电控单体泵、高压共轨喷油器与共轨管组成的混合燃油喷射系统

1.传统电控单体泵、高压共轨喷油器加共轨管组成的混合燃油喷射系统

图4-19是由传统电控单体泵、高压共轨喷油器和共轨管组成的混合燃油喷射系统。这是美国Delphi公司提出的一个技术。这里所谓“传统电控单体泵”是指其中的常开式两位两通高速电磁开关阀的阀芯依然是菌状的倒圆锥形阀加圆柱形的导向杆组成。

该系统当泵油柱塞48在凸轮轴的驱动下，向下运动时，泵油柱塞腔52的体积增大，如果此时常开式两位两通高速电磁开关阀66开启，则燃油箱64的低压燃油可以通过油道62、电磁阀66开启的阀口，进入泵油柱塞腔52，当泵油柱塞48运动到下止点，开始返回进行压油行程时，如果电磁阀66依然开启，则吸油行程中吸入的低压燃油在泵油柱塞48的推动下又被送回低压油箱64。到了适当的时刻，电控单元（ECU）发出信号，关闭电磁阀66，高、低压燃油油路被切断，这时泵油柱塞48的继续运动才开始压缩泵油柱塞腔52内的燃油，使其压力升高，当此压力升高到一定的程度，足以克服共轨管46中燃油压力和单向阀54的复位弹簧60的预紧力时，单向阀54开启，泵油柱塞腔中的高压燃油进入共轨管46，同时也进入喷油器40，此过程可以一直进行到泵油柱塞运动到上止点，也可以一直运动到某一时刻，电控单元使电磁阀66开启，使泵油柱塞腔52的高压燃油泄压，单向阀54关闭，使高压燃油的共轨管46和泵油柱塞腔52隔离，此后泵油柱塞48虽然继续向上运动，但是由于电磁阀66的开启，泵油柱塞腔的燃油只能被推出柱塞腔52，经过电磁阀66的阀口，流回低压燃油箱，此过程一直进行到泵油柱塞48压油行程的上止点。过了上止点，在驱动凸轮和泵油柱塞48复位弹簧的作用下，泵油柱塞48下行，此后柱塞腔的容积增大，燃油压力下降，因为电磁阀66已开启，使泵油柱塞腔52和低压油箱64连通，使低压燃油进入柱塞腔52，开始下一个吸油—压油循环。

图4-19 传统电控单体泵、高压共轨喷油器和共轨管组成的混合燃油喷射系统

a）系统结构 b）系统结构原理 40—高压共轨喷油器 42、44、44a、44b—高压油道 46—共轨管 48—泵油柱塞 50—泵油柱塞套内孔 52—泵油柱塞腔 54—单向阀 56—单向阀阀芯 58—单向阀点锥形阀座 60—单向阀的复位弹簧 62—低压油道 64—燃油箱 66—高速电磁开关阀

因为共轨管46始终保持高压燃油，喷油器40可以在任何时刻喷油，而且由于单向阀54的存在，使得喷油器40和泵油柱塞腔52之间无直接联系，因此减少了泵油过程对喷油过程的影响。

为了减小泵油柱塞48在其压油行程接近上止点时，驱动凸轮和挺柱体滚轮之间的接触压力，可以在泵油柱塞48运动到接近上止点时瞬时开启电磁阀66，使泵油柱塞腔52的燃油压力不再继续升高。

另外，由于电磁阀66可以在泵油柱塞48的吸油行程的任意时刻开启和关闭，控制其开启时间的长短，实际上就控制了吸油行程中的实际吸油量，这就是所谓的燃油吸油过程中的计量功能。但是该系统中的高速电磁阀66依然是传统的压力平衡式的菌状倒圆锥形的电磁阀，通电后，随着泵油柱塞48的运动，压缩泵油柱塞腔52中的燃油，使其压力升高，电磁阀66的阀芯处于高压环境，阀芯的阀杆处由于存在径向间隙，因此必然会产生高压燃油的泄漏，而且这种压力平衡式的菌状倒圆锥形的电磁阀，在其关闭期间，如果高压区域的燃油压力有波动，该电磁阀有可能瞬间开启，造成系统压力非正常振荡，进而影响系统的喷油特性。

2.新型电控单体泵、高压共轨喷油器加共轨管组成的混合燃油喷射系统

针对传统电控单体泵、高压共轨喷油器加共轨管组成的混合燃油喷射系统存在的这些问题，Delphi公司又提出的一个新的技术方案，如图4-20所示。

图4-20 新型电控单体泵、高压共轨喷油器和共轨管组成的混合燃油喷射系统

5—两位两通高速电磁开关阀 7—电磁阀复位弹簧 8—衔铁（动铁心） 9—电磁阀的静铁心线圈 10—燃烧室 40—高压共轨喷油器总成 42、44、44a、44b—高压油道 46—共轨管 48—泵油柱塞 50—泵油柱塞套内孔 52—泵油柱塞腔 54—单向阀 56—单向阀阀芯 58—单向阀点锥形阀座 60—单向阀的复位弹簧 62、62b—高压油道 62a—低压油道 64—燃油箱 70—电磁阀阀芯 70a—电磁阀阀芯导向杆 70b—电磁阀阀芯连接杆 71—电磁阀阀体内孔 72—电磁阀阀口 73—电磁阀倒圆锥形阀座面 75—电磁阀阀芯的上端面 76—电磁阀倒圆锥形阀芯 80—喷油器的针阀 81—喷油器针阀圆锥形阀座面 82—喷油器的高速电磁阀 90—泵油单元

该系统包括：(www.xing528.com)

1）新型电控单体泵，该单体泵包括：泵油单元90，具有自锁功能的常开式两位两通高速电磁阀5。

2）电控高压喷油器40。

3）共轨管46。

4）单向阀54。

5）燃油箱64等。

其中的高压电控喷油器40包括高速电磁阀82，该电磁阀82可以是两位两通电磁阀也可以是两位三通电磁阀，共轨管46的形状可以是任意的，而且泵油单元90、高速电磁阀5可以和喷油器40集成在一起，就像电控泵喷嘴一样，也可以分开，像电控单体泵油一样。

泵油单元90包括泵油柱塞48、柱塞腔52。柱塞腔52通过油道44b、62b和电磁阀5连通，同时通过单向阀54、油道44、44a和共轨管46连通，而且还通过油道42进入喷油器的控制腔和蓄压腔。电磁阀5通过油道62a和燃油箱64连接，同时喷油器40也通过油道62a和燃油箱64连接。

该系统的泵油柱塞48在驱动凸轮的作用下，上行进入吸油行程时，如果菌状的电磁阀5的阀口72开启，则位于燃油箱64的低压燃油可以通过油道62a、电磁阀5的环形槽74、阀口72、油道62b、44b进入泵油柱塞腔52。

该系统的显著特点是电磁阀5是一个具有自锁功能的常开式菌状倒圆锥形阀芯的两位两通高速电磁开关阀，该电磁阀5的阀芯70的结构和传统的电控单体泵、泵喷嘴采用的结构相同，上端是一个菌状或倒圆锥形的圆锥体76，其倒圆锥面73和阀体内圆柱形孔71的孔形成了一个阀口72。阀芯70的下端是一个圆柱体70a，该圆柱体70a和阀体的相应的圆柱形孔71配合，作为整个阀芯70上下运动时的导向，而此导向圆柱体70a和阀芯70上端的倒圆锥形体76之间通过一个较小直径的圆柱体70b连接，该小直径圆柱体70b和阀体的内孔71之间形成一个环形槽74，同时，该导向圆柱体70a在其最下端还连接一个该电磁阀的电磁铁的衔铁8（或动铁心），该导向圆柱体70a的下端面和一个圆柱形的压缩弹簧7接触，此弹簧7实际是该电磁阀5的复位弹簧，即电磁阀断电时，该复位弹簧7使阀芯70开启，即阀口72保持开启状态。但是这种电磁阀5的高压燃油的作用区域和低压燃油的作用区域和传统的电控泵喷嘴、单体泵的两位两通高速电磁阀的恰恰相反，在这里，当电磁阀5通电，阀芯70在电磁吸力的作用下，克服复位弹簧7的作用以及阀芯70的惯性力、摩擦力，向下运动，关闭锥形阀口72，切断了高、低压燃油通道的连接，此后，电磁阀5的上部倒圆锥体处于高压区域，而其下部，即导向部分70a和连接此两部分的70b均处于低压环境，因此阀芯70导向部分70a和与其配合的阀体内孔71之间形成的径向间隙处于低压环境，这样可以大大减小流经此间隙的燃油泄漏量，这正是该结构电磁阀的优点之一，而且由于其泄漏小，因此阀芯70和阀体内孔71的加工精度可以大大降低，加工成本也大大减小。传统的电控泵喷嘴、单体泵所应用的菌状或倒圆锥形的电磁阀阀芯的导向部分和阀体内孔之间形成的径向间隙，当电磁阀关闭后始终处于高压环境，因此不可避免地存在燃油的泄漏，而且随着喷射压力的不断地升高，经过此间隙的泄漏会进一步增加，这就影响了喷射压力的升高，为了减小泄漏，不得不提高电磁阀阀芯的导向部分和阀体内孔加工精度，使制造成本上升，可靠性降低。

该系统中，当电磁阀5通电，关闭锥形阀口72，切断了高、低压燃油通道的连接后，随着泵油柱塞的向下的运动，泵油柱塞腔52内的燃油压力上升，当此压力上升到一定的程度，足以克服共轨管46中的燃油压力和单向阀54的复位弹簧60的预紧力时，单向阀54开启，高压燃油进入共轨管46和喷油器40。同时，电磁阀5通电，阀芯70在电磁吸力的作用下，克服复位弹簧7的作用，向下运动，关闭锥形阀口72后，其上端面75也受到泵油柱塞腔52的高压燃油的向下的作用力，当此压力上升到一定的程度，足以克服电磁阀5的复位弹簧7的预紧力和阀芯70关闭阀口后仍然留在高压区域的倒圆锥形面上的高压燃油向上的作用力时，电磁阀5就可以断电，不用继续通电维持电磁阀5的阀口关闭状态，这就是所谓的自锁电磁阀，这是该系统的又一特长。这种自锁电磁阀可以减小功耗，提高电磁阀的使用寿命。而且，由于阀芯70上端面的高压燃油的作用，即便存在瞬间的压力波动，也不会像传统的电控单体泵或泵喷嘴出现电磁阀的阀口开启的现象。但是这种电磁阀是非平衡电磁阀，传统的电控泵喷嘴、单体泵所应用的菌状或倒圆锥形的电磁阀，当电磁阀关闭阀口后，其高压燃油作用在阀芯上的力是平衡的。

这种系统可以是一个高压油泵，一个共轨管，一个喷油器，也可以是一个高压油泵，共用一个共轨管，多个喷油器。

该系统的工作过程如下：首先，泵油柱塞48在驱动凸轮的作用下向上运动，进入吸油行程，使柱塞腔52的容积增大，柱塞腔52内的燃油压力下降，由于此时电磁阀5不通电，电磁阀5的阀口72开启，燃油箱的低压燃油经过油道62a、电磁阀5、油道62b、44b被吸入泵油柱塞腔52，当泵油柱塞48运动到上止点后，开始返回进入压油行程，此后如果电磁阀5继续保持开启，则吸油行程吸入的低压燃油又会被泵油柱塞48压回低压油箱，到了一定的时刻，电磁阀5通电，阀芯70在电磁吸力的作用下向下运动，关闭阀口72，切断了高、低压燃油的通道，从这时开始，封闭在泵油柱塞腔52内的燃油在柱塞48的压缩下体积缩小，压力升高，由于此时电磁阀5已经被吸合，因此阀芯70点上端面75必然受到泵油柱塞腔52的高压燃油的作用，当泵油柱塞腔的燃油压力上升到一定的程度，足以克服电磁阀5的复位弹簧7的预紧力和阀芯70关闭阀口后仍然留在高压区域的倒圆锥形面上的向上的作用力时，电磁阀5就可以断电，不用继续通电维持电磁阀5的阀口关闭状态。此后随着泵油柱塞48的继续运动，泵油柱塞腔52的燃油压力继续升高，此压力升高到一定程度，足以克服共轨管46中的燃油压力和单向阀54的复位弹簧60的预紧力时，单向阀54开启，高压燃油进入共轨管46和喷油器40，此过程一直延续到泵油柱塞48运动到下止点，而且由于电磁阀5关闭阀口72后，泵油柱塞腔52的燃油压力上升，此高压作用到阀芯70的上端面75上后，即便是电磁阀5断电，由于阀芯70的上端面75作用的高压燃油，因此电磁阀仍然保持关闭，而且由于泵油柱塞腔52的燃油压力的不断的升高，电磁阀5的阀口72的密封越可靠，但是这也限制了在泵油柱塞48的压油行程中想开启电磁阀5的阀口72是不可能的了，这和传统的电控单体泵、泵喷嘴的电磁阀的工作情况是不一样，传统的电控单体泵、泵喷嘴的高速电磁阀，阀口关闭后，整个阀芯处于压力平衡状态，电磁阀可以在任何时候开启。

当泵油柱塞48运动到下止点后，又开始返回，进入新的吸油行程，由于吸油行程，泵油柱塞腔52的体积增大，因此柱塞腔52的燃油压力下降，当下降到一定的程度，电磁阀5的阀芯70在复位弹簧7的作用下向上运动，开启阀口72，然后燃油箱的低压油才能被泵油柱塞吸入柱塞腔52，进入下一个吸油—泵油的循环。

由于喷油器40和共轨管46通过单向阀54被隔离，因此喷油器可以在任何时候喷油，实现灵活、柔性的喷油控制。