文/山東 劉 華

濰柴WP.10-336柴油機(jī)Bosch共軌系統(tǒng)油路圖解(上)

文/山東 劉 華

劉華

(本刊專家委員會(huì)委員)

畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機(jī)專業(yè)，現(xiàn)為威海職業(yè)學(xué)院汽車專業(yè)帶頭人，教授、高級(jí)工程師，哈爾濱工業(yè)大學(xué)車輛工程專業(yè)工學(xué)碩士；中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)會(huì)員；《汽車柴油機(jī)電控系統(tǒng)檢修》國(guó)家級(jí)精品課負(fù)責(zé)人;“《柴油機(jī)電控高壓共軌系統(tǒng)檢修》新課程的構(gòu)建與教學(xué)實(shí)踐”省級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)第一完成人。

2008年7月1日，我國(guó)車用柴油機(jī)開始執(zhí)行國(guó)Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)柴油機(jī)必須加裝電控系統(tǒng),才有望達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前，車用柴油機(jī)大部分安裝了電控高壓共軌系統(tǒng)，其中，采用Bosch共軌系統(tǒng)所占比例很大。

下文將以濰柴WP10.336(排量10L、功率336PS)柴油機(jī)為例，對(duì)Bosch在中國(guó)運(yùn)用最廣泛的平臺(tái)—CRSN2-16共軌系統(tǒng)的油路進(jìn)行詳細(xì)圖解。CRSN2-16系統(tǒng)適用于中重型商用車，系統(tǒng)最高壓力可達(dá)160MPa，可滿足國(guó)Ⅲ、國(guó)Ⅳ等排放標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)采用了CRIN2-16型噴油器，可選裝三種高壓油泵：CPN2-16雙缸直列式高壓泵，機(jī)油潤(rùn)滑，集成齒輪輸油泵，CP3.3N-16/18三缸徑向柱塞高壓泵，集成齒輪輸油泵以及CB28-18直列式高壓泵；可以選用HFRN-16/18熱鍛共軌或者LWRN-16激光焊接軌；可以選用EDC7—適用于中重型商用車，可直接發(fā)動(dòng)機(jī)安裝，EDC16—適用于乘用車和輕中型商用車，底盤安裝以及EDC1—7博世最新一代全球化平臺(tái)，可集成DCU的全部功能。

濰柴WP10.336柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)(見圖1)。

濰柴WP10.336柴油機(jī)的燃油管路(見圖2)，可以分為低壓油路和高壓油路兩部分。

一、低壓油路

低壓油路又可分為進(jìn)油油路及回油油路。

進(jìn)油油路：輸油泵將柴油從油箱中抽出經(jīng)過(guò)柴油粗濾器(帶油水分離器)過(guò)濾后，再次經(jīng)過(guò)燃油細(xì)濾器過(guò)濾，此時(shí)油路分成兩部分，一部分經(jīng)過(guò)進(jìn)油計(jì)量閥計(jì)量后送至高壓油泵柱塞腔，另一部分送至回油閥，回油閥與進(jìn)油計(jì)量閥并聯(lián)，以保證進(jìn)油計(jì)量閥的輸入端壓力恒定。

該發(fā)動(dòng)機(jī)的電控單元直接安裝在缸體上(見圖3)，基于ECU散熱考慮，ECU下方安裝了一個(gè)焊接座，利用經(jīng)過(guò)燃油粗濾器的燃油流過(guò)該焊接座的空腔，然后流入輸油泵，通過(guò)流動(dòng)的燃油，給ECU散熱。

回油油路：6個(gè)噴油器的回油總管、共軌限壓閥的回油管都接到高壓油泵的回油管接頭上，然后一起通過(guò)總回油管回到油箱。

1．濾清器

為了增強(qiáng)濾清效果，濰柴WP10.336柴油機(jī)采用

了兩級(jí)串聯(lián)式濾清器，其中燃油粗濾器帶有油水分離器且其上端蓋有手油泵和放氣螺釘，其下端裝有燃油含水率傳感器(見圖3)。

2．輸油泵

輸油泵的作用是將燃油從油箱吸入，過(guò)濾后將燃油提供給進(jìn)油計(jì)量閥，計(jì)量后再送至柱塞腔。

由于濰柴WP10.336柴油機(jī)為重型柴油機(jī)，為了滿足油門踏板最大開度時(shí)噴油量的需要，該柴油機(jī)采用了ZP5型齒輪式兩級(jí)輸油泵。

輸油泵集成在高壓油泵上，位于高壓油泵的后端。輸油泵的一級(jí)主動(dòng)齒輪通過(guò)半圓鍵與高壓油泵的凸輪軸相連接，并用螺釘緊固(見圖4)。輸油泵的一級(jí)主動(dòng)齒輪為內(nèi)齒輪，共37個(gè)齒，一級(jí)從動(dòng)齒輪為外齒輪，共13個(gè)齒；輸油泵的一級(jí)從動(dòng)齒輪同軸連接了輸油泵的二級(jí)主動(dòng)齒輪(外齒輪，10個(gè)齒)，二級(jí)從動(dòng)齒輪也是外齒輪，10個(gè)齒(見圖5)。輸油泵一級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比為13∶37，二級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比為1∶1，總傳動(dòng)比為13∶37。由此可見，輸油泵的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到高壓油泵凸輪軸轉(zhuǎn)速的2.85倍，通過(guò)采用二級(jí)傳動(dòng)，輸油量可以有很大的提高。

輸油泵一級(jí)主動(dòng)齒輪及凸輪軸位置傳感器信號(hào)輪為整體式，由半圓鍵與高壓油泵凸輪軸相連接。凸輪軸位置傳感器信號(hào)輪采用凸齒式，其齒數(shù)為缸數(shù)+1個(gè)，共7個(gè)，其中6個(gè)信號(hào)齒為圓周方向120°均布，增加了一個(gè)判缸齒，用于確定1缸壓縮上止點(diǎn)位置(見圖6)。凸輪軸位置傳感器為霍爾式。

輸油泵殼體集成了溢流閥和旁通閥總成，溢流閥總成由鋼球、彈簧及緊固螺釘組成；旁通閥總成由柱塞、彈簧及緊固螺釘組成(見圖7)。當(dāng)輸油泵的燃油壓出端壓力過(guò)大時(shí)，溢流閥打開，使燃油壓出端與燃油吸入端短接，從而防止由于壓力過(guò)高而造成燃油細(xì)濾器破裂(見圖8)；旁通閥的主要作用是當(dāng)用手油泵泵油時(shí)，旁通閥打開，向柱塞腔提供燃油通道(參考圖2)，發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，旁通閥關(guān)閉。

輸油泵后端蓋上有輸油泵進(jìn)油口(來(lái)自燃油粗濾器)和輸油泵出油口(到燃油細(xì)濾器)，并有向上的安裝標(biāo)記(見圖9)，原因在于進(jìn)油節(jié)流孔直徑較小，而出油口直徑大。輸油泵總成用4個(gè)螺釘固定在高壓油泵殼體后端。

3．進(jìn)油計(jì)量閥

進(jìn)油計(jì)量閥用三個(gè)螺釘安裝在高壓油泵的進(jìn)油位置(見圖14)， 用于調(diào)整進(jìn)入柱塞的燃油供給量，從而調(diào)節(jié)共軌的燃油壓力值。ECU根據(jù)加速腳踏板位置傳感器、增壓壓力及溫度傳感器、凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器等信號(hào)，確定高壓共軌內(nèi)的燃油壓力，并通過(guò)占空比PWM信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)油計(jì)量閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)共軌壓力的控制。共軌壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)共軌內(nèi)燃油壓力，并將信號(hào)提供給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元再對(duì)進(jìn)油計(jì)量閥實(shí)施反饋控制，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)共軌壓力的閉環(huán)控制。

Bosch EDC7系統(tǒng)進(jìn)油計(jì)量閥采用進(jìn)油端調(diào)節(jié)共軌壓力的方式，當(dāng)進(jìn)油計(jì)量閥不通電時(shí)，其開度最大。進(jìn)油計(jì)量閥的供油特性如圖11所示。進(jìn)油計(jì)量閥采用進(jìn)油端調(diào)節(jié)軌壓的方式，避免了燃油的不必要壓縮所造成的發(fā)動(dòng)機(jī)功率耗損以及燃油溫度的升高。

4．回油閥

回油閥通過(guò)螺紋安裝在高壓油泵的回油位置(見圖14)，回油閥與進(jìn)油計(jì)量閥的油路并聯(lián)(參考圖2)，其作用是確保進(jìn)油計(jì)量閥入口處的燃油壓力保持恒定，這也是保證共軌系統(tǒng)正常工作的先決條件。

回油閥上共有3個(gè)孔(見圖12)，其中，進(jìn)油孔的燃油來(lái)自輸油泵加壓后且經(jīng)過(guò)細(xì)濾器過(guò)濾后的燃油，當(dāng)進(jìn)油壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，燃油壓力克服回油閥內(nèi)的彈簧彈力，回油孔打開，將燃油經(jīng)回油管流回油箱。另外，還設(shè)置了泄油孔，其作用是將回油閥內(nèi)泄露的燃油及時(shí)排出，防止影響回油閥的正常工作(見圖13)。

若回油閥因各種原因卡死在常回油的位置，會(huì)造成回油量過(guò)大以及經(jīng)過(guò)進(jìn)油計(jì)量閥進(jìn)入柱塞腔的燃油量減少，使共軌壓力不足，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有很大的影響，甚至造成發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。

5．零供油節(jié)流閥

在進(jìn)油計(jì)量閥與柱塞腔之間的進(jìn)油通道上，設(shè)置了零供油節(jié)流閥(參考圖2)，其作用是將燃油中空氣及時(shí)排出，防止進(jìn)入柱塞腔以及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，將管路中的燃油及時(shí)回流至油箱。

二、高壓油路

高壓油泵的柱塞將燃油加壓后通過(guò)2根高壓油管接到共軌上，共軌上有6根高壓油管(長(zhǎng)度相等)將高壓油送至噴油器。

1．高壓油泵

濰柴WP10.336柴油機(jī)采用了CPN2.2高壓油泵，最高壓力可達(dá)160MPa。該高壓油泵為雙缸直列柱塞式，采用機(jī)油潤(rùn)滑。

CPN2.2高壓油泵主要由殼體、前后端蓋、凸輪軸、2個(gè)滾輪總成及2個(gè)供油單元構(gòu)成，同時(shí)還集成了齒輪式輸油泵、進(jìn)油計(jì)量閥、凸輪軸位置傳感器等(見圖14)。

(1)殼體

殼體是高壓油泵的基礎(chǔ)件，由鋁合金鑄造而成。其內(nèi)部包含燃油的進(jìn)油、回油油道以及機(jī)油的潤(rùn)滑油道。兩個(gè)垂直空腔安裝供油單元及滾輪總成，下部空腔安裝凸輪軸及前、后端蓋。殼體正面部分有一塊銘牌，其上有一組十位數(shù)的編碼，為Bosch的訂貨號(hào)，用于購(gòu)買配件時(shí)使用(見圖15)。

(2)前、后端蓋

前端蓋由鋼制材料制成，其內(nèi)部安裝了滑動(dòng)軸承，用于支撐高壓油泵凸輪軸前端；其外側(cè)內(nèi)端面安裝了油封、內(nèi)側(cè)外端面安裝了O型圈用于機(jī)油的密封。前端蓋用4個(gè)螺釘固定在高壓油泵殼體的前端面(見圖16)。

后端蓋由鑄鐵材料制成，其內(nèi)部安裝了滑動(dòng)軸承，用于支撐高壓油泵凸輪軸后端，其內(nèi)側(cè)外端面安裝了O型圈用于機(jī)油的密封，后端蓋上有凸輪軸位置傳感器的安裝孔。后端蓋內(nèi)側(cè)與高壓油泵殼體相連接，外側(cè)與輸油泵殼體連接(見圖17)。

(3)凸輪軸

凸輪軸采用鋼制材料制成，軸上有兩個(gè)凸輪，每個(gè)凸輪有三個(gè)相同的輪廓型線，共計(jì)有6個(gè)相同的輪廓型線在圓周方向呈60°間隔角均布(見圖18)。凸輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，驅(qū)動(dòng)柱塞進(jìn)油、出油各6次，6個(gè)相同的輪廓型線在圓周方向上呈60°均布，可以使高壓油泵向共軌的供油更均勻。

凸輪軸的前、后端軸頸分別支撐在前、后端蓋上，采用滑動(dòng)軸承，機(jī)油潤(rùn)滑。凸輪軸前端的錐面軸頸通過(guò)鍵與高壓油泵正時(shí)齒輪連接，后端的圓柱面軸頸通過(guò)鍵與輸油泵一級(jí)主動(dòng)齒輪及凸輪軸位置傳感器信號(hào)輪相連接(見圖19)。(未完待續(xù))