文/江蘇 范明強

現(xiàn)代轎車柴油機電控高壓噴油系統(tǒng) (十一)

文/江蘇 范明強

范明強

(本刊專家委員會委員)

教授級高級工程師，曾任中國第一汽車集團公司無錫研究所發(fā)動機研究室主任、湖南奔騰動力科技有限公司轎車柴油機項目部總工程師、無錫柴油機廠高級技術(shù)顧問和多所高?？妥淌?。

(接上期)

6．泵噴嘴系統(tǒng)的前景展望

與發(fā)展較為完善的共軌噴油系統(tǒng)相比, 泵噴嘴系統(tǒng)雖然存在著某些不足，但在2007年前，高壓共軌噴油系統(tǒng)的噴油壓力尚未達(dá)到200MPa時，泵噴嘴系統(tǒng)因具有很高的噴油壓力而顯示出巨大的潛力。比如，德國大眾公司的泵噴嘴柴油轎車無需裝用顆粒捕集器就能滿足歐Ⅳ廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，這無疑很有吸引力。

提高噴油壓力是改善柴油噴霧質(zhì)量的唯一方法，因此柴油機噴射技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)一步開發(fā)的目標(biāo)仍然是繼續(xù)提高噴油壓力以降低原始排放。壓電泵噴嘴系統(tǒng)以高達(dá)220MPa的最高噴油壓力，為量產(chǎn)轎車柴油機提供了迄今為止可達(dá)到的最高噴油壓力。泵噴嘴系統(tǒng)只要突破液力效率方面的限制，高達(dá)250MPa的最高噴油壓力是完全可以實現(xiàn)的。

除了進(jìn)一步提高噴油壓力外，為改善柴油機燃燒過程，達(dá)到節(jié)能減排的效果，人們還探索過另一種方法，即采用電磁控制的兩級同軸可變噴嘴(見圖6-18)，力求獲得較為理想的噴油規(guī)律曲線(噴油量隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線)。如圖6-19所示，這種兩級同軸可變噴嘴具有兩個同軸相互滑套的噴嘴針閥，分別控制上下重疊排列的兩組噴孔，可單獨或同時打開并噴射出不同的油量，而噴射油束夾角按需要可以相同或者不同。在怠速或承載部分負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，可只打開里面的噴嘴針閥，由下面一組噴孔噴射非常小的油量，而在全負(fù)荷時可同時或先后打開內(nèi)外兩組噴嘴針閥，兩組噴孔同時或先后噴射較大的油量，這樣就為燃燒過程帶來了較多的自由度以及極其精細(xì)的噴油量。首輪試驗通過形成良好的混合汽，獲得了顆粒和氮氧化物排放降低25%～40%的成果。但是，噴油壓力和控制柔性進(jìn)一步提高的新一代共軌噴油系統(tǒng)問世后，同樣也能獲得相同的效果，而且控制起來更方便，因此這種兩級同軸可變噴嘴并沒有得到進(jìn)一步推廣。

共軌噴油系統(tǒng)采用更能顯示壓電執(zhí)行器優(yōu)越性的壓電直接控制后，無論在噴嘴針閥的響應(yīng)速度還是噴油量的計量精度和重復(fù)性上都有了顯著的提高，但出于技術(shù)可行性的問題，這種壓電直接控制技術(shù)無法應(yīng)用于壓電泵噴嘴單元。因此，壓電泵噴嘴系統(tǒng)下一步開發(fā)目標(biāo)是設(shè)計外形尺寸較細(xì)長的壓電泵噴嘴單元，以便能安裝在四氣門直噴式柴油機上。圖6-20示出了

博世公司開發(fā)的UI-P1型壓電泵噴嘴單元，隨后又專門為四氣門直噴式柴油機開發(fā)出外形尺寸更小的新一代UI-P2型壓電泵噴嘴單元以應(yīng)大眾公司。圖6-21示出了UI-P2型壓電泵噴嘴單元在大眾高爾夫2.0L-TDI四氣門轎車柴油機汽缸蓋上的安裝情況。

7．泵噴嘴系統(tǒng)的實際操作

泵噴嘴系統(tǒng)的部件都是由高度精密的零件組成，并且持續(xù)承受著極高的負(fù)荷，因而即使非常微小的污染雜質(zhì)微粒都可能引起泵噴嘴單元故障，甚至導(dǎo)致發(fā)動機的損壞。因此，在開始操作噴油系統(tǒng)前，必須徹底清理汽車的發(fā)動機艙，同時工作場所、工作服以及所使用的工具都必須同樣清潔。在燃油系統(tǒng)打開的情況下，禁止使用壓縮空氣進(jìn)行清理工作，否則污染雜質(zhì)微?？赡苓M(jìn)入燃油系統(tǒng)，而一旦進(jìn)入應(yīng)采用合適的方法將臟物吸出。所有的燃油接頭拆下后應(yīng)立即用清潔的護套密封。此外，清理工作只能使用無絨毛的清潔布料。新零件應(yīng)在裝配前才從原始包裝里取出，以免受到意外的污染。另外，還應(yīng)注意，冷卻液軟管決不能與柴油接觸，以免被柴油污染或者加速其老化。

(1)專用工具

在維修和調(diào)整泵噴嘴系統(tǒng)時，必須配備一些專用工具，例如泵噴嘴單元的拉拔器、安裝O形圈的套筒、松開和擰緊泵噴嘴壓板螺釘?shù)奶淄舶馐帧⑼ㄓ们Х直砑捌淙_架等。為了調(diào)準(zhǔn)泵噴嘴單元，還必須準(zhǔn)備一把較大的游標(biāo)卡尺(量程＞400mm)，也可以用專用的泵噴嘴單元調(diào)整量規(guī)來代替。為了檢查低壓輸油管路中的燃油壓力，可使用通用的壓力表。此外，為了吸出燃油殘液，最好配備帶有收集容器的手壓泵。

(2)故障診斷

在客戶投訴泵噴嘴系統(tǒng)發(fā)生故障時，首先應(yīng)盡可能使用電控單元故障診斷儀，它具備多種診斷和檢測功能，并可以通過適當(dāng)?shù)墓δ芙M合推斷出發(fā)生故障的零件。

表6-1列出了博世(Bosch)泵噴嘴系統(tǒng)可能發(fā)生故障的原因。

作為實例，圖6-22示出了裝用電控高壓泵噴嘴系統(tǒng)的奧迪(Audi)A3柴油轎車發(fā)動機艙內(nèi)與泵噴嘴系統(tǒng)相關(guān)部件的安裝位置。

此外，應(yīng)該注意的是，裝用泵噴嘴系統(tǒng)的柴油轎車在汽車地板下往往裝有燃油冷卻器(見圖6-23)，汽車上舉升臺進(jìn)行維修時，應(yīng)特別注意防止舉升臂損壞燃油冷卻器，以免造成不必要的損失。

表6-1 博世(Bosch)泵噴嘴系統(tǒng)故障檢查表

(3)燃油油壓檢查

串聯(lián)泵(隔離滑片式輸油泵-真空泵總成)上有一個專供測量低壓輸油壓力的接頭，只要接上通用壓力表就能檢查低壓油路中的輸油壓力。然后，啟動發(fā)動機，檢查以下壓力值是否達(dá)到要求。

①發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時，燃油壓力應(yīng)達(dá)到0.15MPa。

②發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1500r/min時，燃油壓力必須升高到0.4MPa。

③發(fā)動機轉(zhuǎn)速為4000r/min時，燃油壓力應(yīng)達(dá)到最高值0.75MPa。

如果達(dá)不到上述燃油壓力值，就應(yīng)檢查燃油管路、燃油濾清器和低壓輸油泵，若更換了新的燃油濾清器，燃油管路沒有問題，燃油壓力在相應(yīng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下仍達(dá)不到上述燃油壓力值的話，則必須更換串聯(lián)泵。

(4)泵噴嘴單元的更換

為了拆下和安裝泵噴嘴單元，必須進(jìn)行許多必要的拆卸工作，例如必須拆下汽缸蓋罩蓋和搖臂軸等。但是，在開始這些操作前，必須準(zhǔn)備好安裝所必需的小零件。以下零件只能使用一次，原則上必須換用新零件：緊固搖臂軸的螺釘； 泵噴嘴單元所用的所有O形圈；散熱墊圈和保險卡環(huán)。

搖臂上的調(diào)整螺釘若出現(xiàn)磨損或者安裝新的泵噴嘴單元時，必須更換新的調(diào)整螺釘，若泵噴嘴單元已出現(xiàn)磨損跡象的話，就不應(yīng)再安裝使用了。

①拆卸

拆卸泵噴嘴單元時，必須首先排空汽缸蓋上燃油系統(tǒng)中的燃油，否則有燃油流入汽缸蓋的危險。因此，在發(fā)動機能運轉(zhuǎn)的情況下，拔下串聯(lián)泵上的進(jìn)油軟管，并啟動發(fā)動機，讓發(fā)動機在怠速轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)直到熄火為止，其間流出的燃油應(yīng)收集到合適的容器中。在發(fā)動機無法運轉(zhuǎn)的情況下，可將一只手動泵接到串聯(lián)泵的回油口，并將燃油抽出，直到串聯(lián)泵中再沒有燃油被抽出為止。

此時，可以松開汽缸蓋罩的緊固螺釘，將汽缸蓋罩拆下，在隨后所有維修工作中都應(yīng)盡最大可能保持清潔度，決不允許外來污染雜質(zhì)進(jìn)入汽缸蓋中。然后，轉(zhuǎn)動曲軸直到相應(yīng)汽缸泵噴嘴單元的驅(qū)動凸輪頂尖朝上，再松開搖臂，調(diào)整螺釘?shù)逆i緊螺母，旋出調(diào)整螺釘直到搖臂可以在泵噴嘴上自由搖動，此時就可以將搖臂軸支座緊固螺釘依次從外向內(nèi)松開，并將搖臂軸拆下來。下一步的工作就是用專用的套筒扳手接桿松開泵噴嘴單元的壓板螺釘(見圖6-24)，并將壓板取出來，再借助螺釘旋鑿小心地將泵噴嘴單元電磁閥的電插頭拔下來，然后，將泵噴嘴單元專用的拉拔器放入泵噴嘴體側(cè)面，壓板部位的缺口中，小心地將泵噴嘴單元從汽缸蓋中拔出來。泵噴嘴單元拆下后，應(yīng)立即檢查其隔熱墊圈和保險卡環(huán)是否還在汽缸蓋的座孔中，如果還在其中的話，就用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵淙〕鰜?。若泵噴嘴單元不馬上安裝的話，考慮到清潔度，發(fā)動機應(yīng)用清潔的塑料布遮蓋起來。

② 安裝

如果泵噴嘴單元還要繼續(xù)使用的話，其上的O形圈必須更換新的。更換O形圈原則上要使用相應(yīng)的安裝套筒，否則O形圈會損壞。在安裝套筒上推動新的O形圈時應(yīng)注意，不能使O形圈卷曲，將其推入槽座中后O形圈也不能扭曲。然后，套上隔熱墊圈和保險卡環(huán)，并在O形圈上輕輕地涂上一層薄機油，再將泵噴嘴單元小心地裝入汽缸蓋的座孔中。安裝壓板時必須換用新的緊固螺釘，并先稍微擰緊螺釘，使得泵噴嘴單元還能輕微轉(zhuǎn)動。在最終壓緊壓板前，必須注意泵噴嘴單元要與汽缸蓋垂直，如果忽略了這一點，壓板螺釘就有松動的危險，這將會導(dǎo)致汽缸蓋和泵噴嘴單元的損壞。

泵噴嘴單元是否已精確調(diào)準(zhǔn)，可用被稱之為“x尺寸”的數(shù)值來檢查，它是泵噴嘴單元電磁閥圓周表面與汽缸蓋端面之間的距離，這需要用一把量程＞400mm的游標(biāo)卡尺(見圖6-25)來進(jìn)行測量，或者用專用的樣板量規(guī)來限定(見圖6-26)。每個泵噴嘴單元的x尺寸都由制造商規(guī)定，例如奧迪(Audi)A3柴油轎車96kW的TDI柴油機各缸泵噴嘴單元的x尺寸如下：

第1缸泵噴嘴單元：331.4～333.0mm

第2缸泵噴嘴單元：243.4～245.0mm

第3缸泵噴嘴單元：152.0～153.6 mm

第4缸泵噴嘴單元： 64.0～65.6mm

如果泵噴嘴單元已按制造商的規(guī)定調(diào)準(zhǔn)好，就可用12Nm力矩擰緊壓板螺釘，并繼續(xù)旋緊270°，然后，安裝搖臂軸，并依次從外向里先用手?jǐn)Q緊其緊固螺釘，再用20Nm力矩擰緊并再繼續(xù)旋緊90°。

③泵噴嘴單元的調(diào)整

泵噴嘴單元安裝好后，必須對泵油柱塞的最低位置(即下止點)與高壓腔底面之間的最小間距(見圖6-27)進(jìn)行調(diào)整，以防止泵油柱塞因熱膨脹而導(dǎo)致其頂面撞到高壓腔的底面。

每個泵噴嘴單元的最小間距可用搖臂上的調(diào)整螺釘來調(diào)節(jié)。用千分表確定驅(qū)動凸輪的最高點。用手緩慢地轉(zhuǎn)動發(fā)動機曲軸，直到驅(qū)動凸輪處于最高點處，此時搖臂在泵噴嘴一側(cè)達(dá)到最低點。然后再取走千分表，并將調(diào)整螺釘小心地往下旋，直到感覺有明顯阻力為止，此時泵油柱塞抵到高壓腔的底面。緊接著將調(diào)整螺釘反向往回旋轉(zhuǎn)225°，并用30Nm力矩擰緊鎖緊螺母。最小間距調(diào)整好后，再將泵噴嘴單元的電插頭插好，并安裝好汽缸蓋罩。

泵噴嘴系統(tǒng)的燃油系統(tǒng)能自動排除空氣，但為了保護啟動機和蓄電池，推薦采用下面的方法來排除燃油系統(tǒng)中的空氣：拔下燃油濾清器的回油管，用手動泵抽取燃油，直到無氣泡的燃油流出，然后再啟動發(fā)動機，并讀取故障診斷儀中是否存儲故障碼，必要時予以清除。(全文完)