1柴油机高压共轨燃油喷射系统概述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电子控制式分配泵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、详细地介绍柴油机用电磁阀控制高压共轨喷油系统的组成、结构、工作原理及其各种功能和使用维修注意事项。 柴油机的种类十分繁多，与其配套的喷油系统也多种多样，传统的喷油系统为直列式柱塞泵喷油系统已逐步被电控VE分配泵供油系统、电控高压共轨喷油系统取代。现代柴油机所采用的VE分配泵供油系统和电控高压共轨喷油系统如图4-1所示 图4-1柴油机电控高压共轨喷油系统 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。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制式分配泵已无法满足这些要求，新型的电控高压共轨喷油系柴油机上得到了迅速的推广。 2柴油机高压共轨喷油喷射系统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。 ⑴宽广的应用领域（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。 在共轨喷油系统中，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。 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。 ECU借助于传感器得知驾驶员的要求（加速踏板位置）以及柴油机和车辆的实时工作状态。它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、预喷射油量和其他参数的额定值。 作为一个实例，图4-2示出了一种四缸柴油机所用电控共轨喷油系统的主要组件。 图4-2 一种四缸柴油机的共轨系统 1-空气流量计 2-ECU 3-高压油泵 4-共轨管 5-喷油器 6-曲轴位置传感器 7-冷却液温度传感器 8-柴油滤清器 9-油门踏板传感器 ⑴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。 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他电子系统（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。 1）普通喷油系统的喷油特性 图4-3 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（如图4-3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。这种方法对喷油特性来讲，会产生下列现象： ⑴喷油压力随转速和喷油量的增加而升高； ⑵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： 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： ⑴对发动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。 ⑵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。 图4-4共轨喷油系统的喷油特性 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4-4～图4-6所示）。 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： 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。 燃油喷射主要有以下几种： ⑴预喷射 图4-5无预喷射时的喷油嘴针 图4-6 有预喷射时的喷油嘴针阀升程和压力特性曲线 阀升程和压力特性曲线 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汽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（如图4-5所示）中，在上止点前的范围内，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（如图4-6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发动机扭矩的增加。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，燃油耗降低或增加。 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，以降低废气中NOx的含量。 过迟的后喷射会导致燃油稀释发动机的润滑油，其喷射范围要由发动机制造厂家通过试验来确定。 |
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