电磁控制阀

第一章绪论a）DDECb）EUIc）UI图1-5电控泵喷嘴系统Bosch公司开发出两种规格（PDE27/PDE28）的电控泵喷嘴UI系统[21~23]（见图1-5，c），能满足单缸排量1～2升的中型和重型发动机的需要。电磁控制阀采用E型迭片式电磁铁和下压式常开型控制阀，控制阀采用高低压平衡式结构，以便减小动态液压力变化对控制阀动态过程的影响。电磁控制阀的动态响应快，工作稳定性较好。控制阀的关闭时刻可以通过感测电磁线圈电流的变化而加以确定。Bosch公司的UI系统在结构设计上具有其突出的特点：柱塞偶件采用光杆柱塞和不带进油孔的泵体结构；柱塞腔内的燃油由电磁控制阀处提供，与常开型控制阀相配合，能起到安全保护作用；低压供油系统在额定转速时的供油压力可达0.5MPa，以保证柱塞腔内充分充油。电控泵喷嘴系统中，由于柱塞与喷油器连成一体，控制柱塞运动的凸轮轴采取中置或预置安装方式，因此要求较为复杂的机械驱动机构和特殊设计的气缸盖。当采用中置凸轮轴时，用挺柱、推杆和摇臂驱动。此时应保证泵喷嘴的回位弹簧能满足高飞脱速度的要求。根据安装的需要还可在单柱塞油泵和喷油器间加入一根短油管，得到短管式电控喷射系统的结构形式。电控泵喷嘴系统具有较好的控制灵活性，可通过电磁阀的两次动作来产生前导预喷射，实现对喷油速率的控制。该类系统具有较好的高压喷射能力，被看作是重型柴油车满足苛刻的排放法规和燃料经济性要求的较佳选择。7第一章绪论这种系统的基础是电磁阀泄流控制和凸轮驱动柱塞供油加压。电磁阀承担着所有喷射控制功能，它的闭合时刻决定喷油定时；闭合时间长短决定喷油量；它的关闭和开启过程还影响压力的建立和泄流过程，进而实现对喷油速率的调节。系统的喷射特性仍然决定于传统柱塞泵的供油和压力波传播特性。现已投产的时间控制式电控柱塞泵燃油喷射系统按照柱塞泵的结构型式可分为三大类：电控泵喷嘴系统、电控分配泵系统、电控单体泵系统。1.电控泵喷嘴系统目前，世界上有三大公司批量生产电磁阀泄流控制式泵喷嘴系统。它们是GM底特律柴油机阿列森公司的DDEC系统，Lucas公司的EUI系统以及Bosch公司的UI系统。它们均采用同一原理和基本相似的结构，但在具体设计上又各具特色。GM底特律柴油机阿列森公司是电控泵喷嘴系统的先驱。1985年该公司首先研制出电控泵喷嘴系统DDECI[17]（见图l-5，a），1987年DDECⅡ[18]也研制成功。DDEC系统采用包括柱塞体和泄流控制阀在内的整体锻造的泵体结构，大大提高了系统的结构强度。该系统所用电磁控制阀由连片式E型电磁铁和上提式常开型控制阀组成。控制阀采用高压平衡式结构、小行程、中空式阀杆。阀杆头部与下盖间的小间隙决定阀杆升程，两者的形状合理配合以减小泄流过程中动态液压力对控制阀动态过程的影响；实现阀杆快速打开及压力迅速卸载。通过感测电磁线圈的电流或电压变化来确定控制阀的关闭时刻。该系统所用的柱塞偶件采用光杆柱塞和不带进油孔的柱塞体。低压燃油通过缸盖内的油道进入泵体上的进油孔，再通过阀体内部油管经控制阀阀口进入柱塞腔、常开型控制阀同时起到安全保护作用。Lucas公司研制的电控泵喷嘴EUI系统[19,20]（见图1-5，b）具有系列化产品。其电磁控制阀采用高速大功率电磁铁Colenoid作为电磁执行器，由于这一电磁铁的驱动力大、响应快，因此，能采用大的控制阀直径和升程，从而保证高速工况下高压燃油喷射过程的迅速切断。为了保证电磁控制阀工作的可靠性和耐久性，采用高电压驱动方式，消除控制阀工作性能对电源电压和线圈电阻变化的敏感性，大大改善了燃油计量的一致性。控制阀采用上提式常开型、高低压平衡式结构。由于Lucas公司电磁阀的特殊结构特点，可以采用减小供油速率、加大控制阀直径的方法实现低初期喷油率和快速切断，改善喷油规律形态。EUI系统所用的柱塞偶件采用光杆柱塞，柱塞体上带有进油孔。燃油自进油孔向柱塞腔充油时，从进油孔充入的燃油可以将柱塞腔中的气泡从控制阀阀口处冲走，保证柱塞供油的一致性。6第一章绪论时间控制式燃油喷射系统主要包括电控泵喷嘴系统、电控分配泵系统、电控单体泵系统和电控泵－管－阀－嘴系统。在上世纪九十年代，第三代电控燃油喷射系统应运而生，这就是更先进的压力－时间控制式电控燃油系统。这种喷油系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理，而是通过高压共轨，或共轨蓄压式或液力增压式形成高压。它具有公共控制油道（共轨），高压油泵向公共油道供油以维持所需的共轨压力，通过连续调解共轨压力来控制喷射压力，采用压力－时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程。由于该系统中喷油压力的产生过程与燃油的喷射过程无关，它不仅可以根据柴油机运行工况的不同灵活、精确地控制喷油量与喷油正时，而且还使过去不能控制的喷射压力及难以控制的喷油率的控制成为可能，系统的控制自由度及精度得到了大幅度的提高。共轨式电控燃油喷射系统可分为蓄压式、液力增压式和高压共轨式三种。如美国BKM公司的Servojet中压共轨喷射系统、美国Carterpillar公司生产的HEUI中压共轨燃油系统、日本电装公司开发的ECD-U2高压共轨系统、德国RobertBosch公司的CR高压共轨燃油系统（图1-4）、意大利Fiat集团的Unijet高压共轨燃油系统、英国Lucas公司的LDCR高压共轨燃油系统等。图1-4BoschCR高压共轨系统示意图1.2.3时间控制式电控柱塞泵燃油喷射系统的发展现状电磁阀泄流控制式柱塞泵燃油喷射系统是一种时间控制式电控喷射系统。它通过专门设置的电磁控制控制阀的关闭和开启来进行燃油的计量和定时的调节。5电控燃油喷射系统综述柴油机电控燃油喷射系统的开发研究始于上世纪七十年代末，至今已经历了位置控制式、时间控制式和压力－时间控制式三个阶段[5,6,8,13~16]。第一代电控燃油喷射系统是位置控制式，它保留了传统燃油系统的基本结构，只是通过增设传感器、执行器和微处理器组成控制系统，对高压油泵的齿条或滑套位置进行电子控制，从而控制柴油机燃油系统的燃油喷射量和喷油正时，使控制精度和响应速度得以提高。这种系统的优点是只要用电控泵及其控制部件代替原有的机械泵就可转为电喷系统，柴油机的结构几乎不需要改动，便于对现有机器进行升级改造。其缺点是控制自由度小，控制精度差，喷油率和喷射压力难于控制，而且不能改变传统喷射系统固有的喷射特性。位置控制式燃油喷射系统主要包括电控直列泵系统、电控分配泵系统等。该控制方式以日本电装公司的ECD-V1系统和ECD-P系统、日本Zexel公司的可变预行程TICS系统、德国BOSCH公司电控VE泵EDC系统、美国Caterpillar公司的PEEC系统及英国Lucas公司的EPIC系统等为代表。随着排放标准的日趋严酷，也为了进一步提高柴油机的竞争能力和整体性能水平，又发展了第二代电控燃油喷射系统，即时间控制式电控燃油系统，它改变了传统喷射系统的一些机械结构，利用柱塞泵可承载高压的特性提供高的供油压力，采用高速强力电磁控制阀的开启时刻和闭合时刻准确地控制燃油的喷射量和喷射定时，油泵的机械结构得到了简化和强化，适合于高压喷射。与位置控制系统相比，时间控制系统实现了喷油过程的直接数字控制，系统的控制精度、控制范围、响应速度大大提高。时间控制式电控燃油喷射系统对高速电磁阀的要求很高，电磁阀的响应时间对喷油过程的影响较大，特别是高速时，电磁阀的响应相对变慢。因此，需要通过电磁阀的合理设计尽量缩短响应时间，提高控制精度。4第一章绪论2.电控分配泵系统电控分配泵系统的基本结构特点是在泵头上设置一电磁控制控制阀，通过电磁阀的动作直接控制柱塞腔内燃油的压力建立和泄流，以控制供油定时和供油量。各缸的分配油道不变，保留出油阀，高压油路内的压力传播过程保持传统泵－管－嘴系统的固有特性。取消了机械式分配泵中的油量控制滑套机构，结构得到了简化。