【正文】 到重視。未來柴油機必須滿足更嚴格的排放法規(guī)，而高壓共軌系統(tǒng)具有高度的控制靈活性，其已成為降低柴油機排放的主要核心技術(shù)之一。高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)作為一種高度柔性控制的燃油噴射系統(tǒng)，以其顯著的優(yōu)越性已經(jīng)成為現(xiàn)代柴油機技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。在汽車及工程機械用柴油機中 ,每工作循環(huán)柴油噴射過程的時間大約只有千分之幾秒 ,實驗證明 ,在噴射過程中高壓油路各位置的壓 力隨時間不同而變化的。由于高壓油路中柴油的壓力波動 ,使實際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規(guī)定的供油規(guī)律存在著較大的差異。油管內(nèi)的壓力波動可能會導致噴油器在主噴射之后產(chǎn)生二次噴油現(xiàn)象 ,但是二次噴油不可能完全燃燒 ,于是增加了廢氣排放量和柴油消耗。另外 ,每次噴射完成后 ,高壓油管內(nèi)的殘余油壓都會發(fā)生變化波動 ,并且產(chǎn)生不穩(wěn)定的噴射 ,特別在低轉(zhuǎn)速情況下容易發(fā)生上述現(xiàn)象 ,通常引起不均勻噴油 ,嚴重時會發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。為了解決這個燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的缺陷 ,現(xiàn)代柴油機采用了“高壓共軌”的技術(shù)。共軌式電控燃油噴射技術(shù)通過共軌形成恒定 的高壓燃油，再將燃油分送到每 2 個噴油器，并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁開關(guān)閥的開啟與閉合，定時、定量地控制噴油器噴射至柴油機燃燒室的油量，從而保證柴油機達到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的點火時刻、足夠的點火能量和最少的污染排放。共軌系統(tǒng)將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開，電磁閥控制的噴油器替代了傳統(tǒng)的機械式噴油器，共軌內(nèi)燃油壓力由壓力調(diào)節(jié)閥控制，可在一定范圍內(nèi)自由設定。 ECU（ 計算機 ） 根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器、油門位移傳感器送來的轉(zhuǎn)速信號、油門位置信號，首先計算出基本噴油量，基本噴油特性保證發(fā)動機具 有整體優(yōu)良的動力性、經(jīng)濟性、排放性及調(diào)速性 。然后根據(jù)冷卻水溫、進氣三力、進氣溫度等傳感器送來的信號進行修正計算，精確地確定柴油機在各種環(huán)境下運轉(zhuǎn)的最佳供油時刻，并將噴油時刻信號通過發(fā)動機線束傳給噴油器電磁開關(guān)閥，實現(xiàn)最佳噴油量。共軌內(nèi)有個壓力傳感器，它時時監(jiān)測共軌內(nèi)壓力，并將這一壓力信號傳給 ECU，ECU 通過對燃油量的調(diào)節(jié)來控制共軌內(nèi)壓力達到希望值，從而實現(xiàn)共軌內(nèi)燃油壓力恒定。 共軌系統(tǒng)在噴油過程中，除了可實現(xiàn)主噴射外，還可方便地加人一次或多次預噴射或后噴射，使每個循環(huán)的柴油噴射次數(shù)達到 2～ 4 次之多。系統(tǒng)構(gòu) 成電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，主要由電控單元 （ ECU） 、高壓油泵、共軌管、電控噴油器、各種傳感器及管理軟件等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將高壓燃油加壓送入油軌。高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)機器淮安信息學職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 2 的運行狀態(tài)，電控單元 （ ECU） 從預設的 MAP 圖中找到合適的噴油定時和噴油持續(xù)期，控制噴油器電磁閥的開閉，從而控制噴油定時和噴油量。 柴油燃油噴射系統(tǒng)從機械控制式發(fā)展到電子控制式系統(tǒng)后，電子噴射系統(tǒng)又經(jīng)歷了三次變革，即位置式燃 油噴射系統(tǒng)、時間式燃油噴射系統(tǒng)和時間壓力式燃油噴射系統(tǒng)（共軌系統(tǒng)）。高壓共軌系統(tǒng)實現(xiàn)了壓力建立和噴射過程的分離，從而使控制過程更具有柔性，能更準確地實現(xiàn)小油量的精確控制，更好地實現(xiàn)多次噴射。 德國 4000 系列柴油機高壓共軌噴射系統(tǒng)德國 MTU 公司和 L39。Orange 公司合作開發(fā)的 4000 系列高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要由高壓泵、共軌管、噴油器和電子控制裝置（ ECS發(fā)動機控制系統(tǒng)），該系統(tǒng)可任意調(diào)整噴油始點、噴油量和噴油壓力，其噴油量是通過高壓徑向柱塞泵的行程利用率來控制的。在泵的進油口裝有節(jié)流閥，通過其截面確定泵 的輸送流量，克服了舊式噴油泵中采用柱塞斜邊控制時存在的高壓側(cè)液壓效率低與低壓側(cè)有穴蝕的問題。電子控制的噴油器可以靈活控制噴油始點和噴油量。噴油始點的噴油率陡度與針閥關(guān)閉過程完全無關(guān)，它可通過進出節(jié)流截面的比例關(guān)系來確定。目前，共軌燃油噴射系統(tǒng)應用十分普遍，博世公司已生產(chǎn)出 2500 萬套共軌系統(tǒng)，并在江蘇無錫投資建設了技術(shù)中心和工廠，實現(xiàn)了本地化生產(chǎn)。長城汽車與博世公司開發(fā)出了高壓共軌柴油發(fā)動機，此外奧迪、奔馳、華泰等品牌也推出了采用共軌系統(tǒng)的汽車。我國部分大學、研究所和企業(yè)也通過合作或獨立自主研發(fā)，取得了各具 特色的研究成果，并有數(shù)十項專利公布。因此，我國在電控直噴式柴油機方面已積累了一定的經(jīng)驗，但總體來說與國外還存在差距，主要體現(xiàn)在制造工藝和批量生產(chǎn)的質(zhì)量控制。此外，國內(nèi)共軌系統(tǒng)相關(guān)配套體系不健全，部分零部件還依靠進口，如單片機芯片、共軌壓力傳感器等。 從 1997 年 博 世 與 奔 馳 公 司 聯(lián) 合 開 發(fā) 了 共 軌 柴 油 噴 射 系 統(tǒng)（ CommonRailSystem） 開始。到現(xiàn)在柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了三代。第一代共軌系統(tǒng)總是保持燃油在最高壓力 ,造成能量的浪費和較高的燃油溫度。第二代共軌系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機需求可以改變?nèi)加偷妮敵鰤毫?,并且具有預噴射 和后噴射功能。預噴射是在主噴射之前的百萬分之幾秒內(nèi)將少量的燃油被噴進了氣缸壓燃 ,預加熱燃燒室。預熱后的氣缸使主噴射后的壓燃更加容易 ,缸內(nèi)的壓力和溫度不再是突然地增加 ,有利于降低燃燒噪音和減少突然爆震燃燒的可能。在膨脹過程中進行后噴射 ,產(chǎn)生二次燃燒 ,將缸內(nèi)溫度增加 200℃～ 250℃ ,降低了排氣中的碳氫化合物 ,優(yōu)化了發(fā)動機排放。第三代 —— 壓電式 （ piezo） 共軌系統(tǒng) ,壓電執(zhí)行器代替了電磁閥 ,于是得到了更加精確的噴射控制。取消了燃油回油管 ,在結(jié)構(gòu)上更簡單 。壓力可從 5200～ 20210 巴范圍內(nèi)彈性調(diào)節(jié) ； 最小噴射量可 控制在 ,減小了煙度和 NOX 的排放。比如博世公司最近推出帶 piezo 壓電直列式噴油器的第三代第 一 章 概述 3 共軌系統(tǒng)與前幾代產(chǎn)品相比 ,它能有效降低尾氣近 20%,提高發(fā)動機動力 5%,降低嘈音 3 分貝。這是北京福田康明斯發(fā)動機公司研發(fā)的新一代發(fā)動機高壓共軌技術(shù)。 高壓共軌電控燃油噴射技術(shù)的出現(xiàn)使得柴油機的發(fā)展獲得了新生 ,它不僅保留了傳統(tǒng)柴油機卓越的燃油經(jīng)濟性能 ,還開辟了降低柴油發(fā)動機排放和噪音的新途徑。在此 ,就共軌噴射系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展提出一點看法。政府應該在制定環(huán)保法規(guī)的同時 ,采取措施確保燃油質(zhì)量。以目前低劣的柴油質(zhì)量 ,根本無法適應電子控制高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的要求。目前我國對高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的研究與開發(fā)尚處于起步階段，發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)由機械式噴射系統(tǒng)向電控式噴射系統(tǒng)過渡還主要依靠國外技術(shù)來實現(xiàn)。為盡快提高我國的自主開發(fā)和核心競爭力，應不遺余力地在電控噴油器、液力控制閥、噴油嘴偶件和高速執(zhí)行器、 ECU 軟硬件等關(guān)鍵零部件的制造以及控制策略和功能、匹配標定技術(shù)、提高產(chǎn)品可靠性和安全、降低制造成本等方面開展研究 。 高壓共軌的優(yōu)點 ，對不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機、綜 合性能。 ，配合高的噴射壓力 （ 120MPa~200MPa） ，可同時控制 NOx 和微粒 （ PM） 在較小的數(shù)值內(nèi)，以滿足排放要求。 ，實現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實現(xiàn)預噴射和多次噴射，既可降低柴油機 NOx，又能保證優(yōu)良的動力性和經(jīng)濟性。 ，其控制精度較高，高壓油路中不會出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，因此在柴油機運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機的振動和降低排放?；窗残畔W職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 4 第 二 章 柴油機 高壓共軌系統(tǒng) 組成 及工作原理 由燃料供給系統(tǒng)組成。 由高壓油泵、高壓蓄壓器、噴嘴和高壓油管等組成。 由傳感器，控制單元和執(zhí)行器等組成。 圖 21 高壓共軌系統(tǒng) 示意圖 如圖 21 所示為 高壓共軌系統(tǒng)示意圖，共軌系統(tǒng)中最重要的部件是噴油器 通過高速電磁閥控制噴油器的開啟和關(guān)閉，這使得對每個汽缸的單獨噴射控制 成為可能，和其他電磁閥控制的燃油噴射系統(tǒng)不同的是，高壓共軌系統(tǒng)是在電磁閥打開時噴油。因為所有的噴油器中的燃油都來自共軌系統(tǒng)的公用軌道，所以稱共軌燃油系統(tǒng)。 低壓供油部分 共軌噴油系統(tǒng)的低壓供油部分包括 :燃油箱、輸油泵、燃油濾清器及低壓油管。 低壓部分向高壓部分提供足夠的燃油 。 燃油的存儲 。 燃油的輸送。更換低壓管路要注意管徑和長度應符合原設計要求。第 二 章 柴油機高壓共軌系統(tǒng)組成及工作原理 5 低壓供油部分 ,除采用鋼管外還可使用阻燃的包有鋼絲編織層的柔性管。油管的布置必須能夠避免機械損傷，并且在其上滴落的燃油既不能聚積， 也不會被引燃。 輸油泵的主要作用是使燃油產(chǎn)生一定得壓力，以克服濾清器及低壓管路的油流阻力，把油箱內(nèi)的燃油不斷地輸入高壓泵，在柴油機的任何工況下，都能提供充足的燃油。 目前輸油泵有 2 種類型，即電動輸油泵和機械驅(qū)動的齒輪泵。 燃油濾清器將進入高壓泵前的燃油濾清凈化 ,從而防止高壓泵、出油閥和噴油器等精密件過早磨損和損壞。 高壓供油部分 共軌噴油系統(tǒng)的高壓供油部分包括：帶調(diào)壓閥的高壓泵、高壓油管、作為高壓存儲器的共軌、限壓閥和流量限制器、噴油器、回油管。 高壓泵組成 如圖 21 所示， 高壓泵是高壓共軌系統(tǒng)中的重要部件之一，主要作用是對輸油泵輸入的低壓油作功，使其變成高壓油，之后不斷向高壓蓄壓器提供高壓燃油。同時要保證足夠高的供油速度，使共軌軌道內(nèi)能快速建壓。 Bosch公司的高壓共軌噴油系統(tǒng)采用 3 缸徑向柱塞高壓油泵，并集成了燃油計量單元MEUN，由之控制軌壓。 圖 22 高壓泵 組成 驅(qū)動軸 偏心凸輪 柱塞泵油元件 柱塞腔 吸油閥 柱塞偶鍵電磁閥 排油閥 密封件 通向共軌的高壓接頭 調(diào)壓電磁閥 1球閥 1回油口 1進油口 1帶節(jié)流孔的安全閥 1通往泵油元件的低壓通道 淮安信息學職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 6 在共軌中燃油仍保持其壓力 ,即使噴油器噴油時 ,由于燃油的彈性而產(chǎn)生蓄壓作用，燃油壓力基本保持不便。燃油壓力由共軌壓力傳感器測定，通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)到規(guī)定數(shù)值。限壓閥的任務是將共軌中的燃油壓力限制在 150MPa 以內(nèi)。 噴油器既是電子控制系統(tǒng)執(zhí)行器，又是燃油供給系統(tǒng)高壓系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。可以拆分為一系列功能部件：孔式噴油嘴，液壓伺服系統(tǒng)和電磁閥。 噴油器的工作原理，燃油來自于高壓油路，經(jīng)通道流向噴油嘴，同時經(jīng)節(jié)流孔流向控制腔?？刂魄慌c燃油回路 相連，途徑一個受電磁閥控制其開關(guān)的泄油孔。泄油孔關(guān)閉時，作用于針閥控制活塞的液壓力超過了它在噴油嘴針閥承壓面的力，針閥被迫進入閥座且將高壓通道與燃燒室隔離，密封。當噴油器的電磁閥被觸發(fā)，泄油孔被打開，引起控制腔的壓力下降，活塞上的液壓力也隨之下降，一旦液壓力降至低于作用于噴油嘴針閥承壓面上的力，針閥被打開，燃油經(jīng)噴孔噴入燃燒室。這種對噴油嘴針閥的不直接控制采用了一套液壓力放大系統(tǒng)，因為快速打開針閥所需的力不能直接由電磁閥產(chǎn)生，所謂的打開針閥所需的控制作用，是通過電磁閥打開泄油孔使得控制腔壓力降低，從而打開針 閥。此外，燃油還在針閥和控制柱塞處產(chǎn)生泄漏，控制和泄漏的燃油量，經(jīng)連接回油管，會同高壓泵和壓力控制閥的回油流回油箱。 也稱之共軌管，是一根鍛造鋼管，各缸噴油器通過各自的油管與油軌連接。高壓蓄壓器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，它的容積應削減高壓油泵的供油壓力波動和每個噴油器由噴油過程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動控制在 5Mpa 之下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應速度以快速跟蹤柴油機工況的變化。 圖 23 高壓蓄壓器 共管 來自高壓泵的 供油 共管壓力傳感器 限壓閥 回油 流量限制器 到噴油器的高壓管 高壓蓄壓器 如圖 23 所示 ， 高壓蓄壓器 上還安裝了軌壓傳感器、液流緩沖器（限流器）和壓力控制閥。共 軌壓力傳感器 向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號。第 二 章 柴油機高壓共軌系統(tǒng)組成及工作原理 7 流量限制器（限流器）保證在噴油器出現(xiàn)燃油漏泄故障時切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動。限壓閥（壓力控制閥） 在正常壓力下，彈簧使柱塞緊緊壓在密封座上，使共軌管保持關(guān)閉；當壓力超過系統(tǒng)最大壓力時，彈簧被壓縮，柱塞被頂起，燃油從油軌溢出，油軌壓力下降， 保證高壓油軌在出現(xiàn)壓力 異常時，迅速將高壓油軌中的壓力進行放泄。 電控系統(tǒng) 電控系統(tǒng) 示意圖 如圖 26 所示， 由傳感器、 ECU、執(zhí)行器三部分組成 圖 26 電控 系統(tǒng) 示意圖 —— 采集發(fā)動機實際運行狀態(tài)信息參數(shù)，傳給 ECU。 主要傳感器有 （ 1）發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器 （ 曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器 ） 曲軸轉(zhuǎn)速傳感器檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器確定工作順序。 （ 2）加速踏板位置傳感器 檢測油門踏板位置信號 （ 駕駛員轉(zhuǎn)矩的要求 ） 。 （ 3）空氣流量傳感器 （ 進氣壓力傳感器 ） 檢測發(fā)動機空氣流量信號。 （ 4）增壓壓力傳感 器 檢測增壓器增壓壓力。 （ 5）冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器 ECU 根據(jù)溫度傳感器的數(shù)值對噴油始點、噴油率及其它參數(shù)進行最佳匹配。 （ 6）共軌壓力傳感器 采集共軌內(nèi)燃油壓力，進行反饋，控制共軌內(nèi)的燃油壓力。 根據(jù)各種傳感器傳來的發(fā)動機實際運行