滾輪導(dǎo)向螺栓，螺栓的長度不能隨意更換，否則會損壞單體泵，同時必須保證良好的密封和固定。輸油泵流量為7～11L/min (油泵轉(zhuǎn)速1100r/min時)，供油壓力為0.4～0.7MPa。

單體泵室總成的組裝要在特定的環(huán)境下進行，以保證總成的清潔度，一般不允許隨意拆卸和更換單體泵等關(guān)鍵零部件。對于輸油泵、調(diào)壓閥、溫度感應(yīng)器、油管等更換和拆卸時要注意清潔和安裝間隙。

3.噴油器

玉柴歐Ⅲ電控單體泵柴油機采用機械式噴油器(圖7)，主要由噴油器殼體、噴油器偶件和調(diào)壓彈簧等組成。噴油器的開啟壓力由調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力確定，噴油器在噴油器試驗臺上檢查開啟壓力，噴射形狀及霧化應(yīng)正常，不得有滴油現(xiàn)象。噴油器的外部尺寸和安裝方式與歐Ⅱ柴油機相同。該噴油器具有以下特點：①采用特定材料和工藝加工制作的機械壓力式噴油器；②最大耐壓200MPa；③多孔、小孔徑，噴油霧化性能好；④起噴壓力27.5MPa且可調(diào)。

4.高壓油管

玉柴歐Ⅲ電控單體泵柴油機采用專用高壓油管(圖8)，其具有以下特點：①采用專有材料，表層鍍鋅8 m，并經(jīng)鉻酸鹽處理；②鎖緊螺母為M14x1.5，上緊扭矩為60Nm；③規(guī)格為外徑6.3mm，內(nèi)徑1.8mm，長度；④正常工作時的最高壓力180MPa。

5.燃油濾清器

由于玉柴歐Ⅲ電控單體泵柴油機對燃油清潔度要求較高，故采用了兩級燃油濾清器，即安裝在車輛上的預(yù)濾器和安裝在發(fā)動機上的精濾(圖9)。預(yù)濾器清潔度能力為25 m，精濾清潔度能力為3～5 m。 (未完待續(xù))