柴油机电控高压共轨喷油系统的结构与维修讲解.ppt

现代柴油机原理与维修保养,整理编辑：邓海俨,2010年,第三章：柴油机电控高压共轨喷油系统的结构与维修,现代柴油机对进一步降低燃油耗、减少废气排放和降低噪声的要求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、极准确的喷油过程和计量极精确的喷油量因此，喷油压力较低而控制功能有限的普通喷油系统等已无法满足这些要求在这种情况下，电控高压共轨喷油系统就有了“用武之地”本章将为您系统而详细地介绍柴油机用电控高压共轨燃油喷射系统的组成、结构、工作原理及其各种功能和使用维修注意事项第一节：现代柴油机电控高压共轨喷油系统概述,柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且能实现预喷射和后喷，从而优化喷油特性形状，降低柴油机噪声和大大减少废气的排放量现代柴油机所采用的电控高压共轨喷油系统如图,锡柴国III机博世（BOSCH）公司电控共轨系统BOSCH电控共轨系统结构图,,图3-1,锡柴国III机电装（DENSO）公司电控共轨系统图3-2,由于柴油机的负荷和转速调节是在没有进气节流的情况下直接通过改变喷油量来达到的，因此喷油系统必须以35～200MPa的压力将燃油喷入柴油机气缸内，并形成均匀的可燃混合气。

其间喷油量的计量必须尽可能精确，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，而且必须能够随运转工况而任意变化满足这些要求的电控高压共轨喷油系统是其最佳选择之一因此近年来，电控高压共轨喷油系统在柴油机上得到了迅速的推广和使用第二节：电控高压共轨喷油系统的基本结构,一、主要特点 电控高压共轨喷油系统与传统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，主要表现在以下几个方面 ①采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，益于柴油机燃烧过程的全程优化； ②采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油嘴间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确；,③高速电磁开关阀频响高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地实现预喷射、后喷等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段； ④系统结构移植方便，适应范围宽，不像其它的几种电控喷油系统，对柴油机的结构形式有专门要求；尤其是高压共轨系统，均能与目前的小型、中型及重型柴油机很好匹配二、功能作用,在电控高压共轨喷油系统中，喷油压力的建立与喷油量互不相关，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，始终充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 电控高压共轨喷油系统的控制部分和传感器部分包括：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等ECU借助于传感器获得驾驶员的要求（加速踏板位置）以及柴油机和车辆的实时工作状态处理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，凸轮轴相位传感器确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关于驾驶员对扭矩的要求空气质量流量计告知ECU柴油机实时的进气空气质量流量，以根据排放法规的要求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于冷态时，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确定合适的喷油始点、预喷射油量和其它参数的额定值电控共轨系统总体布置(CA6DL1),高压油泵,高压油轨,PCV阀,凸轮轴位置传感器,轨压传感器,泄压阀,进气压力传感器,喷油器插头,燃油精滤,转速传感器,图3-3,电控共轨系统总体布置(CA6DF3),油泵,电子控制单元,高压油轨,水温传感器,电控喷油器,凸轮轴位置传感器,轨压传感器,燃油计量单元,进气压力、温度传感器,图3-4,①基本功能 其基本功能是在正确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行，并获得低燃油 消耗、废气排放和运转噪声。

②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， 或提高安全性和舒适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它电子系统（例如ABS系统、 变速器电子控制系统）进行数据交换诊断接口可在车辆检 修时输出系统存储的运行数据和故障代码三、喷油特性,1．普通喷油系统的喷油特性 在普通的喷油系统，例如分配泵和直列泵中，只有主喷射而没有预喷射和后喷射（如下图所示），而在电磁阀控制的分配泵中仅可实现预喷射普通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普通喷油系统的喷油特性,图3-5,这种方法对喷油特性来讲，会产生下列现象： ①喷油压力随转速和喷油量的增加而升高； ②喷油过程中喷油压力上升，但到喷油终了时又降低到喷油嘴 关闭压力因此，会产生下列结果： ①小喷油量时的喷油压力较低； ②峰值喷油压力是平均喷油压力的两倍以上； ③喷油过程曲线近似于三角形，这有利于燃烧完善 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普通喷油系统而言，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 对理想的喷油特性，除了普通喷油特性的要求之 外，还有下列要求： ①对柴油机的任何一个工况点，喷油压力和喷 油量的确定都可以是互为独立的。

②喷油开始初期（即喷油开始到燃烧开始之间 的着火延迟期内）的喷油量应尽可能小 带有预喷射和主喷射的共轨喷油系统可满足上 述要求如图 ：,共轨喷油系统的喷油特性,图3-6,共轨喷油系统采用模块式结构，喷油特性主要决定 于下列组件： ①电磁阀控制的喷油器，用螺纹拧装在气缸盖上； ②压力存储器（共轨）； ③高压泵； ④电子控制单元（ECU）； ⑤曲轴转速传感器； ⑥凸轮轴相位传感器在小型车用柴油机的共轨喷油系统中，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柴油机转速相关，而压力的建立与喷油量无关由于近乎连续的供油，高压泵可设计得比普通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，它主要由一个喷油嘴和一个电磁阀构成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，而与柴油机或泵的转速无关（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个转速传感器，并且为了识别缸序或相位，在凸轮轴上也装有一个相位传感器。

3．燃油喷射主要有以下几种：,①预喷射,无预喷射时的喷油嘴针,有预喷射时的喷油嘴针,图3-7,图3-8,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，则燃油可能喷到活塞顶面和气缸壁上使润滑油稀释到不允许的程度预喷射时，少量燃油（1～4 mm3）喷入气缸，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应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，降低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消耗，许多情况下还降低了排放 在无预喷射时的压力特性曲线（如上左图所示）中，在上止点前的范围内，压力上升比较平缓，但随着燃烧的开始压力迅速上升，达到压力最大值时，形成一个较陡的尖峰压力上升幅度的增加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（如上右图所示）中，在上止点前范围内，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柴油机扭矩的增加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，燃油消耗降低或增加②主喷射 主喷射提供了柴油机输出功率所需的能量，从而基本上决定了柴油机的扭矩。

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 ③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，其范围一般在上止点后200°内 与预喷射和主喷射不同，后喷射的燃油在气缸中不会燃烧，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，以降低废气中NOx的含量 过迟的后喷射会导致燃油稀释柴油机的润滑油，其喷射范围要由柴油机制造厂家通过试验来确定第三节：电控高压共轨喷油系统的主要部件,汽车柴油机电控高压共轨喷油系统的主要部件（如下图）由低压供油部分和高压供油部分组成共轨燃油系统,1-燃油箱 2-滤网 3-输油泵 4-燃油滤清器 5-低压油管 6-高压泵 7-高压油管 8-共轨管 9-喷油器 10-回油管 11-ECU,图3-9,1．低压供油部分,电控高压共轨喷油系统的低压供油部分包括:燃油箱（带有滤网）、输油泵、燃油滤清器及低压油管①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压力的情况下仍保持密封如果油箱出现超压，需经过适当的通道和安全阀自动卸压即使车辆发生倾斜，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。

同时，燃油箱必须要远离柴油机，如果车辆发生交通事故时，可减小发生火灾的危险②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能够避免机械损伤，并且在其上滴落的燃油既不能聚积，也不会被引燃 ③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，将所需的燃油连续不断地供给高压泵 ④滤清器 燃油滤清器将进入高压泵前的燃油滤清净化，祛除燃油中杂质，从而防止高压泵、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,电控高压共轨喷油系统的高压供油部分包括：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①高压泵 高压泵将输油泵输送来的燃油加压后供给共轨，其压力可达135MPa甚至更高，高压燃油经高压油管进入类似管状的共轨中 ②共轨 在共轨中燃油仍保持其压力，即使喷油器喷油时，由于燃油的弹性而产生蓄压作用，燃油压力基本保持不变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③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，喷油嘴开启，将燃油直接喷入柴油机燃烧室。

④高压油管 高压燃油油管必须能够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，通常外径为6mm，内径为2.4mm 各缸的高压油管长度是完全相同的，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程度进行长度补偿的，但油管长度应尽可能短一些第四节：电控高压共轨喷油系统组件的结构和功能,1．低压部分,1-燃油箱 2-滤网 3-输油泵 4-燃油滤清器 5-低压油 6-高压泵低压部分 7-回油管 8-ECU,（1）输油泵 输油泵的任务是在任何工况下，为燃油提供所需的预压力，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①电动输油泵 电动输油泵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电动输油泵示意图,1-压油端2-电动机电枢3-滚子叶片泵4-限压阀5-吸油端A。