汽車構(gòu)造課件：電控柴油機(jī)噴射系統(tǒng) -

電控柴油噴射系統(tǒng)電控柴油噴射系統(tǒng)

7.1.1電控柴油噴射系統(tǒng)的發(fā)展全球環(huán)境的日益惡化，對(duì)柴油機(jī)的排放和經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求.為了適應(yīng)更加嚴(yán)格的排放和能源法規(guī)的要求，改進(jìn)柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。將傳統(tǒng)的機(jī)-液噴油系統(tǒng)改造為電子控制，即機(jī)-電或機(jī)-電-液一體化的噴油系統(tǒng)，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以控制噴油系統(tǒng)為核心的柴油機(jī)整機(jī)綜合控制與管理，可優(yōu)化柴油機(jī)性能。

就燃油噴射系統(tǒng)而言，柴、汽油機(jī)的控制要素和控制要求有很大不同，汽油機(jī)主要是低壓的進(jìn)氣支管內(nèi)或節(jié)氣門口噴射，對(duì)噴射定時(shí)和噴油規(guī)律(噴油率)沒有嚴(yán)格要求；柴油機(jī)則是高壓缸內(nèi)噴射，而且要求在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成噴油定時(shí)、噴油率、噴油壓力與噴油量的精確控制。所以，要達(dá)到對(duì)燃油噴入量、噴油時(shí)刻和油束的空間形態(tài)三方面7.1概述電控柴油噴射系統(tǒng)

的控制達(dá)到優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)-液噴油系統(tǒng)的目的，其難度要比汽油機(jī)電控噴射大得多。例如，重型載貨汽車電控泵噴嘴使用的電磁控制閥，與汽油機(jī)的電磁噴油器相比，承受壓力高了300～500倍，啟閉速度則要快10～20倍。因此，柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展比汽油機(jī)滯后。但是，隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子與傳感器技術(shù)和汽油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展，尤其是高速強(qiáng)力電磁閥的研制成功，使柴油機(jī)電控技術(shù)的一系列關(guān)鍵問題得到解決，迅速發(fā)展起來。7.1.2系統(tǒng)組成與分類柴油機(jī)和汽油機(jī)的電控技術(shù)從總體上說有類似之處，即各種機(jī)構(gòu)的電控系統(tǒng)都由傳感器、電控單元ECU和執(zhí)行器所組成。但相對(duì)于汽油噴射系統(tǒng)，柴油機(jī)的電控系統(tǒng)更加多樣化，具體功能及對(duì)性能的影響，不同系統(tǒng)則各不相同。電控柴油噴射系統(tǒng)

柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)根據(jù)不同的控制方式，分為脈動(dòng)式電控噴油系統(tǒng)、脈動(dòng)+時(shí)間控制式噴油系統(tǒng)和共軌式噴油系統(tǒng)三類。脈動(dòng)式噴油系統(tǒng)，包括如直列噴油泵、分配泵等。這類泵的原有的油量及供油規(guī)律控制靠柱塞螺旋槽(分配泵為油量控制套筒)、機(jī)械調(diào)速器和油泵凸輪，噴油定時(shí)靠機(jī)械式噴油提前器(分配泵為液壓自動(dòng)提前器)，它們的供油方式都是脈動(dòng)的。將這類噴油系統(tǒng)電控化，脈動(dòng)的供油方式?jīng)]有改變，稱為脈動(dòng)式電控噴油系統(tǒng)。脈動(dòng)+時(shí)間控制式噴油系統(tǒng)主要指電控泵噴嘴系統(tǒng)和電控單體泵系統(tǒng)，此類系統(tǒng)仍保持傳統(tǒng)的柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)脈動(dòng)供油方式，但由電磁溢流閥開、閉時(shí)間和時(shí)刻來控制油量和定時(shí)。共軌式噴油系統(tǒng)不采用柱塞泵脈動(dòng)供油原理，而是由公共油道(共軌)或蓄壓室向各噴油器提供所需的高壓燃油，通過隨工況而變化的實(shí)時(shí)控制共軌上的高速電磁閥調(diào)節(jié)噴射壓力和噴油規(guī)律。這類電控系統(tǒng)又分為蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。電控柴油噴射系統(tǒng)

7.2脈動(dòng)式電控噴油系統(tǒng)7.2.1電控直列泵在原直列噴油泵基礎(chǔ)上裝有齒桿位移傳感器、凸輪軸或曲軸的轉(zhuǎn)角位移及轉(zhuǎn)速傳感器、線性電磁鐵的執(zhí)行器、電控單元等組成的控制系統(tǒng)，對(duì)噴油量進(jìn)行調(diào)節(jié)。噴油量的計(jì)量按位置控制方式，根據(jù)加速踏板位置、轉(zhuǎn)速等輸入信息、以柱塞的供油始點(diǎn)和供油終點(diǎn)間的物理長(zhǎng)度，即有效行程(位置)來確定，而有效行程又是由供油齒桿的位置決定的。圖7.1為德國(guó)博世公司的電控直列泵電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.1博世公司的電控直列泵1—供油齒桿

2—比例電磁鐵

3—油泵凸輪軸

4—轉(zhuǎn)速傳感器

5—電控單元(ECU)

電控柴油噴射系統(tǒng)

如第6章所述，直列噴油泵的機(jī)械控制噴射系統(tǒng)通過加速踏板和調(diào)速器作用于齒桿，反饋的控制信息是柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板的位置，二者通過機(jī)械聯(lián)系改變供油齒桿位置而控制噴油量，電控后噴射系統(tǒng)則通過傳感器檢測(cè)柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境條件，并由電控單元ECU計(jì)算出適應(yīng)柴油機(jī)運(yùn)行狀況的控制量，然后由執(zhí)行器實(shí)施。具體說來，加速踏板位置為一可變電壓信號(hào)，它反映的是駕駛員愿望，通過標(biāo)定加速踏板位置電壓信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)與供油齒桿位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)包括由其他傳感器，如各種溫度、進(jìn)氣壓力、車速、制動(dòng)、離合器分離等信號(hào)對(duì)供油齒桿位置進(jìn)行修正的關(guān)系，并以軟件的形式存儲(chǔ)于ECU中，ECU檢測(cè)到各種信息后，通過線性電磁鐵的執(zhí)行器改變齒桿位置。例如，當(dāng)采集到離合器分離信號(hào)時(shí)，線性電磁鐵的執(zhí)行器將齒桿拉到怠速位置。因此，它比純機(jī)械噴射系統(tǒng)控制精確、靈敏；而且在需要擴(kuò)大控制功能時(shí)，只需改變電控單元的存儲(chǔ)軟件，便可實(shí)現(xiàn)綜合控制。電控柴油噴射系統(tǒng)

以上結(jié)構(gòu)的電控直列泵還不能實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油始點(diǎn)和噴油規(guī)律的電子控制。也就是說，還需要裝備機(jī)械式噴油提前器。要實(shí)現(xiàn)該功能，可以采用可變預(yù)行程結(jié)構(gòu)。其原理是將通過噴油定時(shí)桿將原本固定的柱塞套筒用旋轉(zhuǎn)電磁鐵使套筒能在小范圍內(nèi)上下移動(dòng)，從而就能選擇噴油時(shí)刻。圖7.2為日本Zexel公司的可變預(yù)行程直列泵。它是在博世公司的電控直列泵的基礎(chǔ)上開發(fā)的。

電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.2Zexel公司的可變預(yù)行程直列泵1—預(yù)行程執(zhí)行器

2—柱塞副

3—齒桿

4—噴油定時(shí)桿電控柴油噴射系統(tǒng)

上述電控噴油泵改動(dòng)最小，是最早的柴油機(jī)電控產(chǎn)品。但由于供油齒桿及聯(lián)動(dòng)裝置、柱塞套等都是慣性大的零部件，所以過程控制慢，精度不夠高，噴射壓力難以進(jìn)一步提高，雖然可變預(yù)行程對(duì)噴油規(guī)律有一定的調(diào)節(jié)作用，但調(diào)節(jié)柔性低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。7.2.2電控分配泵

用電控裝置取代機(jī)械調(diào)速器和提前器，對(duì)VE分配泵供油量調(diào)節(jié)套筒的位置以及液壓提前器進(jìn)行低頻連續(xù)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)油量和定時(shí)的控制，圖7.4是日本電裝公司生產(chǎn)用VE分配泵的電控噴油系統(tǒng)。電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.3日本電裝公司用VE分配泵的電控噴油系統(tǒng)1—供油量調(diào)節(jié)套筒位置傳感器

2—供油量控制電磁閥

3—轉(zhuǎn)速傳感器

4—定時(shí)器位置傳感器5—供油量調(diào)節(jié)套筒

6—定時(shí)器控制閥

7—加速踏板位置傳感器

8—進(jìn)氣壓力傳感器

9—冷卻液溫度傳感器

10—進(jìn)氣溫度傳感器

11—加速踏板

電控柴油噴射系統(tǒng)

供油量的控制方法：與電控直列泵類似，電控單元ECU根據(jù)加速踏板位置傳感器和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的輸入信號(hào)，首先算出基本供油量；然后根據(jù)來自冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度和進(jìn)氣壓力等傳感器信號(hào)以及啟動(dòng)信號(hào)，對(duì)基本供油量進(jìn)行修正；再按供油量調(diào)節(jié)套筒位置傳感器信號(hào)進(jìn)行反饋修正之后，確定最佳供油量(調(diào)節(jié)套筒位置)。電控單元把計(jì)算和修正的結(jié)果作為控制信號(hào)傳到供油量控制電磁閥(圖7.4)，產(chǎn)生磁力，吸引可動(dòng)鐵心。控制信號(hào)的電流越大，磁場(chǎng)就越強(qiáng)，可動(dòng)鐵心向左的移動(dòng)量越大，通過杠桿將供油量調(diào)節(jié)套筒向右推移的就越多，供油量也就越大。電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.4供油量的控制

1—供油量控制電磁閥

2—供油量調(diào)節(jié)套筒傳感器

3—可動(dòng)鐵心

4—供油量調(diào)節(jié)套筒

供油定時(shí)的控制方法：電控單元首先根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置等傳感器的輸入信號(hào)，初步確定一個(gè)供油時(shí)刻，然后再根據(jù)進(jìn)氣壓力、冷卻液溫度等傳感器的信號(hào)和啟動(dòng)機(jī)信號(hào)進(jìn)行修正(圖7.6)。噴油泵噴油提前器的活塞位置傳感器1的鐵芯直接與噴油提前器的活塞相連。噴油提前器活塞位置信號(hào)反饋給電控單元，以實(shí)行反饋控制。電控單元根據(jù)最后確定的供油電控柴油噴射系統(tǒng)

時(shí)刻，向供油定時(shí)控制閥3的線圈6通電，可動(dòng)鐵心7被電磁鐵吸引，壓縮彈簧8向右移動(dòng)，打開噴油提前器由高壓腔4通往低壓腔5的油路，使噴油提前器活塞兩側(cè)的壓差減小，活塞2向右移動(dòng)，供油時(shí)刻推遲，即供油提前角減小。供油定時(shí)控制閥是電磁閥。通過改變流過電磁線圈的脈沖電流的占空比，改變由噴油提前器的高壓腔到低壓腔的流通截面積，以調(diào)整噴油提前器活塞兩側(cè)的壓力差，使活塞產(chǎn)生不同的位移，以控制供油時(shí)刻。電控分配泵相對(duì)于其原來純機(jī)械式調(diào)節(jié)方式，控制油量和供油時(shí)刻精確、靈敏，不存在產(chǎn)生失調(diào)的可能性；在需要擴(kuò)大控制功能時(shí)，只需改變電控單元的存儲(chǔ)軟件，便可實(shí)現(xiàn)綜合控制。通過改換輸入裝置的程序和數(shù)據(jù)，可以改變控制特性，一種噴射系統(tǒng)可用于多種柴油機(jī)，也可在一種柴油機(jī)上實(shí)現(xiàn)不同的控制模式，優(yōu)化柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。電控分配泵與電控直列泵相比，雖然在控制和調(diào)節(jié)方法上類似，由于前者被控元件更輕量化，故精度和靈敏度要高，因此在轎車、輕型客車、輕型卡車上得到廣泛應(yīng)用。

電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.5供油定時(shí)的控制

1—噴油提前器活塞位置傳感器

2—噴油提前器活塞

3—供油定時(shí)控制閥

4—高壓腔5—低壓腔

6—供油定時(shí)控制閥線圈

7—可動(dòng)鐵心

8—彈簧電控柴油噴射系統(tǒng)

供油定時(shí)控制閥是電磁閥。通過改變流過電磁線圈的脈沖電流的占空比，改變由噴油提前器的高壓腔到低壓腔的流通截面積，以調(diào)整噴油提前器活塞兩側(cè)的壓力差，使活塞產(chǎn)生不同的位移，以控制供油時(shí)刻。電控分配泵相對(duì)于其原來純機(jī)械式調(diào)節(jié)方式，控制油量和供油時(shí)刻精確、靈敏，不存在產(chǎn)生失調(diào)的可能性；在需要擴(kuò)大控制功能時(shí)，只需改變電控單元的存儲(chǔ)軟件，便可實(shí)現(xiàn)綜合控制。通過改換輸入裝置的程序和數(shù)據(jù)，可以改變控制特性，一種噴射系統(tǒng)可用于多種柴油機(jī)，也可在一種柴油機(jī)上實(shí)現(xiàn)不同的控制模式，優(yōu)化柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。電控分配泵與電控直列泵相比，雖然在控制和調(diào)節(jié)方法上類似，由于前者被控元件更輕量化，故精度和靈敏度要高，因此在轎車、輕型客車、輕型卡車上得到廣泛應(yīng)用。脈動(dòng)式電控噴油系統(tǒng)只是對(duì)傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的初步電控化改造。由于未變更原有噴油裝置，脈動(dòng)供油以達(dá)到噴射的特性保持不變，一般不能對(duì)噴油率和噴油壓力進(jìn)行調(diào)控。此外，由于不是對(duì)油量和定時(shí)進(jìn)行直接控制，存在中間環(huán)節(jié)，控制響應(yīng)速度不能滿足現(xiàn)代柴油機(jī)的要求，同時(shí)也做不到各缸的獨(dú)立控制。電控柴油噴射系統(tǒng)

7.3電控單體泵由第6章可知，合理的燃燒放熱規(guī)律是柴油機(jī)具備良好動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及降低排放與噪聲的關(guān)鍵，而燃燒放熱規(guī)律又是由噴油規(guī)律決定的。燃燒放熱規(guī)律包括三要素，即燃燒放熱始點(diǎn)、放熱持續(xù)期和放熱率曲線形狀。一般說來，傳統(tǒng)的機(jī)械式噴油系統(tǒng)及上述的脈動(dòng)式電控噴油系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)供油提前角控制燃燒放熱始點(diǎn)，通過油量調(diào)節(jié)、改變噴油持續(xù)角、改善霧化、加強(qiáng)缸內(nèi)空氣流動(dòng)、噴油系統(tǒng)與燃燒室的合理匹配等措施控制放熱持續(xù)期和放熱率曲線形狀，但由于噴油率(噴入汽缸的油量與時(shí)間的關(guān)系)不可控，放熱持續(xù)期和放熱率曲線形狀的控制既達(dá)不到較高的精度，也不能兼顧柴油機(jī)全工況范圍。

時(shí)間控制式噴油系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油率的柔性控制，對(duì)于改善柴油機(jī)的性能具有十分重要的意義。

電控柴油噴射系統(tǒng)

時(shí)間控制式柱塞泵脈動(dòng)噴油系統(tǒng)仍保持傳統(tǒng)的柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)脈動(dòng)供油方式，利用安裝在高壓油路中的高速、強(qiáng)力電磁溢流閥來直接控制噴油始點(diǎn)和噴油量，柱塞副只起加壓、供油作用，沒有油量調(diào)節(jié)功能。為此取消了專用于調(diào)節(jié)油量和定時(shí)的機(jī)構(gòu)，如調(diào)速器、提前器、供油調(diào)節(jié)桿、柱塞斜槽乃至出油閥組件等。圖7.7德國(guó)博世公司電控泵噴嘴系統(tǒng)在柴油機(jī)上的安裝圖，圖7.8為電控泵噴嘴工作原理圖。電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.6電控泵噴嘴在柴油機(jī)上的安裝圖1—加速踏板傳感器

2—電控單元

3—驅(qū)動(dòng)凸輪軸

4—搖臂

5—泵噴嘴噴油器6—增壓壓力傳感器

7—轉(zhuǎn)速傳感器8—冷卻液溫度傳感器

9—曲軸位置傳感器圖7.7電控泵噴嘴工作原理圖1—柱塞

2—電磁溢流閥

3—旁通油路4—柱塞腔

5—高壓油路

6—噴油器電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.8是德國(guó)博世公司電控單體泵系統(tǒng)在柴油機(jī)上的安裝圖；圖7.9為其工作原理圖。可以看出，電控單體泵的工作原理與電控泵噴嘴類似，事實(shí)上，二者也具有同樣的控制效果，這里不再贅述。電控泵噴嘴與電控單體泵系統(tǒng)，是目前已使用的兩種時(shí)間控制式柱塞泵脈沖燃油噴射系統(tǒng)。它們均為“時(shí)間-壓力”計(jì)量方式，其中供油壓力仍是由凸輪的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律決定的，雖然可以達(dá)到160-180MPa的噴射壓力，但不可控，因此控制噴油量的大小要首先考慮供油壓力變化規(guī)律，然后由電磁溢流閥開啟脈沖大小來調(diào)節(jié)。噴油率雖然可控，但受凸輪的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律限制。另外，由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，強(qiáng)度要求高，所以，目前只在重載柴油機(jī)上應(yīng)用。電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.8電控單體泵在柴油機(jī)上的安裝圖1—加速踏板傳感器

2—電控單元

3—增壓壓力傳感器

4—冷卻液溫度傳感器5—曲軸轉(zhuǎn)速傳感器

6—凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器

7—驅(qū)動(dòng)凸輪軸

8—單體泵

9—噴油器

圖7.9電控單體泵工作原理圖1—驅(qū)動(dòng)凸輪軸

2—柱塞

3—柱塞腔

4—電磁溢流閥

5—高壓油路

6—噴油器電控柴油噴射系統(tǒng)

7.3共軌噴油系統(tǒng)

7.3.1共軌噴油系統(tǒng)工作原理

共軌系統(tǒng)不再應(yīng)用柱塞脈動(dòng)供油原理，而是先將柴油以高壓(噴油壓)狀態(tài)蓄集在被稱為共軌(Commonrail)的容器中，然后利用電磁三通閥將共軌中的壓力油引到噴油器中完成噴射任務(wù)。利用安裝在高壓油路中的高速、強(qiáng)力電磁溢流閥來直接控制噴油始點(diǎn)和噴油量，通過實(shí)時(shí)變更電磁閥升程和改變高壓油路中的油壓來實(shí)現(xiàn)噴油率和噴油壓力的控制。共軌中蓄積的與噴油壓力相同的柴油，此油直接進(jìn)入噴嘴(針閥腔)開啟針閥進(jìn)行噴射，這就是高壓共軌系統(tǒng)。比較成熟的有德國(guó)博世公司的CR系統(tǒng)、日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)等。

電控柴油噴射系統(tǒng)

概括起來高壓共軌系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)，對(duì)不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化了柴油機(jī)綜合性能。(2)可獨(dú)立地柔性控制噴油正時(shí)，配合高的噴射壓力(120～200MPa)，可同時(shí)控制NOx和微粒(PM)在較小的數(shù)值內(nèi)，以滿足排放要求。(3)柔性控制噴油速率變化，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，既可降低柴油機(jī)噪音和NOx排放，又能保證優(yōu)良的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。(4)由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動(dòng)小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機(jī)的振動(dòng)和降低排放。(5)能分缸調(diào)控并且響應(yīng)快。(6)具有極好的燃油密封性,高壓燃油泄漏量小，降低了驅(qū)動(dòng)燃油泵的功率損失。(7)有很好的可安裝性。對(duì)柴油機(jī)不要求附加驅(qū)動(dòng)軸，可以像通常的直列式油泵一樣安裝，只需略加修改噴油器支架，就可安裝電控噴油器。電控柴油噴射系統(tǒng)

高壓共軌系統(tǒng)與常規(guī)的噴油泵-高壓油管-噴油嘴系統(tǒng)相比，后者的噴油壓力一般隨轉(zhuǎn)速的升高而升高，有的系統(tǒng)還與負(fù)荷有關(guān)，這種特性對(duì)低速和部分負(fù)荷下的燃油經(jīng)濟(jì)性和煙度不利，而共軌系統(tǒng)可以做到噴油壓力不隨轉(zhuǎn)速變化而變化的特性，并可保持到柴油機(jī)的低轉(zhuǎn)速達(dá)500r/min，同時(shí)，最小循環(huán)供油量可達(dá)每循環(huán)1mm3，其值遠(yuǎn)小于重型卡車用柴油機(jī)為保持最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所需的每循環(huán)12mm3。高壓共軌系統(tǒng)是一個(gè)電子控制的精確的壓力-時(shí)間油量控制系統(tǒng)，共軌中壓力波動(dòng)很小，它沒有常規(guī)電控噴油系統(tǒng)中存在的一些問題，如沒有由壓力波而產(chǎn)生的難控區(qū)、失控區(qū)，也沒有調(diào)速器能力不足等問題，可實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)所需的理想油量控制特性。

電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.10為博世公司的共軌燃油噴射系統(tǒng)的基本組成圖。主要由電控單元(ECU)14、高壓油泵(high-pressurepump)2、共軌管(commonrail)6、電控噴油器(electronicinjector)8以及其他傳感器(sensors)12與其他執(zhí)行器(executors)13等組成。低壓的齒輪泵3將燃油輸入高壓油泵2，高壓油泵2將燃油加壓送入共軌管6，共軌管6中的壓力由電控單元14根據(jù)油軌壓力傳感器7測(cè)量的油軌壓力以及電控單元預(yù)設(shè)的壓力MAP圖進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的MAP圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期和噴油率，然后電液控制的電控噴油器8將燃油噴入汽缸。高壓油泵只起向燃油軌供油的作用，其工作頻率與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有固定的約束關(guān)系，可任意選擇，只需保持共軌腔的油壓即可。將油箱來的低壓油泵入，經(jīng)調(diào)壓控制閥5調(diào)節(jié)到噴油所需的壓力。

電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.10博世公司的CR共軌燃油噴射系統(tǒng)1—油箱

2—高壓油泵3—齒輪泵4—燃油濾清器5—調(diào)壓控制閥6—共軌管7—油軌壓力傳感器

8—電控噴油器9—曲軸位置傳感器10—轉(zhuǎn)速傳感器11—油門踏板12—其他傳感器13—其他執(zhí)行器14—電控單元(ECU)電控柴油噴射系統(tǒng)

ECD-U2系統(tǒng)的總體布置如圖7.11所示。包括高壓供油泵、共軌管、噴油管、電控單元ECU以及多種傳感器。高壓供油泵是一個(gè)2缸直列泵，該泵的凸輪是一個(gè)三葉凸輪，近似三角形，凸輪軸旋轉(zhuǎn)一次，每缸供油三次，裝在它上面的油泵控制閥(PCV)接受來自ECU的指令控制旁通油量，達(dá)到控制共軌管內(nèi)的油壓的目的。共軌管中的油壓由燃油壓力傳感器送到ECU中，并經(jīng)預(yù)先儲(chǔ)存在ECU中的油壓MAP圖(噴油壓力與轉(zhuǎn)速、負(fù)荷關(guān)系圖)的比較和修正，進(jìn)行噴油壓力的反饋控制。共軌油壓同樣作為噴油器的背壓(控制室內(nèi)壓力)使用，噴油量與噴油定時(shí)的控制依靠三通閥(TWV)不斷變動(dòng)控制室內(nèi)的背壓來實(shí)現(xiàn)，即依靠ECU指令，變化作用在TWV上的電脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)循環(huán)噴油量的變化，依靠改變脈沖的定時(shí)來實(shí)現(xiàn)噴油定時(shí)的變化，依靠噴油器設(shè)計(jì)措施和脈沖作用方式的變化來實(shí)現(xiàn)噴油率的變化。ECD-U2可實(shí)現(xiàn)三角形、靴形和引導(dǎo)噴射三類噴油率形狀。電控柴油噴射系統(tǒng)

7.3.2典型結(jié)構(gòu)1.高壓油泵(high-pressurepump)高壓油泵的供油量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須滿足在任何工況下的柴油機(jī)的噴油量與控制油量之和的需求以及啟動(dòng)和加速時(shí)的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產(chǎn)生與燃油噴射過程無關(guān)，且噴油正時(shí)也不由高壓油泵的凸輪來保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值轉(zhuǎn)矩最低、接觸應(yīng)力小和耐磨的設(shè)計(jì)原則來設(shè)計(jì)凸輪。博世公司采用由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的三缸徑向柱塞泵來產(chǎn)生高達(dá)135MPa的壓力(圖7.12)。電控柴油噴射系統(tǒng)

該高壓油泵在每個(gè)壓油單元中采用了多個(gè)壓油凸輪，使其峰值轉(zhuǎn)矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的1/9，負(fù)荷也比較均勻，降低了運(yùn)行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過對(duì)共軌腔中燃油的放泄來實(shí)現(xiàn)的。為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關(guān)閉三缸徑向柱塞泵中的一個(gè)壓油單元使供油量減少。

圖7.12三缸徑向柱塞型高壓油泵1—凸輪軸

2—出油口(到共軌管)

3—機(jī)油進(jìn)油口

4—壓油凸輪電控柴油噴射系統(tǒng)

ECD-U2系統(tǒng)通過控制直列泵上面的油泵控制閥的旁通油量，如圖7.13所示，即控制低壓燃油有效進(jìn)油量的方法，達(dá)到控制共軌管內(nèi)的油壓。其工作原理如圖7.16所示，即：(1)柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經(jīng)控制閥流入柱塞腔。(2)柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經(jīng)控制閥流回低壓腔。(3)在達(dá)到供油量定時(shí)，控制閥通電，使之關(guān)閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經(jīng)出油閥進(jìn)入高壓油軌。利用控制閥關(guān)閉時(shí)間的不同，控制進(jìn)入高壓油軌的油量的多少，從而達(dá)到控制高壓油軌壓力的目的。電控柴油噴射系統(tǒng)

圖7.13三作用凸輪直列高壓油泵

1—三次工作凸輪

2—挺柱體

3—柱塞彈簧

4—柱塞

5—柱塞套

6—外開型電磁閥

7—接頭

8—出油閥

9—溢流閥圖7.14三作用凸輪直列高壓油泵工作原理電控柴油噴射系統(tǒng)

(4)凸輪經(jīng)過最大升程后，柱塞進(jìn)入下降行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低，出油閥關(guān)閉，停止供油，這時(shí)控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進(jìn)入柱塞腔進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。高壓供油泵采用小柱塞直徑、長(zhǎng)沖程和低凸輪軸轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)，以減少燃油泄漏、運(yùn)動(dòng)阻力以及驅(qū)動(dòng)力矩高峰值。由于采用2缸直列泵就相當(dāng)于6缸常規(guī)直列泵的功能，從而顯著減小了供油泵的尺寸。另外，高壓油泵不產(chǎn)生額外的功率消耗，只需要確定控制脈沖的寬度和控制脈沖與高壓油泵凸輪的相位關(guān)系即可。2.共軌管(commonrail)

共軌管將供油泵提供的高壓燃油分配到各噴油器中，起蓄壓器的作用，博世公司的CR系統(tǒng)的共軌管如圖7.17所示。共軌管容積具有削減高壓油泵的供油壓力波動(dòng)和每個(gè)噴油器由噴油過程引起的壓力振蕩的作用，使高壓油軌中的壓力波動(dòng)控制在5Mpa以下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應(yīng)速度以快速適應(yīng)柴油機(jī)工況的變化。電控柴油噴射系統(tǒng)

高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器和壓力限制器。壓力傳感器向ECU提供高壓油軌的壓力信號(hào)；壓力限制閥通過將高壓油軌中的壓力進(jìn)行放泄，以保證不同工況下具有所要求的油軌壓力。因此，高壓共軌管的容積和形狀應(yīng)與確定的柴油機(jī)匹配。圖7.15博世公司CR系統(tǒng)的共軌管1—共軌壓力傳感器

2—共軌壓力控制閥電控柴油噴射系統(tǒng)

3.電控噴油器(Electronicinjector)

電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的部件，它的作用是根據(jù)ECU發(fā)出的控制信號(hào)，通過控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時(shí)、噴油量和噴油率噴入柴油機(jī)的燃燒室。博世公司的CR系統(tǒng)和ECD-U2的電控噴油器的結(jié)構(gòu)基本相似，都是由于傳統(tǒng)噴油器相似的噴油嘴、液壓控制活塞、控制量孔、控制電磁閥等組成。下面僅以ECD-U2的電控噴油器為例加以說明。其結(jié)構(gòu)原理如圖7.18所示。1)三通閥(TWV)的工作原理與噴油量控制ECD-U2每個(gè)噴油器總成的上方均有一個(gè)電控TWV閥，參看圖7.18。三通閥包括內(nèi)閥和外閥，外閥和電磁線圈的銜鐵做成一體，由線圈的通電來指令外閥的運(yùn)動(dòng)，閥體則用來支承外閥。三個(gè)元件精密地配合在一起，分別形成密封內(nèi)閥座A和外閥座B，隨著外閥的運(yùn)動(dòng)，A、B閥座交替關(guān)閉，三個(gè)油道(共軌管、回油管和液壓活塞上腔)兩兩交替接通