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 发动机是挖掘机上最主要的部件之一,其常被比喻为“挖掘机的心脏”,发动机将燃料的热能转换为机械能,成为挖掘机的动力源。目前挖掘机上使用的发动机大多是柴油发动机,柴油发动机相比汽油发动机具有热效率高、动力性能好等优点。

近年来,随着发动机制造工艺的不断发展,国内外发动机厂商陆续推出新型的高科技产品以满足人们的各种需求。在工业发动机领域,比较著名的品牌有五十铃、康明斯、道依茨等等,这些厂商生产的工业用柴油发动机,广泛运用于挖掘机等工程机械的动力系统。

一般来说,发动机的动力系统由两大机构和五大系统构成:曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、启动系统和发动机控制系统。

纵观柴油发动机在挖掘机产品线的使用状况,五十铃生产的柴油发动机占有极大的市场份额。从另外一个角度看,五十铃柴油发动机可谓是众多柴油发动机中的典型产品。目前,比较新型的柴油发动机都采用了第三代燃油供给系统--电控高压共轨喷射技术。现在以五十铃柴油发动机的燃油供给系统为例,来向大家做下介绍。

燃油供给系统的组成及工作过程

五十铃柴油发动机的燃油供给系统主要由发动机控制模块(ECM)、高压油泵、高压共轨管、电子喷油器以及各种传感器等组成。

低压电磁泵将燃油输入高压油泵,经高压油泵加压后将高压燃油输送到高压共轨管,发动机控制模块(ECM)综合各种传感器的信息,根据机器的运行状态确定合适的喷油时期,控制电子喷油器将燃油从高压共轨管喷入气缸。由于燃油的压力极高且喷油孔小,因此燃油雾化均匀,燃烧充分,可以输出巨大的飞轮功率。

发动机控制模块(ECM)

发动机控制模块(ECM)是柴油机的控制核心,它随时监控从各个传感器发送过来的信息,如转速、负荷、变速器档位、曲轴位置、冷却水水温、润滑油温度等,并对获得的信号进行处理做出判断和发出指令,对发动机系统进行控制。

发动机控制模块(ECM)还能对系统功能进行诊断,检测出系统操作时的故障,并发出故障警告信号警告操作员,同时会将诊断故障代码记录下来。这样维修人员就可以通过识别故障代码判断发生故障的区域,更有效地进行维修作业。

各类传感器

遍布在柴油机上的十余种传感器类似人体的神经系统,它们将发动机的各种实测数据以电信号的形式及时反馈给ECM,以便ECM根据机器的运行状况发出相应的控制指令。这些传感器包括:曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、冷却液温度传感器、燃油温度传感器、大气压力传感器、共轨压力传感器、增压进气压力传感器、机油压力传感器、增压进气温度传感器、进气温度传感器等等。

电磁泵

由于对燃油滤清器和预滤器采用遥控控制,燃油从油箱至起供油作用的高压油泵的距离变长。

因此,为了令燃油从燃油箱中吸取出来以及在整修时易于排出空气,从而加设了电磁泵,以减轻高压油泵的负载。

高压油泵

高压油泵利用发动机的回转力驱动三个柱塞,燃油经过柱塞压缩加压处理后变成高压燃油,然后被送至共轨中。

高压共轨

共轨管道接收油泵供给的燃油,并保持共轨燃油压力(积蓄能量),再将燃油分配给各个喷油器。共轨上安装有共轨压力传感器、流量调节器和压力限制器。

喷油器

喷油器安装在缸盖上,喷油器根据ECM的指令使一定数量的燃油得到良好的雾化后进入气缸,以促进燃油着火和燃烧。喷射正时和喷射量的控制就是通过控制喷油器来实现的。

电控高压共轨喷射技术的优势和劣势

如图所示,喷射开始时传统型无喷射状态,而共轨型则开始点火。点火时传统型开始喷射(柴油是被压燃的),而共轨型则已经经过预喷射点火,开始第二次喷射(主喷射)。共轨系统将燃油高压化并分多次喷射高压燃油,增加了燃油和空气接触的面积,改善了燃烧状态,进一步提高了燃烧效率,同时也降低了发动机的排放。

需要说明的是,高压共轨型发动机中的输油泵和喷油器是用自身的燃油进行润滑的,使用柴油以外的燃油会导致发动机故障,因此严禁使用规定以外的燃油。此外,燃油供给系统的各零部件(喷油器的内部零件等)以及燃油通路的孔隙具有极高的精密度,这对柴油清洁度提出了很高的要求,如有异物混入或者柴油纯度不达标,燃油通路就可能会受损。

国内现阶段的石油提取技术与国外存在不小的差距,国内的柴油纯度同国外的不可同日而语,加之系统各零部件的维修成本昂贵,造成了高压共轨柴油发动机在国内“叫好不叫座”的普遍现象。

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