【正文】 展到時間控制型。高壓泵、油軌壓力傳感器和電控單元形成了一個油軌壓力的閉環(huán)控制回路。圖25 高壓共軌系統(tǒng)燃油流程 柴油機(jī)共軌燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展系統(tǒng)中采用一個輸油泵將燃油從燃油中抽出，系統(tǒng)油壓由高壓柱塞泵產(chǎn)生，高壓燃油被輸送到高壓油軌中，共軌系統(tǒng)中的高壓泵與噴油器之間的燃油容積起到一個蓄壓器的功能。共軌式電控燃油噴射技術(shù)，通過共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油分送到每個噴油器，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(jī)燃燒室的油量，從而保證柴油機(jī)達(dá)到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的著火時間、足夠的著火能量和最少的污染排放。由于二次噴油不可能完全燃燒，于是增加了煙度和碳?xì)浠衔?HC)的排放量，油耗增加。在汽車柴油機(jī)中，高速運(yùn)轉(zhuǎn)使柴油噴射過程的時間只有千分之幾秒。 共軌技術(shù)是指高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時間的長短。,裝備了直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)該發(fā)動機(jī)采用了高壓泵噴嘴、噴嘴增壓、廢氣再循環(huán)(EGR)和雙質(zhì)量飛輪等世界最前沿的技術(shù)，使寶來TDI的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、整車行駛的平順性、冷起動性和安全可靠性等達(dá)到了一個全新的高度特別是其泵噴嘴技術(shù)，改善了直噴式工作的部分缺憾，使發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。捷達(dá)SDI是國際成熟柴油動力技術(shù)首先應(yīng)用于中國的轎車，是高使用壽命并大幅降低使用成本的轎車捷達(dá)SDI柴油轎車在燃燒過程中，柴油機(jī)的熱損耗和廢氣損耗都大大降低，熱轉(zhuǎn)化效率高出汽油發(fā)動機(jī)15%，百公里耗油比汽油機(jī)低30%以上，機(jī)件磨損程度大大降低，發(fā)動機(jī)使用壽命高出汽油機(jī)至少200Jc，零部件損壞及更換頻率也隨之降低，同時柴油機(jī)采取直噴供油方式，維修更為簡單方便，可節(jié)約可觀的維修費(fèi)用與德國原裝進(jìn)口氧化型催化反應(yīng)器合理匹配，氮氧化合物排放比汽油機(jī)降低，且排放穩(wěn)定性明顯優(yōu)于汽油機(jī)，降低了轎車尾氣對環(huán)境的破壞，尾氣排放大大超越了中國目前環(huán)保法規(guī)的要求，達(dá)到歐III標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的超越還給消費(fèi)者帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)利益，消費(fèi)者可免去因環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提升而導(dǎo)致的頻繁適應(yīng)和改造，減少時間、精力和財(cái)力的不斷支出。因柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)形式多樣。 圖21 第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)（位置控制系統(tǒng)）第二代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)也稱時間控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是供油仍維持傳統(tǒng)的脈動式柱塞泵油方式，如博世公司的電控泵 噴嘴系統(tǒng)(見圖22)，但供油量和噴油定時的調(diào)節(jié)則由電腦控制的強(qiáng)力快速響應(yīng)電磁閥的開閉時刻所決定。第三代電控系統(tǒng)——高壓共軌系統(tǒng)被世界內(nèi)燃機(jī)行業(yè)公認(rèn)為20世紀(jì)三大突破之一，將成為21世紀(jì)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的主流。CRDI技術(shù)更是將燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性發(fā)揮到極致。但電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速影響，使用蓄壓系統(tǒng)的高壓共軌技術(shù)可以解決這個問題。要改善柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒，燃油噴射系統(tǒng)一方面要有理想的噴射速率特性，另一方面要提高噴射壓力。燃油噴射系統(tǒng)是影響燃燒過程的重要因素，高壓直噴系統(tǒng)和共軌系統(tǒng)都使柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能很大改善。但一個不爭的現(xiàn)實(shí)擺在了我們面前：隨著能源危機(jī)，溫室效應(yīng)的逐漸增加，人們對動力性要求的提高，盡管電子燃油噴射已經(jīng)被廣泛使用，僅僅靠汽油車的解決方案不足以解決這些問題。 燃油噴射系統(tǒng)在很高的壓力下工作，既增加了驅(qū)動系統(tǒng) 所需要的平均扭矩，也加大了沖擊載荷。當(dāng)供油系統(tǒng)具有預(yù)噴射能力后將 會使控制小油量的能力進(jìn)一步降低。 預(yù)噴射可以降低顆粒排放，又不增加NOX排放，還可改善柴 油機(jī)冷啟動性能、降低冷態(tài)工況下白煙的排放，降低噪聲，改 善低速扭矩。高噴射壓力、獨(dú)立的 噴射壓力控制、小噴孔、高平均噴油壓力等措施都能降低燃油消 耗率，從而提高了柴油機(jī)的燃油使用經(jīng)濟(jì)性。 傳統(tǒng)柴油機(jī)的供油系統(tǒng)的噴射壓力與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速負(fù)荷有關(guān)。此外ECU還具有控制發(fā)動機(jī)的最佳點(diǎn)火時間，怠速轉(zhuǎn)速、故障自診斷功能。（7）燃油壓力傳感器測量燃油軌中的燃油壓力，以決定噴射壓力。（2）轉(zhuǎn)速傳感器、曲軸位置傳感器主控信號與加速踏板位置傳感器共同決定噴油量和噴油提前角。其任務(wù)是對噴油的系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對噴油量以及噴油定時隨運(yùn)行工況的實(shí)時控制。共軌式燃油噴射技術(shù)的現(xiàn)有研究結(jié)果表明噴油壓力高，燃油霧化后顆粒就越細(xì)，排放的有害氣體和顆粒就越少。第三代電控系統(tǒng)——高壓共軌系統(tǒng)被世界內(nèi)燃機(jī)行業(yè)公認(rèn)為20世紀(jì)三大突破之一，將成為21世紀(jì)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的主流。電控燃油噴射系統(tǒng)是影響缸內(nèi)燃燒過程的關(guān)鍵因素，對柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都有重要影響。燃油噴射系統(tǒng)是影響燃燒過程的重要因素，高壓直噴系統(tǒng)和共軌系統(tǒng)都使燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性有很大改善。柴油機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)都有很多突破性的發(fā)展。柴油機(jī)電控技術(shù)是在解決能源危機(jī)和排放污染兩大難題的背景下，在飛速發(fā)展的電子控制技術(shù)平臺上發(fā)展起來的。在傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)基礎(chǔ)上首先發(fā)展起來的電控噴射系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，稱之為第一代電控噴射系統(tǒng)，而基于電磁閥的時間控制系統(tǒng)則稱為第二代電控噴射系統(tǒng)。該新技術(shù)已在國外以柴油機(jī)提供動力的汽車上投入使用。電噴柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。二、電控柴油機(jī)控制系統(tǒng)組成：（1）油門踏板位置傳感器反應(yīng)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷信號及怠速確認(rèn)，主控信號。（6）進(jìn)氣壓力傳感器檢測進(jìn)氣壓力、修正噴油量與噴油正時。 （9）發(fā)動機(jī)點(diǎn)火開關(guān)信號、空調(diào)信號、動力轉(zhuǎn)向油壓開關(guān)信號、空擋起動開關(guān)信號ECU的主要功能是根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)確定燃油最佳噴射量，以此控制發(fā)動機(jī)的最佳空燃比。如此高的噴射壓力可明顯改善柴油和空氣的混合質(zhì)量，縮短著火延遲期，使燃燒更迅速、更徹底，并且控制燃燒溫度，從而降低廢氣排放。 用戶對柴油機(jī)的燃油消耗率非常關(guān)注。而不依賴于轉(zhuǎn)速和負(fù) 荷的噴射正時控制能力，是在燃油消耗率和排放之間實(shí)現(xiàn)最佳平 衡的關(guān)鍵措施。 供油系統(tǒng)具有高噴射壓力的能力與柴油機(jī)怠速所需要的 小油量控制能力發(fā)生矛盾。電 噴柴油機(jī)噴油器上采用的高速電磁開關(guān)閥很容易實(shí)現(xiàn)快速斷油。 第2章 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)隨著柴油技術(shù)日益發(fā)展，人們越來越發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)的無窮魅力：高扭矩、高壽命、低油耗、低排放，柴油機(jī)成為解決汽車能源問題最現(xiàn)實(shí)和最可靠的手段，只要解決缺點(diǎn)就具有更大的市場前景，而實(shí)現(xiàn)電控柴油機(jī)的方案現(xiàn)在看來是一個很好的解決措施。近年來，柴油機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)都有很多突破性的發(fā)展。電控燃油噴射系統(tǒng)是影響缸內(nèi)燃燒過程的關(guān)鍵因素，對柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都有重要影響。其中，電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力非常高，可以達(dá)到 200MPa，并且泵和噴嘴裝在一起，所以只需要很短的高壓油引導(dǎo)部分，泵噴嘴系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)很小的預(yù)噴量，其噴油特性是三角形的，并采用了分段式預(yù)噴射，這是很符合柴油機(jī)的要求 (大眾公司的TDI發(fā)動機(jī)就是使用這種技術(shù))。目前直噴柴油發(fā)動機(jī)領(lǐng)先技術(shù)主要有SDI(自然吸氣直接噴射柴油發(fā)動機(jī))技術(shù)、TDI(直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī))技術(shù)和CRDI(電控直噴共軌柴油發(fā)動機(jī))技術(shù)這三款技術(shù)同為德國博世公司研發(fā)，其中前兩種技術(shù)曾應(yīng)用于新捷達(dá)、新寶來和奔馳、寶馬等品牌。在傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)基礎(chǔ)上首先發(fā)展起來的電控噴射系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，稱之為第一代電控噴射系統(tǒng)，而基于電磁閥的時間控制系統(tǒng)則稱為第二代電控噴射系統(tǒng)。這類技術(shù)已發(fā)展到了可以同時控制定時和預(yù)噴射的TICS系統(tǒng)。 圖22 第二代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)(時間控制系統(tǒng))第三代也稱為直接數(shù)控系統(tǒng)，它完全脫開傳統(tǒng)的油泵分缸燃油供應(yīng)方式，通過共軌和噴油壓力/時間的綜合控制，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜供油回路和特性(見圖23)。 圖23 高壓共軌噴油壓力控制系統(tǒng)(直接數(shù)控系統(tǒng)) 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)一、SDI技術(shù)SDI是英文Suction Direct Injection的縮寫，意為自然吸氣直接噴射這種柴油機(jī)采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度，使空氣溫度超過柴油的自燃燃點(diǎn)，這時再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點(diǎn)火燃燒因此，柴油發(fā)動機(jī)無需點(diǎn)火系同時，柴油機(jī)的供油系統(tǒng)也相對簡單，但是由于是自然吸氣，它的升功率并不是很高，轉(zhuǎn)速也無法和汽油發(fā)動機(jī)相比。這種技術(shù)其實(shí)早見于大型商用車私家車配備柴油發(fā)動機(jī)的問題在于其動力輸出特性與汽油發(fā)動機(jī)不同：不能作高速行車，中段加速力度不太強(qiáng)，廢氣排放較高不過柴油發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是燃料費(fèi)便宜和燃燒效率比汽油更高，所以柴油發(fā)動機(jī)較省油到了今天，汽車業(yè)已到大致掌握私家車柴油發(fā)動機(jī)的技術(shù)，既可解決柴油發(fā)動機(jī)的缺點(diǎn)，同時兼具省油、使用成本低的優(yōu)勢。從捷達(dá)SDI與寶來TDI柴油轎車所應(yīng)用的技術(shù)來看，TDI在技術(shù)層面上比SDI更進(jìn)一步捷達(dá)SDI采用的是德國博世公司的柱塞式燃油分配泵噴射系統(tǒng)，而寶來TDI轎車裝備的大眾集團(tuán)首創(chuàng)的直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)，在任何轉(zhuǎn)速下均可產(chǎn)生所需要的充氣壓力，性能比傳統(tǒng)的渦輪增壓器大大提高如果說捷達(dá)SDI更適應(yīng)現(xiàn)在中國家庭的需要，那么寶來TDI則更加能夠代表未來中國柴油轎車的發(fā)展趨勢三、CRDI技術(shù) 如今，博世公司又在TDI的基礎(chǔ)上研發(fā)出了“CRDI”，英文Common Rail Direct Injection的縮寫，意為高壓共軌柴油直噴技術(shù)，該技術(shù)更是將燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性做到極致，并在國外的奔馳和寶馬產(chǎn)品上有所應(yīng)用2004年6月，其中最大改進(jìn)之一要屬其發(fā)動機(jī)，解決了柴油機(jī)的噪聲問題，與汽油車沒有什么區(qū)別它使其可節(jié)省15%燃油，排放達(dá)歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射技術(shù)是一項(xiàng)較為成功的控制污染排放的新技術(shù)。油管內(nèi)的壓力波動有時還會在 主噴射之后使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升，達(dá)到令噴油器的針閥開啟的壓力，將已經(jīng)關(guān)閉的針閥又重新打開，產(chǎn)生二次 噴油現(xiàn)象。 圖24 共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)原理共軌技術(shù)是指由高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓共油軌，高壓共油軌中的壓力由電控單元根據(jù)共油軌壓力傳感器測量的共油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓共油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)柴油機(jī)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、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入汽缸(見圖26)。它把檢測到的油軌壓力值傳送給電控單元。而現(xiàn)代電控噴油技術(shù)的崛起，則是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感檢測技術(shù)迅猛發(fā)展的結(jié)果。這一柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新最大限度地降低了柴油發(fā)動機(jī)車型的振動和噪聲，同時將油耗進(jìn)一步降低，使排放更加清潔。 第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導(dǎo)致燃油的浪費(fèi)和很高的燃油溫度。即使在壓力較低的情況下，該系統(tǒng)也可以根據(jù)實(shí)際狀況提供適量的噴油壓力。在膨脹過程中進(jìn)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?xì)浠衔?。省去了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡單。此套采用新研發(fā)的壓電直列式噴油器的系統(tǒng)使帶預(yù)噴和后噴的噴油率曲線范圍更為自由。除此之外，共軌系統(tǒng)還提供了更廣闊的擴(kuò)展功能和在燃燒過程設(shè)計(jì)上更多大的自由度，它可以使柴油發(fā)動機(jī)以更低的排放、更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和低噪聲運(yùn)行。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，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(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、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。該高壓油泵在每個壓油單元中采用了多個壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的1/9 ，負(fù)荷也比較均勻，降低了運(yùn)行噪聲。圖29 ECUU2高壓油泵控制示意圖工作過程：（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)到供油量定時時，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。它的容積應(yīng)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。壓力傳感器向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號；液流緩沖器（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；壓力限制器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(jìn)行放泄。三通閥由內(nèi)閥、外閥和閥體組成。電磁閥不通電時，外閥處在下面位置，B座關(guān)閉。為使針閥升起速度不要太快，達(dá)到低于柴油機(jī)所需的初期噴油速率的要求，在液力活塞上方專門設(shè)計(jì)了一個單向閥和一個小孔節(jié)流通道(如圖211)。圖211 BOSCH電控噴油器三通閥通電時刻決定了噴油始點(diǎn)，通電持續(xù)時間決定噴油量大小。,，三通閥全負(fù)荷能耗50W。雙量孔閥體的三個關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)是進(jìn)油量孔、回油量孔和控制室，它們的結(jié)構(gòu)尺寸對噴油器的噴油性能影響巨大。這樣在確定了進(jìn)油量孔、回油量孔和控制室的結(jié)構(gòu)尺寸后，就確定了噴油嘴針閥完全開啟的穩(wěn)定、最短噴油過程，同時就確定了噴油嘴的穩(wěn)定最小噴油量。圖212 CRDI噴油嘴工作狀態(tài)由于高壓共軌噴射系統(tǒng)的噴射壓力非常高，因此其噴油嘴的噴孔截面積很小，如BOSCH 公司的噴油嘴的噴孔直徑為 6 ，在如此小的噴孔直徑和如此高的噴射壓力下，燃油流動處于極端不穩(wěn)定狀態(tài)，油束的噴霧錐角變大，燃油霧化更好，但貫穿距離變小，因此應(yīng)改變原柴油機(jī)進(jìn)氣的渦流強(qiáng)度、燃燒室結(jié)構(gòu)形狀以確保最佳的燃燒過程。各高壓油管應(yīng)盡可能短，使從共軌到噴油嘴