独体泵电扼制油体推出体系的探讨

发布时间：2011-08-15 来源：中国泵阀网 作者：无忧备件网

1、单体泵的结构

单体泵是由德国Benz公司研制的燃油喷射系统，将电磁阀和油泵组合在一起，利用电磁阀直接控制柱塞腔内燃油压力的建立和泄流，从而实现对喷油量和喷油时刻的控制。电控单体泵安装于气缸体曲轴壁内侧，每个气缸配一个高压油泵由接近曲轴的公共凸轮轴驱动。电控单体泵通常是以总成的方式安装在机体上的，油泵总成的结构图见1，其组成元件有：

泵体、进、出油口、高速电磁阀、拉杆、柱塞、调整垫片和回位弹簧等组成。

2、系统的工作原理

系统的工作原理是：

输油泵从油箱中将燃油泵出，其间经过滤清器和油水分离器等一些装置，最终将燃油泵入柱塞泵中，柱塞在油泵凸轮的驱动下在泵腔内为燃油建立很高的压力，在某一时刻当电磁阀开始工作的时候燃油通过电磁阀进入高压油管内，当油路内的压力使喷油器的嘴端压力大于其开启压力时，燃油便进入气缸；当电磁阀断电的时候，高压油管内的压力急剧下降，针阀很快落座，喷油过程结束。在整个燃油系统中，高速强力电磁阀是系统中的关键部件之一，直接控制系统喷油量和喷油正时，一方面需要这种阀具有很快的开关速度和控制精度，另一方面还要求其可以产生巨大的电磁力以保证油路通断的可靠性。油泵的驱动凸轮是系统的另一关键部件，因为它是燃油产生高压的动力源，而更为重要的是凸轮型线对燃油系统的供油规律有直接的影响。从总体上看，电控单体泵燃油喷射系统具有结构紧凑和结构相对简单的特点，但另一方面，系统关键部件的设计制造却具有很高的难度。

3、系统的工作过程

电控单体泵喷射系统的工作过程可分为以下几个阶段：

（1）充油过程。当柱塞下移时，喷射系统内部压力将低于低压油路的泵油压力，此时低压系统燃油将通过柱塞套上的进油口进入高压喷射系统。

（2）旁通过程。当柱塞上升时，柱塞腔压力上升，只要电磁阀处于断电状态，此时柱塞腔中压力与进油压力大体相同，燃油通过回油通路回到燃油箱。

（3）喷射过程。在柱塞供油行程中，当电控系统根据所采集到的各传感器信号，在某一个特定的时刻发出喷油控制脉冲，通过驱动电路使电磁铁上电，回油通道被关闭，柱塞腔形成一封闭容积，随着柱塞上升，封闭容积中的燃油被压缩，压力迅速上升，嘴端压力急剧上升，当此压力高于喷嘴开启压力时，针阀开启，燃油喷入气缸内。

（4）卸荷过程。当控制脉冲中止时，电磁铁断电，回油通路接通，燃油经回油通路溢出，高压燃油经阀口向低压系统泄流，高压油路压力下降，当降至针阀开启压力时，喷油结束。

4、电控系统的主要功能

状态识别：通过各类传感器采集发动机运行参数，精确识别发动机工作状态。定义了四种发动机状态：停机、启动、怠速、调速。起动控制：保证发动机起动平稳、可靠、不冒烟、通过起动控制实现起动燃油消耗低，有害排放物（微粒等）少，避免起动中速度的过冲。怠速控制：实现低稳定怠速和自动怠速转速调整。怠速控制可以减少排放指标、降低油耗、减少发动机机械磨损、降低振动噪声、增加汽车的可驾驶性和乘坐舒适性、延长发动机的使用寿命等。调速控制：通过控制软件实现发动机速度的灵活调控，保证在各种道路条件下良好的工作稳定能力，加速柔和，减少排放指标，降低油耗，使车辆具有良好的驾驶性能。精确的喷射控制：电控单元ECU对传感器收集到的发动机运行信息进行分析、计算后，通过高速强力电磁阀的控制，使高压燃油在正确的时刻，以正确的油量喷入发动机汽缸，保证发动机运行平稳以及良好的燃油经济性和较低排放。分缸平衡：多缸柴油机具有分缸独立、离散和脉动的本质特点。加上实际工作环境的多样性，以及制造加工误差等因素的客观存在，使得发动机在工作中尤其是在怠速工况下各缸的扭矩输出差别很大，即缸不平衡。

5、基于MC68376单片机的柴油机电控系统硬件的设计

本电控系统由电控单元、外围电路、执行机构、数据采集系统和传感器电路组成（2）。电控单元主要由MC68376为核心的32位单片机（Motorola公司生产）组成，包括定时处理器单元TPU、队列串行模块QSM、系统集成模块SIM、队列A／D转换模块QADC和RAM（1MB）。

TPU，QSM，QADC经过系统初始化，无需CPU干预即可完成设定的功能。外围电路包括模拟信号处理电路、开关量信号处理电路、频率处理电路、功率放大驱动电路和串行通信接口电路。

QADC可以提供16个10位A／D转换通道，其中有5路用于模拟信号转换。这些模拟信号（油门位置、齿条位移、进气压力、进气温度和燃油温度）经过处理后由ECU进行采集；复位和停车2路开关量信号直接从I／O口读取；柴油机转速通过频率处理电路的处理后，由TPU定时中断完成信号的采集和存储，喷油泵电磁执行器所需脉宽调制（PWM）也通过TPU输出。

QSM包括SCI（串行通信接口）和QSPI2个串行I／O子系统，可以实现高速的同步或异步串行传输，用于实时显示柴油机运转状态以及简单的故障代码；键盘用于调试程序、设置控制参数。

执行器主要由线性电磁铁和齿条位移传感器构成。线性电磁铁的位移由驱动电流决定，而驱动电流的大小是由ECU输出的PWM脉宽信号的占空比的大小决定的。传感器电路由转速传感器、齿条位移传感器、油门位置传感器、燃油温度传感器、进气压力和温度传感器组成。

6、结语

本文论述的电控单体泵喷油系统是一种喷油量和喷油正时均可灵活控制的高压燃油系统，然从长远发展高压喷射来看，电控共轨系统是研究和开发的方向，但考虑到我国现有的技术水平解决电控共轨系统的结构耐久性以及密封性具有相当难度，对于重载商用车柴油机，采用更高的喷射压力和单缸供油量是系统性能要求和满足法规的关键，燃油系统的可靠性也是人们所必须面对的问题，共轨系统在喷射压力达到180MPa后，油路的可靠性变差。而电控单体泵供油系统在提高供油压力方面具有很大的潜力，所以单体泵燃油系统以其高喷射压力、良好的系统可靠性拥有广阔的市场前景。

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