典型电控单体泵的结构和工作原理

1.典型电控单体泵结构

图3-8为一个典型的电控单体泵相同的结构，包括：机械式喷油器、高压油管、高压长接头（可不用）、单体泵总成、驱动凸轮等。而单体泵的关键技术是采用常开式两位两通高速电磁开关阀。

2.典型电控单体泵的工作原理

图3-9给出了典型电控单体泵的工作原理，及相应的高速电磁开关阀的驱动电流波形、电磁阀阀芯位移、单体泵的喷射压力等曲线。电控单体泵的工作原理分析如下。

（1）供油前的静止状态 在供油前的静止状态，对电磁阀线圈未通电时，菌状的电磁阀阀芯6（见图3-9）在电磁阀复位弹簧5的作用下，位于图3-9的最左位置，与限位垫块8接触，这时电磁阀阀芯位移量为零，阀口开度处于最大，为Δa（见图3-9的A），高、低压油路畅通。

（2）供油准备阶段 为迅速起动电磁阀，常以高电压、大电流，使电磁铁线圈驱动电流迅速上升至最大值I_a，强大的电磁力使电磁阀阀芯迅速起动，为使电磁阀阀芯起动后，仍能保持有足够的加速度，到达最大电流稍加稳定后才开始降低电流。

图中的各曲线图中a区属于电流快速上升区，通常车用单体泵起动电流为12～20A。

在快速上升的大电流（或峰值电流）所产生的电磁力的作用下，衔铁4（见图3-9）带动电磁阀阀芯6克服静态惯性及电磁阀复位弹簧5的预紧力，迅速向右向移动，阀芯行程h由起初时的零位（即阀口开度最大时），快速向最大行程位置（即阀口开度为零）移动，为开始供油做好准备。

图3-8 电控单体泵的典型结构

1—机械式喷油器 2—高压长接头 3—高压油管 4—螺母 5—限位垫块 6—电磁阀阀芯 7—盖板 8—泵体 9—柱塞腔 10—泵油柱塞 11—发动机机体 12—滚轮销 13—驱动凸轮 14—弹簧座 15—电磁阀弹簧 16—电磁铁静铁心 17—衔铁 18—调整垫圈 19—密封圈 20—低压油进油孔 21—回油孔 22—柱塞导向套 23—柱塞复位弹簧 24—导程筒 25—柱塞弹簧座 26—挺柱体 27—滚轮

图3-9 电控单体泵的工作原理及相关特性曲线

1—泵油柱塞 2—柱塞腔 3—高压油道 4—衔铁 5—电磁阀复位弹簧 6—电磁阀阀芯 7—低压油路 8—限位垫块

（3）初喷阶段 在a区随着电流上升到接近最大值，电磁阀阀芯6开始向关闭方向快速移动（即阀芯移动行程h值迅速加大），但一直到a区结束，阀芯座面尚未到达关闭位置。(www.xing528.com)

由于大电流（或峰值电流）不宜维持时间过长，且由于阀芯密封锥面移动到接近关闭位置时，衔铁与静铁心极面的气隙已经很小，即使在较小的驱动电流下，电磁铁也能产生足够大的电磁力，使阀芯继续保持向关闭位置高速运动。

为此，从到达图3-9中的b区开始，虽然由控制器把电磁阀驱动电流迅速降低，但阀芯仍在向关闭方向移动，并使电磁阀阀芯很快到达关闭位置，关闭阀口。

而在b区开始快速下降的电磁阀的驱动电流，由于电磁阀阀芯受到座面关闭时机械限位的影响，引起了线圈电感短暂停止变化，结果使得下降的驱动电流随之出现短暂停顿，然后继续下降到比主喷阶段所需的维持电流更低值（见图3-9中b、c₁区的电流波形）。

通常主喷阶段的维持电流I_c2所产生的电磁力，应足够平衡弹簧最大压缩量时的回复力外，还要确保阀芯座面在高压燃油的作用下，仍有良好的密封性。车用单体泵主喷区的维持电流一般为4～8A。

但为了能获得靴形喷油规律，喷油器初喷阶段应维持较低的喷油压力。

要使初喷压力低于主喷压力，可以采用在供油时，使密封座面间留有一条小间隙Δb（见图3-9的B），这样在建立高压时，由于有一定量的燃油从间隙中泄漏到低压油道。因此，高压油路内的燃油压力会有一定程度的降低。间隙的大小，决定了初始喷油压力的高低。间隙大，高压油泄漏时，节流阻力小，泄漏量多，喷油压力低。反之，间隙小，节流阻力大，泄漏量少，喷油压力高。

随着电流由最高值降到初喷时的维持电流，电磁力亦随之下降，电磁阀弹簧力又开始顶开阀芯密封座面而出现间隙。座面间出现间隙后，表明电磁阀弹簧的压缩量减小，只需较小的电磁力就足够平衡相关作用力。因此，在初喷阶段的维持电流应小于主喷阶段的维持电流。

由于起动电流的急升，之后又快降，因此，使阀芯移动行程h也出现了急升、快降的变化曲线段（见图3-9）中的b区。

从图3-9中的喷射压力波形可以看到初喷阶段c₁区，从开始的喷油压力为p_c1，到c₁区结束时的整个c₁区内，喷油压力的变化十分缓慢。

在整个预喷阶段的c₁区内，泵油柱塞虽然是在压油行程中，照理喷射压力会很快上升，但由于c₁区内有泄漏的存在，所以导致喷射压力只能缓慢上升，而且在这个区间喷油压力始终保持比较低的水平，这样就可以实现靴形喷油规律中初始喷射时低喷射压力、低喷油速率的要求。

（4）主喷区 在初始喷油区c₁后，接着便是主喷区c₂，为了能获得良好的燃烧过程，喷油规律在主喷区内要求以高喷油速率及高喷射压力喷出。要提高喷射压力，加快喷油速率，需完全关闭电磁阀阀口，要使阀芯阀口完全关闭，阀芯必须运动到最大行程位置，在移动过程中，必然对电磁阀复位弹簧增添一定的压缩量，结果使阀芯运动时的阻力增加，因此只有通过加大电磁力来克服增大了的弹簧力。因此，要把保持电流I_c1迅速提高到保持电流I_c2，使电磁吸力加大到足以使电磁阀阀芯运动到最大位移量h_d位置，由于c₂区内电流保持在I_c2不变，因此，电磁阀阀芯位移量在h_d也保持不变，保证阀口可靠关闭，间隙Δc为零（见图3-9的C），这样就完全切断高、低压油路通道，为高压喷射提供了保证。

电磁阀阀芯行程移到最大位置，电磁阀阀口完全关闭，高压腔内燃油压力迅速上升，这时进入喷油规律中的主喷射区，燃油是在高压下以高速率喷入燃烧室。在整个主喷期内，泵油柱塞是在继续向上运动。在运动中，由于密封面处无间隙泄漏状态（见图3-9的C），因此，喷油压力能不断快速上升。

（5）d区喷射终了 当喷油量达到期望值后，由控制器（ECU）发出指令，切断电磁阀线圈的驱动电流，驱动电流迅速下降，电磁力消退，在电磁阀复位弹簧5的作用下，电磁阀阀口开启，电磁阀阀芯由关闭时最大行程位置h_d，迅速回位到行程为零时的全开位置。电磁阀阀口开启后，高、低压油路连通，喷油压力p迅速下降到与低压油路相等的压力。

上述分析表明：高速电磁阀的驱动电路就是在电磁阀阀芯起动时，要采用大电流驱动，可提供足够的能量，使电磁铁产生较大的初始电磁力，克服电磁阀阀芯的惯性、摩擦力、复位弹簧的阻力以及液动力，实现快速起动，起动后阀芯座面移到关闭位置或接近关闭位置后，只需提供能维持阀芯位置的小电流，这样既有利于电磁阀的快速响应，能正确确定喷油始点，又有助于电磁力的快速消退，使电磁阀芯能及时复位，打开高、低压油路，使喷油停止得干脆利落，也能节省能耗，防止线圈过热。