一直有泵友们提关于卡特皮勒挖机上的一些问题，我们就来说说卡特皮勒中压共轨系。

什么是中压共轨系统？

中压输油泵将中压燃油输送到共轨中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中。当高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后，就迅速开启或关闭，从而控制喷油器工作，随即通过高压柱塞的增压作用，将从共轨中来的中压燃油加压至高压后喷出或停止喷射。

中压共轨系统又包括共轨蓄压式和共轨液压式。共轨蓄压式的控制油和喷射油均来自共轨管。而共轨液压式的控制油来自共轨管，喷射油来自燃油输油泵，所以该系统的控制油和喷射油可以采用不同物质?其典型代表有日本电装公司的高压共轨式喷油系统ECD-U2，英国卢卡斯公司的LDCR型高压共轨喷油系统，德国奔驰公司的OM611柴油机上的电控高压共轨喷油系统，美国BKM公司的Servo-jet共轨蓄压式电控喷射系统，美国卡特皮勒公司的HEUI共轨液压式喷射系统。

美国卡特皮勒公司HEUI系统具有共轨式柴油机电控燃油喷射系统的基本组成和结构，属第二代电控共轨式燃油喷射系统?该系统的控制功能包括：燃油喷射控制、进气控制、起动控制、故障自诊断、失效保护和应急备用，同时还具有与其他控制系统进行数据传输的功能。HEUI系统的喷油量控制采用了“压力控制”方式，通过由传感器、ECU和执行元件等组成的控制系统，对循环喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油压力进行控制。

HEUI系统具有如下特点：

1.中压共轨电控液压式喷射系统，共轨中油压在40～230Bar，机油泵输出低压油300KPa至高压机油泵（斜盘式轴向柱塞泵），由ECU控制共轨中的压力调节阀达到最佳性能值；

2.系统共轨中不用燃油而用柴油机润滑油，有润滑油和燃油两套油路；

3.采用机油共轨油道油压驱动燃油增压活塞，对燃油增压，实现高压喷油，增压活塞的大小活塞面积比约为7：1，喷射压力可达1600Bar；

4.利用高速开关电磁阀控制共轨油道中机油进出增压活塞，实现燃油压力的上升与下降，从而实现喷油的定时控制；

5.通过采用预喷油道控制初期喷油率来实现预喷；

6.喷油压力与柴油机转速和负荷无关。

一、HEUI系统的布局

系统布局如下图所示：

电路布局如下图所示：

二、发动机控制模块ECM

发动机控制模块是基于两个32位微处理器体系的ECM，负责发动机电子控制，监视发动机运行参数，由此提供精确的燃油计量和喷射正时控制。并记录发动机故障，实行发动机的监视和保护。

ECM给各传感器供电，同时回收处理各传感器输出的信号，并依此给发动机发出相应指令来控制发动机。

ECM有两个接口，一个是发动机线束接口，另一个整车线束接口。

三、传感器

1、转速正时传感器

该传感器将发动机转速和曲轴位置信号输入给ECM。在某些苛刻的应用中装有备用的转速正时传感器，一旦主传感器出现故障，ECM可以主动切换到备用传感器，且不影响发动机正常运行。

传感器包含了三根信号线：

第一根线：从ECM提供13.2V的电压给传感器（精度±0.5V）；

第二根线：地线；

第三根线：信号电压输入给ECM。

 

传感器感知凸轮轴齿轮上的齿型，没读到一个齿便将信号传输给ECM。当读到特殊的齿型时将发动机的位置信号传输给ECM。安装位置如上图所示。

2、温度传感器

如下所示为机油、冷却水和燃油温度传感器，它持续监测以上介质的温度并将之反馈给ECM。

冷却水温度传感器测量冷却水的温度且将之反馈给ECM，ECM利用此信号来决定喷射时间、调整喷油量计算值，且保护发动机不至于过热。

机油温度传感器测量机油的温度且将之反馈给ECM，ECM利用此信号保护发动机不至于由于润滑性差而受损。

燃油温度传感器测量燃油温度且将之反馈给ECM，ECM利用此信号调整喷油量计算值，油温功率矫正。

传感器包含了三根信号线：

第一根线：从ECM提供13.2V的电压给传感器（精度±0.5V）；

第二根线：地线；

第三根线：信号电压输入给ECM（正常工作电压0.5~4.5V）。

 

如果输出电压接近于供电电压，说明传感器开路。如果输出电压接近于0V，则说明传感器短路。

3、压力传感器

发动机主要压力传感器包括机油压力传感器、喷射压力传感器、爆压传感器、大气压力传感器等。

压力传感器监控各部分压力，并将信号反馈给ECM。压力信号用以调整喷射量或者发动机保护。

 

传感器包含了三根信号线：

第一根线：从ECM提供13.2V的电压给传感器（精度±0.5V）；

第二根线：地线；

第三根线：信号电压输入给ECM（正常工作电压0.5~4.5V）。

4、冷却液位传感器

冷却液位传感器用以监控冷却水的液位情况。它安装在满箱位置以下。如果冷却水液位低于传感器的安装位置，传感器将会发送液位低的信号给ECM。

 

传感器有四根线：

第一根线：5V的电源线；

第二根线：液位正常信号线；

第三根线：传感器回路；

第四根线：液位过低。

5、节气门开度传感器

节气门开度传感器监控节气门开度，且将位置信号转换成PWM信号输送给ECM。

该传感器有三根线：

第一根线：电源线（8 ± 0.5V）；

第二根线：地线；

第三根线：信号线。

 

油门踏板传感器与之类似。

四、主要执行器和部件

3406E、C-9、C-10、C-12和3196的主要执行器是喷油器和油泵，除此之外，3126B、3408E和3412E还有一个喷射驱动压力阀。这里先讲讲喷射驱动压力阀。

喷射驱动压力阀用来控制HEUI的机油压力，它作为HEUI泵重要的一个部分安装在外部，以便于维修。

与其它共轨系统一样，HEUI系统也能提供任意发动机转速、任意运行条件所需要的喷射压力。这个通过控制驱动机油的压力来实现。HEUI机油泵压缩发动机润滑油提供给HEUI喷油器所需的喷射压力。

喷射驱动压力阀正是装在机油泵上，且用来控制机油的压力，而多余的机油回到油底壳。与油量计量单元类似，喷射驱动压力阀也是由电子驱动，ECM控制输入的电流从而控制机油压力的大小。电流越大，所提供的机油压力就越高。

 

下图所示是C-9的燃油泵结构图。特别提到的是油泵里有一个泄压阀，这与其它共轨系统的泄压阀类似，主要是起安全保护作用。

 

五、HEUI喷油器主要零部件及工作原理

HEUI喷油器也可以产生超过1600bar的喷射压力，它由电磁阀、锥阀、增压阀、柱塞套、油嘴偶件和喷油器体等部分组成，如下图所示：

1、电磁阀、衔铁和锥阀

上部1/3主要包括电磁阀、衔铁和锥阀。衔铁与锥阀连在一起。通电的情况下电磁阀产生强有力的电磁力吸引衔铁向上运动，衔铁进而带动锥阀向上抬起，锥阀下座打开，高压驱动机油进入喷油器推动增压阀活塞。同时，锥阀上座关闭，阻止驱动机油泄露出喷油器。如下图所示：

2、增压阀

HEUI喷油器中部包括增压活塞、柱塞顶杆和柱塞顶杆回位弹簧等。如下图所示：

增压活塞顶部面积约为柱塞顶杆端面积的6倍多。此差异可以将机油压力放大并传输给燃油喷射压力。比如：如果机油压力仅为240bar，那么通过增压阀放大后的喷射压力可超过1600bar。这就是HEUI实现高压喷射的原理。

如上图所示，柱塞套与柱塞顶杆偶配在一起。二者像一个医用注射器一样给油嘴泵油。

如前所述，柱塞套与柱塞顶杆是偶配件，间隙仅为3微米左右。因而该组件可以提供极高压力的燃油喷射压力。

柱塞套上还加工有一个预喷油道。此油道可在柱塞顶杆下行冲程中顷刻释放燃油实现喷油器的预喷。

3、油嘴

HEUI的油嘴与卡特泵喷嘴的油嘴类似，其结构与工作原理同其它共轨产品的油嘴也类似。

当燃油压力约为300bar的时候，作用在针阀上的液压力克服油嘴弹簧力而抬起开始喷射。针阀开始抬起的压力称为油嘴开启压力。而当燃油压力下降低于275bar的时候，针阀下行关闭停止喷射。针阀开始关闭的压力称为油嘴关闭压力。

4、HEUI喷油器工作原理

我们可以将HEUI喷油器工作过程分为五个阶段，分别为喷射准备、预喷、喷射延迟、主喷和喷射结束。

 

当电磁阀不通电的时候，各部件均在弹簧力的作用下位于原始位置，称为喷射准备阶段。

HEUI有一个特有的性能，叫做PRIME（Pre-injection Metering），中文叫做预喷调节。PRIME由前面所述的预喷油道的设置来实现，它将单次大油量喷射分为两次独立的喷射：预喷和主喷。

柱塞顶杆下行过程中产生短暂的喷射喷入燃烧室。而当柱塞继续下行至预喷油道时，高压燃油会通过预喷油道排出回流，从而导致喷射过程短暂停止。直至活塞继续下行关闭预喷通道以后，主喷才开始。这个短暂的喷射停止阶段称为喷射延迟。

一旦电磁阀停止通电，喷射结束。

5、HEUI喷油器常见失效模式

1）锥阀密封面磨损

2）柱塞顶杆导向或柱塞套磨损

3）油嘴喷孔积碳

4）油嘴喷孔磨损

5）预喷量孔油道堵塞

6）单向球阀阀座磨损