汽车柴油机电控高压共轨喷油系统.doc

汽车柴油机电控高压共轨喷油系统（一）(图)现代小型乘用车柴油机对进一步减少燃油耗、减少废气排放和减少噪声的规定越来越高满足这些条件都需要喷油系统具有很高的喷油压力、非常灵活的控制柔性、极精确的喷油过程和计量极精确的喷油量因此，那些机械调节式喷油系统或喷油压力较低而控制功能有限的电子控制式分派泵已无法满足这些规定在这种状况下，电控高压共轨喷油系统就有了“用武之地”本文将为您系统、具体地简介小型乘用车柴油机用第一代电磁阀控制高压共轨喷油系统的构成部件、构造、工作原理及其多种功能一、 柴油机喷油系统概述     柴油机的种类十分繁多，与其配套的喷油系统也多种多样，详情如图1和表1所示    由于柴油机的负荷和转速调节是在没有进气节流的状况下直接通过变化喷油量来达到的，因此喷油系统必须以35～200MPa之间的压力将燃油喷入柴油机汽缸内，并形成均匀的可燃混合气其间喷油量的计量必须尽量精确，对喷油过程中的喷油压力、喷油时刻和喷油次数的控制必须非常灵活，并且必须可以随运转工况而任意变化因此，继续沿用机械调节式喷油系统或喷油压力较低而控制功能有限的电子控制式分派泵已无法满足这些规定，新型的电控高压共轨喷油系统则是最佳选择。

因此近几年来，电控高压共轨喷油系统在车用柴油机上得到了迅速的推广二、共轨喷油系统1.重要特点     电控高压共轨喷油系统与老式的凸轮驱动的机械调节式喷油系统相比，其与柴油机匹配的灵活性要大得多，重要表目前如下几种方面     ⑴广阔的应用领域（用于小型乘用车和轻型载重车，每缸功率可达30 kW；用于重型载重车、内燃机车和船舶，每缸功率可达200 kW左右）     ⑵喷油压力可达135MPa，甚至更高     ⑶喷油始点可变     ⑷可实现预喷射、主喷射和后喷射     ⑸喷油压力可随柴油机运转工况而变化2.功能     在共轨喷油系统中，喷油压力的建立与喷油量互不有关，喷油压力不取决于柴油机的转速和喷油量在高压燃油存储器(即“共轨”)中，始终布满着高压燃油而喷油量、喷油正时和喷油压力由电控单元（ECU）根据其中存储的特性曲线（脉谱图）和传感器采集的柴油机运转工况信息算出，然后控制每缸喷油器的高速电磁阀开闭来实现     共轨喷油系统的控制部分和传感器部分涉及：ECU、曲轴转速传感器、凸轮轴相位传感器、加速踏板传感器、增压压力传感器、空气质量流量计、共轨压力传感器及冷却水温度传感器。

     ECU借助于传感器得知驾驶员的规定（加速踏板位置）以及柴油机和车辆的实时工作状态它解决由传感器产生并经数据导线输入的信号，对柴油机进行控制和调节曲轴转速传感器测定柴油机的转速，凸轮轴相位传感器拟定发火顺序和相位加速踏板传感器是一种电位计，它通过电压信号告知ECU有关驾驶员对扭矩的规定空气质量流量计告知ECU柴油机实时的进气空气质量流量，以根据排放法规的规定来匹配相应的基本喷油量在带有增压压力调节的增压柴油机上，增压压力传感器用以测定增压压力在低温和柴油机处在冷态时，ECU可根据冷却水温度传感器和进气空气温度传感器的信号值拟定合适的喷油始点、预喷射油量和其她参数的额定值     作为一种实例，图2示出了一种四缸柴油机所用电控共轨喷油系统的重要组件⑴基本功能     其基本功能是在对的时刻以精确的数量和合适的压力控制燃油的喷射，从而保证柴油机的平稳运营，并获得低燃油消耗、废气排放和运转噪声⑵附加功能     附加的控制和调节功能用于减少废气排放和燃油消耗，或提高安全性和舒服性例如用来实现废气再循环(EGR)、增压压力调节、车速控制和电子防盗锁等     CAN总线系统可与车辆的其她电子系统（例如ABS系统、变速器电子控制系统）进行数据互换。

诊断接口可在车辆检修时输出系统存储的运营数据和故障代码三、喷油特性1.一般喷油系统的喷油特性     在一般的喷油系统，例如分派泵和直列泵中，只有主喷射而没有预喷射和后喷射（如图3所示），而在电磁阀控制的分派泵中仅可实现预喷射一般喷油系统中压力的产生和喷油量的计量是通过凸轮和供油柱塞来实现的这种措施对喷油特性来讲，会产生下列现象：     ⑴喷油压力随转速和喷油量的增长而升高；     ⑵喷油过程中喷油压力上升，但到喷油终了时又减少到喷油嘴关闭压力     因此，会产生下列成果：     ⑴小喷油量时的喷油压力较低；     ⑵峰值喷油压力是平均喷油压力的两倍以上；     ⑶喷油过程曲线近似于三角形，这有助于燃烧完善     峰值喷油压力对喷油泵及其驱动装置构件承受的负荷具有决定性的影响对一般喷油系统而言，它是燃烧室中混合气形成质量好坏的评价尺度2.共轨喷油系统的喷油特性     对抱负的喷油特性，除了一般喷油特性的规定之外，尚有下列规定：     ⑴对发动机的任何一种工况点，喷油压力和喷油量的拟定都可以是互为独立的     ⑵喷油开始初期（即在喷油开始到燃烧开始之间的点火延迟期内）的喷油量应尽量小。

     带有预喷射和主喷射的共轨喷油系统可满足上述规定（如图4～图6所示）共轨喷油系统采用模块式构造，喷油特性重要决定于下列组件：     ⑴电磁阀控制的喷油器，用螺纹拧装在汽缸盖上；     ⑵压力存储器（共轨）；     ⑶高压泵；     ⑷ECU；     ⑸曲轴转速传感器；     ⑹凸轮轴相位传感器     在小型乘用车上用的共轨喷油系统中，产生喷油压力的高压泵采用径向柱塞泵，其转速以固定的传动比与发动机转速有关，而压力的建立与喷油量无关由于近乎持续的供油，高压泵可设计得比一般喷油系统中用的高压泵小得多，设计时考虑的峰值驱动扭矩也较小     喷油器通过高压油管与共轨相连，它重要由一种喷油嘴和一种电磁阀构成ECU使电磁阀通电，就开始喷油在一定压力下，喷入的燃油量与电磁阀的接通时间成正比，而与发动机或泵的转速无关（时间控制的喷油方式）喷油量可通过电磁阀控制的相应设计，并在ECU中采用高电压和大电流来控制，以提高电磁阀的响应特性     喷油正时是通过电控系统中的角度-时间系统来控制的为此在曲轴上装有一种转速传感器，并且为了辨认缸序或相位，在凸轮轴上也装有一种相位传感器     燃油喷射重要有如下几种：⑴预喷射     预喷射可在上止点前90°内进行。

如果预喷射的喷油始点早于上止点前40°曲轴转角，则燃油也许喷到活塞顶面和汽缸壁上使润滑油稀释到不容许的限度预喷射时，少量燃油（1～4 mm3）喷入汽缸，促使燃烧室产生“预调节”，从而改善燃烧效率压缩压力由于预反映或局部燃烧而略有提高，因此缩短了主喷油量的着火延迟期，减少了燃烧压力上升幅度和燃烧压力峰值，燃烧较为柔和这种效果减小了燃烧噪声和燃油耗，许多状况下还减少了排放     在无预喷射时的压力特性曲线（如图5所示）中，在上止点前的范畴内，压力上升尚较平缓，但随着燃烧的开始压力迅速上升，达到压力最大值时，形成一种较陡的尖峰压力上升幅度的增长和尖峰导致柴油机的燃烧噪声明显提高而在有预喷射的压力特性曲线（如图6所示）中，在上止点前范畴内，压力值略高，但燃烧压力的上升变缓     预喷射间接地通过缩短着火延迟期而有助于发动机扭矩的增长根据主喷射始点和预喷射与主喷射之间的时间间隔的不同，燃油耗减少或增长⑵主喷射     主喷射提供了发动机输出功率所需的能量，从而基本上决定了发动机的扭矩在共轨喷油系统中，整个喷油过程的喷油压力近似恒定不变⑶后喷射     对于那些催化NOx的催化器而言，后喷射的燃油充当还原剂，用于还原NOx。

它在主喷射之后的做功行程或排气行程中进行，其范畴一般在上止点后200°内     与预喷射和主喷射不同，后喷射的燃油在汽缸中不会燃烧，而是在废气中剩余热量的作用下蒸发，带入NOx催化器中作为NOx的还原剂，以减少废气中NOx的含量     过迟的后喷射会导致燃油稀释发动机的润滑油，其喷射范畴要由发动机制造厂家通过实验来拟定汽车柴油机电控高压共轨喷油系统（二）(图)四、燃油系统    汽车柴油机电控高压共轨喷油系统（图7）由低压供油部分和高压供油部分构成1.低压供油部分    共轨喷油系统的低压供油部分涉及:燃油箱（带有滤网）、输油泵、燃油滤清器及低压油管⑴燃油箱    燃油箱必须抗腐蚀,且至少能承受2倍的实际工作油压，并在不低于0.03MPa压力的状况下仍保持密封如果油箱浮现超压，需通过合适的通道和安全阀自动卸压虽然车辆发生倾斜，或在弯道行驶，甚至发生碰撞时，燃油不会从加油口或压力平衡装置中流出同步，燃油箱必须要远离发动机，如果车辆发生交通事故时,可减小发生火灾的危险⑵低压油管    低压供油部分,除采用钢管外还可使用阻燃的包有钢丝编织层的柔性管油管的布置必须可以避免机械损伤，并且在其上滴落的燃油既不能聚积，也不会被引燃。

⑶输油泵    输油泵是一种带有滤网的电动泵或齿轮泵,它将燃油从燃油箱中吸出,将所需的燃油持续供应高压泵⑷滤清器    燃油滤清器将进入高压泵前的燃油滤清净化,从而避免高压泵、出油阀和喷油器等精密件过早磨损和损坏2.高压供油部分 共轨喷油系统的高压供油部分涉及：带调压阀的高压泵、高压油管、作为高压存储器的共轨（带有共轨压力传感器）、限压阀和流量限制器、喷油器、回油管⑴高压泵    高压泵将燃油压送到共轨的压力为135MPa,高压燃油经高压油管进入类似管状的共轨中⑵共轨    在共轨中燃油仍保持其压力,虽然喷油器喷油时,由于燃油的弹性而产生蓄压作用，燃油压力基本保持不便燃油压力由共轨压力传感器测定，通过调压阀调节到规定数值限压阀的任务是将共轨中的燃油压力限制在150MPa以内⑶喷油器    当高压燃油在喷油器中被电子控制的电磁阀释放时，喷油嘴启动，将燃油直接喷入发动机燃烧室⑷高压油管    高压燃油油管必须可以经受喷油系统的最大压力和喷油间歇时的局部高频压力波动该油管是由钢管制成,一般外径为6mm，内径为2.4mm    各缸的高压油管长度是完全相似的，共轨与各缸喷油器之间的不同间距是通过各缸高压油管的弯曲限度进行长度补偿的，但油管长度应尽量短某些。

五、组件构造和功能1.低压部分    低压部分向高压部分提供足够的燃油,其重要构成部件如图8所示⑴输油泵    输油泵的任务是在任何工况下，为燃油提供所需的压力，并在整个使用寿命期内，向高压泵提供足够的燃油    目前输油泵有2种类型，即电动输油泵（滚子叶片泵）和机械驱动的齿轮泵    a.电动输油泵    电动输油泵(图9、图10)用于乘用车和轻型商用车除了向高压泵输送燃油外，电动输油泵在监控系统中还起到了在必要时中断燃油输送的作用    发动机启动过程开始时，电动输油泵就开始运营，且不受发动机转速影响电动输油泵持续从油箱中抽出燃油，经燃油滤清器送往高压泵，多余的燃油经溢流阀流回油箱其具有安全电路，可避免在停机时向发动机输送燃油    电动输油泵有油管安装式和油箱安装式2种油管安装式输油泵安装在车辆底盘上油箱与燃油滤清器之间的油管上而油箱安装式输油泵则安装在油箱内的专用支架上，其总成一般还涉及吸油端的吸油滤网、油位显示屏、储油罐以及与外部连接的电气和液压接头电动输油泵由泵油元件、电动机和连接盖3个功能部分构成泵油元件的工作原理取决于电动输油泵的应用领域，有多。