高壓共軌柴油機(jī)燃油系統(tǒng)各部組成及其維修

摘要：燃油噴射系統(tǒng)是柴油機(jī)的心臟。自20世紀(jì)90年代中期以來，柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，使柴油機(jī)的動(dòng)力性能和排放性能得到了進(jìn)一步的提高，工作噪聲進(jìn)一步降低，大大提高了柴油機(jī)的使用性能。通過對(duì)柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)持點(diǎn)及工作原理的了解，對(duì)各部組成以及維修進(jìn)行詳細(xì)分析和介紹。

關(guān)鍵詞：高壓共軌柴油機(jī)；燃油系統(tǒng)；工作原理；各部組成；維修

中圖分類號(hào)：TK423文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.11.030

1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

高壓共軌系統(tǒng)由電子控制模塊（ECM）、高壓油泵、燃油油軌和噴油器等組成（如圖1）。打開電鑰匙開關(guān)后，電動(dòng)輸油泵只運(yùn)轉(zhuǎn)30 s，用于向燃油系統(tǒng)預(yù)注燃油。安裝在高壓油泵上的電子燃油控制執(zhí)行器閥控制進(jìn)入高壓油泵的低壓燃油量，從而控制了高壓油泵輸入油軌的燃油量。而油軌上的燃油壓力控制閥控制著油軌燃油壓力，使之保持不變。高壓油泵向油軌提供高壓燃油與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。電子控制模塊通過操縱噴油器電磁閥的開閉，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量和噴油正時(shí)。在燃油系統(tǒng)的低壓側(cè)有燃油冷卻式ECM冷卻板和電動(dòng)輸油泵，燃油從OEM燃油供應(yīng)管接頭進(jìn)入ECM冷卻板，燃油從ECM出來之后，進(jìn)入電動(dòng)輸油泵。

圖1高壓共軌柴油機(jī)燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖

作者簡(jiǎn)介：李然捷（1963-），男，山東昌邑人，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械五金產(chǎn)品檢驗(yàn)、測(cè)試，機(jī)械、五金產(chǎn)品質(zhì)量種裁、鑒定，E-mail：lrj001813@126.com。

2ECM冷卻板、單向閥和電動(dòng)輸油泵

工作時(shí)，ECM冷卻板有燃油流過，以便帶走熱量，冷卻ECM。ECM冷卻板單向閥的作用是促使燃油向齒輪泵方向流動(dòng)。如果沒有ECM冷卻板單向閥，則當(dāng)電動(dòng)輸油泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃油將一直會(huì)在ECM冷卻板內(nèi)部循環(huán)。單向閥在安裝時(shí)可能被損壞。若損壞了，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難或輸出功率降低（發(fā)動(dòng)機(jī)加速無力）時(shí)，需要檢查該單向閥是否損壞或堵塞了。該單向閥一旦損壞，在齒輪泵進(jìn)油口處測(cè)量的燃油進(jìn)口阻力會(huì)很高。

電動(dòng)輸油泵由ECM控制工作，當(dāng)鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)到ON位置時(shí)，電動(dòng)輸油泵只工作30 s，以保證低壓油路中注滿燃油。電動(dòng)輸油泵不會(huì)再啟動(dòng)，除非發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，再次啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，電動(dòng)輸油泵才能再次起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)30 s。

電動(dòng)輸油泵出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴、功率降低。燃油經(jīng)過濾清器后的最大壓降應(yīng)為34 kPa（258 mmHg）左右，當(dāng)濾清器清潔后，壓降會(huì)降低。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，檢查電動(dòng)輸油泵工作，應(yīng)能聽到運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音。當(dāng)鑰匙開關(guān)接通時(shí)，輸油泵僅工作30 s，然后停止工作。如果輸油泵不工作，在鑰匙開關(guān)接通后，檢查輸油泵線束上有無9～12 V電壓。

3燃油預(yù)濾器和燃油濾清器

3.1燃油預(yù)濾器

燃油預(yù)濾器和手油泵應(yīng)由原始設(shè)備制造商（OEM）負(fù)責(zé)安裝，OEM燃油預(yù)濾器用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)向燃油系統(tǒng)注油，其運(yùn)轉(zhuǎn)工作僅30 s，并由ECM控制工作。預(yù)濾器過濾精度為10 μm。在燃油預(yù)濾器上帶有油水分離器，要求駕駛員每天必須排水，尤其是在冬季時(shí)，應(yīng)在收車后及時(shí)排除從燃油中分離沉積出來的水，防止隔夜后燃油預(yù)濾器結(jié)冰，造成啟動(dòng)困難。在進(jìn)行保養(yǎng)或更換濾芯后，可用手油泵向預(yù)濾器中注油。

3.2燃油濾清器

燃油濾清器過濾精度為3 μm，在更換燃油濾清器時(shí)，不允許預(yù)先注滿燃油。在鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)到ON時(shí)，由電動(dòng)輸油泵工作30 s，完成向燃油系統(tǒng)預(yù)注燃油。若進(jìn)行錯(cuò)誤操作，向該燃油濾清器注油，會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)故障，在維修保養(yǎng)時(shí)應(yīng)予以注意。

4高壓油泵

高壓油泵的工作原理是：凸輪軸的凸輪圓形凸起在低端時(shí)，挺桿組件完全被壓縮，這時(shí)油泵柱塞可以自由移動(dòng)。當(dāng)凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)上升時(shí)，滾輪挺桿和油泵柱塞完全接觸，在泵油腔內(nèi)的燃油被加壓。壓力油打開出口單向閥，與此同時(shí)入口單向閥關(guān)閉，燃油被泵出高壓燃油泵頭。

為維修方便，避免更換整個(gè)高壓油泵總成，將高壓油泵外部結(jié)構(gòu)分成四大模塊組件，即泵頭、EFC（電子燃油控制執(zhí)行器閥）、泵體和齒輪泵（二級(jí)泵），方便維修時(shí)部分更換。

5電子燃油控制（EFC）執(zhí)行器

電子燃油控制（EFC）執(zhí)行器是一個(gè)由PWM脈沖寬度調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)的開關(guān)閥，也就是電磁閥，用于計(jì)量進(jìn)入到高壓油泵柱塞油室的燃油量。因此，又叫做常開式滑動(dòng)套筒比例電磁閥。當(dāng)沒有電流通過執(zhí)行器時(shí)，它被一個(gè)彈簧固定在開啟位置，允許低壓燃油通過它進(jìn)入高壓油泵柱塞油室，這時(shí)可以向高壓油泵提供最大流量的燃油。當(dāng)ECM輸出脈沖信號(hào)改變高壓油泵進(jìn)油截面積，迫使EFC閥關(guān)小時(shí)，可以減少進(jìn)入高壓油泵的燃油量。

EFC閥由ECM控制開度大小，ECM還控制油軌中的燃油壓力，油軌上的壓力傳感器感應(yīng)實(shí)際的燃油壓力，并將壓力大小輸入ECM， ECM再控制EFC閥的工作。

檢修時(shí)，當(dāng)打開點(diǎn)火鑰匙開關(guān)后再關(guān)閉時(shí)，應(yīng)能聽到電子燃油控制執(zhí)行器電磁閥發(fā)出的“咔噠”聲，用手放在上面應(yīng)能感到有振動(dòng)。

用INSITE服務(wù)軟件可以讀取電子燃油控制執(zhí)行器供油設(shè)定值及電子燃油控制執(zhí)行器占空比和共軌壓力控制器供油設(shè)定值。測(cè)定數(shù)值應(yīng)分別是：占空比，即信號(hào)頻率，單位是Hz；電磁閥線圈電阻值，約3 Ω左右；ECM輸出最大電流，應(yīng)小于2 A。

當(dāng)EFC閥失效（如卡滯）不能打開時(shí)，會(huì)使高壓燃油不能進(jìn)入高壓油軌。其故障原因通常為燃油中有雜質(zhì)，這時(shí)應(yīng)清洗EFC閥。若電子燃油控制執(zhí)行器與ECM連接線路斷路，也會(huì)導(dǎo)致ECM對(duì)電子燃油控制執(zhí)行器電磁閥無法控制，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)熄火或無法啟動(dòng)。

6齒輪泵

燃油齒輪泵用于從燃油箱向高壓油泵輸送燃油，在圖1所示的柴油機(jī)燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖中可以確切知道齒輪泵（相當(dāng)于二級(jí)泵）的安裝位置和它的工作情況。齒輪泵軸和高壓油泵驅(qū)動(dòng)軸相連接，并以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，它們的轉(zhuǎn)速為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一半。

齒輪泵驅(qū)動(dòng)軸有雙重密封油封，用于分隔泵中的燃油和高壓油泵殼體中的機(jī)油。在兩個(gè)油封之間有一個(gè)泄油口，用于保障有效的密封。

齒輪泵內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)器設(shè)定壓力值為12 bar（174 psi），用壓力調(diào)節(jié)器限制在正常工作時(shí)低壓燃油泵內(nèi)的燃油壓力，齒輪泵正常輸出壓力為90 psi。

7油軌

高壓共軌燃油系統(tǒng)中的油軌是一個(gè)很重要的部件，是鋼質(zhì)鍛造件，它的工作是用于儲(chǔ)存由高壓油泵泵入的高壓燃油，并由其上安裝著的限壓閥保持油軌中的壓力穩(wěn)定，防止噴油器供油產(chǎn)生壓力波動(dòng)。當(dāng)油軌中的然油壓力達(dá)到1850 bar時(shí)，限壓閥打開，調(diào)節(jié)軌壓到850～1000 bar范圍內(nèi)。燃油油軌見圖2。在油軌上安裝有壓力傳感器和限壓閥，這兩個(gè)部件嚴(yán)禁拆卸，若油軌發(fā)生故障，應(yīng)當(dāng)更換總成。燃油油軌也不允許對(duì)其進(jìn)行排氣操作。對(duì)油軌的安裝、使用要嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行。當(dāng)需要對(duì)噴油器進(jìn)行斷缸測(cè)試時(shí)，需要用專用工具堵住燃油管路進(jìn)油口，如圖2，在進(jìn)油口上安裝的專用工具，是進(jìn)行斷缸測(cè)試時(shí)用的。在油軌上，某些零部件的安裝位置可能不同，如限壓閥的安裝位置，但其工作原理和所起的作用完全一致。

圖2燃油油軌

8噴油器

ECM控制噴油器電磁閥線圈可進(jìn)行多次噴射，即預(yù)噴、主噴和后噴，多次燃油噴射可以抑制缸內(nèi)有害物的生成，可節(jié)能減排。

這種帶連接管的噴油器，一般用在重型柴油機(jī)直列柱塞泵共軌系統(tǒng)上。在這種噴油器體上有進(jìn)油孔和回油孔，進(jìn)油口上連接著進(jìn)油連接管，回油孔流出的燃油通過汽缸蓋的回油道返回燃油箱。其工作原理是電磁閥通過打開球閥，使控制腔泄壓打開針閥進(jìn)行噴射。

噴油器是共軌系統(tǒng)精密度很高的部件，電磁閥線圈控制噴油量和噴油正時(shí)。為了保證嚴(yán)格的密封銅質(zhì)墊圈和O形圈絕不能漏裝。在更換噴油器時(shí)應(yīng)同時(shí)更換高壓燃油連接管，并按照嚴(yán)格的緊固力矩和步驟安裝噴油器。否則，會(huì)損壞噴油器或?qū)е侣┯汀l(fā)動(dòng)機(jī)油軌燃油壓力低和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足等故障。

該噴油器電磁閥有很高的響應(yīng)速度，電磁閥開啟、延遲時(shí)間均不大于0.2 ms，可以精確滿足噴油量和噴油正時(shí)要求。

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