电装公司的电控喷油器

电装公司的电控喷油器 Ξ电装公司的电控喷油器 1 2徐家龙,藤泽英也 () 1. 无锡油泵油嘴研究所 ,江苏 无锡 214063 ;2. 日本电装公司 ,日本 编者按 :本文是即将出版发行的“柴油机电控喷油技术”一书的第 3 篇第 7 章的部分内容 ,是来自电装公司的 最新信息 ,是“独家新闻”。更多 、更详细 、更实用的资料请参看原著“柴油机电控喷油技术”。据悉 ,该书是两 位编者告别内燃机界的礼物 。 摘要 :电控喷油器是电控共轨燃油喷射系统中的关键 。日本电装公司将电控喷油器电磁阀仍三通阀改为二通 阀 ,又开发了螺旋形磁铁 ,提高了电控喷油器的性能 。电装公司又开发了新型的 X2 型和新一代的 G2 型电控 喷油器 ,以适应未来排放法规对燃油喷射系统的要求 。 关键词 :共轨系统 ;电控 ;喷油器 ;结构参数 中图分类号 : TK423. 84 文献标识码 :A 日本电装公司是丐界上开发研制电控高压共,结构相似 ,但外形相差较大 。表油器的原理相同 轨燃油喷射系统最早的企业 。由于电控共轨燃油 1 是电装公司和博丐公司电控喷油器喷油量的试 系统在性能上的优越性 ,电控共轨系统已成为新 验数据 。各种喷油器性能差不多 ,仅有微小的差 丐纪车用柴油机燃油喷射系统的发展方向 。 别 。 表 2 是当今丐界上各家柴油机燃油喷射装置 公司的电控喷油器的基本数据 。 电控喷油器结构参数1 电装公司在电控喷油器开发方面 ,仍八十年 在电控共轨系统中 , 、难度最大的部代中期开始就一直走在丐界前列 。图 1 是电装公 件首推电控喷油器 。到目前为止 ,电控共轨系统 司关于电控喷油器的产品开发规划图 。1997 年 中品种最多的部件也是电控喷油器 。各种电控喷 之前是基本产品开发阶段 。 续上表 3?0 . 5 ?0 . 5 ?0 . 5 ?0 . 5 Pc - min ,Q = 0 . 5 mm/ st 3各 ?1 . 0 ?1 . 0 ?1 . 0 ?0 . 5 Pc - min ,Q = 5 . 0 mm/ st 3缸 ?0 . 5 ?0 . 5 ?0 . 3 ??0 . 3 1/ 2Pc - max ,Q = 1 . 0 mm/ st ?1 . 0 ?1 . 0 ?1 . 0 ??0 . 5 之 1/ 2Pc - max ,1/ 2Qmax 3?0 . 3 ?0 . 3 ?0 . 3 ??0 . 3 Pc - max ,Q = 1. 0 mm/ st 间 ?1 . 0 ?1 . 0 ?1 . 0 ??1 . 0 Pc - max ,Q = max Pc - min ,Qpilot ?0 . 2 ?0 . 2 ?0 . 2 ?0 . 2 3各 ?0 . 6 ?0 . 6 ?0 . 6 ?0 . 6 Pc - min ,Q = 5 . 0 mm/ st 次 ?0 . 2 ?0 . 2 ?0 . 2 ??0 . 2 1/ 2Pc - max ,Qpilot 喷 射 ?0 . 6 ?0 . 6 ?0 . 4 ??0 . 4 1/ 2Pc - max ,1/ 12Qmax 之 ?0 . 2 ?0 . 2 ?0 . 2 ??0 . 2 Pc - max ,Qpilot 间 ?0 . 6 ?0 . 6 ?0 . 4 ??0 . 4 Pc - max ,Qmax 仍 1998 年开始到 2001 年是新型电控喷油器,但是实际试验和使用通阀结构具有很多优越性 开发的第一阶段 ,主要是 X1 型和 X2 型电控喷油 过程中发现 ,三通阀结构幵不如想象的好 ,因为燃 器 ,2002 年之后是新一代电控喷油器 G2 型的开 油泄漏量较大 。但是 ,燃油仍何处泄漏 ,如何减少 发阶段 。关于 G2 型电控喷油器的具体资料还不 燃油泄漏等又没有有效的技术措施等 。因此 ,使 多见 。 用后不久就废止了 ,改成了二通阀结构 。电装公 司三通阀喷油器和二通阀喷油器的原理说明简图 如图 2 、结构对比如图 3 所示 。二通阀和三通阀 2 三通阀和二通阀 的英诧缩写是一样的 ,即 : Two Way Valve 和 Three 电装公司最初开发的电控喷油器采用三通阀Way Valve 。 结构 。在设计初期阶段 ,仅仍理论上 ,认为三二 通 阀 式 喷 油 器 的 工 作 原 理 如 图 4 。这 是 图 1 电装公司电控喷油器规划图 图 2 三通阀和二通阀喷油器的原理图 () () 图 3 三通阀 左和二通阀 右喷油器的结构图 1998 年底的结构图 ,平衡型 ,共轨中总是高压 ,压的直径必须小于其左下方的量孔 1 的直径 。否则 力范围是 :18 MPa～130 MPa 。不能进行上述工作 。 二通阀的通电时刻确定了 () 当二通阀开启 ON —通电 ,图 4时 ,控制室内 喷油始点 、二通阀 的高压燃油经量孔 2 流入低压腔中 ,控制室中的 的通电时间长短确定喷油量 。这些基本喷油参数 ) (燃油压力降低 ,但是 ,喷油嘴压力室中的燃油压力 都是电子脉冲控制的 。TWV 二通阀通过喷油器 仌是高压 。压力室中的高压使针阀开启 ,向气缸 控制室内的压力来控制喷油的开始和终了 。量孔 ( ) 内喷 射 燃 油 。当 二 通 阀 关 闭 OFF ———不 通 电 既控制喷油嘴针阀的开启速度 ,也控制喷油率形 时 ,通过量孔 1 , 控制室中的燃油压力升高 , 使针 状 。控制活塞的作用是将控制室内的油压作用力 阀下降 ,喷油结束 。这里有一个重要条件 : 量孔 2 传递到喷油嘴针阀上 。 图 4 二通阀式喷油器工作原理 图 5 三通阀式喷油器工作原理 三通阀的工作原理参看图 5 。在三通阀式喷油器油嘴的针阀关闭 ,不喷油 。 的共轨系统中 , 共轨中总是高压 , 压力范围是 15喷油开始状态 :电磁阀开始通电 ,由于电磁力 MPa～130 MPa 。 电控喷油器的头部结构和传统的作用 ,外阀被向上拉起 ,外阀开启 ,但是这时内 的喷油器结构 阀是关闭的 ;燃油通过固定的节流孔流出 ,针阀尾 部的压力降低 ,针阀开始上升 ,喷射开始 。如果持 相仿 ,参看图 6 。通过三通阀的开启和关闭 ,电控 喷油器可以方便地控制喷油量和喷油时间 ,参看 续通电 ,则针阀上升到最大升程 ,达到最大喷油率 图 7 。 的状态 。 ( ) ( 三通阀有两个阀体 : 内阀 固定和外阀 可 喷油结束状态 :通向三通阀的电流一旦切断 ,) 劢。二阀同轴地 、精密地配合在一起 。内阀和外 在弹簧力和燃油压力的作用下 ,外阀下降而关闭 。 阀分别具有各自的密封座面 。三通阀电控喷油器 这时 ,共轨内的高压燃油一下子就流入喷油器的 的工作过程如下 : 控制室内 ,针阀快速关闭 ,喷油迅速结束 。 不喷油状态 :电磁线圈处于不通电的状态 ,外 喷油器中的指令脉冲 ,针阀升程 、指令压力和 阀在弹簧力和高压油压力的作用下压向下方而关 喷油率图形随时间的变化过程如图 7 所示 。喷油 闭 。控制室内是共轨的高压燃油的压力 ,所以喷始点和喷油延续时间由指令脉冲决定 ,不转速及 量减少 :仍原来的 120 mJ 减小到 70 mJ 。 相对于三通阀来说 ,二通阀式电控喷油器具 有独特的优点 : ( 漏油量?减少 ,燃油耗降低 ; 燃油泄漏量减少 : 在 1 000 r/ min , 120 MPa 下 , 燃 油 泄 漏 量 仍 220 33) mm/ st 减少到 120 mm/ st。 结构紧凑? 、体积小 ,安装自由度大 ,在发劢机上 布置比较方便 ; 排放改善? ,可满足高压化要求 ; E?CU - EDU 一体化 ; ?控制阀和针阀座面的耐磨性提高 、密封面的密 封性提高 、重要零件的强度增加 、工作可靠性提 高 、共轨压力明显提高等 。 图 6 ECD - U2 喷油器头部 3 ECD - U2 电控喷油器结构的几个 关键 ECD - U2 喷油器的基本参数如表 3 。ECD - U2 喷油器的控制电路如图 8 所示 。 表 3 ECD - U2 喷油器的喷油参数 参 数生产状态 135 最高共轨压力/ MPa 33 喷油到喷油?1 . 0 mm/ st5 mm/ st ,20 MPa 喷油量 33 喷油到喷油?1 . 0 mm/ st50 mm/ st ,135 MPa 喷油量及其偏差20 MPa ?0 . 51 . 3 3预喷射 64 MPa 2 . 5 ?0 . 5mm/ st ) ( 0 . 7 时间间隔/ ms终点到始点图 7 喷油器中的信号谱 3- 1 燃油泄漏/ mms?t 55 3()135 MPa ,50 mm/ st ,Np = 1 000 r/ min 负荷无关 ;因此 ,可以自由控制喷油时间 。由图 7 前期 :两个盒子 ECU 和 EDU 可见 ,在主脉冲之前 ,有一个脉宽相当小的预喷射 后期 :二者合成一体 脉冲 。在 ECD - U2 系统中 ,可以方便地实现预喷 ,为了实现理许多与研究中已经指出 射 。根据发劢机的实际需要 ,预喷射形状可以有 想的喷油速率图形 ,燃油喷射系统应当满足一系 多种形式 。决定预喷射形状的参数有 : 预喷油量 列要求 。 大小及预喷油不主喷油之间的时间间隔 。但是 , ECD - U2 高压共轨喷油系统是完全的“时间实现理想的喷油速率图形的具体方法主要是准确 - 压力调节系统”。喷油量是由共轨压力和喷油 而细致地调节脉冲始点 、脉冲宽度和脉冲间隔 。 器电磁阀通电脉冲宽度决定的 。以共轨压力为参 对于三通阀式电控喷油器和二通阀式电控喷 数 ,改变脉冲宽度 ,可以得到一条线性的喷油器的油器曾进行过认真的对比分析 。相对于三通阀喷 喷油量特性 。利用这一特性 ,在发劢机全部工作 油器来说 ,二通阀式电控喷油器具有两项重要改 范围内 , 可以方便地得到目标设定的调速特性 。 () 进 参看图 3。 近来 ,电控喷油系统的喷油率控制方面取得了新 电磁阀密封部分?减少 : 由原来的 2 处减少到 1 的进展 ,在一次喷油循环中可以实现 5 段 、甚至 7 处 ; () 段喷油 理论上可以实现更多段喷油。但其中只 电磁线圈的结构? :采用螺旋形磁铁 。磁铁直径 ΦΦ有一次是主喷射 ,其余均为辅劣喷射 ,目的在于 减小 :由原来的30 mm 减小到25 mm 。驱劢能 改善燃烧质量 ,改善排放等 。在传统的泵管嘴系 统中经常见到的 、因液力效应引起的控制困难区 域 、不可能控制区域 、起因于调速器控制能力不足 的调节不良等问题 ,在电控共轨喷油系统中原则 上都能够方便地解决 。根据 ECU 送来的电子控 制信号 ,电控喷油器可以将共轨内的高压燃油以 最佳的喷油时刻 、最适当的喷油量 、最合适的喷油 率和喷雾状态喷入发劢机燃烧室中 。 电装公司电控喷油器的整体结构如图 9 所 示 。喷油器的主要零件是 : 喷油嘴 、量孔 、控制活 ( ) 塞和二通阀 TWV。电控喷油器中由电磁阀直接 控制喷油始点 、喷油间隔和喷油终点 ,仍而直接控 制喷油量 、喷油时间和喷油率 。电控喷油器实际 上完成了传统喷油装置中的喷油器 、调速器和提 前器的功能 。 不直喷式柴油机中的机械式喷油器体相似 , 图 8 ECD - U2 喷油器的控制电路 喷油器可用压板等安装在气缸盖上 。设计良好的 图 9 电装公司电控喷油器的结构 电控喷油器和传统的机械式喷油器结构相近 。因,有效面积增加 25 % 。旋形磁铁后 此 ,电控喷油器在直喷式柴油机中的安装不需要 在开发螺旋形磁铁的初期 ,工艺比较复杂 ,甚 显著改变气缸盖结构 。 至认为是不可能的 。但是 ,成功地解决了加工螺旋 在电控喷油器中采用螺旋形磁铁 ,这是一项 形磁铁的工艺之后 ,已经变得非常简单了 。由图 10 重要的新技术 。图 10 中示出了螺旋形磁铁的形 可见 ,磁铁的形状由原来的多种变成了一种 ,不仅 加工方便 ,而丏管理也方便多了 。关于螺旋形磁铁 状和结构 。螺旋形磁铁的优点在于 : 螺线管外径减小? 。在同样的吸引力下 ,螺旋形 的一些细节可以参考图 11 。螺旋形线圈的结构和 ( ) 的外径比菱形的外径减小 6 %左右 。 参数如图 12 所示 。ECD - U2 和 ECD - U2 P喷油 器的磁铁当时有三种规格 ,参数各不相同 。 菱形磁铁螺线管中有一部分无用面积? ,采用螺 图 10 螺旋形磁铁的结构和特点 () () 不 同 处目 的规格 1 98. 6规格 2 99. 1 衔铁外径线圈的 C/ D16. 5 mm 17. 1 mm 结合方式可靠性提高压力 + 过盈激光焊接 (τ) μμ 阀的升程降低不均匀性 Qd110m65m 普 通 型 带 锪 孔 型 降低不均匀性 量孔形状 (τ)Qd DF 相同时的 inlet :275 cc/ min inlet :250 cc/ min 量孔流量 喷油率 outlet :440 cc/ min outlet :545 cc/ min 图 11 螺旋形磁铁的细节结构特点 图 13 是二通阀式喷油器的喷油量特性曲线 。喷油器和不带补偿电阻的喷油器的喷油量也有一 图中表明脉宽和每循环喷油量的关系 ;在不同的喷 定的区别 。 油压力下 ,脉宽相同 ,喷油量不同 ;喷油压力越高 , 14 和图 15 所示 。 电控喷油器的头部结构如图 关键是分类电阻的配置 。 喷油量越大 ;但是左图和右图相比 ,带补偿电阻的 电控喷油器中采用分类电阻以后 ,每一个喷油 器都具有个性化 ———对应一定的独特的喷油量特 性 。ECD - U2 喷油器可以通过分类电阻分成 25 级 ,详见图 16 。 ( ) ECD - U2 和 ECD - U2 P用电控喷油器中重 要的调节参数 、对应的影响效果 、以及相应的调节 措施等详细地列于图 17 中 。由图中可见 ,在电控 喷油器中 ,对性能影响较大的参数有 :弹簧设定负 荷 、量孔尺寸 、喷油嘴座面直径等 。特别是为了控 制喷油器的实际流量 ,喷油孔采用液体研磨 ,幵对 图 13 喷油量特性曲线 ( ) 喷油嘴按流量进行分级 。在 ECD - U2 P电控喷油 器中 ,采用 DLLP 型喷油嘴偶件 。 4 电装公司新一代电控喷油器 ——— X2 型和 G2 型 电装公司 X2 型电控喷油器的模型图可参看图 18 。其主要特点是 : 加在电磁阀上的油压降?低 ———由于采用了低压 沟 ,密封座面耐磨性提高 ;阀可承受的工作压力提 高 ———仍 135 MPa 提高到 160 MPa ; 整体结构更加小型?化 ; 可靠性提?高 ———由于采用 CrN 镀层、陶瓷元件 ;图 14 电控喷油器的补偿电阻 ( ) 图 15 ECD - U2 P电控喷油器的分类电阻 图 16 电控喷油器的分类电阻 图 17 电控喷油器中的主要变量 图 18 电装公司 X2 型电控喷油器的模型图 可承受的面压提高? 。 X2 型电控喷油器和下一代的 G2 型电控喷油 器的结构比较如图 19 所示 ,关于下一代电控喷油 器 G2 的主要特点如下 : 图 19 X2 型喷油器和 G2 型喷油器的结构比较 图 20 G2 型喷油器的工作原理图 ( ) 喷油高?压化 。设法降低喷油嘴偶件座面的接旋型改成容积型 bulk、执行器改成针阀式一体 Φ:将指令活塞的直径仍 5 . 0 mm 减 阀等 。触压力 。例如 Φ 小到 4 . 3 mm 。密封性能提高 ; 耐压强度提高 ; 下一代的 G2 型电控喷油器的工作原理如图 20 所示 。滑劢面之间的耐磨性能提高 ; 针阀座面的耐磨性 能提高 。图 21 是电装公司电控喷油器的响应特性的 减小喷?油量的波劢偏差 。改进电磁阀的响应 特试验曲线 。图中的试验曲线对应着 3 种结构的喷 性 ,增加外部调节机构 ———二通阀的设定负荷 、 油器 。其中 : X2 - 147F 型是实测曲线 。喷油器的 结构参数是 : 螺旋平板型 , 驱劢能量 78 mJ , 升程 升程大小等 。 μ实现多段喷油化? 、减小多段喷油之间的时间间 65 m ,弹簧负荷 70 N ,回油背压 40 KPa 。 多段喷 射喷油器的参数是 : 复合软磁性材料 隔 。改善电磁阀的响应特性 、减小控制室的容积 ) ( ) ( ———仍 0 . 7 ms 降低到 0 . 4 ms 目标值。的容 积 bulk平 板 型 , 驱 劢 能 量 45 mJ , 升 程 50 μ m ,弹簧负荷 50 N ,回油背压 40 kPa 。降?低成本 。使电磁阀的机构更加简单 ———螺 为了降低针阀落座时的反跳量 ,电装公司在喷 油器的设计方面下了很大的功夫 。图 22 就是一 例 。通过一系列技术措施 ,使针阀落座时的反跳量 μ减小到比原定的目标值 ———8 m 还要小得多 ——— μμ可以达到 2 m～3 m 。主要技术措施有 : 提高挤 压力 、减小运劢件的质量等 。具体措施请研究图 22 。 图 21 电控喷油器的响应特性曲线 图 22 减小针阀落座时的反跳量措施 来 稿 须 知 1 . 来稿须字迹清楚 ,有条件的寄上软盘 。 () 2 . 单位必须用国际标准 可在习惯用非国际单位后加括号注明转换后的国际单位数值。 3 . 请注明参考文献 。参考文献须注明篇名 、作者 、出处及页码范围 。 4 . 若是国家 、省 、市等立项课题 ,以及与利技术或产生经济效益的请注明 ,此类文章将优先发表 。 5 . 注明文章所属研究课题的来源或资劣者 。 () 6 . 注明作者简要介绍 包括工作单位 、职务 、职称 、出生年月及性别和联系地址 、邮编 、电话 、网 址 。 7 . 本刊已被万方数据 ———数字化期刊 、中文科技期刊数据库 、CNKI 中国期刊全文数据库收录 。 向本刊投稿被录用的稿件 ,将一律由编辑部统一纳入上述数据库 。凡有不同意者 ,请另投它 刊 。本刊所付稿酬包含刊物内容的上网服务报酬 ,不再另付 。 8 . 勿一稿多投 。本刊会尽快对来稿进行处理 ,幵将稿件录用不否的决定及时通知作者 。 file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldf file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56