电控VE分配泵燃油喷射系统的发展历程
电控VE分配泵燃油喷射系统的发展历程
1．第一代电控分配泵
从上个世纪80年代起，国外分配泵制造厂商就在机械控制式分配泵上采用电子技术，并投入批量生产，主要用于轿车柴油机。其中大部分仍保持原来分配泵的机械结构，仅加上电子执行机构和计算机控制器件以及传感器，并且大多仍采用位置控制方法控制供油量，即和原来的机械控制式分配泵一样。但是它采用比例电磁阀或步进电机等执行机构来改变柱塞上控制套的控制棱边与卸载孔的相对位置，以控制供油量，其结构稍复杂，但控制较容易。这种采用位置控制方法控制供油量的电控分配泵，例如
德国Bosch公司的VE-EDC电控分配泵（具体型号为VP37），称为第一代电控分配泵。日本Zexel公司的Covec-1电控分配泵、日本电装公司的ECD-V1电控分配泵，它们都是以德国Bosch公司机械控制式VE分配泵为基础，加上电控元件改装而成的。而英国Lucas公司的EPIC电控分配泵和美国Stanadyne公司的电控分配泵分别是以DPA 和机械控制式DB分配为基础发展而来的。
1986年德国Bosch公司投产的电控轴向柱塞式VE分配泵的变型产品多达778种，其中VP37电控分配泵的产量占80%，主要用于直喷式柴油机。其泵端压力为70MPa，而嘴端的喷油压力可达到900MPa。用于轿车和轻型车时，柱塞直径为10~11mm，转速2800r/min，每循环供油量为55mm3以下；而用于非道路车辆时，柱塞直径为
12mm，转速2900r/min，每循环供油量为100mm3以下。VP37电控分配泵的使用寿命可达30万km，相当于6000h。
2．第二代电控分配泵
后来，国外分配泵制造厂商又进一步开发出采用时间控制方法来控制供油量，即用一只高速电磁阀直接控制高压油路的通断，根据电磁阀通电时间的长短来确定供油量的大小，而根据电磁阀起作用时间的早晚来控制供油提前角。这种控制方法的结构简单，控制自由度大，并可以控制供油速率，实现预喷射等等。这种采用时间控制方法来控制供油量的分配泵，称为第二代电控分配泵。例如在本讲座“电子控制轴向柱塞式VE分配泵”中介绍的德国Bosch公司的电控VE-MV分配泵（具体型号为VP30）、日本Zexel公司的Model-1电控分配泵、日本电装公司的ECD-V3电控分配泵和美国Stanadyne公司的DS系列电控分配泵等。
1998年德国Bosch公司开始生产高速电磁阀控制的VP30轴向柱塞分配泵，其主要特点是综合性能好和灵活的预喷射，并且压力得到进一步的提高，泵端压力为80MPa,而嘴端的喷油压力已可达到1200MPa。与上一代的VP37分配泵相比，VP30分配泵的嘴端压力提高了38%，可满足欧Ⅲ排放标准的要求，并在整个发动机工作范围内达到较低的噪声水平。
3．第三代电控分配泵
随着欧Ⅲ和欧Ⅳ排放标准的实施，要求分配泵的泵端压力提高到100MPa以上，原有的分配泵机械结构已经不能满足上述要求，分配泵的机械结构面临新的变革。虽然德国Bosch公司和英国Lucas公司等制造厂商的分配泵每年产量数百万台，但他们都放弃了原来大批量生产的分配泵的传统结构，化巨资重新开发第三代电控分配泵。
1996年德国Bosch公司成功地开发出了新型的VP44内凸轮电控分配泵，如图1所示。它采用内凸轮、径向对置式柱塞供油，分配转子旋转分配的结构；采用高速电磁阀直接控制高压供油量。泵端压力为100MPa，利用高压油管中形成的压力波效应，可使嘴端的喷油压力达到180MPa。供油提前角用高速电磁阀控制，并能控制供油速率和预喷射。同时，这种泵的液压效率达到了充分优化的水平，即使装用这种泵的发动机功率比装用常规分配泵的发动机功率提高了许多，但是其驱动扭矩峰值却仍在相同水平上。
图2示出了VP44电控分配泵高压部分的详细结构。其工作原理如下：泵轴分为驱动轴和分配轴两部分，并经传动链或齿形皮带以2:1的减速比由曲轴驱动。泵轴转动带动一个凸轮环中的两个径向对置式柱塞对向运动实现泵油。在四缸发动机用的分配泵凸轮环上，有四个对称布置的凸轮凸起，因此每个柱塞在每转一周中四次抵达凸轮凸起上。凸轮环与柱塞之间的滚轮用来减少摩擦。被对向运动的柱塞压缩的燃油流经一个孔和旋转着的分配轴似的一个出油槽，通过分配套和泵头上的连接管道、出油阀和高压油管进入喷油嘴。燃油的计量由一只电磁阀进行，阀针与分配轴合为一体并一同旋转，而带有线圈的磁铁组件是固定不动的。除了柴油机的ECU之外，分配泵顶部装有一个油泵控制单元PCU。PCU仅仅控制电磁阀对喷油量和供油始点的调整，其中的计算基础是转角传感器对信号齿轮进行扫描所发出的信号。PCU经CAN总线由发动机ECU给出喷油量和喷油始点的额定值。为使泵与发动机同步，在曲轴上装有一个传感器，发动机每转一转，该传感器扫描4个参考信号，通过发动机ECU传给PCU。
VP44电控分配泵最初采用三个径向对置式柱塞供油，柱塞直径为6.0mm，凸轮升程为3.5mm。后来，为了提高部分负荷时的喷油压力，改进为两个径向对置式柱塞供油，柱塞直径加大到7.0mm，凸轮升程加大到4.0mm。每个循环的最大供油量为40～50mm3，预喷射油量在1～3mm3之间，怠速时的喷油量约为4～5mm3，最大供油提前角为15°（油泵轴转角）。它一般可供3、4、5、6缸，单缸排量1升以下，
最大功率250kW以下的柴油机使用，并可满足欧Ⅲ和欧Ⅳ排放标准的要求。VP44电控分配泵的价格约比VP37高25～30%，约比机械控制式VE分配泵贵一倍。
为了进一步降低部分负荷时的排放，除了油泵采取的上述措施之外，对喷油嘴也进行了重大改进。首次采用了小压力室喷油嘴和双导向针阀（如图3所示），大大改善了喷束的形成，特别是部分负荷时，喷油量和针阀升程较小情况下的混合气的形成（如图4所示）