汽車柴油機(jī)電控高壓共軌噴油系統(tǒng)（一）
互聯(lián)網(wǎng) 俠名 汽車構(gòu)造維修 2012-09-14
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現(xiàn)代小型乘用車柴油機(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)是在沒有進(jìn)氣節(jié)流的情況下直接通過改變噴油量來(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（用于小型乘用車和輕型載重車，每缸功率可達(dá)30 kW；用于重型載重車、內(nèi)燃機(jī)車和船舶，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)，它通過電壓信號(hào)告知ECU關(guān)于駕駛員對(duì)扭矩的要求�？諝赓|(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)、車速控制和電子防盜鎖等。 CAN總線系統(tǒng)可與車輛的其他電子系統(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噴油開始初期（即在噴油開始到燃燒開始之間的點(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，則燃油可能噴到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，但隨著燃燒的開始?jí)毫ρ杆偕仙�，達(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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