发动机液控单体式喷油器燃油系统

　　液压驱动电子控制单体式喷油器（HEUI）燃油系统已成功用于Caterpillar3116B、3126B、3408B和3412E型发动机，HEUI-B（第二代）燃油系统用于C9型发动机。一般的电控单体式喷油器（EUI）燃油系统，由凸轮轴驱动摇臂总成推动喷油器随动机构和喷油柱塞向下运动，使封闭在喷油套筒内的燃油压力升高到足以打开喷油器总成内的喷油针阀。在HEUI燃油系统中，代替摇臂作用于各喷油器端部的是增压器柱塞排出的高压机油。
　　一、结构与功能
　　图1是3126B型发动机的HEUI燃油系统简图。  

图1 HEUI 燃油系统

　　整个燃油系统由6个基本部件组成：液压泵、液压电子控制单体式喷油器、喷油驱动压力（IAP）控制阀、喷油驱动压力（IAP）传感器、燃油输油泵、电子控制模块（ECM）。
　　HEUI燃油系统采用液压方式控制喷油速率，HEUI喷油器柱塞在喷油电磁阀未接到来自ECM产生激励信号之前不会运动，不像机械驱动的EUI燃油系统中的柱塞运动要受到发动机凸轮转速和持续时间的限制，所以，定时控制更加精确。点火提前角由单体式喷油器正时准确控制，通过调节喷油持续时间精确控制发动机转速。
　　HEUI燃油系统中，除了液压驱动单体式喷油器以外，燃油系统的布局和排列与用于3176B、C10、C12和3406E型发动机的Caterpillar与EUI燃油系统的很相似，主要差别是在HEUI燃油系统中采用了一个喷油驱动压力（IAP）传感器和一个喷油驱动压力（IAP）控制阀。
　　HEUI燃油系统属于低压燃油系统，由齿轮泵、叶片泵或电子泵提供低压燃油，3408E型和3412E型的燃油压力一般在310~415kPa之间，3116B和3126B型的燃油压力一般在400~525kPa之间。
　　机油油路由低压油路和高压油路两部分组成，低压油路从发动机润滑机油泵到液压机油泵；高压机油泵是一个齿轮驱动的轴向柱塞泵，高压油路从液压机油泵到喷油器增压器柱塞。

图2　喷射驱动压力IAP控制阀

　　大多数情况下，高压机油泵提供过量的机油流量，而IAP控制阀是一个高精度电控溢流阀（见图2），作用是将过多的泵流量释放，以便将喷油驱动压力控制在所需级别。ECM的性能曲线图包括发动机各种工作情况所需的驱动压力，ECM根据几个传感器输入的信号和性能曲线图，计算出所需的高压机油泵输出压力（喷油驱动压力），再由ECM向IAP控制阀发出电信号，使电磁线圈产生磁场，衔铁对提升阀产生推力，以封闭滑阀室内的压力机油，机油压力和弹簧力共同作用使滑阀向左移动，关闭机油溢流口，使高压机油道达到期望的机油压力，此压力再由喷油驱动压力传感器反馈回ECM，形成一个闭环控制系统。

图3　HEUI单体式　喷油器

　　发动机启动时，大约需要6MPa的喷射驱动压力才能启动单体式喷油器，在达到6MPa的实际驱动压力之前，单体式喷油器不点火。HEUI喷油器（见图3）中，因为增压器柱塞的表面积是喷油器柱塞表面积的6倍，所以产生倍增燃油喷射压力也是驱动力的6倍，6MPa的驱动压力产生约35MPa的燃油喷射压力，这有助于冷启动，启动后，根据发动机工况需要，喷射驱动压力在6~24MPa之间波动，而产生的喷射压力大约为34～162MPa。
　　除了电控单体式喷油器的驱动压力是液压力之外，HEUI燃油系统跟别的电控燃油系统的差别不大，都有一系列向ECM连续传送输入电信号的传感器，大多数传感器都是从ECM输入5V直流电压，再根据其工作情况向ECM反馈0.5～5.0V的电信号。然后，ECM根据存储器中预置的校正表产生一个脉宽调制（PWM）信号，输出到HEUI喷油器以控制各喷油器的喷油实际时间，PWM信号决定喷油的开始、持续和结束，从而控制了发动机在一定转速和负荷下的喷油量，决定发动机的输出功率，保证发动机在任何负荷和转速下都能达到最佳性能。
　　HEUI燃油系统中电子控制系统的供电电压一般如下：ECM为24V；HEUI喷油器电磁阀为105～110V，模拟传感器为5V，共包括喷油驱动压力传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、进气歧管压力传感器、大气压力传感器、润滑机油压力传感器、机油温度传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器。3126B型发动机的各传感器的位置如图4所示。
　　二、最常见的两例故障
　　以3126B型发动机为例，说明HEUI燃油系统常见故障及排除方法。
　　1.发动机无法启动
　　首先确定蓄电池电压是否正常，启动马达能否转动且启动转速是否达到要求；再看有没有故障报警，从故障灯闪烁码或监控屏查出故障码（如果有卡特彼勒公司的专用电子诊断仪能更方便地调出故障码），根据故障码可以快速找出有故障的电气部件（如ECM电源、速度/正时传感器、单体式喷油器及其线束的故障或接头接触不良等）；大多数不能启动的原因是简单的燃油管路问题，如燃油滤芯堵塞、油路进空气、燃油压力过低、燃油质量不合格等；若以上都没有问题，在没有专用诊断仪的情况下，可用试灯接到HEUI喷油器两个接线端子上，启动发动机看有没有PWM信号（此信号用数字式万用电表是无法测量的）传到HEUI喷油器，若有，则可以排除电气方面有问题；再用电子诊断仪查看或用压力表测量喷油驱动压力，高于6MPa，则说明高压油系统运行正常；以上都正常，则可以判断是HEUI喷油器故障。喷油器的内部偶件是精密部件，其间隙为2.5μm，所以HEUI喷油器对燃油质量要求很高，这种喷油器因早期磨损而不能启动时，可以采用喷启动液的方式应急启动。此外，活塞环断裂、活塞环及缸套磨损严重、涡轮增压器损坏、气门磨损、气门间隙不对都会导致气缸压缩压力不足。

图4　3126B型发动机传感器位置图

　　2.发动机功率不足
　　一般都是供油或供气不足所致。供油不足原因为燃油管堵塞、燃油滤芯堵塞、燃油管路进空气、燃油不合格等；供气不足原因为空滤堵塞、涡轮增压器叶片损坏、轴承烧死等；HEUI喷油器内部磨损、活塞环与缸套磨损严重、某个喷油器不工作等都会使功率输出不足。
　　此外，还要注意发动机是否在减载的模式下运行，转速是否在标准范围内；如电气方面有故障，可用故障灯或电子诊断仪查看有没有故障码，如故障码显示故障是喷油驱动压力不足或过高，或某缸喷油器不工作，可用电子诊断仪做断缸试验，找出工作不良的喷油器。
　　还应查看高压机油是否泄漏，喷油驱动压力控制阀的油封是否损坏，线束是否接触不良；此外，进气歧管压力传感器故障也可能会导致输出功率不足。
　　有经验的维修师可以根据空载和满载工况下的排气烟色快速判断一个或几个系统可能存在的问题，比如冒黑烟通常表明供气不足（进气阻力大或增压压力过低），因燃油量过多引起的情况很少见；冒蓝烟表明存在烧机油现象，可能是发动机内部问题或增压器密封泄漏；冒白烟一般是由于压缩压力过低或气缸里有水。
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