|
共轨导读 全球第一套电装共轨系统于1995年面世，当时应用在卡车上面（HP0）。1999年，电装共轨系统开始应用在轿车领域（HP2），而后在2001年，一款更轻更紧凑的共轨系统被推向市场（HP3）。2004年，基于HP3的三缸供油泵HP4问世。接下来我们主要针对其高压油泵进行具体介绍。 油泵主要类型，结构及特性 电装油泵大体由预供油泵、溢流阀、控制阀PCV、泵油单元、供油阀及TDC传感器组成，各部分功能简述如下： 预供油泵：从油箱中吸油至泵油单元。 溢流阀：调节泵内燃油压力。 控制阀：控制泵入油轨内的油量。 泵油单元： a. 凸轮：驱动挺柱体； b. 挺柱体：传递驱动柱塞上下运动； c. 柱塞：将低压油压缩成高压燃油。 供油阀：阻止燃油逆流，泵油至油轨。 TDC传感器：识别发动机的缸数。 HP0油泵 01 1）①、 HP0由泵油高压组件（两缸）、控制阀（控制燃油供给量）、位置传感器（TDC传感器）以及预供油泵组成。 ②、发动机缸数与油泵缸数的关系如下表所示  ③通过增加凸轮峰数来匹配发动机的缸数，由此实现油泵紧凑、两缸的设计。并且由于HP0泵的泵油次数与喷油器喷射次数一样，因此轨压更稳定、波动更小。 2）结构爆炸图  3）各零部件功能 ① 预供油泵：从油箱中吸油至泵油单元。 ② 溢流阀：调节泵内燃油压力。 ③ 控制阀：控制泵入油轨内的油量。 ④ 泵油单元： 凸轮：驱动挺柱体。 挺柱体：传递驱动柱塞上下运动。 柱塞：将低压油压缩成高压燃油。 ⑤ 供油阀：阻止燃油逆流，泵油至油轨。 ⑥ TDC传感器：识别发动机的缸数。 ⑦ 预供油泵：有两种形式，分为齿轮泵和叶片泵。 a、齿轮泵：凸轮驱动供油泵的内外齿轮转动，该转动产生不同空间的变化，使得燃油从吸油通道进油压缩至出油通道，从而产生高压油输送至泵腔。  b、叶片泵：凸轮轴驱动转子不停转动，叶片沿着偏心环滑动，随着油腔空间的变化将油从吸油通道吸入并压缩至出油通道，从而产生高压油输送至泵腔。 ⑧ 控制阀： 控制阀（PCV）用以调节油泵进入油轨的供油量，以此控制油轨的油压。控制阀通电时间的长短直接影响由泵入轨的供油量。 下图右边画出了控制阀的驱动电路图。点火开关打开则控制阀继电器打开通电，点火开关关闭则继电器断电。ECU通过ON/OFF控制PCV。PCV基于来自各传感器的信号，决定所需的泵油量，从而控制通电的长短与开闭的时机。  ⑨ 泵油单元： 发动机带动凸轮轴转动，凸轮通过挺柱体驱动柱塞上下运动从而将来自预供油泵的燃油压缩成高压油输送入油轨。控制阀PCV控制泵油量的大小，燃油流向：预供油泵−−柱塞腔−−供油阀。  ⑩ 缸数识别传感器（TDC）： 缸数识别传感器通过改变电压（通过改变电磁力大小产生）由线圈将输出电压信号输送给ECU。这与安装在发动机一侧的转速传感器原理一样。与泵凸轮轴同中心装有一个圆盘状齿轮，每120度间隔缺一个齿。 因此对一个6缸发动机而言，该齿轮每两转输出7个脉冲信号。通过综合发动机转速脉冲信号和TDC脉冲信号，所有过脉冲后的脉冲信号被识别为第一缸。  HP2油泵 02 1）特性 ① HP2主要由两个泵油单元（内凸轮、滚柱、两个柱塞）、吸油控制阀SCV、燃油温度传感器和预供油泵（叶片泵）组成。发动机转半周只泵油一次。 ② 泵油单元由一个内凸轮和一个柱塞组成，两个泵油单元串联式排布。这使得油泵紧凑且降低了最大转矩。 ③ 泵入油轨的油量由吸油控制阀SCV来控制。为控制泵油量，尽量减少抽吸运动，以减少驱动负载和抑制油温的升高。  ④ 油泵驱动力矩 由于HP2是两缸串联式的，因此，在同等泵油量的情况下，其驱动力矩峰值只是单缸驱动力矩峰值的一半。  2）结构爆炸图  3）各零部件功能 ① 预供油泵：从油箱中吸油并输入泵油单元。 供油泵有四个叶片。驱动轴转动带动叶片泵转动，叶片沿着偏心环内壁滑动。随着转子的转动，从油箱中吸油输送至吸油控制阀SCV和泵油单元。为保证叶片与偏心环内壁紧密贴合以减小泵的燃油泄漏量，每一个叶片内部都装有一根弹簧。  ② 调节阀：调节泵腔内的燃油压力。 调节阀是为了控制燃油输送至泵油单元的压力。随着泵的周向转动的增加及输送压力超过设定上限，控制阀克服弹簧力打开，允许燃油回流至吸油端。  ③ 吸油控制阀SCV：控制进入柱塞的油量，以控制油轨内的压力。 ECU控制SCV的通电时间，通电时间的长短由确保轨压所需的泵油量来决定。 当电磁阀通电的时候，电磁力吸引针阀克服弹簧力向上抬起，从而来自预供油泵的燃油通过SCV进入泵油单元。而当电磁阀停止通电后，电磁力消失，针阀在弹簧力的作用下将燃油通道关闭，从而SCV停止向泵油单元供油。 ④泵油单元： a. 内凸轮：驱动柱塞 b. 滚柱：驱动柱塞 c. 柱塞：反复运动压缩燃油 两个泵油单元串联时排布。柱塞1水平布置，柱塞2垂直布置。二者吸油和压缩冲程相反互补（如果1缸吸油则另一缸压缩泵油）。每旋转一周每个柱塞泵油两次。因此油泵旋转一周向油轨供油4次。 ⑤ 供油阀：通过隔开泵油单元与油轨维持油轨内的高压。 供油阀包含两个球阀，它将两个柱塞腔内的燃油输送入油轨。当柱塞腔的压力超过油轨内的压力，球阀打开向油轨内供油。 ⑥ 油温传感器：监测燃油温度，安装在吸油端。 ⑦ 止回阀：阻止泵油单元内被压缩的燃油回流至吸油端，安装在吸油控制阀SCV和泵油单元之间。 当SCV打开时，输送压力顶开止回阀，允许燃油输送至泵油单元。而当SCV关闭后，泵油单元内的油压关闭止回阀，阻止高压油回流至SCV。 HP3油泵 03 1）特性 ① HP3主要由泵油单元（偏心轮、环形凸轮、两个柱塞），吸油控制阀SCV，油温传感器以及预供油泵（摆线式）组成，传动比1/1或1/2。 ② 两个柱塞对称地分布在环形凸轮的上下两外侧。 ③ 与HP2 相同，HP3泵油量由吸油控制单元来控制，以尽量减少抽吸运动进而减少驱动负载和抑制油温的升高。另外，HP3有两种类型的吸油控制阀SCV：常开（吸油阀断电时打开）和常闭（吸油阀断电时关闭）。 ④ 带DPNR系统的燃油系统中有一个节流阀。该节流阀的功能是当在DPNR中存在泄漏时自动节流燃油。 2）结构爆炸图 3）各零部件功能 ①、预供油泵：从油箱中吸油并输入泵油单元。 整合到油泵里边的摆线型供油泵，负责从油箱中吸油，通过燃油滤清和吸油控制阀SCV输送至两个柱塞腔中。驱动轮推动预供油泵的内外转子，随着转子的周向运动，燃油腔容积增大或减小，预供油泵将燃油从吸油通道输送至供油通道。 ②调节阀：调节泵腔内的燃油压力。 调节阀是为了控制燃油输送至泵油单元的压力。随着泵的周向转动的增加及输送压力超过设定上限，控制阀克服弹簧力打开，允许燃油回流至吸油端。 ③吸油控制阀SCV： 控制进入柱塞的油量，以控制油轨内的压力。与HP2不同，HP3匹配的是线性电磁阀。ECU控制SCV的通电时间，通电时间的长短由确保轨压所需的泵油量来决定。 当电磁阀通电的时候，电磁力吸引针阀克服弹簧力向上抬起，从而来自预供油泵的燃油通过SCV进入泵油单元。而当电磁阀停止通电后，电磁力消失，针阀在弹簧力的作用下将燃油通道关闭，从而SCV停止向泵油单元供油。 HP3有两种类型的吸油控制阀SCV：常开（吸油阀断电时打开）和常闭（吸油阀断电时关闭）。二者工作相反。 紧凑型的SCV与传统型的SCV相比，回油弹簧和针阀位置相反，因此二者的工作也相反。 下面以常开型SCV为例作详细介绍。 a) 当电磁阀不通电时，回油弹簧迫使针阀落座，燃油通道完全打开，燃油流入柱塞腔（总的吸油量即为总的泵油量）。 b) 当电磁阀通电，衔铁推动针阀克服弹簧力向压缩弹簧方向移动，直至将燃油通道关闭。 c) 电磁阀打开与关闭由占空比来控制。吸油量的多少对应燃油通道打开的面积，完全由占空比来定。 d) 占空比控制： 发动机ECU输出的锯齿形信号频率是一定的。电流值是这些信号的有效平均值。随着有效平均值的增加，针阀开启量减小。反之，有效平均值减小，针阀开启量增加。 e) 当通电时间短时，通过电磁阀的平均电流值小，因此针阀抬起量小进而燃油通道开度大，吸油量也就大。 f) 当通电时间长时，通过电磁阀的平均电流值大，因此针阀抬起量大进而燃油通道开度小，吸油量也就小。 ④泵油单元： a) 偏心凸轮：驱动环形凸轮 b) 环形凸轮：驱动柱塞 c) 柱塞：反复运动压缩燃油 偏心凸轮是凸轮轴的一部分，环形凸轮装在偏心凸轮上。在环形凸轮对称的上下两侧共装有两个柱塞。凸轮轴的转动带动偏心凸轮偏心转动，环形凸轮随之上下运动，进而推动两个柱塞反复运动实现泵油动作。 凸轮轴的周向运动带动偏心凸轮偏心转动，三角环跟随着推动三个柱塞往复运动实现泵油功能（三角环本身不转动）。如下图所示。 ⑤供油阀：通过隔开泵油单元与油轨维持油轨内的高压。 HP3的供油阀装有一个整体的柱塞套，包含止回阀球、弹簧及阀套等。当柱塞腔内的油压高于轨压时，止回阀球打开向油轨内供油。 油温传感器：监测燃油温度，安装在吸油端。 HP4油泵 04 1）特性 HP4油泵基本结构与HP3类似，组成也与HP3一样，由泵油单元（偏心凸轮 环形凸轮 柱塞）、吸油控制阀SCV、油温传感器以及预供油泵组成。 与HP3相比不同的地方是HP4有三个柱塞。因为有三个柱塞，三个柱塞每120度布置在环形凸轮的外侧。另外，供油能力也是HP3的1.5倍。与HP3 一样，供油量也由吸油控制阀SCV来控制。 2）结构爆炸图 3）各零部件功能 HP4的零部件及功能与HP3基本相同，以下仅关注与HP3不一样的地方。 HP4驱动轴的偏心凸轮上装有一个三角环，三个柱塞呈120度间角分布在三角环外侧。与博世CP3.3和CP1H的布置类似。 凸轮轴的周向运动带动偏心凸轮偏心转动，三角环跟随着推动三个柱塞往复运动实现泵油功能（三角环本身不转动）。 工作原理 01 HP0油泵 1）燃油流向 油箱−−预供油泵−−控制阀PCV−−泵油单元−−供油阀−−油轨 控制阀PCV调节泵油单元至出油通道的油量。 2）泵油量控制 燃油由预供油泵泵至柱塞。为调节轨压，控制阀PCV控制出油量，实际工作过程如下表图所示： 02 HP2油泵 预供油泵从油箱中吸入燃油输送至吸油控制阀SCV，同时，调节阀调节燃油压力低于某个值。被吸入供油泵的油量由SCV精确控制，通过止回阀输送入泵油单元。最后由泵油单元将压缩后的高压燃油输送至油轨。 03 HP3油泵 1）燃油流向如下图所示。 2）工作 a. 与HP2 一样，泵油量由吸油控制阀SCV控制，与HP2 不同之处在于HP3的SCV阀的开度由控制占空比来调节。 b. 在吸油冲程中，弹簧力迫使柱塞随环形凸轮一起运动，柱塞与环形凸轮同步下行。因此不像HP2一样柱塞本身也有吸油功能。 c. 当吸入的燃油通过SCV时，流量依据所需泵油量由阀的开启来控制最终输送入泵油单元。 04 HP4油泵 1）燃油流向 预供油泵从油箱吸入燃油输送至吸油控制阀SCV，同时，调节阀调节油压低于某个值。来自预供油泵的油量已经经过吸油控制阀SCV的调节，进而输送入泵油单元，泵油单元将压缩后的高压燃油输送入油轨。 2）工作过程 泵油量由吸油控制阀SCV来控制。与HP3一样，阀的开启通过控制占空比来调节。与HP3相比唯一的不同之处是泵油单元的形状。工作过程、原理及控制基本上一样。具体参见HP3的详细介绍。
电装的4代高压油泵基于自主设计理念和市场需求，以优良性能在高压共轨领域占有独特位置。清楚的了解其系统和部件，将对我们对高压共轨系统有更好的理解和应用。 |
|
|
