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1、1.9L 泵喷射系统 TDI 发动机结构和原理一、1.9 L TDI 泵喷射系统发动机 图 1 是 1.9L TDI 泵喷射系统发动机，它是在不带中间轴的 1.9L81 KW TDI 发动机基础上发展起来的。 与装有分配式喷射系统发动机的不同之处仅在于喷射系统。图 1 p04-1.9L 泵喷射系统发动机以下章节，我们将详述泵喷射系统的结构和功能模式，并说明供油系统，发动机控制系统和发动机机械 部分改进的必要性。 泵喷射系统柴油机与分配式喷射系统相比有如下优点： 燃烧噪音低 油耗低 排放清洁 效率高 这些优点得益于： 高达 2050bar 的喷射压力 精确控制喷射循环 预喷射循环技 术 规 格图
2、 2 为输出功率和扭矩曲线图、图 3 为扭矩曲线比较图。图 2 p05-发动机功率和扭矩图 图 3 p05-发动机扭矩图得益于高达 2050bar 的喷射压力和其在燃烧过程中的有利影响，发动机在 1 900rpm 时就可产生 285Nm 的扭矩。4000rpm 时，最大输出功率为 85KW。 发动机排量相同，但泵喷射系统发动机比 1.9L 81 KW 分配式喷油系统发动机产生的扭矩高 21。二、泵喷射系统 1、概述 泵喷嘴（图 4），如其名所示，就是喷油泵与控制单元和喷嘴组合在一起。图 4 p06-泵喷嘴同带喷嘴的分配式喷射系统一样，泵喷射系统有如下功能。 产生所需的高喷射压力 按正确的时间和
3、正确的喷油量喷油 发动机每个缸都有一个泵喷嘴，这意味着不再需要高压管或分配式喷射泵。 2、安装位置 泵喷嘴直接集成在缸盖上。（图 5）图 5 p07-泵喷嘴直接集成在缸盖上3、固定 泵喷嘴通过卡块固定在缸盖上。（图 6）发动机代码：AJM类型：4 缸直列冲程缸径：79.5mm95.5mm压缩比：18：1混合气准备：电子柴油控制系统发动机控制部分：Bosch EDC 15 P燃油标号：柴油，CN 值不低于 49 或生化柴油(RME)排气后处理系统：废气再循环和氧化催化转换器,发动机排放符合 D3 标准。1.9L 泵喷射系统 TDI 发动机结构和原理图 6 p07-泵喷嘴通过卡块固定在缸盖上泵喷嘴
4、必须安装到位。若泵喷嘴与缸盖不垂直，紧固螺栓会松动：结果会引起泵喷嘴或缸盖损坏。请仔 细阅读维修手册的安装说明。 4、结构 图 7 为泵喷嘴的结构。图 7 p08-泵喷嘴的结构5、传动机构 凸轮轴配有四个辅助凸轮来驱动泵喷嘴（如图 8 所示）。通过滚柱式摇臂来驱动泵喷嘴的泵活塞。图 8 p09-驱动泵喷嘴的传动机构 1喷射凸轮有一个陡峭上升面（图 9）图 9 p09-驱动泵喷嘴的传动机构 2于是泵活塞被高速向下压并迅速获得一个高喷射压力 和一个平滑的下降面（图 10）图 10 p09-驱动泵喷嘴的传动机构 3于是，泵活塞缓慢和平稳的上、下移动，允许无气泡的燃油流入泵喷油器的高压腔。 6、混合气
5、的形成和燃烧要求 良好的混合气是确保燃烧效率的一个重要因素。相应的，燃油必须在合适时刻在高压下按正确喷油量喷 射。即使最小的偏差也会产生高污染，高燃烧噪音或高燃油消耗。 、预喷射循环 为确保燃烧过程尽可能平稳，在主喷射循环开始之前，少量燃油在低压下被喷入。这个喷射过程叫预喷 射循环。少量燃油的燃烧使燃烧室内的压力和温度上升。 、主喷射循环 主喷射循环的关键是产生良好的混合气，使燃油完全燃烧。高喷射压力使空气和燃油完全混合最终雾化， 充分燃烧，减少排放污染并确保发动机高效率运转。 泵喷油器系统的喷射曲线（图 11）大大符合发动机要求，预喷射期间压力低，接着是一个“喷射间隔” 然后是主喷射循环，压
6、力上升。喷射循环突然结束。图 11 p10-喷射压力与时间的关系曲线短暂的点火延迟对于柴油发动机燃烧过程是很重要的。点火延迟是开始喷油和燃烧室内压力开始上升之 间的时间。若此期间喷油量大，压力会突然上升并产生很大燃烧噪音。 这符合主喷射油量快速点火的要求，可以减小点火延迟。在预喷射循环和在预喷射循环和主喷射循环之 间的“喷射间隔”，燃烧室内的压力平缓上升，而不是一个突然的压力上升，使得燃烧噪音低，排放的氮氧 化合物也少。 、喷射结束 在喷射结束过程，压力迅速下降和喷嘴迅速关闭是很重要的。防止燃油在低喷射压力下以大颗粒滴入燃1.9L 泵喷射系统 TDI 发动机结构和原理烧室，否则燃油不完全燃烧，
7、产生很高的排气污染。 7、喷射循环 、高压腔充注燃油 在供油循环期间，泵活塞在活塞弹簧压力作用下向上移动，这样使高压腔内容积扩大。 喷嘴电磁阀不动作。 电磁阀针阀处于静止位置，供油管到高压腔的通道打开，供油管内的油压使燃油流入高压腔（图 12）。图 12 p11-高压腔充注燃油、预喷射循环开始 喷射凸轮通过滚柱式摇臂将泵活塞压下，将高压腔内的燃油排出到供油管。 发动机控制单元通过激活喷嘴电磁阀来起动喷射循环，在此过程，电磁阀针阀被压入到阀座内，关闭高 压腔到供油管的通道。高压腔内开始产生压力。当压力达到 180bar 时，压力高于喷射弹簧压力，喷嘴针阀 上升，预喷射循环开始。图 13 p12-
8、预喷射开始喷嘴针阀阻尼 预喷射循环，喷嘴针阀行程被液力“阻尼垫”阻尼。因此，可以准确测量喷射量。 工作过程 在前 13 冲程，喷嘴针阀无阻尼打开，将预喷射油量喷入燃烧室（图 14）。图 14 p13-预喷射循环工作过程无阻尼冲程当缓冲塞堵住喷嘴壳体的内孔时，针阀上部的燃油只能通过泄油间隙排入喷嘴弹簧室，从而形成一液力 阻尼垫（图 15），限定预喷射循环的针阀行程。图 15 p13-预喷射循环工作过程有阻尼冲程、预喷射循环结束喷嘴针阀打开后，预喷射立即结束。上升的压力使收缩活塞下移，使高压腔内容积扩大。于是，压力瞬 时下降，喷嘴针阀关闭。此时，预喷射结束（图 16）。收缩活塞的下移增加了喷嘴弹簧
9、的压紧程度。在接下来的主喷射循环，若想再次打开针阀，油压必须比 预喷射过程中的油压高。图 16 p14-预喷射循环结束主喷射循环开始 喷嘴针阀关闭后短时间内，高压腔内压力立即重新上升。喷嘴电磁阀仍然关闭，泵活塞下移。约 300bar 时，燃油压力高于喷嘴弹簧作用力，喷嘴针阀再次上升，主喷油开始（图 17）。压力上升到 2050bar，进入高压腔的燃油多于经喷孔喷出的燃油。发动机最大功率时的喷油压力最高，即高转速时，喷 入的油量也大。图 17 p15-主喷射循环开始1.9L 泵喷射系统 TDI 发动机结构和原理 主喷射循环结束 当发动机控制单元停止激活喷嘴电磁阀后，喷射循环结束。电磁阀弹簧打开电
10、磁阀针阀，燃油被泵活搴 排出到供油管，压力下降。喷嘴针阀关闭，喷嘴弹簧将旁通活塞压回到初始位置。 主喷射循环此时结束（图 18）。图 18 p16-主喷射循环结束8、燃油返回泵喷嘴 泵喷嘴的回油管具有如下功能 冷却泵喷嘴，来自供油管的燃油冲刷通向回油管的泵喷嘴油道（图 19）。 排出泵活塞处泄出的燃油。 通过回油管内节流孔分离来自供油管内的气泡。图 19 p17-燃油返回喷油泵三、供油系统 1、燃油系统 机械式油泵从油箱中吸出流经燃油滤清器的燃油，并沿缸盖内供油管将其泵入泵喷嘴单元。 不需要的燃油经缸盖内回油管、油温传感器和燃油冷却器返回油箱（图 20）。图 20 p18-and-p19-燃油
11、系统 或 p18-and-p192、燃油泵 燃油泵位于缸盖上，紧挨在真空泵后面（图 21）。其功能是将燃油从油箱传输送到泵喷嘴。两个泵都 由凸轮轴驱动，因此称两泵为串联泵。图 21 p20-燃油泵与真空泵的安装位置关系为了检查供油管压力，油泵上有一个用于按压力测试仪 V.A.S5187 的接头。 燃油泵是间歇式叶片泵（图 22）。对于这种形式的泵，间歇叶片被弹簧压力压紧到转子上。其优点是 在较低发动机转速时也可供油。而旋转式叶片泵在发动机达到一定转速时在离心力作用下叶片才能压紧在定 子上，此时方开始供油。泵体内的油道使转子始终处于被燃油浸润的状态，从而可随时输送燃油。图 22 p20-燃油泵燃
12、油泵工作过程： 容积增大时油泵进油，容积减小时油泵输油。燃油被吸出和泵入两个油腔。吸油腔和供油腔通过隔断叶 片彼此分开。图 23 中，燃油被吸入腔 1 并从腔 4 泵出。转子的旋转运动使腔 1 容积增加，腔 4 容积减小。图 23 p21-燃油泵工作过程 1图 24 中，另外两个腔动作，燃油被吸入腔 2 并从腔 3 泵出。图 24 p21-燃油泵工作过程 23、分配管1.9L 泵喷射系统 TDI 发动机结构和原理分配管（图25、图26）集成在缸盖内的供油管内。其功能是等量的向各泵喷嘴分配燃油。图 25 p22-分配管 0图 26 p22-分配管 1工作过程： 油泵将燃油输送到缸盖内的供油管内。
13、 在供油管内，燃油沿着分配管内管流向1缸。燃油通过十字孔进入分配管和缸盖壁之间的环形管（图 27）。在此，燃油与受热燃油混合，并彼泵喷嘴强制流回供油管。使供油管内流到各缸的燃油油温一致。所 有的泵喷嘴被提供相同量的燃油，发动机运转平稳。图 27 p22-分配管 2若没有分配管，泵喷嘴的油温将会不相同。泵喷嘴强制流回供油管的受热燃油在供油管内被流动的燃油 直接从 4 缸推倒 1 缸喷嘴。 结果，油温从 4 缸到 1 缸上升，并且泵喷嘴被提供不同质量的燃油。这将会使发动机不平稳运转并将在 头几缸中产生极度高温。图 28 p22-分配管 34、燃油冷却系统 泵喷嘴的高压使燃油温度提高，流回到油箱前必
14、须将其冷却。 燃油冷却器安装在燃油滤清器内，将同油冷却，防止油箱和油位传感器受到过热燃油的影响（图 29）。图 29 p24-燃油冷却系统5、燃油冷却环路 从泵喷嘴回来的燃油流经燃油冷却器并将高温传递给燃油冷却环路中的冷却液。 燃油冷却循环与发动机冷却环路分开，这是很有必要的，因为在发动机运行时的冷却液温度过高，不能 将燃油冷却。燃油冷却环路（图 30）与发动机冷却环路在膨胀罐附近相通。这样燃油冷却环路能够得到充 注并且因温度波动而产生的体积变化也会得到补偿。燃油冷却环路被接通，以免较热的发动机冷却循环对其 产生有害的影响。图 30 p25-燃油冷却环路 或 P25四、发动机控制系统 1、系统
15、概貌（图 31）图 31 p26-and-p27-发动机控制系统概貌2、传感器 霍尔传感器 G40 霍尔传感器安装在凸轮轴齿轮下面的齿型皮带导向轮上（图 32）。监测安装在凸轮轴齿轮上的凸轮轴 传感器轮上的七个凸齿位置。1.9L 泵喷射系统 TDI 发动机结构和原理图 32 p28-霍尔传感器信号作用 起动发动机时发动机控制单元利用霍尔传感器产生的信号识别各缸。 信号失效 信号失效时，控制单元利用发动机转速传感器 G28 产生的信号作为替代信号。 电路 图 33 为霍尔传感器的电路图。图 33 p28-霍尔传感器电路图2、起动发动机时各缸的识别 起动发动机时，发动机控制单元必须知道哪缸处于压缩
16、冲程以便激活相应的泵喷嘴阀。为此目的，发动 机控制单元计算由霍尔传感器产生的信号，该信号监测凸轮轴传感器轮上的凸齿并确定凸轮轴位置。 3、凸轮轴传感器轮 因每个工作循环凸轮轴旋转360。，在传感器轮上每一缸都有一个凸齿来代表；这些凸齿相距90。为了 能使凸齿代表各缸，传感器轮上有额外的凸齿来代表1、2和3缸，相距角度也不同（图34）。图 34 p29-凸轮轴传感器工作过程 凸齿每次经过霍尔传感器时，都会产生一个霍尔电压并传送给发动机控制单元。因凸齿相隔间距不同， 霍尔电压产牛的时间间隔也不同。据此，发动机控制单元可识别出各缸并控制相应的喷嘴电磁阀。 信号模式、霍尔传感器 图35为霍尔传感器的信号模式
