分配式喷油泵.ppt

第五节分配式喷油泵 分配式喷油泵有两大类 轴向压缩式 德国波许公司的VE分配泵 和径向压缩式 英国CAV公司的DPA分配泵 目前 单柱塞式的VE分配泵占据了车用高速柴油机的绝对份额 分配式喷油泵与柱塞式喷油泵相比 有如下特点 1 分配泵结构紧凑 零件数目少 体积小 重量轻 调速器与供油提前角自动提前器均装在泵体内 2 分配泵凸轮升程小 有利于适应高速柴油机的要求 3 仅需一副柱塞偶件 因此容易保证各缸供油均匀性 供油定时一致性的要求 4 分配泵的运动件靠泵体内的柴油润滑和冷却 因此 对柴油的清洁度要求很高 发动机长时间大负荷工作时柴油温度很高 柱塞容易咬死 5 对多缸机而言 油泵凸轮轴旋转一周 柱塞往复运动几次 线速度很高 柱塞容易咬死 总之 分配式喷油泵对柴油的品质要求很高 不允许有水分 1 2 12 出油阀紧座31 高压泵头32 怠速调解螺钉33 高速调节螺钉 前腔 入口 1 组成 如图5 24所示 VE型分配泵由驱动机构 二级滑片式输油泵 高压分配泵头和电磁式断油阀等部分组成 机械式调速器和液压式供油提前角自动提前器也装在分配泵体内 一 VE型分配泵结构 驱动轴19 端面凸轮盘4各自通过凸键与联轴器21连接 静止的滚轮架20内孔作为联轴器的轴承孔 滚轮架上有四副滚轮 四缸机 通过销轴与滚轮架连接 驱动轴转动时 带动联轴器 端面凸轮盘同方向旋转 由于端面凸轮盘被柱塞复位弹簧压紧在滚轮架上 因此 端面凸轮迫使滚轮自转 并使端面凸轮盘作轴向往复直线运动 端面凸轮盘通过传动销镶嵌在分配柱塞圆盘端开口槽内 由于柱塞复位弹簧将柱塞压紧在端面凸轮盘上 因此带动分配柱塞旋转 凸轮型面又使分配柱塞在旋转的同时 还作往复直线运动 分配柱塞上有轴向中心油孔3 径向贯通泄油孔2 四个进油槽6 四缸机 一个燃油分配孔5 外圆周上的压力平衡沉割槽4等 中心油孔与泄油孔相通 止点 此时分配柱塞上的进油槽3与柱塞套20上的进油孔2相通 燃油经进油道17进入柱塞腔4和中心油孔10内 柱塞套上有一个进油孔2和四个分配油道7 四缸机 二 VE型分配泵工作过程1 进油过程 当平面凸轮盘12的凸轮型面凹下部分转至与滚轮13接触时 柱塞复位弹簧将分配柱塞14由右向左推至柱塞下 2 泵油过程 当平面凸轮盘由凹下部分转至凸起部分与滚轮接触时 分配柱塞在凸轮型面的推动下由左向右移动 通常在柱塞处于下止点时 柱塞头部的进油槽恰好错过进油孔 对头部没有环槽的分配柱塞来说 柱塞处在下止点时就意味着进油结束 柱塞开始升起就压油 b 当分配孔18转至与柱塞套上的一个出油孔8相通 此时被认为是几何供油始点 燃油进入泵体上的分配油道7 柱塞继续右移 油压超过出油阀开启压力时 高压燃油经过出油阀 高压油管进入对应气缸的喷油器喷油 柱塞从下止点起至柱塞上的燃油分配孔转至与柱塞套上的一个出油孔相通时所移动的行程称为柱塞的预行程 可通过增减平面凸轮盘与柱塞底部圆盘之间的调整垫片厚度来调整柱塞预行程的大小 改变柱塞在下止点时在端面凸轮上的位置 3 停油过程 分配柱塞继续在凸轮凸起型面推动下右移 当柱塞右移到柱塞上的泄油孔不再被油量调节套筒15遮蔽时 柱塞中心油孔高压油腔与泵体内低压油腔相通 油压迅速下降 出油阀关闭 停止供油 c 从柱塞上的燃油分配孔与柱塞套上的出油孔相通起 至泄油孔移出油量调节套筒为止 柱塞在这一期间移动的行程称为柱塞的有效压油行程 显然 移动油量调节套筒15的位置可以改变有效压油行程的大小 当调速器控制油量调节套筒向左移动时 有效压油行程减小 供油量减少 当油量调节套筒向右移动时 有效压油行程增大 供油量增加 4 压力平衡过程 分配柱塞上设有压力平衡槽 在柱塞上燃油分配孔180度角对面 在分配柱塞旋转和移动过程中 压力平衡槽始终与喷油泵体内腔相通 在某一汽缸停止供油后 压力平衡槽正好转至与该汽缸对应的分配油道相通 于是两处油压相同 这样就保证了各分配油道供油结束时的残余油压相等 从而保证了各缸供油的均匀性 d 5 停车VE型分配泵装有电磁式断油阀 起动时 将起动开关2置于ST位置 电流不经过电阻3 直接流过电磁线圈4 因此 电流大而产生的电磁吸力强 阀门6开启 起动完毕 将起动开关2置于ON位置 由于泵腔内油压达到8巴左右 中等油压 使阀门6保持开启所需的电磁吸力较小 因此 可以减小流过电磁线圈4的电 流 通过电阻3 停机时 将起动开关2置于OFF位置 电路断开 阀门6在回位弹簧力的作用下关闭 停止供油 6 泵油提前角自动调节过程活塞左端与二级滑片式输油泵的入口相通 并有弹簧5压在活塞上 活塞右端与喷油泵体内腔相通 其压力等于二级滑片式输油泵的出口压力 前腔 入口压力 后腔 出口压力 发动机转速稳定时 作用在活塞两端的作用力相等 活塞平衡在某一位置 若转速升高 二级滑片式输油泵的出口压力增大 活塞左移 通过连接销3和传力销4带动滚轮架7绕其轴线转动一定的角度 直至活塞两端的作用力重新达到平衡 其旋转方向与平面凸轮盘的旋转方向相反 供油提前 第六节调速器 一 喷油泵速度特性供油量随发动机转速变化的关系称作喷油泵速度特性 柱塞式喷油泵由于进 回油孔的节流作用随发动机转速的升高而增大 因此 实际供油开始时刻提前实际供油结束时刻推迟导致柱塞的实际有效压油行程增大 供油量也增加 VE分配泵由于在柱塞升起时 回油孔是逐渐被油量调节滑套打开 在刚打开时 通路面积很小 回油节流阻力较大 随着发动机转速增加 回油孔节流作用增大 造成高压系统内卸压滞后 出油阀关闭迟后 供油延续角加大 供油量增多 二 汽车柴油机燃油系统为什么要设置调速器 当发动机在高转速运转时若因负荷减少使转速升高时 喷油泵供油量增大 更促使发动机转速进一步升高 极易导致发动机超速而出现排气管冒黑烟 发动机过热等不良现象 严重时出现飞轮飞脱等机件损坏 伤人事故 当发动机转速因负荷增加而低于最低稳定转速时 喷油泵供油量也减少 转速继续下降 发动机熄火 因此 车用柴油机因道路阻力的变化范围大 至少要装限制最高和最低转速的两极式调速器 三 汽车柴油机调速器的分类1 按功能分两极式调速器和全程式调速器 2 按转速传感原理分为机械离心式调速器 气动膜片式调速器 复合式调速器三类 现代车用高速柴油机VE泵的调速器是全程式机械离心调速器 a 两极式 n b 全程式 H H n 四 VE泵全程式机械离心调速器结构工作原理 导杆16通过销轴M固定在泵体上 张力杠杆12 起动杠杆15通过销轴N与导杆16连接在一起 可分别绕销轴N摆动 导杆16被回位顶靠在最大供油量限制螺钉上不动 起动杠杆15的下端是球头销 嵌入供油量调节套筒21的凹槽中 当起动杠杆15绕N销轴转动或随导杆16绕M销轴转动时 最大供油量限制螺钉11转动 都改变了供油量调节套筒21与分配柱塞19上的泄油孔20的相对位置 即改变了有效压油行程 1 起动工况调速手柄5紧靠在高速限位螺钉7上 调速弹簧8被最大程度拉紧 怠速弹簧10被压并 凸台迫使张力杠杆12绕N销轴逆时针方向转动 起动弹簧13张力迫使起动杠杆15绕销轴N逆时针方向转动 推动调速套筒4克服四块飞锤3离心力左移 飞锤处于完全收拢 此时 起动杠杆15下端的球头销使供油量调节套筒21右移到最右位置C 柱塞的有效压油行程最大 供油量最大 起动后 飞锤的离心力克服柔软的起动弹簧力 调速套筒4右移 推动起动杠杆15顺时针方向转动 供油量调节套筒21左移 供油量减少 直至起动杠杆15上端靠在张力杠杆12的挡销14上 由于起动转速低 克服不了调速弹簧8张力 调速套筒4不再移动 2 怠速工况调速手柄5靠紧在怠速限位螺钉6处 调速弹簧处于最松状态 飞锤向外张开 调速套筒4右移 推动起动杠杆15及张力杠杆12顺时针方向绕N销轴转动 两者靠紧在一起 供油量调节套筒21左移到极限位置 供油量大幅度减少 F怠速 F调速 F起动 支点 F飞锤 张力杠杆12顺时针方向转动时使怠速弹簧10受到压缩 最终飞锤离心力与调速弹簧张力平衡于某一位置 发动机处于怠速稳定运转 上述平衡一旦由于某种原因打破 发动机转速发生了变化 都能导致供油量调节套筒21的位置发生变化 最终使怠速稳定 F怠速 F调速 F起动 支点 F飞锤 3 中间转速工况调速手柄5处于怠速限位螺钉6与高速限位螺钉7之间的任意位置 调速弹簧8相对于怠速位置被拉长 张力杠杆12及起动杠杆15 压紧在一起 逆时针方向绕N销轴转动 供油量套筒21右移 供油量增加 发动机处于中间转速状态 此时 调速手柄5的某一位置控制了发动机在某一转速下稳定运转 调速弹簧张力与飞锤离心力处于平衡状态 F怠速 F调速 F起动 F飞锤 支点 4 最高转速工况当调速手柄5靠紧高速限位螺钉7时 控制了发动机在最高转速稳定运转 原理同上 5 最大供油量的调节调速手柄5靠紧高速限位螺钉7 向内拧入最大供油量限位螺钉11 导杆16克服下端的回位弹簧17的张力 绕固定于泵体上的M销轴逆时针方向转动 由于N销轴也通过导杆16下端 因此N销轴也绕M销轴逆时针方向转动 即起动杠杆15 包括张力杠杆12 一起绕M销轴逆时针方向转动 供油量调节套筒21右移 最大供油量增加 反之 向外退出最大供油量限位螺钉11 最大供油量减少 五 附加装置1 增压补偿器工作原理其作用是根据增压压力的大小 自动增减供油量 提高发动机功率 降低油耗 降低低速烟度 低速时增压压力低 甚至不起增压作用 膜片把补偿器分成上 下两个腔 上腔通进气管 即增压压力 下腔经通气孔8通大气 膜片下面装有弹簧9 补偿器筏杆10与膜片5相连 并与膜片一起运动 筏杆10的中下部加工成上细下粗的锥体 补偿杠杆2的上端与锥体相靠 在筏杆上还钻有纵向长孔和横向孔 以避免筏杆上下移动时气体阻力的作用 补偿杠杆可绕销轴1转动 其下端靠在张力杠杆11上 当进气管中的增压压力增大时 膜片5带动筏杆10向下运动 补偿杠杆2绕销轴1顺时针方向转动 张力杠杆11在调速弹簧13的作用下绕销轴N逆时针方向转动 从而使起动杠杆下端的球头销向右拨动供油量调节套筒12 供油量增加 反之亦然 2 转矩校正装置VE分配泵上可装备转矩正校正装置或负校正装置 发动机中间转速时气缸内的充气效率最高 可多供油使中间转速范围内输出转矩最高 这就意味着发动机从高速减速到中间转速时 喷油泵柱塞的有效压油行程在增大 供油量增加 a 正转矩校正 直列泵 H n 校正杠杆6的上端支承在销轴S上 销轴S固定在起动杠杆1上端的凸耳上 校正销7装在起动杠杆1中部的孔内 校正弹簧2迫使校正销7向右移动 推动校正杠杆6逆时针方向转动 直至校正杠杆6中部抵靠在张力杠杆4的挡销5上 飞锤离心力迫使起动杠杆1绕销轴N顺时针方向转动 但由于调速弹簧拉紧力较大 张力杠杆4不动 因此 张力杠杆4上的挡销5迫使校正杠杆6绕销轴S顺时针方向转动 压缩校正弹簧2 F校正 一旦柴油机转速升高到飞锤离心力对销轴N的力矩大于校正弹簧力对挡销5的力矩 起动杠杆1绕销轴N顺时针方向转动 同时 校正杠杆6绕销轴S顺时针方向转动 校正弹簧2进一步受到压缩 直至校正销7的大端靠在起动杠杆上为止 正校正结束 此时 油量调节套筒8左移一段行程 供油量减少 F校正 由于高速时为了保证发动机一定的扭矩输出 供油量较大 这使得低速时供油量偏大 多余的供油量使输出扭矩增加不明显 甚至因燃烧恶化使输出扭矩降低 这样 剩余的供油量就只增加排气烟度了 负转矩校正可以防止柴油机低速时冒黑烟 即低速时齿秆行程减小 喷油泵的供油量减少 调速套筒的轴向分力F直接作用在校正杠杆6上 使校正杠杆6靠在张力杠杆4的挡销5上 校正弹簧2弹力向右 使校正销7的大端10靠在张力杠杆4的停驻点11上 调速套筒的轴向力F具有迫使校正杠杆6绕张力杠杆4上的挡销5逆时针方向转动的趋势 校正杠杆6的下端将迫使校正弹簧2受到压缩 H n 直列泵 a 负转矩校正 一旦柴油机转速升高到调速套筒的轴向力F对张力杠杆4上的挡销5的力矩大于校正弹簧2的弹力对挡销5的力矩 则使校正杠杆6绕张力杠杆4上的挡销5逆时针方向转动 通过销轴S带动起动杠杆1绕N轴逆时针方向转动 油量调节套筒8右移 有效压油行程增加 供油量增加 直至校正杠杆6的下端靠上校正销7的大端10 负校正结束 F弹 3 负荷传感供油提前装置其作用是根据柴油机负荷的变化自动改变供油提前角 当调速手柄位置一定时 柴油机控制转速一定 若负荷减小 飞锤张大 调速套筒7右移 调速套筒上的量孔6与调速器轴8上的小孔相通 喷油泵体内腔的燃油回流到二级输油泵3的入口 使喷油泵体内的燃油压力降低 即作用在供油提前角自动液压油缸4右端的油压降低 活塞向右移动 其旋转方向与平面凸轮盘的旋转方向相同 供油提前角减小 反之 若负荷增大 飞锤收拢 调速套筒上的量孔6被关闭 喷油泵体内腔的油压升高 液压油缸4中的活塞向左移动 其旋转方向与平面凸轮盘的旋转方向相反 供油提前角增大 4 大气压力补偿器其作用是随着大气压力的降低或海拔高度的增加自动减少供油量 以防止柴油机排气冒黑烟 大气压力降低时 大气压力感知盒6向外膨胀 上端受到限制 因此 使推杆7向下移动 推杆下端锥面上大下小 迫使连接销5向左移动 推动控制臂4绕销轴S逆时针方向转动 其下端推动张力杠杆9和起动杠杆10绕销轴N顺时针方向转动 油量控制套筒1向左移动 供油量减少 第七节电控柴油机喷射系统 电控柴油机喷射系统的目的 1 降低柴油机的排放 2 改善柴油机的运转性能 3 降低柴油机燃油消耗率 电控柴油机喷射系统的优点 1 机械控制喷射系统的基本控制信息是柴油机的转速和加速踏板的位置 电控喷射系统通过许多传感器检测柴油机的运行状态和环境条件 并由电控单元控制每循环供油量 当需要扩大控制功能时 只需改变电控单元的存储软件 不需增加附加装置 2 机械控制喷射系统由于设定错误和磨损等原因 供油时刻会产生误差 电控喷射系统中总是根据曲轴位置的基本信号进行再检查 因此供油提前角准确 3 电控喷射装置可以通过改变输入装置的程序或数据 改变控制特性 因此 一种电控喷射装置可以适用于多种柴油机 一 ECD系统 电控VE泵 的控制功能及组成电控柴油喷射系统一般由传感器 电控单元 ECU 和执行器三部分组成 传感器的作用是实时检测柴油机与汽车的运行状态 以及驾驶员的操作意向和操作量等信息 并将信息输入电控单元 电控单元的核心是计算机 与软件一起负责信息的采集 处理 计算和执行程序 并将运行结果作为控制指令输出到执行器 执行器的作用按照电控单元发出的控制指令 调节供油量和供油定时 以达到调节柴油机运行状态的目的 控制功能中最主要的功能是供油量和供油定时的控制 其它扩展功能一般需要通过供油量和供油定时的控制来实现 二 供油量的控制在ECD系统中 首先根据加速踏板位置 调速弹簧预紧力 和柴油机转速的输入信号 计算出基本供油量 然后根据来自冷却液温度 进气温度和进气压力等传感器信号进行修正 再按供油量套筒位置传感器信号进行反馈修正后 确定最佳供油量 因此 ECD系统对低温起动 加速 高原行驶等工况都能精确地确定柴油机运转时的最佳供油量 电控单元把计算和修正的最终结果作为控制信号传到供油量控制电磁阀 产生磁力 吸引可动铁心 通过杠杆将供油量调节套筒右移 控制信号的电流愈大 磁场愈强 供油量愈多 三 怠速转速的控制电控单元根据加速踏板位置传感器 车速传感器等输入信号以及起动机信号 决定何时开始怠速控制 并根据冷却液温度传感器 空调及空挡开关等信号 计算出设定的怠速转速及相应的供油量 并根据柴油机转速的反馈信号 不断对供油量进行修正 以便怠速转速稳定 四 供油定时的控制电控单元首先根据柴油机转速和加速踏板位置传感器的输入信号 初步确定一个供油时刻 然后根据进气压力 冷却液温度等传感器的信号和起动机信号进行修正 图5 45供油定时的控制1 喷油提前器活塞位置传感器2 喷油提前器活塞3 供油定时控制阀4 高压腔5 低压腔 1 喷油提前器活塞位置传感器2 喷油提前器活塞3 供油定时控制阀4 高压腔5 低压腔 喷油泵喷油提前器活塞位置传感器1的铁心直接与喷油提前器的活塞相连 喷油泵喷油提前器活塞位置信号输送给电控单元 以实行反馈控制 喷油提前器活塞位置传感器为非接触式电感传感器 其可动铁心随活塞一起动作 当线圈内的可动铁心移动时 引起线圈电感的变化 借以检测活塞的位置 6 供油定时控制阀线圈7 可动铁心8 弹簧 电控单元根据最后确定的供油时刻 向供油定时控制阀3的线圈6通电 可动铁心7被电磁铁吸引 压缩弹簧8向右移动 打开喷油提前器由高压腔4通往低压腔5的油路 使喷油提前器活塞两侧的压差缩小 活塞2向右移动 供油时刻推迟 即供油提前角减小 通向供油定时控制阀线圈的电流是脉冲电流 电控单元通过改变脉冲电流信号的占空比 改变由喷油器的高压腔到低压腔的流通截面积 以调整喷油提前器活塞两侧的压力差 使活塞产生不同的位移 达到控制供油时刻的目的 第九节发动机的进气系统 电喷发动机中 进气系统包括空气滤清器 进气总管 进气歧管 空气流量计或进气管压力传感器等 一 空气滤清器一般由进气导流管 空气滤清器盖 空气滤清器外壳和滤芯等组成 若不装空气滤清器 发动机寿命将缩短2 3 若空气滤清器滤芯堵塞 发动机气缸内进气不畅 怠速容易熄火 油门响应性变差 油门加大时 发动机功率变化不连续 导致车子一冲一冲的 需要经常清洗或更换 轿车用发动机常用干式纸滤芯空气滤清器 带进气导流管 现代轿车电喷发动机带进气谐振腔 为了增强发动机的进气谐振效果 空气滤清器的进气导流管需要有较大的容积 但是导流管不能太粗 以保证一定的空气流速 因此 进气导流管只能做得很长 二 进气支管进气支管内到各气缸的气体流道的长度尽可能相等 内壁应该光滑 一般发动机的进气支管由合金铸铁制造 轿车发动机多用铝合金制造 重量轻 导热性好 对现代轿车气道喷射式 多点喷射 发动机 近年来也有用复合塑料进气支管的 1 进气支管加热 老式化油器式或节气门体单点汽油喷射式汽油机需要进气支管加热 气道燃油喷射式不需要进气支管加热 2 谐振进气系统进气过程具有间歇性和周期性 因此进气支管内产生一定幅度的压力波 当地声速传播 若利用进气支管内压力波传播的动态效应 波动效应和惯性效应 使进气门开启时正好正压力波到达进气门 则使进气充量增加 发动机功率增大 利用一定长度和直径的进气支管或进气导流管与一定容积的谐振室组成谐振进气系统 就是利用进气波动效应增加进气充量 参见图5 53 3 可变进气支管为了改善发动机的动力性和经济性 要求发动机在高转速 大负荷时装短而粗的进气支管 而在低转速 小负荷时装备细而长的进气支管 中间转速 中等负荷则居中 因此 高档轿车发动机一般要求装备可变进气支管 长度 容积 如日本马自达汽车公司的626 V6 发动机 图5 57所示是一种能根据发动机转速和负荷的变化改变有效长度的进气支管 当发动机低速运转时 发动机电控单元5指令转换阀控制机构4关闭转换阀3