柴油发电机电控喷射系统主要部件工作原理
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柴油发电机电控喷射系统主要部件工作原理
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（1）高压供油泵
高压油泵的功能是控制发电机供油速率以保证共轨管中所要求的压力pc，图1显示了它的工作原理。它与常规供油系统的设计思想完全不同，常规系统是直接进行高压燃油量的控制，高压油回油时造成飞溅，实际上是一种能力的浪费和损失，ECD-U2供油泵是对低压燃油量进行控制。当共轨管中压力低于目标要求时，ECU控制高压油泵PCV阀提早关闭，柱塞提早供油，由于供油终点为凸轮升程最高点是始终不变的，因此提早供油使高压供油泵供油量增加，如图2.74所示。当共轨管中压力高于目标要求时，PCV阀推迟关闭，供油量减少，共轨中压力降低。
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图1 高压油泵的工作原理 |
高压供油泵采用小柱塞直径、长冲程和低凸轮轴转速设计，以减少燃油泄漏、运动阻力及驱动力矩高峰值。由于采用二缸直列泵就相当于六缸常规直列泵的功能，从而显著减小了压供油泵的尺寸。
（2）三通阀（TWV）
电控三通阀是ECD-U2系统中最关键的部件，也是技术难度最高的部件，每个喷油器总成的上方均有一个电控TWV阀，其结构原理如图2所示。三通阀包括内阀、外阀，外阀和电磁阀线圈的衔铁做成一体，由线圈的通电来指令外阀的运动，阀体则用来支撑外阀。三个元件精密地配合在一起，分别形成密封锥面A和外锥座B，随着外阀的运动，A、B锥座交替关闭，三个油道（共轨管、回油管和液压活塞上腔）两两交替接通，此外要注意到，阀锥座直径分别为Φd1和Φd2，内直径为Φd，有
Φd＞Φd1;Φd＞Φd2;Φd≈Φd1≈Φd2
三通阀仅起压力开关阀的作用，本身不控制喷油量。
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图2 三通阀的工作原理 |
当线圈没有通电时：外阀在弹簧作用力下落座，内阀在油道①的油压作用下上升，此时密封内锥座A开启，油道①、②相通，高压油从①进入液压活塞上腔②中。
当线圈通电时：外阀在电磁力的吸引下向上运动，关闭密封内锥座A，此时内阀仍停留在上方，外锥座B开启，油道②、③相通，液压活塞上腔向回油室放油，这时喷油器喷油。
（3）喷油定时的控制
在ECD-U2系统中喷油定时可以自由地独立控制，方法是控制定时脉冲送达TWV的时间，图3上示出其控制框图，在ECU中要进行两次运算，即“θfin计算”，在各种传感器送来信号的基础上算出最终的喷油开始时间θfin；“Tc的计算”，为实现θfin的目标决定激励脉冲送到TWV的时间Tc。从图3可知，基础喷油定时是由发动机转速和负荷决定，然后根据进气管压力、水温等对θbase进行修正得θfin再根据发动机转速转换成时间Tt。ECD-U2系统由发动机转速传感器每隔15°CA产生一个脉冲，在30CA的范围内调节喷油提前角，Tc＝T30-Tt为向TWV输出脉冲时间。
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图3 喷油定时的控制框图 |
（4）喷油率的控制
ECD-U2系统可以实现三角形、预喷射和靴形三种喷油率。
①三角形喷油率（图4）为使喷油器针阀升起的速度不要太快，以降低初始喷油量，在动力活塞上方专门设计了一个单向阀和一个节流小孔。单向阀阻止动力活塞上方燃油通过，燃油只要通过小孔泄出，造成动力活塞上方燃油压力下降速度放慢，针阀缓慢上升。当喷油结束时，三通阀断电，在弹簧力作用下外阀向下运动，座B关闭，泄油道关闭，而座A打开，亦即打开了燃油进入动力活塞的通道。共轨高压燃油通过单向阀迅速加压到动力活塞上方，活塞下行。由于活塞直径比针阀直径大得多，因此会产生很大的油压力使针阀迅速关闭，实现快速停止喷射，满足柴油机的要求。三通阀通电时刻决定了喷油始点，通电持续时间决定了喷油量大小。喷油压力可以根据柴油机工况要求进行调节，低速负荷工况时，可以实现所需要的某种程度高压，喷油压力的调节可以完全独立于转速负荷工况。三通阀开启响应时间为0.35ms，关闭时间为0.4ms，三通阀全负荷耗能为50W。
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图4 三角形喷油率 |
由于ECD-U2是一个电子控制的精确压力-油量控制系统，共轨中压力波动很小，它没有常规电控喷油系统中存在的一些问题，如没有由压力波而产生的难控区、失控区，也没有调速器能力不足的问题，可实现柴油机所需的理想油量控制特性。
②预喷射 在ECD-U2上实现预喷射比较容易，只要在主喷射前给三通阀一个小宽度的电脉冲信号，即可实现。ECD-U2系统最小预喷油量为每循环1mm3，预喷射和主喷射之间的时间间隔最小为0.1ms（图5）。
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图5 预喷射系统 |
③靴形喷油率 要实现靴形喷油率图形则需要针阀有一个小的预行程停留才能获得。为此喷油器总成结构略有变动，在三通阀与液压活塞之间的节流孔处改为一个靴形阀，如图6所示。靴形阀和液压活塞间的间隙作为可调的预行程。当三通阀通电时，靴形阀中的高压燃油被释放到泄油道，喷油嘴打开到相当于预行程的高度，针阀在该处停留在一直维持到靴形阀节流孔下降到一定程度后，针阀才继续升高到最大升程，达到最大喷油速率。依靠预行程量和靴形阀节流孔直径的合理组合，可以得到各种形式的靴形喷油率。靴形喷油率由于初期喷油率低，可以获得较低的NOx。
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图6 靴形喷油率的产生 |
ECD-U2系统启动速度较快，由于高压输油泵每个凸轮有三个凸起，启动时共轨中油压升高很快。当高压输油泵供油量QP为600mm3时，共轨以及其他高油管路容积V为94000mm3，燃油容积弹性模量E为1100MPa/m㎡，则共轨压力升高值ΔP＝EQP/V＝7MPa/r，即高压输油泵每旋转一次，共轨中压力提高为7MPa。如喷油嘴开启压力为20MPa，输油泵只要旋转3次，共轨压力就可以超过喷油嘴开启压力。实际实验也表明，只要启动0.5s，共轨压力已达20MPa，0.6s后柴油机就达到怠速转速。
此外，电控系统内还有一个自诊断和故障安全系统，电控单元都具有自检功能，用来监测控制系统各部分工作的状态。出现故障时，可用指示灯（在仪表板上）显示故障码，以便及时进行维护修理。
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