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HEUI柴油机燃油系统

   日期:2017-09-07    
柴油机具有高转矩、长寿命、低油耗、低排放等特点,因此是解决汽车及工程机械动力问题最现实和最可靠的手段。随着柴油机使用范围的增大和数量的增多,对其动力性、经济性、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高,依靠传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求。近年来,随着计算机技术、传感器技术及信息技术的迅速发展,柴油机电子控制系统的应用越来越广泛。
  HEUI是卡特彼勒公司设计并采用的一种非常独特的电控柴油机喷油系统――液压驱动电子控制单体式喷油器系统,目前应用于其3126型、3408E型和3412E型发动机上。
  1HEUI燃油系统的组成
  HEUI燃油系统组成如图1所示,主要由燃油输油泵、第一级与第二级燃油滤清器、燃油压力调节阀、液压驱动电子控制单体式喷油器、液压机油供油泵、液压机油调压控制阀(RPCV)、机油冷却器、液压机油油道、电子控制单元(ECU)以及燃油回油管、液压机油油管等部件组成。
图1 HEUI燃油系统原理图

  另外在该系统中还采用了液压机油压力传感器、润滑机油压力传感器、液压机油温度传感器、燃油温度传感器、油门位置传感器、油泵控制阀信号传感器等。
  HEUI燃油系统中的燃油供给系统为低压系统,其压力大约在310~KPa之间,在喷油器端部有一增压活塞,它利用高压机油给燃油加压,使燃油的喷射压力最高可达145MPa。
  2低压燃油系统油路
  HEUI系统的低压燃油系统油路如图1所示。燃油从燃油箱中被吸出,通过第一级燃油滤清器及油水分离器进入燃油输油齿轮泵,油泵将燃油压入ECU冷却板,使ECU中电子元器件的温度保持在正常范围内。燃油由ECU冷却板流出后经过第二级燃油滤清器后直接流入位于气缸盖顶部的低压油道,向各个喷油器供给低压燃油。向各喷油器所供的燃油量是其喷油量的4倍以上,以保证喷油器的充分润滑和冷却,没有喷出的燃油经燃油压力调节阀流回燃油箱。燃油压力调节阀将燃油压力保持在310~525KPa之间。
  3高压机油系统
  HEUI系统的高压机油系统油路如图1所示。图中机油油路由低压油路和高压油路2部分组成,低压油路是从润滑机油泵到液压机油供油泵组,用来润滑发动机,同时给高压油路供油;高压油路是从液压机油供油泵组到喷油器的增压活塞,用来给燃油增压。
  高压机油的压力由液压机油调压控制阀(RPCV)控制,当RPCV开启时,机油溢流回发动机油底壳中。RPCV是一个电控溢流阀,ECU通过改变供给RPCV的信号电流决定机油泵的输出压力;当发动机停机时,RPCV内部的滑阀在弹簧作用下将机油溢流口关闭;当发动机起动时,ECV向RPCV发出电信号,使机油溢流口继续保持关闭状态,从而使机油进入各汽缸盖内的机油油道,直到油道内机油压力达到要求的压力(发动机暖机起动时要求的机油压力大约为10.34MPa,在冷起动时,要求的机油压力大约为20.68MPa)为止;当发动机点火运转后,液压机油压力传感器将监测到的油道内的实际压力传给ECU,ECU将其与要求的油道压力进行比较,并发信号给RPCV,调节磁场强度改变滑阀位置来决定溢流口的开启面积,从而控制油道内的机油压力。
  4HEUI喷油器内的燃油油路
  HEUI喷油器的主要组成如图2所示。在充油过程中,增压活塞8下方的弹簧将所有零件推到非驱动位置。高压液压机油从汽缸盖内的油道通过跨接油管由高压机油进油口3进入喷油器,但菌状阀1被压紧在下阀座2上,使油道处于关闭状态,高压机油被堵塞。低压燃油由从燃油充油口15进入喷油器内,并经过油单向阀13充满活塞腔12内。直到增压活塞被推到套筒11顶端,充油过程结束。
图2 HEUI喷油器总成的组成

  当发动机处于熄火状态时,菌状阀1仍被压紧在下阀座2上,高压机油被堵塞,HEUI喷油器不喷油。
  当发动机处于运转状态而某个喷油器不喷油时,高压机油仍被堵塞,而菌状机油阀腔9开启溢流。增压活寒和柱塞7被推到套筒顶部,增压活塞腔内充满了燃油。
  当ECU根据传感器输入的信号向喷油器输出决定喷油量的脉宽调制信号(105~110V的脉冲电压)驱动喷油泵电磁阀时,在电磁吸力作用下,菌状阀离开下阀座2而顶靠在上阀座6上,将菌状机油阀腔的油道关闭,高压机油便经进口进入单体式喷油器中并直接作用在增压活塞顶上(增压活塞的承压面积大约是燃油柱塞面积的7倍,因此,当机油油路供油压力为20.68MPa时,柱塞下方的燃油压力将升高到约145MPa)。当作用在增压活塞顶上的机油压力足够高时,将推动增压活塞和燃油柱塞向下运动,升高套筒和活塞腔内的燃油压力。当燃油压力超过喷油器喷油阀的开启压力(约31MPa)时,喷油阀打开,将燃油通过喷油器头部的小孔直接喷油过程结束,菌状阀、增压活塞、燃油柱塞均回到等待喷油位置。在燃油柱塞向上移动期间,会将燃油吸入活塞腔中,为下次喷油作好准备。
  逆流止回阀14只允许燃油进入喷油嘴而不能回流,保证压力油作用在喷油阀上。
  燃油系统中的燃油温度传感器一般设置在第二级燃油滤清器盖内,向ECU提供燃油温度信号,ECU将根据燃油温度的变化调节供给HEUI喷油器的脉宽调制信号,以调节供油量,补偿因

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