WP.10柴油机Bosch系统油路详解

　　

       下文将以潍柴WP10.336(排量10L、功率 336PS)柴油机为例,对Bosch在中国运用最广泛的平台CRSN2-16共轨系统的油路进行详细讲解。CRSN2-16系统适用于中重型商用车,系统最高压 力可达160MPa,可满足国III、国IV等排放标准。该系统采用了CRIN2-16型喷油器,可选装三种高压油泵：

      CPN2-16双缸直列式高压泵,机油润滑,集成齿轮输油泵；

      CP3.3N-16/18三缸径向柱塞高压泵, 集成齿轮输油泵；

      CB28-18直列式高压泵;可以选用HFRN-16/18热锻共轨或者LWRN-16激光焊接轨;

      可以选用EDC7适用于中重型商用车,可直接发动机安装,EDC16适用于乘用车和轻中型商用车,底盘安装以及EDC17博世最新一代全球化平台,可集成DCU的全部功能。

     

      潍柴WP10.336柴油机的燃油管路,可 以分为低压油路和高压油路两部分。

 

一、低压油路

       低压油路又可分为进油油路及回油油路。

        进油油路:输油泵将柴油从油箱中抽出经过柴油 粗滤器(带油水分离器)过滤后,再次经过燃油细滤器 过滤,此时油路分成两部分,一部分经过进油计量阀 计量后送至高压油泵柱塞腔,另一部分送至回油阀, 回油阀与进油计量阀并联,以保证进油计量阀的输入 端压力恒定。

 

       该发动机的电控单元直接安装在缸体上,基于ECU散热考虑,ECU下方安装了一个焊接座,利用经过燃油粗滤器的燃油流过该焊接座的空 腔,然后流入输油泵,通过流动的燃油,给ECU散热。

 

        回油油路:6个喷油器的回油总管、共轨限压阀的回油管都接到高压油泵的回油管接头上,然后一起通过总回油管回到油箱。

 

 1.滤清器

        为了增强滤清效果,潍柴WP10.336柴油机采用 了两级串联式滤清器,其中燃油粗滤器带有油水分离器且其上端盖有手油泵和放气螺钉,其下端装有燃油含水率传感器。

2.输油泵

       输油泵的作用是将燃油从油箱吸入,过滤后将燃油提供给进油计量阀,计量后再送至柱塞腔。

       由于潍柴WP10.336柴油机为重型柴油机,为了满足油门踏板最大开度时喷油量的需要,该柴油机采用了ZP5型齿轮式两级输油泵。输油泵集成在高压油泵上,位于高压油泵的后端。输油泵的一级主动齿轮通过半圆键与高压油泵的凸轮轴相连接,并用螺钉紧固。

 

     输油泵的一级主动齿轮为内齿轮,共37个齿,一级从动齿轮为外齿轮,共13个齿;输油泵的一级从动齿轮同轴连接了输油泵的二级主动齿轮(外齿 轮,10个齿),二级从动齿轮也是外齿轮, 10个齿。

 

       输油泵一级传动的传动比 为13:37,二级传动的传动比为1:1,总传动比为13:37。由此可见,输油泵的转速可 以达到高压油泵凸轮轴转速的2.85倍,通 过采用二级传动,输油量可以有很大的提 高。

      输油泵一级主动齿轮及凸轮轴位置传 感器信号轮为整体式,由半圆键与高压油 泵凸轮轴相连接。凸轮轴位置传感器信号 轮采用凸齿式,其齿数为缸数+1个,共7 个,其中6个信号齿为圆周方向120°均 布,增加了一个判缸齿,用于确定1缸压缩 上止点位置。凸轮轴位置传感器为霍尔式。

                                       

       输油泵壳体集成了溢流阀和旁通阀总成,溢流阀总成由钢球、弹簧及紧固螺钉组成;旁通阀总成由柱塞、弹簧及紧固螺钉组成。

                                

       当输油泵的燃油压出端压力过大时,溢流阀打开,使燃油压出端与 燃油吸入端短接,从而防止由于压力过高而造成燃油细滤器破裂;旁通阀的主要作用是当用手油泵泵油时,旁通阀打开,向柱塞腔提供燃油通道,发动机正常工作时,旁通阀关闭。                        

                                 

       输油泵后端盖上有输油泵进油口(来自 燃油粗滤器)和输油泵出油口(到燃油细滤 器),并有向上的安装标记,原因 在于进油节流孔直径较小,而出油口直径 大。输油泵总成用4个螺钉固定在高压油泵 壳体后端。

                                                                    

3.进油计量阀

 

      进油计量阀用三个螺钉安装在高压油泵的进油位置, 用于调整进入柱塞的燃油供给量,从而调节共轨的燃油压力值。ECU根据加速脚踏板位置传感器、增 压压力及温度传感器、凸轮轴位置传感器、 曲轴位置传感器等信号,确定高压共轨内的 燃油压力,并通过占空比PWM信号调节进 油计量阀,实现对共轨压力的控制。共轨压 力传感器实时监测共轨内燃油压力,并将信 号提供给发动机控制单元,发动机控制单元 再对进油计量阀实施反馈控制,最终实现对 共轨压力的闭环控制。

       Bosch EDC7系统进油计量阀采用进油端调节共轨压力的方式,当进油计量阀不 通电时,其开度最大。进油计量阀的供油特 性如图11所示。进油计量阀采用进油端调节 轨压的方式,避免了燃油的不必要压缩所造 成的发动机功率耗损以及燃油温度的升高。

       

4.回油阀

        回油阀通过螺纹安装在高压油泵的回 油位置,回油阀与进油计量阀的 油路并联,其作用是确保进油计 量阀入口处的燃油压力保持恒定,这也是 保证共轨系统正常工作的先决条件。

 

       回油阀上共有3个孔,其中, 进油孔的燃油来自输油泵加压后且经过 细滤器过滤后的燃油,当进油压力超过设定值时,燃油压力克服回油阀内的弹簧弹 力,回油孔打开,将燃油经回油管流回油箱。

                                        

       另外,还设置了泄油孔,其作用是将 回油阀内泄露的燃油及时排出,防止影响 回油阀的正常工作。

                                          

       若回油阀因各种原因卡死在常回油的 位置,会造成回油量过大以及经过进油计量阀进入柱塞腔的燃油量减少,使共轨压力不足,对发动机的性能有很大的影响, 甚至造成发动机不能启动。

 5.零供油节流阀

       在进油计量阀与柱塞腔之间的进油通 道上,设置了零供油节流阀,其 作用是将燃油中空气及时排出,防止进入 柱塞腔以及当发动机熄火后,将管路中的 燃油及时回流至油箱。

二、高压油路

        高压油泵的柱塞将燃油加压后通过2根 高压油管接到共轨上,共轨上有6根高压油 管(长度相等)将高压油送至喷油器。

1.高压油泵

      潍柴WP10.336柴油机采用了CPN2.2 高压油泵,最高压力可达160MPa。该高压 油泵为双缸直列柱塞式,采用机油润滑。

      CPN2.2高压油泵主要由壳体、前后端 盖、凸轮轴、2个滚轮总成及2个供油单元构成,同时还集成了齿轮式输油泵、进油计 量阀、凸轮轴位置传感器等。

 

(1)壳体

        壳体是高压油泵的基础件,由铝合 金铸造而成。其内部包含燃油的进油、回油油道以及机油的润滑油道。两个垂直空腔安装供油单元及滚轮总成,下部空腔安 装凸轮轴及前、后端盖。壳体正面部分有一块铭牌,其上有一组十位数的编码,为 Bosch的订货号,用于购买配件时使用。

          

(2)前、后端盖

        前端盖由钢制材料制成,其内部安装 了滑动轴承,用于支撑高压油泵凸轮轴前 端;其外侧内端面安装了油封、内侧外端 面安装了O型圈用于机油的密封。前端盖用 4个螺钉固定在高压油泵壳体的前端面。

 

       后端盖由铸铁材料制成,其内部安装 了滑动轴承,用于支撑高压油泵凸轮轴后 端,其内侧外端面安装了O型圈用于机油 的密封,后端盖上有凸轮轴位置传感器的 安装孔。后端盖内侧与高压油泵壳体相连 接,外侧与输油泵壳体连接。

 

(3)凸轮轴

       凸轮轴采用钢制材料制成,轴上有两 个凸轮,每个凸轮有三个相同的轮廓型线, 共计有6个相同的轮廓型线在圆周方向呈 60°间隔角均布。凸轮轴每转动 一圈,驱动柱塞进油、出油各6次,6个相 同的轮廓型线在圆周方向上呈60°均布, 可以使高压油泵向共轨的供油更均匀。

                                                

      凸轮轴的前、后端轴颈分别支撑在 前、后端盖上,采用滑动轴承,机油润滑。 凸轮轴前端的锥面轴颈通过键与高压油泵正 时齿轮连接,后端的圆柱面轴颈通过键与输 油泵一级主动齿轮及凸轮轴位置传感器信号 轮相连接。

 

(4)滚轮总成

         共有两组滚轮总成,每个滚轮总成由滚轮体、渗 碳滚轮销、滚轮(大、小滚轮各1个)等组成。 滚轮由凸轮轴的凸轮驱动,在柱塞弹簧的弹力作用 下,使滚轮与凸轮轴的凸轮始终保持接触状态,滚轮 体上端驱动柱塞。

 

(5)供油单元

       共有两组供油单元,每组供油单元由柱塞、柱塞 套、进油阀总成、出油阀总成及出油阀紧座等组成。进、出油阀总成安装在柱塞套与出油阀紧座之间的空腔内,每组供油单元用两个螺钉固定在高油泵的壳体上。

 

1柱塞

     为了提高柱塞的耐磨性,其外表面采用渗碳处 理,表面呈黑色。柱塞上端的外圆柱面与柱塞套精密 配合,柱塞下端卡在弹簧座槽中,并在柱塞弹簧的作 用下与滚轮体可靠接触。

 

2柱塞套

       柱塞套的2个O型圈之间的外圆柱面上,有两个 小孔:A孔和B孔。A孔为泄油孔,与柱塞套下半部分 内腔的环槽相通,其作用是将柱塞与柱塞套之间泄漏 的燃油返回到进油端;B孔为进油孔,进油计量阀计 量后的燃油通过高压油泵壳体内部油道送至B孔,经B 孔及其内部的进油阀进入柱塞腔。柱塞套内部空腔安 装进、出油阀总成,并由出油阀紧座紧固。

 

3进油阀总成

      进油阀总成由进油阀、进油阀体、进 油阀弹簧等组成。进油阀体的外圆柱面上 有进油孔,与柱塞套进油孔B相通;进油阀 体垂直方向上有2个油孔,与柱塞腔相通; 进油阀体上端面有两个定位销安装孔,通 过定位销与出油阀总成连接并定位。在发动机不工作时,进油阀在进油阀弹簧的作 用下保持关闭。

 

 4出油阀总成

        出油阀总成由出油阀、出油阀体、出 油阀弹簧等组成。出油阀体下端面有两个 定位销安装孔,通过定位销与进油阀总成 连接并定位。发动机不启动时,出油阀在 出油阀弹簧作用下保持关闭。

 

(6)燃油吸入和加压过程

        凸轮轴的转动是通过滚轮总成使柱塞 上下运动,完成燃油的吸入和加压过程。

       当柴油机带动高压油泵凸轮轴转动 时,随着凸轮的下降,滚轮总成及柱塞也 向下运动,柱塞上端的燃油压力减小,经 过进油计量阀计量后的燃油经过高压油泵 内部油道,通过柱塞套的B孔、进油阀的进 油孔,克服进油阀弹簧向下的弹力,使进 油阀抬起并打开,燃油进入柱塞腔,完成 燃油的吸入过程。

                  

       当凸轮轴转动时,随着凸轮的上升, 驱动滚轮总成及柱塞向上运动,柱塞上端 的燃油压力增大,使进油阀首先关闭,随 着柱塞继续上移,燃油压力不断提高, 当压力超过出油阀弹簧弹力时,出油阀打 开,加压后的燃油被送到共轨,完成燃油 的加压过程。

                                     

2.共轨

       潍柴WP10.336柴油机采用了LWR型 激光焊接共轨,共轨前端安装了共轨压力 传感器,后端安装了限压阀,共轨与喷油 器高压油管的接头内部装有流量限制器。

(1)共轨压力传感器

         共轨压力传感器由焊接在压力装置上 的集成传感器部件、装有电子检测回路的 印刷电路板和装有电子插入式连线的传感 器外壳等组成。

        燃油通过共轨上的孔流向共轨压力传 感器,燃油压力作用在传感器膜片上。将 压力信号转换为电信号的传感器部件(半导 体装置)也安装在此膜片上,传感器产生的 信号被输入一个用于放大拾取信号并将它 送入ECU的检测回路中。

 

共轨压力传感器的工作过程:共轨压力作用在膜片上,导致膜片形状发生变化,膜片形状变化时,连接于膜片的电阻 值也将改变,改变的电阻值将引起通过5V 电桥电压的变化,信号电压的变化范围为 0~70mV(与共轨压力有关),并且被放大 电路增幅至0.5~4.5V。

(2)限压阀

       限压阀为一机械式阀门,压力过大时,限压阀将打开回油通道,来限制最大 共轨压力,限压阀允许的瞬时最大共轨压 力为系统的额定压力加5MPa左右。

(3)流量限制器

         流量限制器的金属外壳两端有外螺 纹,上端拧在共轨上,下端用来拧入喷油 器的进油管。外壳两端有孔,分别与共轨 及喷油器进油管相通。流量限制器内部有 一个活塞,一根弹簧将此活塞向共轨方向 压紧。活塞上的纵向孔连接进油孔和出油 孔,纵向孔直径在末端是缩小的,具有精 确计量节流孔的作用。

                                                

      流量限制器的作用是防止喷油器可能 出现持续喷油的现象。为此,当共轨流出 的油量超过最大流量时,流量限制器将自 动关闭流向相应喷油器的进油口,防止继 续喷油。

3.喷油器

        潍柴WP10.336柴油机采用了CRIN2 标准3型6孔式喷油器,喷油器由喷油器 体、孔式喷油嘴总成、液压伺服系统以及电磁阀总成等组成。喷油器上有一组十位数的编码,为Bosch的订货号,用于购买配件时使用。

 

(1)喷油器体

         喷油器体是喷油器的基础件,其下端安装孔式喷油嘴总成,液压伺服系统及电 磁阀总成安装在喷油器体上部的空腔内, 其上半部有进油孔和回油孔,外圆柱面上 有一个密封的O型圈,其内部有进油及回油 油道。

                 

(2)孔式喷油嘴总成

         孔式喷油嘴总成由针阀、针阀体、针 阀弹簧、弹簧座及喷油嘴螺纹套等组成。针阀的工作面采用渗碳处理,针阀 与传统柴油机的喷油器针阀类似,带有承 压锥面和密封锥面。针阀体上端面有进油 孔及2个定位销孔,通过定位销定位,安装 后确保针阀体上的进油孔与喷油器体上的 进油孔对齐,在针阀弹簧的作用下,针阀 关闭。喷油嘴螺纹套将针阀、针阀体、针 阀弹簧及弹簧座等固定在喷油器体下端。

            

(3)电磁阀总成

            

       电磁阀总成由电磁阀、电磁阀弹簧、电枢轴、电枢轴盘及复位弹簧等组成。电磁阀总成上端有两个电接线柱(接线 时,不需要区分位置),两接线柱中间为一 绝缘体。电磁阀内部空腔内安装了电磁阀 弹簧、电枢轴、电枢盘及复位弹簧。电磁 阀由发动机电控单元通过占空比PWM信号 控制,通过较高的电压(接近100V)驱动, 实现大的驱动电流(实现电枢轴迅速抬起)。采用电源电压(24V)驱动时,是为了实现维持电流(基于节能考虑)。

        发动机控制单元通过对喷油器电磁阀 的控制,来实现对喷油正时、喷油量以及 喷油规律(预喷+主喷)的控制。

 

(4)液压伺服系统

                

      液压伺服系统由球阀、球阀座、控制 活塞及推杆等组成。球阀安装在 控制活塞回油节流孔的上端,其上端与球 阀座接触,球阀座与电磁阀总成的电枢轴 接触,在电磁阀弹簧向下的弹力作用下, 电枢轴与球阀座、球阀座与球阀能够可靠 接触,使回油节流孔保持关闭。控制活塞 上有进油节流孔及回油节流孔,进油节流 孔与喷油器的进油道相通。推杆上 端安装在控制活塞的内部空腔中,下端与 针阀接触。

               

(5)喷油器的工作过程

        当喷油器的电磁阀不通电时,电枢轴 在弹簧的作用下,将球阀座及球阀压在控 制活塞的回油节流孔上,使回油节流孔关 闭,作用在液压伺服系统中推杆顶部的压 力大于作用在针阀承压面上的压力,再加 上针阀弹簧向下的弹力作用,针阀被迫进 入阀座,将高压油道与燃烧室隔离,喷油 器不喷油。

       当喷油器的电磁阀通电时,电枢轴克 服弹簧的弹力将球阀座及球阀略微升起, 使回油节流孔打开,针阀控制腔的压力减 小,作用在液压伺服系统中推杆顶部的压 力也随之下降。一旦压力小于作用于喷油嘴针阀承压面上的压力时,针阀上升,燃 油经喷油嘴喷孔喷入燃烧室。此外,喷油 器内部泄漏的燃油,通过喷油器回油管和 共轨的回油管一起接到高压油泵的回油管 处,汇总后经一根总的回油管一起流回燃 油箱。