轿车电控泵喷嘴优化方案

1.结构

轿车用量大，又常运行在人口密集的城市，对其废气排放和噪声的要求比商用车更为严格。为降低噪声、改善排放，轿车用电控泵喷嘴常带有预喷功能，为了达到预喷目的，通常装有一个由机械、液压控制的预喷控制阀23（见图3-5）。轿车用电控泵喷嘴与商用车电控泵喷嘴相比，在结构上除了加装一个预喷控制阀部件外，电磁阀安装位置也有区别，其他零部件则基本相似。

2.工作原理

1）起始位置（见图3-6a），当高速电磁阀未通电时，电磁阀密封阀口处于开启位置，高、低压油路相通，泵体内各油路及各油腔内的燃油尚未建立起高压。预喷控制阀在针阀弹簧5的作用下，向上运动，其上端的圆锥形密封面和预喷控制阀的圆锥形座面B贴合，实现该锥形阀口的密封，同时，针阀复位弹簧使针阀落座，处于关闭状态。

2）预喷（见图3-6b）。泵油柱塞1在凸轮的作用下，向下移动时，柱塞腔2内的燃油受压，产生压力，在预定的时刻，在电控单元ECU的控制下，高速电磁阀通电，在电磁吸力的作用，电磁阀阀芯与阀座的密封面关闭，切断了高、低压的燃油通路。使柱塞腔内的燃油压力升高，具有一定压力的燃油分为两路流动：一路经高压油孔6流入针阀体9的盛油槽7内，产生作用在针阀锥面E和针阀下端锥面上的向上的作用力，企图使针阀开启。另一路由节流孔12作用在预喷控制阀3的上端面A上，产生向下的作用力，该力通过预喷控制阀3及针阀复位弹簧5，也作用在针阀8上，但是该力阻挡针阀开启。

图3-5 轿车用电控泵喷嘴的结构

1—球头销 2—复位弹簧 3—泵油柱塞 4—泵体 5—静铁心 6—衔铁 7—电气接头 8—平衡弹簧 9—电磁阀阀芯 10—电磁铁线圈 11—回油孔 12—密封圈 13—进油孔 14—液压阻尼 15—紧帽 16—密封垫 17—针阀 18—针阀座面 19—燃烧室 20—针阀体 21—气缸盖 22—针阀弹簧 23—预喷控制阀 24—预喷控制室 25—柱塞腔 26—电磁阀弹簧 27—驱动凸轮 28—摇臂

预喷控制阀在关闭状态时，作用在其上端面A的面积为πd²/4，因直径d很小，近似于节流孔12的直径，因此，其受压面积明显小于针阀锥面E和针阀下端环形锥面上的环形面积。由于作用在A面、E面上单位面积上的压力均为柱塞腔2内燃油压力。因此，使针阀升起的作用力要大于阻挡针阀升起的作用力。但是，由于针阀和预喷控制阀直接还有一个针阀复位弹簧5，因此在电磁阀不通电时，可以保证针阀的可靠落座。当柱塞向下运动，使柱塞腔2内的燃油压力达到针阀开启预紧力p₀时，针阀开启，使压力为p₀的燃油，经压力室10，从喷孔11喷入燃烧室，形成了针阀的第一次喷油（见图3-6b），即称为预喷。预喷量通常很小，原因如下：

图3-6 轿车用电控泵喷嘴的工作原理

a）起始位置 b）预喷 c）主喷准备 d）主喷 1—泵油柱塞 2—柱塞腔 3—预喷控制阀 4—预喷控制室 5—复位弹簧 6—高压油孔 7—针阀盛油槽 8—针阀 9—针阀体 10—压力室 11—喷孔 12—节流孔 A—预喷控制阀上端面 B—预喷控制阀座面 C—预喷控制阀下端面 E—针阀锥面 F—针阀下端密封锥面

①电磁阀阀芯在关闭连接高、低压油路的阀口时，柱塞腔内开始产生高压到针阀开启喷油的时刻，柱塞下移行程不大，高压腔内容积变化较小，燃油压力升高不多，因此，预喷时的压力较低（见图3-6b区的波形），到预喷结束时的最高压力p_b也不高，且针阀一旦升起，会产生预喷，预喷一旦开始，盛油槽内的燃油压力会立即下降，影响针阀继续上升。(www.xing528.com)

②针阀在上升过程中，由于受预喷控制阀上端面A上燃油压力的作用，限制了针阀的升起高度。预喷阶段中的最大升程也很小（见图3-6针阀升程曲线中h_b）。

由于上述喷射压力不高，针阀升程较小等因素，因此，第一次预喷量很少，大约为1.5mm³。

在预喷阶段的预喷控制阀3一直处于关闭状态。见图3-6中预喷控制阀开关位置曲线S。

3）主喷前的准备（见图3-6c）由于预喷的影响，盛油槽内燃油压力迅速下降，作用在预喷控制阀下部C面上的作用力同时减小。而柱塞在凸轮的作用下，继续向下运动，柱塞腔2内的燃油进一步被压缩，会产生更大的压力，并通过节流孔12作用在预喷控制阀上端面A面上。因为预喷后作用在预喷控制阀下部C面的压力减小，而作用在上端面A面上的压力，由于柱塞下移却在加大，预喷控制阀会很快被向下压到机械限位位置，并通过针阀复位弹簧5把压力传递到针阀上，使针阀快速落座，关闭座面（见图3-6c），预喷结束。

预喷控制阀向下移动，阀口B就被打开。阀口B一旦打开，高压腔2内的高压燃油立即由节流孔12快速进入预喷控制室。同时预喷控制阀上承受燃油压力的面积不再是πd²/4，而是加大到πD²/4，使阻挡针阀升起的作用显著加大。因此，针阀再度升起进行主喷时，必须在更大的喷油压力下才能开启喷油。

4）主喷（见图3-6d） 随着凸轮的旋转，泵油柱塞继续下降，柱塞腔内燃油压力不断升高，当燃油压力升高到p_c时（见图3-6d），针阀才会再度开启喷油。

由图3-6d区波形可见，主喷时的开启压力p_c比预喷时的最高喷射压力p_b还要高，这是由于预喷控制阀阀口B开启，并向下运动到机械限位位置时。针阀复位弹簧5压缩量最大，加上作用在预喷控制阀3上的燃油压力加大，因此，必须有更大的开启压力才能克服针阀复位弹簧力及作用在预喷控制阀上的燃油压力，使针阀再度喷油。这次喷油，由于压力高，使针阀升程由零会很快升到最大升程h_d位置。针阀升到h_d的高度后，不能继续上升。而柱塞仍在压油行程中，因此，喷油压力会不断升高，使最高喷油压力能达到p_d值，见图3-6d区中喷射压力波形。泵喷嘴最高喷油压力可达220MPa。喷油压力到达最大值时，喷油速率最快，喷出的油量最多。当柱塞腔内的燃油向盛油槽内的补充速度满足不了喷出量的要求后，喷油压力会开始降低。

由于整个主喷阶段内针阀升程大，喷油压力高，喷射速率快，延续时间长，因此，总的喷油量远大于预喷阶段的喷油量。

预喷和主喷虽然是两次喷出，但是在一个工作循环内完成，通常高速电磁阀通电，电磁阀阀芯密封面关闭的时刻，即为预喷的始点，关闭时间的长短，决定了喷油量的多少。

从预喷开始到主喷结束的整个喷油延续期内，针阀经历两次开启，中间出现过落座停喷，但高速电磁阀并未断电，柱塞腔内燃油压力随柱塞下移，总在不断加大，预喷控制阀在主喷的过程中始终处于开启状态，见图3-6中预喷控制阀位置曲线S。

预喷和主喷间的短暂停喷，是由于喷射控制阀的位移和发动机的转速决定，大约为0.2～0.6ms。