车用柴油机的电控熄火装置

车用柴油机的电控熄火装置

中国广西玉柴机器股份有限公司 吴子乔

摘要 探讨柴油机的熄火停车方式，着重研究电控熄火装置的主要部件—断油电磁阀的工 作原理及其可靠性。

主题词 断油电磁阀

1．前言

目前，绝大部分的柴油机均以拉索方式来断油熄火，如图（一）柴油机拉索式断油熄火示意图。该方式结构简单，但操作麻烦，即要增加一额外的拉索动作来实现柴油机的熄火。

也有一小部分的柴油机采用气动阀断油熄火，如图（二）柴油机气动结

构断油熄火示意图。该方式结构复杂，

但操作同样繁锁。

随着柴油机的普及和汽油车改柴

油车的推广，越来越多的汽油车司机转

为柴油车司机，柴油车繁锁的熄火方式

与原汽油车司机驾驶习惯的矛盾也越

来越突出。因此，汽油车“一关电门就

熄火”的操作方式将是未来柴油车熄火

方式的发展趋势。 2．电控熄火

柴油车燃烧系统有别于汽油车的火花塞点燃式系统，它采用的是压燃燃烧方式，不依赖供电系统也能正

常运转。因此，柴油车要实现“一关电门就熄火”，必须

要有一个将电能转为机械能的执行机构—电磁阀，称为

断油电磁阀。利用该阀控制高压喷油泵断油手柄，以实

现燃油的通断。当切断燃油供给时，柴油机就自然熄火。

如图（三）柴油机电动方式断油熄火示意图。

其工作过程如下：

当钥匙开关置于START 档（起动档）时，电 磁阀迅速动作，将喷油泵断油手柄置于通油位置

（RUN 运转/开），保证起动

用油；

当钥匙开

关复位于ON 档

（运转/开档）

时，电磁阀仍

然将喷油泵断

油手柄置于通

油位置（RUN ），

保证柴油机运

行用油；

当钥匙开关置于OFF 档

（停止档）时，电磁阀将喷油泵断油手柄置于断油位置（STOP 停止/关），切断柴油机运行用油，柴油机迅速熄火。

由此可见，其熄火效果与汽油车一模一样，而安装该机构并没有增加一个电气元件（钥匙开关、电瓶、起动继电器、起动机都是每一部柴油车必备的）。不管柴油车是原装还是改装，安装使用该装置都极为方便。

但该装置是“通电通油，停电停油”,所以使用该装置，就不得不考虑它的可靠性。要了解装置的可靠性，就必须了解断油电磁阀的结构、原理和性能。

3．断油电磁阀的结构与原理

断油电磁阀阀体由两个线圈（保持线圈和吸拉线圈）和固定该线圈的阀壳及能量转化介质(电能转化为机械能)—铁芯和弹簧组成，如图（四）。

断油电磁阀设计的主要理论依据是

①机械力F 与磁通力Φ成正比，即F ∝Φ；

②磁通力Φ与NI(N 为线圈匝数、I 为通过线圈的电流)成正比，即Φ∝NI ；

③增加铁芯也会加大Φ；

④通过线圈的电流I=U/R （U 为线圈端电压，R 为线圈电阻）。

根据用户使用条件（即F 的大小），即可计算出断油电磁阀的各种性能参数。玉柴公司 的柴油机现使用的断油电磁阀规格主要有美国楼氏电子Synchro-Start 公司的1751ES 型和中

4影响断油电磁阀吸拉力量的主要是电压；影响断油电磁阀通断油效果的主要是弹簧；影 响断油电磁阀质量可靠性的主要是线圈；影响断油电磁阀使用耐久性的主要是环境温度。这些因素的变化将如何影响断油电磁阀的性能呢？

4.1电压对电磁阀吸拉力量的影响 由电磁阀的设计原理，有

F ∝Φ （式1）

Φ∝NI （式2）

I=U/R （式3）

得 F ∝N ·U/R 。

而N 和R 均为设计常数因此

F 与U 成正比，即 F ∝U 。

如图（五）电压对电磁阀力量

的影响曲线图。因此，应用时必须

保证系统电压在19～29VDC 范围内，而这个条件一般都能达到。

4．2回位弹簧力量F RS 分布与电磁阀有效力F NS

电磁阀线圈总磁力F GS 与回位弹簧力量F RS 方向相反，因此电磁阀有效力

F NS =F GS - F RS

如图（六）回位弹簧力量F RS 与电磁阀有效力F NS 分布图。

当电磁阀断电后，回位弹簧必须能使柱塞回到初始位置，初始位

置时F RS 应是最大。

当电磁阀通电时，弹簧应尽量

不阻碍柱塞达到全通油位置，而弹

簧全程弹力几乎不变。磁力F GS 却

陡然增大，保证了通油的可靠性。

这就是电磁阀最独特设计。

4．3线圈的耐高温性能

线圈有电阻，电流经过时肯定

有热量Q 产生：Q = I 2 R 。如图（七）

表示的是线圈通电时间、通电电流与温度的关系曲线图。

因此设计上线圈材料选择时必须考虑其耐高温性能(即高温绝缘性能)：

A.能耐180℃短暂高温；

B.80℃时能长期工作。

应用时，实际上选择了能在121℃

环境下长期使用的漆包线类型。

4．4环境温度对电磁阀的影响

环境的高温主要对电磁阀线圈的

磁力产生影响。由式1和式2，得

F ∝N ·I

N 为设计常数，则 F ∝I 。那么，由于温度升高时，线圈电阻增加。根据欧姆定

律，电阻增加则电流减少，因此电磁力F 将减小。如图（八）环境温度与电磁力的关系图。

可见，在 125℃以下电磁阀均能正常工作。而正常情况下，只要电磁阀布置在离机体2英寸

以外的地方，即可获得100℃以下的环境。因此，

在电磁阀实际使用中，环境因素基本不用考虑。

5．结论

由以上分析可知，断油电磁阀的设计已充分

考虑了线圈的高温绝缘性能、弹簧力量分布、环

境温度的变化，是一种经国外百万辆车使用考验

过的成熟产品。只要电瓶正常且按图（三）的接

线方式使用，断油电磁阀就能得到很好的应用，

司机的操作就能得心应手。

有关参考资料：

1． Work Solenoids-Environmental and Design Considerations for Earthmoving Equipment Applications of SAE Technical Paper Series （860760）..………………………..Ralph E.Mlshler

2． 中国广西玉柴机器股份有限公司购买的原福特汽车巴西发动机公司有关断油电磁阀图纸及资料