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汽車(chē)柴油機(jī)電控高壓共軌噴油系統(tǒng)（一）

www.sail-shipping.com 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：俠名類(lèi)別：汽車(chē)構(gòu)造維修時(shí)間：2012-09-14

現(xiàn)代小型乘用車(chē)柴油機(jī)對(duì)進(jìn)一步降低燃油耗、減少?gòu)U氣排放和降低噪聲的要求越來(lái)越高。滿足這些條件都需要噴油系統(tǒng)具有很高的噴油壓力、非常靈活的控制柔性、極準(zhǔn)確的噴油過(guò)程和計(jì)量極精確的噴油量。因此，那些機(jī)械調(diào)節(jié)式噴油系統(tǒng)或噴油壓力較低而控制功能有限的電子控制式分配泵已無(wú)法滿足這些要求。在這種情況下，電控高壓共軌噴油系統(tǒng)就有了“用武之地”。本文將為您系統(tǒng)、詳細(xì)地介紹小型乘用車(chē)柴油機(jī)用第一代電磁閥控制高壓共軌噴油系統(tǒng)的組成部件、結(jié)構(gòu)、工作原理及其各種功能。
一、柴油機(jī)噴油系統(tǒng)概述
柴油機(jī)的種類(lèi)十分繁多，與其配套的噴油系統(tǒng)也多種多樣，詳情如圖1和表1所示。

由于柴油機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是在沒(méi)有進(jìn)氣節(jié)流的情況下直接通過(guò)改變噴油量來(lái)達(dá)到的，因此噴油系統(tǒng)必須以35～200MPa之間的壓力將燃油噴入柴油機(jī)汽缸內(nèi)，并形成均勻的可燃混合氣。其間噴油量的計(jì)量必須盡可能精確，對(duì)噴油過(guò)程中的噴油壓力、噴油時(shí)刻和噴油次數(shù)的控制必須非常靈活，而且必須能夠隨運(yùn)轉(zhuǎn)工況而任意變化。因此，繼續(xù)沿用機(jī)械調(diào)節(jié)式噴油系統(tǒng)或噴油壓力較低而控制功能有限的電子控制式分配泵已無(wú)法滿足這些要求，新型的電控高壓共軌噴油系統(tǒng)則是最佳選擇。因此近幾年來(lái)，電控高壓共軌噴油系統(tǒng)在車(chē)用柴油機(jī)上得到了迅速的推廣。

二、共軌噴油系統(tǒng)

1.主要特點(diǎn)
電控高壓共軌噴油系統(tǒng)與傳統(tǒng)的凸輪驅(qū)動(dòng)的機(jī)械調(diào)節(jié)式噴油系統(tǒng)相比，其與柴油機(jī)匹配的靈活性要大得多，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
⑴寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域（用于小型乘用車(chē)和輕型載重車(chē)，每缸功率可達(dá)30 kW；用于重型載重車(chē)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)和船舶，每缸功率可達(dá)200 kW左右）。
⑵噴油壓力可達(dá)135MPa，甚至更高。
⑶噴油始點(diǎn)可變。
⑷可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射、主噴射和后噴射。
⑸噴油壓力可隨柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況而變化。
2.功能
在共軌噴油系統(tǒng)中，噴油壓力的建立與噴油量互不相關(guān)，噴油壓力不取決于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和噴油量。在高壓燃油存儲(chǔ)器(即“共軌”)中，始終充滿著高壓燃油。而噴油量、噴油正時(shí)和噴油壓力由電控單元（ECU）根據(jù)其中存儲(chǔ)的特性曲線（脈譜圖）和傳感器采集的柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況信息算出，然后控制每缸噴油器的高速電磁閥開(kāi)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)。
共軌噴油系統(tǒng)的控制部分和傳感器部分包括：ECU、曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、凸輪軸相位傳感器、加速踏板傳感器、增壓壓力傳感器、空氣質(zhì)量流量計(jì)、共軌壓力傳感器及冷卻水溫度傳感器。
ECU借助于傳感器得知駕駛員的要求（加速踏板位置）以及柴油機(jī)和車(chē)輛的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。它處理由傳感器產(chǎn)生并經(jīng)數(shù)據(jù)導(dǎo)線輸入的信號(hào)，對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。曲軸轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)定柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，凸輪軸相位傳感器確定發(fā)火順序和相位。加速踏板傳感器是一種電位計(jì)，它通過(guò)電壓信號(hào)告知ECU關(guān)于駕駛員對(duì)扭矩的要求。空氣質(zhì)量流量計(jì)告知ECU柴油機(jī)實(shí)時(shí)的進(jìn)氣空氣質(zhì)量流量，以根據(jù)排放法規(guī)的要求來(lái)匹配相應(yīng)的基本噴油量。在帶有增壓壓力調(diào)節(jié)的增壓柴油機(jī)上，增壓壓力傳感器用以測(cè)定增壓壓力。在低溫和柴油機(jī)處于冷態(tài)時(shí)，ECU可根據(jù)冷卻水溫度傳感器和進(jìn)氣空氣溫度傳感器的信號(hào)值確定合適的噴油始點(diǎn)、預(yù)噴射油量和其他參數(shù)的額定值。
作為一個(gè)實(shí)例，圖2示出了一種四缸柴油機(jī)所用電控共軌噴油系統(tǒng)的主要組件。

⑴基本功能
其基本功能是在正確時(shí)刻以精確的數(shù)量和合適的壓力控制燃油的噴射，從而保證柴油機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，并獲得低燃油消耗、廢氣排放和運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。
⑵附加功能
附加的控制和調(diào)節(jié)功能用于減少?gòu)U氣排放和燃油消耗，或提高安全性和舒適性。例如用來(lái)實(shí)現(xiàn)廢氣再循環(huán)(EGR)、增壓壓力調(diào)節(jié)、車(chē)速控制和電子防盜鎖等。
CAN總線系統(tǒng)可與車(chē)輛的其他電子系統(tǒng)（例如ABS系統(tǒng)、變速器電子控制系統(tǒng)）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。診斷接口可在車(chē)輛檢修時(shí)輸出系統(tǒng)存儲(chǔ)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障代碼。
三、噴油特性
1.普通噴油系統(tǒng)的噴油特性
在普通的噴油系統(tǒng)，例如分配泵和直列泵中，只有主噴射而沒(méi)有預(yù)噴射和后噴射（如圖3所示），而在電磁閥控制的分配泵中僅可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射。普通噴油系統(tǒng)中壓力的產(chǎn)生和噴油量的計(jì)量是通過(guò)凸輪和供油柱塞來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種方法對(duì)噴油特性來(lái)講，會(huì)產(chǎn)生下列現(xiàn)象：

⑴噴油壓力隨轉(zhuǎn)速和噴油量的增加而升高；
⑵噴油過(guò)程中噴油壓力上升，但到噴油終了時(shí)又降低到噴油嘴關(guān)閉壓力。
因此，會(huì)產(chǎn)生下列結(jié)果：
⑴小噴油量時(shí)的噴油壓力較低；
⑵峰值噴油壓力是平均噴油壓力的兩倍以上；
⑶噴油過(guò)程曲線近似于三角形，這有利于燃燒完善。
峰值噴油壓力對(duì)噴油泵及其驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)件承受的負(fù)荷具有決定性的影響。對(duì)普通噴油系統(tǒng)而言，它是燃燒室中混合氣形成質(zhì)量好壞的評(píng)價(jià)尺度。
2.共軌噴油系統(tǒng)的噴油特性
對(duì)理想的噴油特性，除了普通噴油特性的要求之外，還有下列要求：
⑴對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的任何一個(gè)工況點(diǎn)，噴油壓力和噴油量的確定都可以是互為獨(dú)立的。
⑵噴油開(kāi)始初期（即在噴油開(kāi)始到燃燒開(kāi)始之間的點(diǎn)火延遲期內(nèi)）的噴油量應(yīng)盡可能小。
帶有預(yù)噴射和主噴射的共軌噴油系統(tǒng)可滿足上述要求（如圖4～圖6所示）。

共軌噴油系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，噴油特性主要決定于下列組件：
⑴電磁閥控制的噴油器，用螺紋擰裝在汽缸蓋上；
⑵壓力存儲(chǔ)器（共軌）；
⑶高壓泵；
⑷ECU；
⑸曲軸轉(zhuǎn)速傳感器；
⑹凸輪軸相位傳感器。
在小型乘用車(chē)上用的共軌噴油系統(tǒng)中，產(chǎn)生噴油壓力的高壓泵采用徑向柱塞泵，其轉(zhuǎn)速以固定的傳動(dòng)比與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)，而壓力的建立與噴油量無(wú)關(guān)。由于近乎連續(xù)的供油，高壓泵可設(shè)計(jì)得比普通噴油系統(tǒng)中用的高壓泵小得多，設(shè)計(jì)時(shí)考慮的峰值驅(qū)動(dòng)扭矩也較小。
噴油器通過(guò)高壓油管與共軌相連，它主要由一個(gè)噴油嘴和一個(gè)電磁閥構(gòu)成。ECU使電磁閥通電，就開(kāi)始噴油。在一定壓力下，噴入的燃油量與電磁閥的接通時(shí)間成正比，而與發(fā)動(dòng)機(jī)或泵的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)（時(shí)間控制的噴油方式）。噴油量可通過(guò)電磁閥控制的相應(yīng)設(shè)計(jì)，并在ECU中采用高電壓和大電流來(lái)控制，以提高電磁閥的響應(yīng)特性。
噴油正時(shí)是通過(guò)電控系統(tǒng)中的角度-時(shí)間系統(tǒng)來(lái)控制的。為此在曲軸上裝有一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，并且為了識(shí)別缸序或相位，在凸輪軸上也裝有一個(gè)相位傳感器。
燃油噴射主要有以下幾種：
⑴預(yù)噴射
預(yù)噴射可在上止點(diǎn)前90°內(nèi)進(jìn)行。如果預(yù)噴射的噴油始點(diǎn)早于上止點(diǎn)前40°曲軸轉(zhuǎn)角，則燃油可能?chē)姷?a href=http://www.sail-shipping.com/huanye_htm/hyfenlei24.html target=_blank>活塞頂面和汽缸壁上使潤(rùn)滑油稀釋到不允許的程度。預(yù)噴射時(shí)，少量燃油（1～4 mm3）噴入汽缸，促使燃燒室產(chǎn)生“預(yù)調(diào)節(jié)”，從而改善燃燒效率。壓縮壓力由于預(yù)反應(yīng)或局部燃燒而略有提高，因此縮短了主噴油量的著火延遲期，降低了燃燒壓力上升幅度和燃燒壓力峰值，燃燒較為柔和。這種效果減小了燃燒噪聲和燃油耗，許多情況下還降低了排放。
在無(wú)預(yù)噴射時(shí)的壓力特性曲線（如圖5所示）中，在上止點(diǎn)前的范圍內(nèi)，壓力上升尚較平緩，但隨著燃燒的開(kāi)始?jí)毫ρ杆偕仙_(dá)到壓力最大值時(shí)，形成一個(gè)較陡的尖峰。壓力上升幅度的增加和尖峰導(dǎo)致柴油機(jī)的燃燒噪聲明顯提高。而在有預(yù)噴射的壓力特性曲線（如圖6所示）中，在上止點(diǎn)前范圍內(nèi)，壓力值略高，但燃燒壓力的上升變緩。
預(yù)噴射間接地通過(guò)縮短著火延遲期而有助于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的增加。根據(jù)主噴

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