3408E and 3412E Engines for Caterpillar Built Machines Caterpillar

图 1	g00990048
HEUI 燃油系统（典型示例） (1) 单体喷油器液压泵 (2) 流向发动机的机油 (3) 机油滤清器 (4) 发动机机油泵 (5) 喷油器 (6) 油冷却器 (7) IAP 控制阀 (8) IAP 传感器 (9) 燃油输油泵 (10) 燃油细滤器 (11) 流体歧管 (12) 燃油箱 (13) 燃油压力调节器 (14) 转速-正时轮 (15) 发动机转速/正时传感器 (16) 燃油粗滤器 (17) 油水分离器 (18) 机油温度传感器 (19) 发动机增压压力传感器 (20) 冷却液温度传感器 (21) 冷却液液位传感器 (22) 机油压力传感器 (23) 燃油压力传感器 (24) 燃油温度传感器 (25) 大气压力传感器 (26) 油门位置传感器 (27) 数据链路 (28) 报警灯 (29) 诊断指示灯 (30) 电子控制模块（ECM） (31) 蓄电池

液压电子式单体喷油器（HEUI）燃油系统采用液压和作用力倍增理念为发动机输送燃油。 HEUI 燃油系统完全免调整。 不能对系统的机械部件进行调整。 通过在电子控制模块（ECM） (30) 内安装不同的软件改变性能。

此燃油系统由以下六个基本部件构成：

• 液压电子式单体喷油器（HEUI） (5)

• 电子控制模块（ECM） (30)

• 单体喷油器液压泵 (1)

• 喷油驱动压力控制阀 (7)

• 燃油输送泵 (9)

• 喷油驱动压力传感器 (8)

注: HEUI 燃油系统的部件不可维修。 这些燃油系统部件不可拆解。 拆解会损坏部件。 如果已经拆解了零部件，Caterpillar 将不允许保修索赔或者 Caterpillar 可能会降低保修索赔。

部件说明

液压电子式单体喷油器

HEUI 燃油系统采用液压驱动的电子控制式单体喷油器 (5) 。

通过燃油的精确输送控制发动机的性能。 柴油发动机的所有燃油系统均采用柱塞和柱塞缸向燃烧室内泵送高压燃油。 通常利用喷油泵凸轮轴凸轮为柱塞提供机械力。 柱塞随后泵送精确数量的燃油到燃烧室内。 HEUI 燃油系统利用经过系统液压泵加压的机油对柱塞施加作用力。 燃油输送的精确正时控制由发动机的 ECM 以电子方式提供。 由于 HEUI 燃油系统内的差异，技师必须采用不同的故障诊断与排除方法才能诊断出燃油系统故障。

HEUI 燃油系统液压泵通过将发动机润滑油从 10 MPa (1450 psi) 加压到 23 MPa (3350 psi)，将发动机转动能产生的作用力转化为喷油器所用的液压能。 HEUI 燃油系统采用与液压油缸相同的工作原理。 喷油器内的活塞用来接收液压泵提供的液压能。 活塞将液压能转化为机械力，直接作用到喷油器的柱塞组件上。 柱塞组件倍增活塞提供的机械力。 柱塞将作用力转化为作用到喷油器柱塞缸内燃油上的液压力。 通过倍增 HEUI 燃油系统液压泵提供的高压机油作用力，HEUI 可产生燃油完全雾化比不可少的喷油压力，从而为提高燃烧效率创造了条件。

单体喷油器液压泵利用机油为喷油器提供液压力。 此液压力被称为喷油器驱动压力。 在机油驱动压力作用下，由单体喷油器产生高喷油压力。 喷油压力比驱动压力高大约六倍。 系统压力由喷油器内的增强器活塞倍增。

低驱动压力产生低喷油压力。 在怠速和起动等低发动机转速工况下，由于单体喷油器液压泵产生的驱动压力低，因此喷油压力低。

高驱动压力产生高喷油压力。 在高怠速和加速等高转速工况下，由于液压泵产生的驱动压力高，因此由此产生的喷油压力高。

当喷油压力在最小值和最大值之间波动时，存在许多其他工况。 无论发动机转速如何，HEUI 燃油系统均通过无级控制提供最佳的喷油压力。

电子控制模块（ECM）

电子控制模块（ECM） (30) 直接安装在发动机上。 ECM 是一台可以提供发动机性能整体电子控制的强大电脑。 ECM 通过一系列发动机传感器收集发动机的性能数据。 ECM 利用这些数据修改发动机的燃油输送、喷油压力和喷油正时。 ECM 还包含软件形式的性能工况图，用来定义发动机的马力、扭矩曲线和转速。

多数现代发动机均配有可以现场编程的 ECM。 可以利用电子维修工具进行 ECM 编程。 这些电子维修工具利用闪存编程将新软件加载到 ECM 中。

ECM 还用来记录可能发生的发动机故障。 当发动机的一个传感器检测到超出正常工作范围的参数时，通常触发此类故障。 通过电子维修工具和发动机 ECM 的有效结合，可以对发动机的电气系统或电子系统进行多种诊断测试。

单体喷油器液压泵

单体喷油器液压泵 (1) 是位于发动机前端的高压液压泵。 单体喷油器液压泵是由发动机前齿轮系驱动的可变排量轴向活塞泵。 单体喷油器液压泵利用部分发动机润滑油供应 HEUI 燃油系统。 单体喷油器液压泵通过将发动机润滑油加压到正确喷油驱动压力，为 HEUI 喷油器提供动力。

喷油驱动压力控制阀（IAP 控制阀）

喷油驱动压力控制阀（IAP 控制阀） (7) 位于单体喷油器液压泵 (1) 的侧面。 此压力控制阀组件负责控制液压泵的出口流量。 此压力控制阀组件还控制液压泵的压力。

液压控制阀组件由三个部件构成。

• 喷油驱动压力控制阀

• 补偿阀组件

• 阀座

补偿阀组件包括三个主要零件：

• 负载感应滑阀

• 压力限制滑阀

• 单向阀

负载感应滑阀到控制活塞的机油流量。 控制活塞负责控制斜盘角度。 斜盘角度决定了泵产生的压力。

在泵出现故障时，压力限制滑阀用作紧急卸压阀。 泵故障导致压力升高到卸压设定值以上。 压力限制滑阀为简单的弹簧加载式卸压阀。 此阀门在预设定压力下打开。 阀门打开时，向控制活塞输送高压机油。 这将减少泵的冲程，并且泵产生的机油流量下降。

单向阀与压力限制滑阀结合使用。 当压力限制滑阀断开时，单向阀允许高压机油流向控制活塞。 单向阀在所有其他时间保持关闭状态。

IAP 控制阀是一种电控电磁阀。 IAP 控制阀与负载感应滑阀一起控制泵出口压力。 IAP 控制阀实际上是一种电动液压卸压阀。 IAP 控制阀通过将来自 ECM 的电信号转化为滑阀的机械控制信号，对泵出口压力加以控制。

多数情况下，油泵产生过剩的机油流量。 IAP 控制阀指导负载感应滑阀将过剩的泵流量排放到控制活塞，将喷油驱动压力控制到理想的水平。 IAP 控制阀是一种高精密的电磁阀。 IAP 控制阀用来控制负责为喷油器提供液压力的驱动压力。 编入 ECM 中的性能工况图包含每种发动机工况的理想驱动压力。 ECM 利用控制电流控制 IAP 控制阀。 此控制电流通过改变电磁阀的动作，使实际驱动压力非常接近于 ECM 确定的理想驱动压力。

输油泵

燃油输送泵 (9) 安装在单体喷油器液压泵 (1) 的后侧。 燃油输送泵必须先从燃油箱 (12) 中抽油。 随后，燃油输送泵必须能够为低压燃油系统提供足够的流量，以维持连续的系统压力。 低压燃油系统的正常系统压力通常在 310 kPa (45 psi) 和 450 kPa (65 psi) 之间。 此加压燃油连续供应给喷油器 (5) 。

燃油输送泵是一种定量齿轮泵。 燃油输送泵内包含整体式卸压阀。 卸压阀在大约 630 kPa (91 psi) 下打开。 此阀门将过量燃油从泵出口侧排入内部油道。 内部油道将燃油送回泵的进口侧。

喷油驱动压力传感器（IAP）

IAP 传感器 (8) 负责监测实际喷油驱动压力。 机油歧管为喷油器提供连续的驱动机油。 这部分机油用于驱动喷油器。 IAP 传感器安装在高压机油歧管内。 IAP 传感器负责监测歧管的机油压力。 ECM 连续监控 IAP 传感器的压力变化。 ECM 通过处理此信号为发动机的燃油系统提供控制。

HEUI 燃油系统的工作

低压燃油系统

图 2	g00990166
低压燃油系统（典型示例） (5) 喷油器 (9) 燃油输油泵 (10) 燃油细滤器 (11) 流体歧管 (12) 燃油箱 (13) 燃油压力调节器 (16) 燃油粗滤器 (17) 油水分离器

低压燃油系统提供四项基本功能。 系统为喷油器 (5) 提供燃油。 提供过量的燃油冷却喷油器。 这些过量的燃油可去除系统中的空气。 系统还提供用来冷却 ECM 的燃油。

低压燃油系统由七个基本部件构成：

• 燃油箱 (12)

• 油水分离器 (17)

• 燃油粗滤器 (16)

• 燃油输送泵 (9)

• 燃油细滤器 (10)

• 流体歧管 (11)

• 燃油压力调节器 (13)

燃油从燃油箱 (12) 中抽出后流经油水分离器 (17) 。 油水分离器通常为 15 到 30 微米的滤清器。 油水分离器将滤除燃油中的较大碎屑。 油水分离器还能滤除燃油中的大量水。 如果配备，燃油可能会流向燃油粗滤器 (16) 。 燃油粗滤器用来过滤进入燃油输送泵之前的燃油。

燃油从燃油粗滤器流到燃油输送泵 (9) 的进口侧。 燃油输送泵安装在单体喷油器液压泵的背面。 燃油被吸入泵的进口。 燃油输送泵进口内的单向阀可防止发动机不运行时，燃油流回燃油箱。 燃油经简单的齿轮泵增加流量后从泵的出口排出。 出口也配有单向阀，用来防止高压燃油泄漏回流到油泵。

燃油输送泵用来将燃油加压后供应给低压燃油系统。 燃油输送泵产生的最大压力被内部卸压阀限定到 630 kPa (91 psi)。

燃油从燃油输送泵出口流向燃油细滤器 (10) 。 燃油细滤器为 2 微米燃油滤清器。 2 微米燃油滤清器可滤除燃油中非常细小的研磨性杂质。 燃油随后从燃油细滤器流向流体歧管 (11) 内钻出的燃油供应油道。

流体歧管安装在缸盖的顶部。 燃油供应油道沿流体歧管的整个长度分布。 此油道通过连接每个单体喷油器孔为单体喷油器提供燃油。 高压燃油流经流体歧管到达所有单体喷油器。 过量燃油从流体歧管中流入燃油返回管，随后流向燃油压力调节器 (13) 。

燃油压力调节器由节流孔和弹簧加载的单向阀构成。 节流孔是为燃油供应提供背压的一种限流装置。 弹簧加载的单向阀在 410 kPa (60 psi) 下打开，使过量的燃油返回燃油箱。 流过节流孔的过量燃油用来去除燃油系统中的热量。 返回油箱的燃油与发动机消耗的燃油量之比大约为 3 比 1。 当发动机关闭且燃油压力消失时，弹簧加载的单向阀关闭。 弹簧加载的单向阀关闭，以防缸盖中的燃油流回到燃油箱。

喷油驱动系统

驱动机油流程

图 3	g00990201
驱动机油流程（典型示例） (1) 单体喷油器液压泵 (3) 机油滤清器 (4) 发动机机油泵 (6) 油冷却器 (7) IAP 控制阀 (8) IAP 传感器

喷油驱动系统提供两项功能。 喷油驱动系统通过提供高压油驱动 HEUI 喷油器。 另外，喷油驱动系统利用机油驱动压力的控制装置，控制单体喷油器所产生的喷油压力。

喷油驱动系统由六个基本部件构成：

• 液压泵 (1)

• 机油滤清器 (3)

• 机油泵 (4)

• 机油冷却器 (6)

• 喷油驱动压力控制阀（IAP 控制阀） (7)

• 喷油驱动压力传感器（IAP 传感器） (8)

机油泵 (4) 为单体喷油器液压泵 (1) 提供机油。 我们增加了机油泵的容量，以满足供应液压泵所需要的附加流量。

从油底壳中抽出的机油被机油泵加压到润滑系统油压。 机油从机油泵流经机油冷却器 (6) 和机油滤清器 (3) ，随后到达主油道。 从主油道引出的单独油路引导部分润滑油为单体喷油器液压泵供油。 发动机左侧的一条钢管将主油道与单体喷油器液压泵的进口相连。

机油流入单体喷油器液压泵的进口，使油泵储油室内充满机油。 油泵储油室在发动机起动期间为单体喷油器液压泵供油。 另外，在机油泵增压到足以为液压泵提供稳定的机油流量前，油泵储油室始终为单体喷油器液压泵供油。

油泵储油室还为缸盖内的高压油道提供补充油。 当发动机停机冷却时，机油收缩。 泵内的单向阀允许从油泵储油室内抽油，因此即使在发动机停运时，也能保证高压油道内始终充满油。

来自油泵储油室的机油在单体喷油器液压泵内加压后从油泵的出口以高压流出。 高压机油从单体喷油器液压泵的出口流出后流过单向阀。 机油随后流过流体歧管内的高压油道。 单向阀用来防止喷油器产生的高压脉冲返回油泵。 高压脉冲可导致 IAP 控制阀 (7) 工作异常。 从而使驱动压力不稳定和无法预测。

高压油道通过连接每个单体喷油器孔，为单体喷油器提供高压驱动油。 高压驱动油从单体喷油器液压泵流经流体歧管到达所有喷油器。 高压油始终保存在高压油道内，直到被单体喷油器使用为止。 单体喷油器用过的机油从气门盖下方排出。 这些油通过缸盖内的排油孔返回曲轴箱。

驱动油压力控制

图 4	g00990229
喷油驱动压力控制系统（典型示例） (1) 单体喷油器液压泵 (3) 机油滤清器 (4) 发动机机油泵 (5) 喷油器 (6) 油冷却器 (7) IAP 控制阀 (8) IAP 传感器 (30) 发动机控制模块（ECM）

单体喷油器液压泵 (1) 为可变排量轴向活塞泵。 任何发动机转速下，此泵的流量均可实现从最小到最大的调节。

泵的转子总成将泵轴的旋转运动转化为液压油流动。 转子总成具有三个部件：

• 活塞筒和活塞

• 斜盘

• 泵轴

此泵为喷油器提供机油流。 机油流量控制着系统压力。 通过改变斜盘的角度可以增加或降低泵内的机油流量。

斜盘在控制弹簧的作用下沿最大流量方向移动。 最大角度产生最大的活塞冲程和最大的泵流量。 控制活塞用来平衡控制弹簧。 斜盘在最大角度时，控制活塞处于收回状态。 控制弹簧处于伸长状态。

通过增加到控制活塞的机油流量可降低泵流量。 随着控制活塞上压力的增加，活塞推动斜盘沿最小角度方向移动。 斜盘角度降低，且在最小角度处活塞产生最小的冲程。 从而产生最小的输出。

减小泵的冲程 - 此项用来描述通过减小斜盘角度降低泵的输出。 机油流体作用到控制活塞上。

增加泵的冲程 - 此项用来描述通过增大斜盘角度增加泵的输出。 机油流体从控制活塞上排出。

泵壳包含以下部件：

• 转子总成

• 内部储油室

发动机起动时，储油室为单体喷油器液压泵提供机油。 储油室还在机油泵 (4) 供油流量稳定前为喷油系统供油。

机油供应从发动机润滑系统经由储油室到达转子总成的进口。 高压驱动油从泵的出口经由钢管为每个缸盖上的高压流体歧管供油。

发动机不工作时，单体喷油器液压泵内的斜盘控制弹簧将斜盘推到最大角度处。 从而获得最大的泵排量。 发动机起动时，泵产生最大的流量。 这样会快速累积驱动压力，直到达到理想的驱动压力。

驱动压力等于理想压力后，机油从 IAP 控制阀送往控制活塞。 这样会减小泵的冲程。 怠速工况下，需要最小的斜盘角度维持理想的驱动压力。 HEUI 喷油器 (5) 在空载或低怠速工况下使用极少的驱动油。

在发动机上施加负载时，理想燃油率增加。 另外，驱动油流量和压力需求快速增加。 电子控制模块（ECM） (30) 检测到负载增加引起的发动机转速下降。 ECM 随后增大到 IAP 控制阀 (7) 的控制电流。 这样会使机油从控制活塞中流出。 从而使斜盘角度和泵流量快速增大。 斜盘角度不断加大，直到实际压力等于喷油器所需流速下的理想压力为止。

如果发动机负载下降，则通过驱动油流量降低满足发动机的要求。 ECM 检测到发动机转速升高，且送往 IAP 控制阀的电流降低。 机油被引至控制活塞。 从而使斜盘角度减小。 泵输出流量和驱动压力下降，直到实际压力等于理想压力为止。

共有两种驱动压力：

• 理想驱动压力

• 实际驱动压力

理想驱动压力是系统达到最佳发动机性能所需要的喷油驱动压力。 理想驱动压力由 ECM 内的性能工况图和来自发动机传感器的信息建立。 利用此类信息计算得到获得最佳发动机性能需要采用的最佳压力。 理想驱动压力根据传感器输入、发动机转速和负载的不同而持续变化。 以下传感器为 ECM 提供信号：

• 油门位置传感器

• 发动机增压压力传感器

• 转速/正时传感器

• 冷却液温度传感器

这些信号被 ECM 用来计算理想驱动压力。 理想驱动压力只在稳态工况（稳定的发动机转速和负载）下才保持恒定。 ECM 对理想驱动压力进行持续的调整。

实际驱动压力是用来驱动喷油器的驱动油的实际系统压力。 IAP 控制阀不断调节排入排油口中的泵流量。 泵流量通过排入排油口，使实际驱动压力与理想驱动压力相匹配。

以下三个部件通过协作控制喷油驱动压力：

• ECM (30)

• IAP 控制阀 (7)

• IAP 传感器 (8)

ECM 通过传感器输入取样和参考性能工况图计算得到理想驱动压力。 ECM 通过向 IAP 控制阀发送控制电流改变实际驱动压力。 IAP 控制阀通过对来自 ECM 的电流做出反应，改变实际驱动压力。 当 IAP 控制阀将控制压力油排入排油口时，实际驱动压力发生变化。 IAP 控制阀起到电控卸压阀的作用。 IAP 传感器负责监测高压油道内的实际驱动压力。 IAP 传感器通过向 ECM 发送信号电压报告实际驱动压力。

喷油驱动压力控制系统循环工作。 ECM 计算理想驱动压力。 计算得到正确的信号后，ECM 通过向 IAP 控制阀发送电流调节驱动压力。 IAP 控制阀通过改变控制活塞的卸压设定值对来自 ECM 的电流做出反应，从而改变实际驱动压力。 IAP 传感器对实际驱动压力取样，并将信号电压送回 ECM。 ECM 根据来自 IAP 传感器的信号电压计算实际驱动压力。 随后，ECM 通过比较实际驱动压力和理想驱动压力，调节到 IAP 控制阀的电流。 IAP 控制阀通过改变实际驱动压力响应电流的变化。 此过程每秒重复进行 60 次。 这种恒定的反复循环称为闭环控制系统。

到 IAP 控制阀电流的增加会使负责控制 IAP 控制阀内提升阀的执行器电磁线圈激磁。 随着提升阀关闭排油口，来自负载感应滑阀的机油流量降低，且滑阀允许机油从控制活塞排入壳体排油口。 随着控制活塞收回，斜盘角度增加。 泵出口流量升高。

降低到 IAP 控制阀的电流导致以下情况发生。 用来控制 IAP 控制阀内提升阀的执行器电磁线圈去磁。 提升阀打开排油口，允许成比例的油量从负载感应滑阀流过。 随着负载感应滑阀收回，机油被送往控制活塞，且斜盘角度减小。 泵出口流量下降。

如果 IAP 控制阀在发动机运行期间没有获得控制电流，则负载感应滑阀上的唯一作用力为滑阀弹簧的机械力。 此弹簧力产生的压力大约为 5 到 6 MPa (725 到 870 psi)。 此压力称为容限压力。

为了在系统故障情况下建立发动机的跛行回家模式，容限压力对于此系统必不可少。 滑阀弹簧还能提高 IAP 控制阀的精度。

跛行回家模式允许发动机在极低的驱动压力下运行。 在 IAP 控制阀发生故障或电路中存在开路时，容易发生这种情况。

此弹簧压力还可有效提高 IAP 控制阀精确控制较低驱动压力的能力。

容限压力并非临界调节参数。 容限压力不会影响正常发动机性能。 必须设定足够高的容限压力，以便发动机在开路或控制阀故障情况下运行。 容限压力不得设定的过高。 过高的容限压力会导致过量给油和发动机起动困难。 发动机凉和机油粘时容易发生这种情况。 容限压力经过工厂预设定。 此压力不能现场调整。 在工厂设定的基础上增加或降低容限压力不会增加发动机的马力或性能。

滑阀弹簧和 IAP 控制阀所控制机油流量的合力共同定位负载感应滑阀。 如果容限压力发生变化，ECM 通过调整到 IAP 控制阀的电流加以补偿，最终获得计算得到的理想驱动压力。

单体喷油器液压泵内含有压力限制滑阀。 压力限制滑阀位于负载感应滑阀正上方。 压力限制滑阀只有在系统内出现极端压力时才工作。 如果允许极端压力存在，则系统压力可能会超过最大安全工作压力。

压力限制滑阀被弹簧压到关闭位置。 如果发生故障，泵出口压力可能会超过泵的安全极限。 在此情况下，压力将克服弹簧力，因此卸压滑阀将排出多余的压力。 这会使泵出口压力油流向控制活塞。 过量机油流向控制活塞会减小泵的冲程。 泵将继续减小冲程，直到出口压力下降到卸压压力以下为止，此时卸压阀关闭。

此压力控制系统中还配有单向阀，只允许出口压力油从卸压阀流向控制活塞。 当卸压阀关闭时，单向阀不允许机油从控制活塞反向流动。

卸压阀出厂前已经过设定。 卸压阀不得调整。 低卸压设定值将导致卸压阀在低于正常工作压力时打开。 这将导致发动机功率过低。

高卸压阀设定值不会影响正常工作。 高卸压阀设定值在出现故障时可导致泵壳破裂。 调整卸压阀设定值不会提高驱动压力、发动机马力或发动机性能。

来自单体喷油器液压泵的多数高压油用于驱动单体喷油器。 过剩流量是指满足理想驱动压力所不需要的泵流量。 过剩流量通过负载感应滑阀返回壳体排油口。 过剩流量经由钻制油道流向泵的前端。 泵前端排出的机油流经泵驱动齿轮后沿发动机前齿轮系向下流入发动机油底壳。

喷油驱动压力控制阀（IAP 控制阀）的工作

图 5	g00990340
喷油驱动压力控制阀 (1) 弹簧座圈 (2) 边缘滤清器 (3) 阀座组件 (4) 排油口 (5) 电枢 (6) 阀体 (7) 适配器 (8) 提升阀 (9) 推销 (10) 控制电磁线圈

IAP 控制阀是一种电控先导压力控制阀。 IAP 控制阀用于调节驱动压力。 必须通过持续调节实际驱动压力来获得理想驱动压力，并且无论发动机转速、泵流量和单体喷油器的机油需求量如何，必须对此压力加以控制。 IAP 控制阀由六个基本部件构成：

• 阀座组件 (3)

• 电枢 (5)

• 提升阀 (8)

• 推销 (9)

• 控制电磁线圈 (10)

IAP 控制阀利用来自 ECM 的可变电流在控制电磁线圈 (10) 内产生磁场。 此磁场作用在电枢 (5) 上并产生机械力。 此机械力用于调节电枢的位置。 电枢的位置调节影响到推销 (9) 和提升阀 (8) 的位置。

当提升阀处于关闭位置时，提升阀还受到阀体 (6) 内油压的作用。 阀体内的油压试图打开提升阀。 随着来自负载感应滑阀油压的升高，油压对提升阀的作用力也随之增加。 当此力克服电磁线圈的机械力时，提升阀打开。 打开的提升阀为油压流向排油口 (4) 提供流道。 部分油压排入排油口使阀体内的液压力下降。 当机油液压下降到提升阀上的磁力以下时，提升阀重新关闭。

阀门工作（发动机关闭）

图 6	g00990427
喷油驱动压力控制阀的工作（发动机关闭） (1) 来自负载感应滑阀的油压 (2) 来自 ECM 的电流 (3) 排油口 (4) 提升阀

发动机关闭时，没有来自负载感应滑阀的油压 (1) 和来自 ECM 的电流 (2) 。 提升阀处于打开位置。

阀门工作（发动机起动）

图 7	g00990461
喷油驱动压力控制阀的工作（发动机起动） (1) 来自负载感应滑阀的油压 (2) 来自 ECM 的电流 (3) 排油口 (4) 提升阀

发动机起动期间，需要大约 6.2 MPa (900 psi) 的喷油驱动压力来驱动单体喷油器。 这样低的喷油驱动压力将产生大约 35 MPa (5000 psi) 的喷油压力。 驱动压力将继续升高，直到达到理想驱动压力为止。 发动机起动期间的理想驱动压力大约为 7 MPa (1000 psi)。

为了使发动机快速起动，喷油驱动压力必须快速升高。 由于液压泵正在发动机盘车转速下转动，因此泵流量极低。 ECM 通过向 IAP 控制阀发送强大的电流 (2) ，使提升阀 (4) 保持关闭状态。 当提升阀处于关闭位置时，经由排油口 (3) 的所有流道阻断。 经由排油口的机油保持阻断状态，直到获得 6.2 MPa (870 psi) 的实际驱动压力为止。 在达到此最小实际驱动压力前，ECM 并不向单体喷油器发送信号。

注: 如果发动机已热，则起动发动机所需要的压力可能高于 6.2 MPa (900 psi)。 理想驱动压力值保存在 ECM 的性能工况图内。 这些理想驱动压力值随发动机温度的不同而变化。

一旦单体喷油器开始工作，ECM 便开始控制流向 IAP 控制阀的电流。 发动机起动前，ECM 通过向 IAP 控制阀发送信号，将实际驱动压力维持在 7 MPa (1000 psi)。 ECM 通过 IAP 传感器监控实际驱动压力。 ECM 利用来自 IAP 传感器的信号、来自其他发动机传感器的信号和性能工况图计算理想驱动压力。 一旦计算得到理想驱动压力，ECM 将理想驱动压力与高压油道内的实际驱动压力进行比较。 ECM 通过调节流向 IAP 控制阀的电流大小达到理想驱动压力。

机油流程（发动机起动）

图 8	g00990473
(1) 来自负载感应滑阀的油压 (2) 来自 ECM 的电流 (3) 排油口 (4) 提升阀

发动机起动时，来自负载感应滑阀 (1) 的油压进入阀体端部。 油压开始作用到提升阀 (4) 上。 来自负载感应滑阀的油压产生的液压力试图通过推动提升阀打开排油口。 来自 ECM (2) 的电流使电磁线圈产生磁场，从而使提升阀紧靠滑阀腔的排油口。 从而关闭排油口。 排油口是阀体内机油排放的唯一途径。 泵出口压力油流向负载感应滑阀。 负载感应滑阀将机油直接泄入壳体排油口。 随着泵出口压力的升高，阀体内的压力也升高。 只要泵出口压力不能克服提升阀上的作用力，通向排油口的此通道将始终保持阻断状态。 负载感应滑阀继续将油压倾卸到壳体排油口，并且斜盘角度保持最大状态。

来自 ECM 电流的作用力和阀体内的低油压共同使提升阀处于关闭位置。 提升阀处于关闭位置时，排油口将保持关闭状态。 在实际驱动压力达到 6.2 MPa (900 psi) 之前，这种情况将持续存在。

阀门工作（发动机运行）

图 9	g00990519
喷油驱动压力控制阀的工作（发动机运行） (1) 来自负载感应滑阀的油压 (2) 来自 ECM 的电流 (3) 排油口 (4) 提升阀

发动机起动后，来自 ECM (2) 的电流通过控制 IAP 控制阀保持理想的驱动压力。 IAP 传感器监测流体歧管内高压油道的实际驱动压力。 ECM 将实际驱动压力与理想驱动压力每秒进行 60 次比较。 如果压力不匹配，ECM 调节流向 IAP 控制阀的电流大小。 从而使实际驱动压力逐步接近理想驱动压力。

通过改变发送到电磁线圈的电流大小调节用来保持提升阀 (4) 关闭状态的磁力大小。 电磁线圈、电枢和推销共同模拟电控可变弹簧。 电流增加导致提升阀上的作用力升高。 电流降低导致提升阀上的作用力下降。

ECM 所控制的磁力用来保持提升阀的关闭状态。 提升阀关闭时，阀体内的压力升高。 当阀体内的压力超过保持提升阀关闭的作用力时，提升阀开始打开。 提升阀打开时，阀体内的机油开始流向排油口。 这导致阀体内的压力下降。 阀体内的压力下降时，提升阀重新关闭。 随着提升阀关闭，压力开始升高，此循环将反复进行。 此过程对负载感应滑阀的位置提供控制。 负载感应滑阀的位置控制到控制活塞的机油流量。

IAP 控制阀利用机油流量控制负载感应滑阀的位置。 阀体内油压的作用力为来自负载感应滑阀 (1) 的油压作用力提供反作用力。 控制此压力有助于控制滑阀的位置。 当 IAP 控制阀允许机油流向排油口 (3) 时，使得负载感应滑阀在阀体内孔中移动。 通向控制活塞的机油口打开，且斜盘角度减小。 从而有效降低油轨内的实际驱动压力。

随着泵压的降低，IAP 控制阀通过提升阀关闭排油口。 这样会降低来自负载感应滑阀的机油流量。 滑阀在阀体内孔中重新定位，且控制活塞的机油口阻断。 随后泵出口压力将升高。

为负载感应滑阀提供的控制量由 ECM 控制。 来自 ECM 的电流用来控制提升阀的位置。 通过开关提升阀，可以调节来自负载感应滑阀的机油流量。 提升阀打开时，来自负载感应滑阀的机油流量升高。 由于滑阀的位置改变，流向斜盘控制活塞的机油流量增加。 当来自 ECM 的电流关闭提升阀时，来自负载感应滑阀的机油流量下降。 这样会改变滑阀在阀体内孔中的位置，进而使到控制活塞的流量下降。

提升阀和负载感应滑阀多数时间处于部分打开位置。 提升阀和滑阀只有在以下情况下才全开或全闭：

• 加速

• 减速

• 快速改变发动机负荷

机油流程（发动机运行）

当来自负载感应滑阀 (1) 的油量进入阀体端部时，少量油流经由边缘滤清器流入阀体腔室内。 阀体内的压力通过调节提升阀 (4) 上的作用力进行控制。 调节提升阀上的作用力可使提升阀排出阀体内的部分机油。 提升阀上的作用力由来自 ECM (2) 电流所产生的磁场强度控制。 提升阀还响应阀体内的压力变化。 提升阀的位置决定了允许到达排油口 (3) 的机油流量。

允许经过提升阀的机油量控制着负载感应滑阀的位置。 负载感应滑阀的位置决定了引至斜盘控制活塞的机油量。 由于对负载感应滑阀两侧压力变化的响应非常的快，因此使滑阀处于部分打开位置。 从而实现对喷油泵的出口压力进行严密地控制。 IAP 控制阀可以在 6 MPa (900 psi) 和 24 MPa (3500 psi) 之间对泵出口压力进行无级可变控制。

HEUI 喷油器的部件

HEUI 喷油器提供四项功能。 HEUI 喷油器将燃油供应从 450 kPa (65 psi) 加压到 160 MPa (23500 psi)。 HEUI 喷油器通过在单体喷油器尖端的节流孔内喷射高压燃油，发挥雾化器的作用。 HEUI 喷油器将正确数量的雾化燃油输送到燃烧室，且喷油器尖端在整个燃烧室内均匀地分配雾化燃油。

图 10	g00988690
HEUI 喷油器的部件 (1) 电磁线圈 (2) 提升阀 (3) 增强器活塞 (4) 柱塞 (5) 柱塞油室 (6) 柱塞缸 (7) 喷嘴组件

HEUI 喷油器由五个基本部件构成：

• 电磁线圈 (1)

• 提升阀 (2)

• 增强器活塞 (3)

• 柱塞 (4)

• 柱塞缸 (6)

• 喷嘴组件 (7)

电磁阀

电磁线圈 (1) 是一块电磁铁。 当电磁线圈通电时，电磁线圈产生非常强的磁场。 此磁场吸引通过电枢螺钉与提升阀 (2) 相连的电枢。 当电枢向电磁线圈方向移动时，电枢将提升阀从提升阀的下阀座上提起。 电磁线圈通电和从提升阀下阀座上提起提升阀是喷油过程的开始。

提升阀

提升阀 (2) 具有开关两个位置。 在关闭位置，提升阀被弹簧压在下阀座上。 关闭的下阀座阻止高压驱动油进入单体喷油器。 打开的上阀座将增强器活塞 (3) 上方油室内的机油排向排油口。 机油通过单体喷油器的上部排入排油口。 在打开位置，电磁线圈 (1) 通电，将提升阀从提升阀的下阀座上提起。 当提升阀从提升阀的下阀座上提起时，下阀座打开，允许高压驱动油进入单体喷油器。 当高压驱动油进入单体喷油器时，高压驱动油推动增强器活塞的顶部。 提升阀依靠上阀座重新关闭，从而阻断了通向排油口的通道。 阻断到排油口的通道可防止高压驱动油从单体喷油器中漏出。

增强器活塞

增强器活塞 (3) 的表面积比柱塞 (4) 的表面积大六倍。 如此大的表面积差实现了作用力的倍增。 这种作用力的倍增使得 24 MPa (3500 psi) 的驱动油压力能够产生 162 MPa (23500 psi) 喷油压力。 当提升阀 (2) 离开下阀座时，高压驱动油进入单体喷油器。 当高压驱动油进入单体喷油器时，高压驱动油推动增强器活塞的顶部。 由于增强器活塞顶部的压力升高，因此向下推动增强器活塞和柱塞。 柱塞的向下运动对柱塞油室 (5) 内的燃油加压。 柱塞油室内的高压燃油导致喷嘴组件 (7) 打开。 当喷嘴组件打开时，燃油送入燃烧室的过程开始。 增强器活塞上的一个大 O 形圈将增强器活塞上方的机油和下方的燃油分开。

柱塞缸

柱塞缸 (6) 是用来容纳柱塞 (4) 的缸体。 柱塞在柱塞缸内移动。 柱塞和柱塞缸一起发挥了泵的作用。 柱塞和柱塞缸均为精密部件，其工作间隙仅为 0.0025 mm (0.00010 in)。 为了产生超过 162 MPa (23500 psi) 的喷油压力而不会发生过量泄漏，需要如此紧密的间隙。

注: 为了通过润滑柱塞防止其磨损，需要受控范围内的少量泄漏。

喷嘴组件

图 11	g00547599
喷嘴组件 (1) 进油口注油单向球 (2) 壳体 (3) 单向阀 (4) 尖端 (5) 尖端节流孔

此喷嘴组件与所有其他单体喷油器的喷嘴组件类似。 已加压到喷油压力的燃油从柱塞油室经由喷嘴内的油道流到喷嘴尖端 (4) 。 尖端的燃油流出通道被单向阀 (3) 切断，此单向阀封住了尖端端部内的节流孔 (5) 。 弹簧力将单向阀向下压到关闭位置。 这样可防止燃油从尖端中漏出，同时可防止气缸点火时燃烧气体漏入单体喷油器。

当喷油压力升高至大约 28 MPa (4000 psi) 时，燃油的液压力克服了弹簧力。 当弹簧力被液压力克服时，单向阀离开尖端。 当单向阀离开尖端时，单向阀处于打开位置。 打开单向阀所需要的压力大小称为阀门打开压力（VOP）。 燃油从尖端端部的尖端节流孔中流出后进入燃烧室。 单向阀保持打开状态，且燃油持续流出尖端，直到喷油压力下降到 28 MPa (4000 psi) 以下为止。 压力降低时，单向阀关闭且喷油过程停止。 允许单向阀关闭的压力大小称为阀门关闭压力（VCP）。

注: VOP 和 VCP 随应用场合和额定功率的不同而变化，以满足废气排放标准的要求。 以上数值仅供参考。

进油口注油单向球l (1) 在柱塞向上移动时离开底座，以便在柱塞油室内注油。 进油口注油单向球在柱塞向下冲程中坐在底座上，以防止喷油压力泄漏到燃油供应中。

HEUI 喷油器的工作

HEUI 喷油器的喷油过程分为三个阶段：

• 喷油前

• 喷油

• 喷油结束

喷油前

图 12	g00988773
喷油前循环 (1) 排油口 (2) 高压机油进口 (A) 低压机油 (B) 燃油供应压力 (C) 驱动油压 (D) 内构件的机械运动

在喷油器的循环中，全部内构件均已返回弹簧加载位置。 电磁线圈未通电，且提升阀下阀座关闭。 提升阀下阀座阻断了高压机油进口 (2) 。 驱动油压被阻断，无法进入单体喷油器。 柱塞和增强器活塞处于内孔顶部，柱塞油室内充满燃油。 柱塞油室内的燃油压力等于燃油供应压力。 燃油供应压力约为 450 kPa (65 psi)。

喷油

图 13	g00988788
喷油循环 (1) 排油口 (2) 高压机油进口 (A) 低压机油 (B) 燃油供应压力 (C) 驱动油压 (D) 内构件的机械运动 (E) 燃油流向 (F) 喷油压力

电磁线圈通电时，提升阀保持打开状态。 提升阀打开时，高压油持续流入喷油器。 高压油的流动向下推动增强器活塞和柱塞。 喷油压力在 34 MPa (5000 psi) 和 162 MPa (23500 psi) 之间波动。 喷油压力取决于发动机的要求。 喷油过程继续进行，直到电磁线圈断电或增强器活塞撞到内孔底部为止。 电磁线圈断电时，允许提升阀弹簧关闭提升阀。 提升阀关闭时，高压油进口 (2) 被阻断。

喷油结束

图 14	g00988810
喷油结束 (1) 排油口 (2) 高压机油进口 (A) 低压机油 (B) 燃油供应压力 (C) 驱动油压 (D) 内构件的机械运动 (E) 燃油流向

当 ECM 停止向单体喷油器电磁线圈输送电流时，喷油结束循环开始。 电磁线圈的磁场瓦解，磁场不能客服提升阀的弹簧力。 提升阀返回下阀座，从而关闭高压油进口 (2) 。 提升阀关闭时，高压油不能继续进入单体喷油器。 随着下阀座关闭，上阀座打开通向排油口 (1) 的通道。 当上阀座打开排油时，机油的驱动压力下降。

柱塞下方的喷油压力在柱塞和增强器活塞上施加向上作用力。 随着增强器活塞上方驱动油压力的下降，增强器活塞上的向下作用力下降。 柱塞下方喷油压力的向上作用力突然变得大于增强器活塞上的向下作用力。 增强器活塞和柱塞的向下运动停止。

增强器活塞顶部的废油可以经由打开的上阀座流向排油口。 随后，机油经由排油孔流入气门盖下方的摇臂室。

当柱塞的向下行程终止时，燃油的流动也随之停止。 在单向阀依然打开时，残余燃油压力将少量燃油推出节流孔。 这样会造成巨大的压力降，从而使喷油压力下降到 VCP 以下。 单向阀上的弹簧张力现在使单向阀重新坐入尖端，因此喷油过程停止。

当单向阀关闭时，喷油过程停止。 喷油停止时，注油循环重新开始。 增强器活塞油室上方的区域通过排油口与大气压力相连。 增强器活塞上方油室内的压力迅速下降到接近零。 柱塞返回弹簧向上推动柱塞和增强器活塞。 随着柱塞和增强器活塞向上移动，机油被压出排油口。

随着柱塞的升高，柱塞油室内的压力也下降到接近零。 燃油供应压力为 450 kPa (65 psi)。 燃油供应压力使柱塞注油单向球离开底座，从而在柱塞油室内注油。 当增强器活塞被推到内孔顶部时，注油循环结束。 注油循环结束时，柱塞油室内充满油，因此进油口注油单向球重新坐到底座上。 增强器柱塞上方和提升阀油室内的压力为零。 喷油循环结束，单体喷油器准备开始新的循环。 单体喷油器现在回到喷油前循环中。

油水分离器（如果配备）

图 15	g00547740
(1) 燃油进口 (2) 油水分离器 (3) 排放阀 (4) 燃油返回

某些发动机配有油水分离器。 通过打开排放阀 (3) ，可以放出装置内从燃油中分离出的水分。