（动力机械及工程专业论文）电动燃油泵耐久性研究及试验方法研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 燃油泵是供油系统的关键部件，因喷油器在喷油时应具备相当高的压力 ( 一般为2 4 5 k p a ) ，所以燃油泵的正常与否直接影响到发动机的起动与运转。 发动机电动燃油泵是e f i 系统中的重要元件。在e f i 系统中电动燃油泵将燃油 从油箱泵出，经过燃油滤清器后再经过压力调节器，然后经过输油管路配送给 各个喷油器和冷启动喷油器。燃油泵的性能势必将影响发动机的启动性能、运 行状态、排放等。在日益强调汽车的节能环保以及操纵的灵活性、乘坐的舒适 性、乘车人员的安全性的今天，作为发动机重要组成的电动燃油泵，对发动机 的这些性能有着很大的影响。在电动燃油泵投入使用之前对其耐久性、可靠性 有一个可供参考的数据，将日益引起乘车人员的关注。 本文详细论述了电动燃油泵耐久性试验台的硬件及软件设计方案。试验台 的开发是围绕模拟电动燃油泵实际运转环境温度，同时又能调整燃油流量的大 小。鉴于实验时间较长，因此设计开发了专用的循环装置及循环监控系统。本 课题针对这些特殊性能要求，设计了具有独创性的台架结构，包括模拟机体部 分，移动导轨部分，电动燃油泵实际油路循环模拟部分，采用高低温箱系统模 拟可变的温度环境，采用传感器系统模拟变化的油路循环，实现了电动燃油泵 耐久性研究的自动化等等。电动燃油泵耐久性试验台测控系统的硬件部分以计 算机为核心，配以外围接口电路，放大装置和传感器，构成闭环控制系统，主 要完成实验温度、压力、流量以及油泵启动电流等参数的采集和处理，同时实 现实验系统的自动化运转情况的控制。 控制系统采用v i s u a lc + + 6 o ) b 开发环境，利用面向对象的设计思想，开发 了台架控制软件。软件采用了传统的w i n d o w s 6 0 文用户界面，以对话框和属性页 的形式对参数设定，所有实验数据都直接显示在界面上，直观明了，非常简单 易用。点击控制界面的开始测试键，程序自动调用v c + + 的相关函数读取a d 卡指 定端口的数据，完成数据的采集；同时程序又能把我们输入的命令发送n a d 卡 的指定端口，控制外部设备的工作。软件会对采集的数据采取一定的处理方式， 在屏幕上以相关曲线显示，并生成和打印测试报告。 关键词：耐久性、电动燃油泵、台架、实验 武汉理t 大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ee l e c t r o n i cf u e lp u m pf o ra u t o m o b i l ee n g i n ei sa ni m p o r t a n tp a r to fe f i s y s t e m i nt h ee f is y s t e m ，e l e c t r o n i cf u e lp u m pp u m p s o i lf r o mt h ef u e lt a n k ，t h r o u g h f u e lf i l t e r ，p r e s s u r er e g u l a t o rt h e nf e e d i n ge v e r yi n j e c t o ra n dc o l ds t a r ti n j e c t o r t h e p e r f o r m a n c eo fe l e c t r o n i cf u e lp u m pc e r t a i n l yw i l li n f l u e n c et h es t a r tp e r f o r m a n c e a n ds t a t e o fr u nt oa u t o m o b i l ee n g i n e ，a n dt h ee x h a u s to fa u t o m o b i l e b e c a u s eo f e m p h a s i so ne n e r g y c o n s e r v i n g ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n do p e r a t i o n a lf l e x i b i l i t y ， c o m f o r t a b l e n e s sd a yb yd a y , a st h ei m p o r t a n tp a r to ft h ee n g i n e ，e l e c t r o n i cf u e lp u m p h a v ev e r yg r e a ti n f l u e n c eo nt h ep e r f o r m a n c eo ft h ee n g i n e h o wt o r a t i o n a l l yl a y o u tt h er i g h td a t a sf o rt h ew e a r i n go ft h ee l e c t r o n i cf u e lp u m pw i l lb eac o n c e r n e d q u e s t i o nd a yb yd a y t h i sa r t i c l ep r e s e n t st h ed e s i g np l a no fs o f t w a r ea n dh a r d w a r eo ft h ew e a r i n g t e s t b e n c hf o re l e c t r o n i cf u e lp u m ps y s t e mi nd e t a i l t h ed e v e l o p m e n to ft e s t - b e d c e n t r e so ni m i t a t i n ga na c t u a lo p e r a t i n ge n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r eo fe l e c t r o n i cf u e l p u m p ，a n dg e t sac h a n g i n g f l u xa tt h es a m et i m e w h e r e a st h e r ei sal o n gt e s t i n gt i m e ， ih a v ed e s i g n e dt h e i n n o v a t i v es t r u c t u r eo ft e s t - b e dw h i c hc a ng i v e sac i r c u l a t o r yt e s t e n v i r o n m e n ta n dac i r c u l a t o r yo p e r a t i n gs y s t e ma i m i n ga tt h e s es p e c i a ld e m a n do f p e r f o r m a n c e ，i h a v e d e s i g n e d t h ei n n o v a t i v es t r u c t u r eo f t e s t b e d ，i n c l u d i n g s i m u l a t i o ne n g i n ef u e lt a n k ，t h ep a r to fm o v i n gg u i d i n gt r a c k s ，t h es i m u l a t i o np a r to f t h ee l e c t r o n i cf u e lp u m p sa c t u a lf u e lr o a d ，t h ec h a n g e de n v i r o n m e n t a ls i m u l a t i o n p a r t o fe l e c t r o n i cf u e lp u m 呻i g h l o w t e m p e r a t u r eb o x ，t h e s e n s o r sp a r to f d y n a m o m e t e rs i m u l a t i n gc o m p r e s s o ra sl o a de t c t h e nt h ea u t o c o n t r o lo ft h es t u d yt o t h ew e a r i n gt e s to fe l e c t r o n i cf u e lp u m pc a l lb er e a l i t i e d c o m p u t e ri st h ec o r eo ft h e w e a r i n gt e s to fe l e c t r o n i cf u e lp u m ps y s t e mt e s t b e n c h sh a r d w a r e ，e q u i p p e dw i t ht h e i n t e r f a c ec i r c u i t ，a m p l i f e rd e v i c ea n ds e n s o r a l lt h o s ep a r t sc o n s t i t u t eac l o s el o o p c o n t r o ls y s t e mt or e a l i z et h es i g n a lc o l l e c t i o na n d p r o c e s s a tt h es a m et i m ew ec a l l c o n t r o lt h el o a ds i z eo fe a c ha c e e s s o f i e sa n do p e r a t i o no fe l e c t r i c a lm a c h i n e r yb yt h e c o n t r o ls y s t e m w et a k ev i s u a lc + + 6 0a sd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t w h i c hu t i l i z ed e s i g n p h i l o s o p h yo fo b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g ( 0 0 n w ed e v e l o p e dt h ee n t i r es o f t w a r e 武汉理工大学硕士学位论文 b yv c + + 6 0u n d e rw i n d o w so p e r a t i n gs y s t e m i t sf r i e n d l yg r a p h i cu s c ri n t e r f a c e ， f l e x i b l eo p e r a t i n gm a n n e r a n dp o w e r f u ld a t ap r o c e s s i n gf u n c t i o n c l i c k i n g s t a r t t e s t k e y p r e s so i lc o n t r o li n t e r f a c e ，s y s t e mw i l lr e a dt h ed a t ai ns p e c i f i cp o r to fa d c a r db yn l nr e l a t e df u n c t i o no fv c + + a n dr e a l i z et h ed a t ac o l l e c t i n g a tt h es a m et i m e s y s t e mc a ns e n do r d e rt os p e c i f i cp o r to fa dc a r dt oc o n t r o lt h ep e r i p h e r a le q u i p m e n t t h es o f t w a r ew i l lp r o c e s sc o l l e c t e dd a t aa n ds h o wc o r r e s p o n d i n gc u r v eo ns c r e e n ， p r o d u c ea n dp r i n tt h et e s tr e p o r t k e y w o r d s ：w e a r i n g ，e l e c t r o n i cf u e lp u m p ，t e s tb e d ，o p t i m i z a t i o nd e s i g n ，t e s t 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 。1 汽车电动燃油泵的概述及耐久性研究现状 1 1 1 汽车电动燃油泵概述 电动燃油泵原理及判定 燃油泵主要由泵体、永磁电动机和外壳三个部分组成。 工作原理为：永磁电动机通电后带动泵体旋转将燃油从进油器吸入，流经 电动燃油泵的内部，再从出油口压出，给燃油系统供油。 电动燃油泵的外壳两端卷边铆紧，使各个部件组成一个不可拆卸的总成， 因此电动燃油泵一般不修理。燃油泵的附加功能由安全阀和单向阀完成，安全 阀的作用是避免燃油管路阻塞时，压力过分升高造成油管破裂或损伤燃油泵的 现象发生。安全阀的标定压力为2 6b a r ，单向阀的设置是为了防止在燃油泵停 止工作时密封油路，使燃油系统保持一定的残压，以便发动机下次起动时容易。 电动燃油泵安装在整车的油箱内的底壳上，油箱的底壳上有局部下陷构成 的油池。油泵工作时从油池中吸油，出油口经过输油管穿过油箱盖与外部供油 管路连接。 油泵的上部由油箱盖和油箱盖垫片，将油泵紧紧地压在油箱内。在油泵上 有出油、回油标计箭头，可按该箭头确定管路的连结。 油泵电路的连结： 油泵电路有5 路连接口，其中2 路为油泵的电源，另3 路为液面显示。电 源电路中红色为“+ ”极，该极应接在电喷系统线束的接口上，该电源由e c u 控 制的继电器控制。 燃油泵提供的燃油流量为8 0 l d 、时，多余的油再循环，流入燃油箱内，燃 油在循环过程中冲洗和冷却喷油咀体。 电动燃油泵的好坏判断 a 电动燃油泵损坏前，其噪声比正常时间有明显的增大，通过听声音就能 判断出来。 b 检测电动燃油泵电枢绕阻的电阻，一般电阻在1 0 2 0 q 左右，若阻值过 大或过小，说明电动燃油泵电枢绕阻有短路，电刷接触不良或绕阻断路等故障。 c 检查电动燃油泵的输油量：拆下电动燃油泵的出油管，将电动燃油泵的 接线柱通l l 。5 v 以上的电压，用量杯从出油口收集燃油，3 0 秒种内泵油量应不 少于0 。6 升，否则说明泵体为安全阀有故障。 电动燃油泵为不可修复件，当判定为损坏时，必须更换。 电动燃油泵的拆卸及安装时，必需须切断总电源。 武汉理工大学硕士学位论文 电脑控制燃油泵的特点： 当燃油泵接通后，将点火开关接到i i 档位置时，油泵开始供油，如果在1 0 秒 钟之内e c u 收到发动机的转速信号是低于最小起始转速或发动机停机时，油泵 电源就被切断，目的是防止油泵长期工作、并为出现意外情况时切断油路。当 发动机运转或起动功况下，油泵电源是接通的。 燃油泵是将燃油从油箱吸出，经喷油嘴喷入发动机的动力来源，是电子燃 油喷射系统燃料供给系统中的重要元件。电动燃油泵将燃油从油箱中吸出，滤 清后，强制压往主压力油管。系统实现连续喷射的关键是控制油压的空燃比控 制器，油压实际上是单位时间里电动燃油泵向油路中的输油量。燃油泵出现问 题将会导致：起动机运转正常，发动机不能启动、怠速不稳、热启动困难、启 动后熄火、发动机断火、起步无力、加速响应不好、行驶时发动机熄火、热车 时运转不稳、排放增加、燃油消耗增加等。 电动燃油泵从燃油箱吸入燃油，加压后通过喷油器供给发动机。电动燃油 泵有两种安装方式：一种是安装在燃油箱外，安装在输油管路中的外装串联式， 其代表陛的喷射系统为博世k 型燃油喷射系统，电动燃油泵在系统的位置如图 1 1 卜1 所示。另一种是安装在燃油箱内的内装方式，其代表性的喷射系统为博 世d 型喷射系统和博世l 型喷射系统，电动燃油泵在系统的位置如图1 1 卜2 和图1 1 卜3 所示。目前电动燃油泵一般都安装在汽车的燃油箱内。 袖囊 图1 1 卜1 博世k 型燃油喷射系统 武汉理工大学硕士学位论文 点火拜若 油秉 图1 1 卜2 博世d 型喷射系统 只用于。烈一m盎气彳然莘：一。朋于堋一f f i 巅言：一一i li 电位什 1 r 。一 图1 1 卜3 博世l 型燃油喷射系统 3 武汉理工大学硕士学位论文 燃油箱内安装的电动燃油泵安装管路简单，不容易产生气阻和漏油现象。本 实验台中所用的油泵安装方式就是采用油箱内安装，安装示意图如图1 1 。卜4 所示。 支架 ，外装串联式滚柱式 e f i l 一，兰 武汉理工大学硕士学位论文 这种电动燃油泵安装在燃油箱外，它主要由油泵驱动电动机和滚柱式油泵 组成，设有保护燃油输送管路用的安全阀、保持残余压力用的单向阀、防止燃 油脉动的阻尼稳压器，以及燃油吸入和排出口。这种电动燃油泵可以安装在输 送管中的任何位置。外装式电动燃油泵的结构图与供油原理图如图1 1 卜5 所 示： 隧怒爨瘫灏 筑毖 藤荸聚髂 图1 1 1 - 5 外装式电动燃油泵的结构与供油原理图 泵体部分是由燃油泵电动驱动的转子( 与泵套偏心安装，如图1 1 卜5 所 示) 、转子外围的泵套、转子和泵套之间起密封作用的滚柱组成。电动机转动时 带动转子转动，在离心力作用下，滚拄贴着泵套内壁转动，由于转子和泵套偏 心安装，使转子、滚柱和泵套三者所包容的容积发生周期性变化，使汽油从一 武汉理工大学硕士学位论文 侧的吸入口吸入，从另一侧的排出口排出。从吸入口吸入的汽油，由泵室排出 后，在电动机壳体内单向阀、阻尼稳压器送到排出口。 通常使用的电动燃油泵，在外加电压为1 2 v 、排出压力为2 5 0 k p a 时，排出 流量为1 0 0 l h ，消耗电流在5 a 以下。泵的排出流量随电压而变化。滚柱式电动 燃油泵的转子每转一转，排除的燃油就要产生与滚柱数目对应个数的压力脉动。 ( 2 ) 内装式电动燃油泵 内装式电动燃油泵安装在油箱内，所以噪声小，同串联式电动燃油泵相比， 其优点：一是不容易产生气阻；二是对漏油时产生的危害少。为了保证泵油性 能良好，油箱内的油泵除了转子式油泵外，还有涡轮式油泵。本文所进行的耐 久性实验的试件就是涡旋式的内装式电动燃油泵。其结构如图。1 1 卜6 ( a ) 所 示： 图1 1 卜6 ( a ) 涡旋式的内装式电动燃油泵 l 一单向阀；2 一出油座组件；3 一电机组合；4 一叶轮； 5 一泵盖组件 由于涡旋式的电动燃油泵排出的燃油压力脉动小，所以不需要安装阻尼稳压 器。涡旋式电动燃油泵的工作原理如图1 1 卜3 ( b ) 所示，其有电动机驱动，驱 动力矩传递到涡轮上，位于涡轮外围的叶片沟槽前后因为液体的摩擦作用产生 压力差，由于很多叶片沟槽产生的压力差循环往复而使燃油升压。升压后的燃 油，通过电动燃油泵内部经过单向阀从排出口排出。 涡旋式电动燃油泵结构简单，油泵噪音小，油路中油压波动小。油泵由电机、 涡轮泵、单向阀、安全阀及滤网组成，由于这种形式的燃油泵输出脉动小，所 以不需要阻尼稳压器就可达到小型轻量化的目的；同时，驱动涡轮的电机扭矩 武汉理工大学硕士学位论文 小，转速高，也可使电机达到小型轻量化的要求，这些优点使这种形式的油泵 应用越来越多。而且由于这种油泵尺寸小，所以能够直接装入油箱。 图1 1 卜3 ( b ) 涡旋式电动燃油泵的工作原理 1 一泵壳；2 一涡轮：3 一叶片沟槽 我们知道，装有电喷系统的汽车，只要发动机处于运转状态，油泵就处于工 作状态下。也就是说，不论汽车处于怠速状态，还是正常运行状态，电动燃油 泵一直处于工作状态。由此可知，电动燃油泵的使用寿命就与汽车续行里程的 大小、汽车行使性能休戚相关。因此对电动燃油泵耐久性的研究是有着直接的 现实意义的。 因为对于我们来说，对电动燃油泵进行耐久性是没有一点经验的，完全是 从零开始。为了确切的了解目前国内外对电动燃油泵耐久性研究的情况，我详 细的查阅了相关的资料。首先对国内资料的查阅，在具有权威性的期刊中 国期刊网内输入“电动油泵”时，从1 9 7 6 年2 0 0 6 年的资料中只有对电动油泵 故障的相关资料，于是我又查阅了其他一些有可能会有这方面资料的书籍、电 子资料，也没有找到相关资料。同时我也查阅了具有权威性的i e e e i e e e l e c t r o n i cl i b r a r y ，在这里找到的与电动燃油泵相关的资料，只是对其部件 武汉理工大学硕士学位论文 耐久性及其他性能的研究，而没有对整个油泵耐久性研究的资料。由此可见对 电动燃油泵耐久性的研究是具有填补空白的实际意义的，同时也存在着重重困 难，有许多技术问题需要解决。 总之，本文介绍的对电动燃油泵耐久性的研究是一个全新的课题，几乎找 不到可供借鉴的资料，目前所作的工作只是一种探索。 1 2 电动燃油泵进行耐久性实验的必要性及可行性分析 电动燃油泵将燃油从油箱中吸出，滤清后，强制压往主压力油管。系统实 现连续喷射的关键是控制油压的空燃比控制器，油压实际上是单位时间里电动 燃油泵向油路中的输油量。燃油泵出现问题将会导致；起动机运转正常，发动 机不能启动、怠速不稳、热启动困难、启动后熄火、发动机断火、起步无力、 加速响应不好、行驶时发动机熄火、热车时运转不稳、排放增加、燃油消耗增 加等。 而且油泵的泵油量还随发动机的负荷变化而变化，发动机在高速、大负荷工 况下，需要供油量大，油泵高速运转，以增加油泵的泵油量。由此可见，燃油 泵的工作状况非常恶劣，因此油泵的磨损是不可避免的。油泵一旦出现故障， 整车就处于瘫痪状态，因此完全有必要对燃油泵生产厂家生产的燃油泵的耐久 性有一个量化的标准。 随着现代科技的突飞猛进，数字技术以及数字产品越来越能满足一些特殊情 况的需求。本课题就是借助于工控机的强大的数据处理能力，以及传感器的测 试技术，实现了对实验过程的智能化控制。利用节流阀实现了油路压力的模拟， 利用高低温箱实现了的温度模拟。因此，对电动燃油泵进行耐久性实验是完全 可以实现的。 本人以为造成这种只是研究部件而没有对整体耐久性进行研究的原因在于， 很难找到一个类似于汽车实际运行状态的模拟环境。由实验设备来模拟汽车的 实际运行环境；同时考虑到实验的实际情况，如实验的职能化问题等等，这样 所要面对的难题主要是：第一，实验液的选择；第二，实验箱的密封性问题； 第三，实验箱内实验液液面的保持；第四，环境温度的实现方法；第五，实际 油路循环的模拟；第六，实验液箱安装固定；第七，传感器的安装固定问题： 第八，传感器输出信号的处理；第九，实验台的控制系统，等。 鉴于这些情况，本课题将着眼于汽车实际运行工况的模拟上。怎样找到一 个满足需要的模拟环境是问题的关键所在。本实验的实验液必须是汽车有汽油， 武汉理工大学硕士学位论文 所以实验液箱的密封性就是必须要解决的问题， 1 3 课题的意义及主要研究内容 电动燃油泵进行耐久性研究是一个全新的课题，目前所做的工作尚是一种 探索。本课题中我选用以某厂家生产的电动燃油泵作为研究对象，通过在试验 台上对其一系列的参数进行测试从而得出其在模拟环境下最大的耐久寿命。这 样就可以对生产的油泵的使用寿命有了一个具有很高可信度的依据。 发动机电动燃油泵耐久性试验台选用高低温箱、节流阀、流量计作为主要 实验装置来模拟发动机的各种运行情况。因为高低温箱具有温度改变范围大( 一 般为：- 4 0 1 2 0 ) ，因此几乎可以包括汽车的任何运行环境温度；节流阀 具有响应速度快，调节流速脉动小，可以实现从零到最大流速的连续调节，可 以给实验提供一个理想的压力，基本符合发动机的实际运转压力变化。同时流 量计可以随时测量当时情况下的流量。比较符合发动机的运行情况。 试验台通过加载装置模拟电动燃油泵在发动机在实际运行过程中的多种受 载状态。由于要适用于不同的系统，所以各加载装置的负载要有可调功能。在 此试验台上，考虑空间位置和试验台成本各方面的因素，我们选用节流阀模拟 发动机中电动燃油泵的的泵油情况，所以这部分的负载调节不成问题。对于实 验油箱内实验液液面自动控制，我们把整个油箱一分为二，我们通过外接电磁 阀来控制油箱内泵工作来实现，从而实现实验液液面的可调。 电动燃油泵的最优状态需要通过比较大量的参数才能反映出来，所以我们 选用了一系列的传感器来多方面测量系统的运行参数。测试的参数包括：实验 温度、压力、电动燃油泵的启动电流、电压。通过对测量的这些参数进行处理， 我们可以得到一些相关数据，电动燃油泵零部件的耐久问题。这些都是反映电 动燃油泵是否优良的重要参数。所以通过比较不同环境下的这些参数，我们就 可以得到最优的耐久性参数。 计算机控制系统是试验台的重要组成部分，它是最终能否实现智能化耐久 性实验的关键。我们通过计算机系统硬件电路与软件编程实现我们的要求功能。 主要实现以下功能：1 ) 对试验数据进行自动采集、运算、记录，并进行硬拷贝， 以增强试验客观性和可信度；2 ) 对整个试验过程进行自动管理，以减轻操作 者劳动强度； 3 ) 提供人机对话功能，能够接受操作者输入的各种参数，并按 要求将试验数据实时反馈给操作者；4 ) 采用操作截面的方式对整个实验过程 中的数据以曲线的方式表示出来；5 ) 实现故障自诊断，便于维护。硬件电路主 武汉理工大学硕士学位论文 要用于信号的采集、处理和转换，软件编程则选用了面向对象的程序设计语言 c + + ，实现了窗口化的输出。 1 4 研究的目标、内容和拟解决的关键技术 本课题的主要目的构建电动燃油泵耐久性试验台，并利用此试验台进行电 动燃油泵的耐久性研究。在此试验台上，可以完成整个循环油路的油量调节、 实验环境温度的调节，能够模拟实际情况。对于不同的实验要求，台架上的测 试装置能够实时地检测系统的各种运行参数，这些信号经过处理后输入计算机 控制中心。计算机控制中心再对这些参数进行适当计算处理，然后输出系统相 关的特性曲线。然后对实验完成后的油泵进行分解操作，然后对各个部件的磨 损情况进行分析研究，然后得出油泵耐久性的相关数据。 本课题拟解决的关键技术： 1 、燃油泵的负载具有可调功能。 2 、实验设备具有实际运行工况的模仿功能。 3 、实验液的液面可以实现自动判断及自动调整。 4 、可以实现实验液的方便更换。 5 、实验油箱具有良好的密封性。 6 、可以方便地实现试件的安装固定和更换。 7 、实验油箱的安装固定。 8 、传感器的安装固定。 9 、信号综合处理。 1 0 。计算机控制系统。 1 5 预期的研究成果和创新点 本课题是我们与浙江玉环康林有限公司的合作项目，最后将加工组建一台 符合双方协议，满足使用要求的电动燃油泵耐久性试验台。此试验台目前在国 内还没有同类产品。它的创新点在于能够调节油路循环的参数，模拟电动燃油 泵系统的实际运行状态，并动态测试电动燃油泵在不同环境下运转的各种参数， 对各类数据进行综合处理，然后对电动燃油泵的部件进行实际的磨损情况进行 比较研究，从而得出被实验油泵的耐久性情况。 1 。6 本章小结 本章主要概括了整个课题的一些相关研究课题，同时也讨论了几种电动燃油 泵的结构以及工作原理。本文主要研究油箱内式燃油泵中的涡轮式油泵，这种 武汉理工大学硕士学位论文 燃油泵将油泵设计在油箱内，此种形式的燃油泵与油箱外的油泵比较，其优点： 一是不容易产生气阻；二是对漏油时产生的危害少；三是泵油性能良好。其外 观图和工作原理如图l 。6 1 所示： 图1 6 1 涡轮式油泵外观图和工作原理 本试验台的试件就是浙江玉环康林实业公司生产的涡轮式油泵。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章试验台机械部分 供油系统是电控燃油喷射系统的重要组成部分，也是较容易出现故障的部 位之一。其油流方向是：油箱一电动燃油泵一汽油滤清器一汽油压力调节器一 喷油器一进气管一进气门一气缸；及油箱一电动燃油泵一汽油滤清器一汽油压 力调节器一回油道一油箱，由此可以看出燃油泵出现问题时，整个油路就不能 正常工作，也可以说电动燃油泵的耐久性就是整个油路的耐久性，当然油泵是 可以更换的，但是其耐久性与汽车的最大续航里程直接挂钩。然而发动机燃油 系统的供油工作是一个很复杂的过程，在工作循环过程中受诸多因素的影响； 同时燃油泵做为燃油系统的“先头兵”，其工作性能的好坏将直接关系到发动机 后继燃烧过程的好坏，以至于整车性能的优劣。对燃油泵耐久性的描述，单靠 数学计算远不能满足要求，即使借助于计算机，也必须有一个可以提供一个好 的模拟环境的实验台，只有借助实验台才能比较好的研究油泵的耐久性，而且 模拟的结果与实际情况可能有很大出入。因此在研究电动燃油泵耐久性的过程 中，还必须借助于试验手段，因此实验台是研究电动燃油泵耐久性的最好方法。 而且电动燃油泵耐久性的试验对于燃油泵的设计、开发、制造都是必不可少的。 实验数据将是电动燃油泵品质的重要依据。 台架试验是发动机及其部件各种性能的主要试验手段，在国内外无论是研 究单位还是制造单位的研究水平愈高，其台架试验设备也就越先进。近年来随 着对汽车产业节约能源和环境保护的要求的不断提高，对试验台架的功能要求 也越来越多。试验台架不仅要能进行稳定工况试验，还要能进行变工况试验； 不但能进行耐久性试验，还应能够进行工况变化的瞬态试验；因此发动机的台 架试验技术随着汽车发动机产业的发展而不断发展。台架试验同样也是电动燃 油泵在开发设计中主要的试验手段。借助台架对电动燃油泵各个部件的各项运 行参数进行测试，通过分析比较从而得出生产的油泵是否满足要求。目前国内 各汽车发动机研究单位在发动机试验台架的开发上投入的力量比较多，技术比 较成熟，但在电动燃油泵耐久性的试验台架这一块还处于空白。借助于发动机 试验台架的一些比较成熟的经验，我们来构建燃油泵耐久性试验台架。 电动燃油泵位于油箱内，在吸入侧有一个网式滤清器，泵内装有一个止回 阀和一个限压阀。限压阀设定开启压力为2 6 0 k p a 。电动燃油泵直接由电于控制 器( e c u ) 供电，如果汽油机转速降至低于5 0 r m i n 时就会切断电源，并停止供 油。当点火开关处于“运行”位置时，无须启动汽油机，电动燃油泵即开始工作， 武汉理工大学硕士学位论文 自动运转五秒后停止，使管路充满油，以便点火时使发动机能顺利启动。 燃油系统和工作原理如图2 1 所示，其中包括各个附件。 回油臂 图2 1 燃油系统和工作原理 本课题中我们考察的对象只是燃油中的油泵部分，所以在构架试验台架时 可以不必考虑发动机燃油喷射系统的其他部分。出于简化系统的目的，我们只 保留了油箱部分，而取消了油泵的后续部分及其配套装置。为此，我们需要选 用一个能够模拟油路循环的实验设备，然后通过模拟油泵在实际燃油系统中的 工作来配合实验台中试件的运作。发动机在高速、大负荷工况下，需要供油量 大，油泵高速运转，以增加油泵的泵油量。当发动机在低速、中小负荷工况下 工作时油泵低速运转，以减少泵的磨损及不必要的电能。因此发动机上燃油 泵要提供一个满足需要的燃油压力。在试验台架上，要真实的模拟电动燃油泵 的运行状态参数及输出压力等状况，就必须让被试验的油泵与发动机上的工作 油泵有相同的工作状况，即需要有对应模拟发动机各种转速，即各种工况下的 设备。但台架要做变工况试验，并且要使结构尽量从简，就不能简单的把某个 型号发动机上的燃油系统搬到台架上。高低温箱可以用来作为模拟实际发动机 工作温度的设备，它可以提供一个一3 0 c 7 0 。c 范围内的环境温度，基本上满足 发动机的各种情况，完全可以选用来代替各个负载。但实际的燃油系布置中各 个附件布置在一个比较有限的空间内，而且油泵必须安装在油箱内，油箱必须 安装在高低温箱的储物柜内，而高低温箱的体积储物柜较小，这里将受到空间 的限制，同时高温对设备也会造成损坏；因此就要考虑把一部分设备放在高低 温箱的外部。 同时为了便于操作，实现远程控制，把整个实验台的控制部分作为一个整 武汉理工大学硕士学位论文 体控制柜。而且把安装试件的实验台部分与实验台控制柜部分用数据线连 接。实现了整个实验的远程控制，减少了人员的操作。 2 1 实验标准 2 1 1 可靠性和耐久性试验 2 1 1 1 耐久性试验 在试验的期间内，试验设备的备置不能改变。 除了另有规定，汽油应隔1 5 0 1 8 0 小时( 每周一次) 更换一次 2 1 1 1 1 更换燃料的耐久性试验方法 电压：1 3 5 0 5 v 压力：3 3 0 l o k p 试验液温度：环境温度 试验周期：3 0 0 0 小时 试验液变更：1 0 0 无铅汽油 试验液：含1 5 甲醇的无铅汽油 含2 0 乙醇的无铅汽油 试验程序： 试验3 0 0 0 小时每1 0 0 0 小时分解3 个泵，试验油泵的性能，测量每一个泵的碳 刷和整流子的磨损。 报废试验后的油泵。 绘出碳刷和整流子的磨损图。 使用归纳法分析零件磨损图，零件的设计寿命在每一个区域内( 指每一种燃油) 应不小于5 0 0 0 小时。 对剩下的泵试验3 0 0 0 小时，对其性能进行评价。 对谈刷和整流子的寿命利用w e i b u l l 分析，做出w e i b u l 曲线。 验收标准： 试验结束后，油泵运行1 0 秒后，在规定的压力下，应提供的最小流量为1 01 h 。 碳刷和整流子在大于5 0 0 0 小时的设计寿命期间，故障为1 。 2 1 1 1 2 改变温度的耐久性试验方法 电压：1 3 5 0 5 v 压力：3 3 0 _ + l o k p 武汉理工大学硕士学位论文 试验循环；1 5 分钟开3 0 秒关 试验液：1 0 0 无铅汽油 a ) 试验周期：1 5 0 小时 燃油温度：- - 3 0 2 b ) 试验周期：1 6 5 0 小时 燃油温度：环境 c ) 试验周期：1 2 0 0 小时 燃油温度：6 0 2 试验程序： 油泵试验根据特性参数。 记录每一次测量的电流随时间的改变。 验收标准： 试验结束后，油泵运行1 0 秒后，在规定的压力下，应提供的最小流量为1 01 h 。 2 。1 1 2 汽油含尘耐久性试验 电压：1 3 5 0 5 v 压力：3 3 0 l o k p 试验周期：1 5 0 小时 试验循环：1 5 分钟开3 0 秒关 试验液：1 0 0 无铅汽油+ l o m g 1 的a r i z o n a 灰尘 试验程序： 将油泵装在试验油箱，以便让试验液浸过油泵进油口。 根据特性参数给油泵通电。 验收标准： 试验的最后，允许最小流量为8 1 h 。 2 ，1 1 。3 汽油含污染物的试验( 严重的磨损试验) 电压：1 3 5 0 。5 v 压力：3 3 0 1 l o k p 武汉理工大学硕士学位论文 试验周期：6 分钟 试验液：1 0 0 无铅汽油+ 0 2 5 9 1 刚玉粉末 试验程序： 将油泵装在试验油箱，以便让试验液浸过进油口。 油泵通电和试验压力建立后，迅速加入刚玉粉末。 根据特性试验参数进行油泵。 验收标准： 油泵不允许阻塞。 2 1 1 4 含水试验 电压：1 3 5 0 5 v 压力：3 3 0 l o k p 试验液温度：环境温度 试验周期：2 0 0 小时 试验循环： 8 小时开1 6 小时关 试验液：无铅汽油+ 2 标准水 标准水应符合a s t m d l 3 8 4 7 0 ，按1 0 ：1 稀释。 1 升水+ 1 4 8 m g 硫酸钠+ 1 6 5 m g 盐+ 13 8 m g 碳酸钠 试验程序： 将油泵装在试验油箱，以便让试验液浸过油泵进油口。 根据特性参数给油泵通电。 验收标准： 试验结束后，油泵运行1 0 秒后，在规定的压力下，应提供的最小流量为1 01 h 。 2 1 。1 5 空转试验 电压：1 3 5 0 1 v 试验周期：2 分钟 试验循环：1 0 个循环3 0 秒开3 0 秒关 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 试验程序： 试验前油泵在试验液里运行2 分钟。 根据特性试验参数在湿润情况下给油泵通电。 验收标准： 试验结束后，油泵运行1 0 秒后，在规定的压力下，应提供的最小流量为1 01 h 。 2 2 试验台的总体构想 图2 2 是电动燃油泵耐久性试验台的示意图，试验台总体上由压力传感器 流量计固定箱、装有试件及其油箱的高低温箱、试验台控制柜、数据总线组成。 但是安装试件的试验液箱也是一个独立的部分。由试验标准我们可以看到在试 验过程中需要控制和给出的参数为；电压( 1 3 5 0 5 v ) ；压力( 3 3 0 1 0 k p ) ； 试验液温度( 环境温度及需要温度) ；试验周期( 以需要为准) ；试验循环( m 小 时开n 小时关) ；因此这里就需要实验台能够给出所需要的实验参数，并且能够 测量这些参数，也就是能随时监测这些参数。 1 一压力传感器流量计固定箱；2 一装有试件及其油箱的高低温箱； 3 一试验台控制柜；4 一数据总线 图2 2 试验台总体布局示意图 如何在试验设备上实现电动燃油泵的实际运转是整个试验的关键，也是试 验成功与否的关键。这里我们采取的手段是：用试验设备模拟电动燃油泵的运 转，电动燃油泵运转之后接着就要确定需要测试的参数及相应的检测手段和检 测设备。首先是常规检测项目：电动燃油泵的启动电压、启动电流等等；其次 是一些特殊测试项目：油路压力，电动燃油泵输出压力，实验液温度，流量的 测控，实验时间记录等。进行到了这一步，实验台的基本结构就有了一个初步 武汉理工大学硕士学位论文 的轮廓，如图2 2 所示。图中给出的只是试验台架的一个示意图，具体的结构 和相关设备的选型将在下面的内容中详细。 2 3 试验执行部分 试验执行部分是提供给试件运行环境的部分，是试验台的关键部分。它就象 汽车电控单元里的汽车传感器一样，汽车传感器是现代汽车电子计算机控制系 统的重要组成部分，是整个系统的信息源，其技术性能的好坏，直接影响汽车 电子控制系统的工作状况。试验执行部分也是以传感器为主要元件的，所以说 试验执行部分的好坏将直接影响电子计算机部分的数据处理，以至于影响整个 耐久性实验的成败。接下来将详细介绍实验执行部分的组成及其原理。执行部 分总体原理如图2 3 所示。 图2 3 执行部分总体原理图 2 3 1 高低温箱 借助于高低温箱的生温与降温的功能来模拟发动机实际运行过程中可能的 各种温度下的不同运行工况，这样就可以借助各类传感器来检测电动燃油泵的 各项性能参数。温度可变是一个很关键的部分，它要能够很真实的模拟发动机 的运行情况，在控制系统中用空压机作为动力输出源，来实现温度的变化。在 本试验台架上，我们通过考察比较了多种型号的高低温箱，最后选用了爱斯佩 克环境仪器有限公司生产的高低温箱，设备如图2 4 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 4 高低温箱 2 3 2 试验液装载箱 试验液装载箱并不是知识简单用来装载实验液，它同时还需具有：安装固 定试件、安装固定温度传感器的功能；还必须能够简便的更换实验液、更换试 件、具有实验液液面自动保持功能等。实验液装载箱如图2 5 所示。 图2 。5 实验液装载箱 2 3 2 1试验液的选择 试验液的选择必须按照实验标准来选取。试验液具体有：1 0 0 无铅汽油、含 1 5 甲醇的无铅汽油、含2 0 乙醇的无铅汽油、1 0 0 无铅汽油+ l o m g 1 的a r i z o n a 灰尘、1 0 0 无铅汽油+ 0 2 5 9 1 剐玉粉末、无铅汽油+ 2 标准水。实验液必须与 对应的实验一一对应，不能出现差错。 一旦出现试验液的错误选择，将会导致实现的失败，甚至会导致事故的发生。 因为实验标准规定特定的实验液用于特定的实验环境中。例如，如果将含2 0 武汉理工大学硕士学位论文 乙醇的无铅汽油用于为汽油含污染物的试验( 严重的磨损试验) 就会导致燃油 泵实验磨损结果与实际磨损不相符，就会导致对电动燃油泵耐久性作出错误的 判断。 因此，试验液选择必须严格按照实验标准中的要求来选取。 2 3 。2 2 试验油箱的设计 试验实验油箱又叫试验实验液装载箱，从字面看它在试验中的任务是 装载实验液体，实际上它还要具有安装固定试件的功能和保持实验液液面的功 能。 具体设计依据是：根据实际汽车上燃油泵在使用中遇到的问题。实际汽车 上的燃油泵大多使用的是永磁直流电动机，电动机运转时的主要发热部件为转 子绕组，热源为铜损。其它损耗如铁损、整流子摩擦损耗、轴承摩擦损耗的发 热量相对很低。又因为，转子绕组由漆包线绕制，漆包线的极限使用温度( 软 化击穿温度) 一般在1 8 0 、c 2 5 0 c 之间。小直径直流永磁电动机散热条件相对 较差，其失效模式多为过热导致转子绕组击穿短路，寿命主要取决于整流子的1 耐磨损度。 鉴于以上原因，电喷式发动机使用的燃油泵绝大多数采用潜泵方式， 既燃油泵潜置于燃油之中，燃油直接流过电动机转子到达泵轮。这种设计巧妙 地利用燃油作为传热介质，将转子工作时产生的热量带出电动机，达到冷却的 目的。 为了避免电动燃油泵“空泵”引起的无冷却过热，一般会采取以下两项措 施，1 ：燃油箱内设有一个管状储油器，其底部开有适当直径的静态等液位孔， 保证电动燃油泵未运转时储油器内的油位与燃油箱中的燃油液位相等。当电动 燃油泵运转时，一部分燃油被泵送去喷油系统，而经燃油压力调节器调节回流 的燃油则由回流管返回储油器。回流燃油的回流量大于静态等液位孔流出量， 储油器中的油液位置升高，直至由储油器上开口溢出。这样，就保证了电动燃 油泵始终处在潜泵的状态，使其在运转时能够获得良好的散热。 2 ：电动燃油泵控制继电器内置一个单稳态触发器。为使继电器保持吸合( 给 电动燃油泵供电) ，需要对其触发端输入一个一定周期的连续出发脉冲，这个触 发脉冲一般由e c u 或发动机转速传感器提供。一旦触发脉冲消失，燃油泵控制 继电器会在3 s 一5 s 内释放，切断电