供油系统由低压油路、高压油路构成。低压油路部分由油箱、输油管、燃油滤清器、输油泵、高压油泵低压区组成;高压油路部分由高压油泵高压区、高压油轨(共轨)、高压油管喷油器等零件组成。供油系统管路布置见图3-4。 1.低压油路部分。 低压部分油路为高压部分油路供给足够的油量,主要零部件有油箱,低压回路的进、出油管,燃油滤清器,输油泵,高压油泵的低压区。 (1)齿轮式输油泵。输油泵的工作是向高压油泵供给足够的燃油量。在柴油机各种工作状态、在不同的必要的压力下、在整个工作寿命期都必须满足上述要求。 齿轮式输油泵安装在高压油泵后端,由高压油泵轴驱动,主要零件是两个在旋转时相互啮合的反转齿轮,见图3-5。燃油被吸入输油泵体和齿轮之间的空腔内,并被输送到压力侧的出油口,旋转齿轮间的啮合线能保证良好的密封,能防止燃油回流。 齿轮式输油泵的供油量与柴油机转速成比例。齿轮式输油泵的供油量在进油口端的节流阀或者出油口端的溢流阀限制。
2)燃油滤清器。燃油滤清器主要的作用是滤出燃油中含有的杂质,防止损坏高压油泵零件、出油阀、喷油嘴。有些发动机装配带有油水分离器的燃油滤清器,可以把水从水分收集器中排出。随着柴油机使用时间的增加,燃油滤清器的水分收集器水位达到一定高度时,通过自动报警装置水位报警灯来提示,报警灯点亮时驾驶员需进行水分收集器排水作业,见图3-6。
2.高压油路部分。
高压油路部分包括高压油泵、髙压油轨、高压油轨压力传感器、流量控制阀、高压油管和喷油器等。
(1)高压油泵。高压油泵主要功用是供给柴油机足够的高压燃油,同时保证柴油机迅速启动所需要额外供油量和压力要求。高压油泵不断的产生高压油轨所需的系统压力。这就意味着燃油并不是在每个单一的喷射过程都必须被压缩(相对于传统的系统燃油)。
高压油泵安装在柴油机左侧。它是通过带轮法兰、带轮、齿带由柴油机凸轮轴正时皮带轮驱动。高压油泵借低压油路过来的燃油润滑。
高压油泵采用三个径向布置的柱塞泵油元件9,相互错开120°,由偏心凸轮8驱动,出油量大,受载均匀,如图3-7所示。
工作时,从输油泵来的柴油流过安全阀5,一部分经节流小孔流向偏心凸轮室供润滑冷却用,另一部分经低压油路6进入柱塞室。当偏心凸轮转动导致柱塞下行时,进油阀11打开,柴油被吸入柱塞室;当偏心凸轮顶起时,进油阀关闭,柴油被压缩,压力剧增,达到共轨压力时,顶开出油阀1,高压油被送去共轨管。
在怠速或小负荷时,输出油量有剩余,可以经调压阀3流回油箱。还可以通过控制电路使停油电磁阀12通电,其推杆即推开进油阀,停止泵油而卸载空转,只有其他两个泵组工作当进入大负荷工况时,又自动断电,恢复泵油。
高压油泵输出管道上并装有电磁式油压控制阀,球阀的推杆右侧有吸力盘,作用于球阀上有两个力为弹簧力,二为线圈的磁吸力,它与高压腔的油压力相互争斗平衡。
如果轨道油压超过工况规定值,ECU根据轨道压力传感器的反馈信号,使油压控制阀断电退磁而开启,泄掉部分燃油而降压。
如果轨道压力低于规定值,油压控制阀即通电生磁而关闭,因而升压。
油压控制电磁阀是用占空比方式控制其开闭,不断调节,保持该工况恒定的轨道压力防止油压的波动,以便精确控制喷油量。
(2)高压油轨(共轨)。高压油轨存储高压燃油(见图38)。由于高压油泵的供油和燃油喷射产生的高压振荡在高压油轨容积中衰减,这样保证在喷油器打开时刻,喷射压力维持定值。高压油轨同时起燃油分配器作用。
高压油轨上装有用来测量供油压力的高压油轨压力传感器及流量限制器。
由高压油泵过来的高压燃油通过高压油管到达高压油轨的进油口。通过进油口燃油进入高压油轨并被分配到各个喷油嘴。
燃油压力由高压油轨压力传感器测量并通过ECU和高压油泵电磁阀调节到所要求的压力值。高压燃油通过流量限制器,从高压油轨压送到喷油器,它可以防止喷油嘴关闭不严时,过量燃油进入燃烧室。
高压油轨内部永久充满压力油。高压下的燃油可压缩性被用来产生储压作用,当燃油从高压油轨送到喷油器进行喷射时,即使喷油量较大,高压油轨内的压力保持实质上的定值。
(3)高压油轨压力传感器。燃油通过高压油轨上的一个小孔流向压力传感器,如图3-9所示。压力传感器为半导体压敏应变电阻形的桥式电路,感受到油压变量值后,放大处理输出0.5~4.5V的随动电压。它随机检测轨道中的瞬时油压力,将变量压力信号反馈绐ECU。ECU据此信号,发令使油压控制阀投入调压工作。
(4)流量限制器(见图3-8)的作用是防止喷油器出现持续喷油。活塞在静止时,由于受弹簧的作用力,总是靠在堵头一端。在一次喷油后,喷油器端压力下降,活塞在共轨压力作用下向喷油器端移动,但并不关闭密封座面。只有在喷油器出现持续喷油,导致活塞下移量大,才封闭通往喷油器的通道,切断供油。
(5)喷油器。喷油时刻和喷油量的调整是通过电子触发的喷油器实现的。喷油器由孔式喷油嘴、液压伺服系统和电磁阀组成,见图3-10。燃油来自于髙压油路,经通道流向喷油嘴,同时经节流孔流向控制腔。控制腔与回油管路相连,途径一个受电磁阀控制其开关的泄油孔。
泄油孔关闭时,作用于针阀控制活塞的液压力超过了它在喷油嘴针阀承压面的力,结果,针阀被迫进入阀座且将高压通道与燃烧室隔离,密封。
当喷油器的电磁阀被触发时,泄油孔被打开,针阀控制腔的压力下降,作用于活塞顶部的压力也随之下降。一旦压力降至低于作用于喷油嘴针阀承压面上的力,针阀被打开,燃油经喷孔喷入燃烧室。即采用了一套液压放大系统,电磁阀打开泄油孔使得针阀控制腔压力降低,从而产生控制柱塞的上下压差,在压差作用下打开针阀。
此外,燃油还在针阀和控制柱塞处产生泄漏,这些油通过回油管,会同高压油泵和压力控制阀出来的回油共同流回油箱。
在柴油机运转和高压油泵产生压力的状态下,将喷油器工作过程划分为四个阶段：
喷油器关闭(有高压时)—喷油器打开(开始喷射)——喷油器完全打开——喷油器关闭(喷射结束)。
喷油器关闭(自由状态)。在自由状态,电磁阀没有通电。泄油孔关闭,电磁阀的回位弹簧使枢轴的球阀顶在泄油孔座上,高压油轨在针阀控制腔内建立高压,同样的压力也存在于喷油嘴的承压腔内。高压油轨压力作用于控制活塞的顶端内,与喷油嘴弹簧力共同作用,克服由承压腔产生的针阀开启力,维持喷油嘴在关闭位置。
喷油器打开(开始喷射)。喷油器处于它的自由状态,电磁阀通以保证它快速打开的峰值电流。由电磁触发产生的力超过了电磁阀的弹簧力,触发器打开了泄油孔。几乎同时,较高的拾取电流降至较低的电磁铁所需的维持电流,磁路的磁隙变小使得仅需较小的维持电流就能够使控制阀保持开启状态。当泄油孔打开时,燃油将从针阀控制腔流入位于它上方的空腔,经回油管回到油箱。泄油孔破坏了绝对的压力平衡,最终在针阀控制腔内的压力也下降。这导致针阀控制腔内的压力低于仍与高压油轨有相同压力水平的喷油嘴承压腔的压力,针阀控制腔内压力的减小,导致作用于控制活塞顶端的压力减小,最终喷油嘴针阀打开,喷射开始。
喷油嘴针阀的打开速度取决于流过控制腔的进、泄油孔时的不同流量。控制活塞到达上方的停止位置,喷油器喷油嘴完全打开,且燃油以几乎与高压油轨内的相同压力喷入燃烧室内。
喷油器关闭(喷射结束)。一旦电磁阀结束触发,电磁阀弹簧使枢轴向下运动,球阀将关闭泄油孔。燃油经进油口进入针阀控制腔建立压力。这个压力与高压油轨内的压力相同,这个力再加上弹簧力,超过了由承压腔产生的力,所以喷油器针阀关闭。喷油器针阀的关闭速度取决于进油孔的流量,一旦喷油嘴针阀下降至针阀座密封位置时,喷射停止。
电磁式喷油器可实现“前期少、中期多、后期少”的喷油规律。采用分三段喷油来实现。
预喷射—在上止点前一定角度喷出少量燃油,进行“预燃”,可缩短“备燃期”,压力升高率△P/△φ可减小,振噪感减小,工作柔和。
主喷射——是在上止点后喷油,功率的增大和扭矩的提高,是来自主喷射,在恒压情况下贯穿整个喷油过程补喷射——在柴油机燃烧过程的缓燃期的后期,燃烧温度己达高峰,如适量喷油,可改善燃烧条件和净化性,减少了NOx的生成量。
