【文章內容簡介】 序。加速踏板傳感器是一個由滑動電位計組成的電壓分壓器, 其滑動觸頭隨加速踏板的移動而滑動。ECU向分壓器提供一個基準電壓, 當加速踏板移動時, 加速踏板傳感器上的分壓值隨之發(fā)生線性變化, ECU通過檢測分壓值的變化得知駕駛員對發(fā)動機扭矩和轉速的要求( 這就是俗稱的“電子油門”) ?？諝饬髁總鞲衅鲗⑦M氣管的空氣流量或壓力轉化成電信號, ECU可以結合進氣溫度傳感器所感應發(fā)出信號計算出柴油機氣缸的實時循環(huán)進氣量, 根據(jù)工況和排放法規(guī)的要求匹配相應的噴油量( 預噴射油量、主噴射油量、后噴射油量) 和噴油時刻?？諝饬髁總鞲衅饔辛髁總鞲惺胶瓦M氣歧管絕對壓力傳感式兩類。 高壓共軌系統(tǒng)的燃油噴射控制 預噴射無預噴射時, 在上止點前的范圍內 , 氣缸壓力上升尚較平緩 , 但隨著燃燒的開始, 壓力迅速上升, 當達到壓力最大值時, 形成一個較陡的尖峰, 較高的壓力上升率和峰值壓力,導致柴油機的燃燒噪聲明顯提高。預噴射一般在活塞壓縮行程上止點前90176。曲軸轉角內進行, 但不應遲于壓縮行程上止點前40176。, 否則燃油可能噴到活塞頂面和氣缸壁上, 影響預噴射效果, 并會稀釋氣缸壁上的潤滑油。預噴射時, 少量燃油 ( 1～4 mm)噴入燃燒室, 先期產(chǎn)生“預調節(jié)”并“發(fā)火”, 對主噴射燃油產(chǎn)生“引燃”作用。雖然由于“預反應”和局部燃燒使上止點前的氣缸壓力略有升高, 但縮短了主噴射的著火延遲期, 使其燃燒平緩, 降低了氣缸壓力上升率和峰值, 燃燒較為柔和 , 而平均氣缸壓力卻有所上升, 減小了燃燒噪聲和燃油消耗, 在許多情況下還降低了排放。 主噴射主噴射提供發(fā)動機輸出功率所需的能量, 從而基本上決定了發(fā)動機的輸出扭矩。在高壓共軌噴油系統(tǒng)中, 整個噴油過程的噴油壓力近似恒定不變。 后噴射后噴射在主噴射之后的作功行程或排氣行程中進行, 后噴射的時機一般在上止點后200176。曲軸轉角內。與預噴射和主噴射不同, 后噴射的燃油在氣缸中不會燃燒, 而是在廢氣高溫的作用下蒸發(fā), 隨廢氣進入 NOx催化器中作為NOx的還原劑, 以降低廢氣中NOx 的含量。后噴射時機過早 , 會造成后噴射的燃油燃燒, 形成“補燃”, 并減小降低NOx排放的效果。 后噴射時機過遲, 會導致燃油稀釋發(fā)動機氣缸壁上的潤滑油。后噴射時刻由發(fā)動機制造廠家通過試驗來確定。高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的應用范圍廣泛, 可用于小型乘用車、各種載貨汽車、工程機械和內燃機車、船舶等領域, 其單缸功率可達30 ～200kW。BOSCH 公司的柴油機電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)是該領域技術與發(fā)展的典型代表。1997 年BOSCH公司首次推出第一代轎車用高壓共軌柴油噴射系統(tǒng) , 其最高供油壓力可達135MPa。2022 年, BOSCH公司開始批量生產(chǎn)第二代高壓共軌噴油系統(tǒng),其最大系統(tǒng)壓力提高到160MPa,并開始使用具有油量調節(jié)功能的高壓泵。經(jīng)過改進的電磁閥噴油器具備多次噴射功能, 它具有更高的噴射壓力、噴油器尺寸緊湊、外形小、噴油量誤差小、實行閉環(huán)控制、多級噴射等一系列新的特點。BOSCH 公司前兩代共軌系統(tǒng)的區(qū)別主要是以系統(tǒng)的噴油壓力來表征的 , 第一代共軌燃油噴射系統(tǒng)的噴油壓力為135MPa, 第二代共軌燃油噴射系統(tǒng)的噴油壓力為160MPa。2022 年 5 月, BOSCH公司開始批量生產(chǎn)第三代緊湊型壓電直接控制式噴油器 的共軌噴油系統(tǒng), 這是柴油共軌噴射技術以高、精、尖的技術內涵為特征的一次技術飛躍。第三代共軌燃油噴射系統(tǒng)的噴油壓力仍保持在160MPa, 但其壓電式噴油器的高度集成化, 使其壓電執(zhí)行器與噴油器頭部噴嘴中的針閥靠得更近, 從而使系統(tǒng)具有優(yōu)良的“液壓響應速度” 。噴油器的運動件質量減輕了75%, 并將噴嘴針閥部件的零件數(shù)從 4個減少到1個, 其液壓響應速度達到了市場上提供的所有電磁閥式噴油器的2倍。傳統(tǒng)的共軌技術在分段噴油時, 每循環(huán)噴油過程最多只能分成5～7段, 而采用第三代共軌噴油系統(tǒng), 其噴射過程幾乎可按需要不受限制地切分, 燃油計量的精度進一步提高。據(jù)資料介紹, 采用第三代共軌燃油噴射系統(tǒng)的柴油機, 其廢氣排放可以降低15%～20%, 功率可以提高5% ～7%, 噪聲明顯降低3dB。BOSCH 公司還計劃推出噴油壓力為180MPa 的改進型第三代共軌噴油系統(tǒng)。BOSCH 公司下一代共軌噴油系統(tǒng)的關鍵特征仍將是噴油器的變化,新系統(tǒng)將會在噴油器上采用共軸可變噴油嘴和油壓增壓器。共軸可變噴油嘴將由壓電執(zhí)行器控制兩個相互套合的共軸針閥, 分別控制兩排緊挨著的噴孔的啟閉。流量較低的第一排精密噴孔用于噴射燃燒過程初期所需的少量燃油, 以便使燃燒平穩(wěn), 降低燃燒噪聲。 進入大負荷時, 大孔徑的第二排噴孔被開啟, 從而在非常短的時間內噴出所需要的燃油, 以滿足柴油機輸出最大功率的需要。BOSCH 公司目前正在研發(fā)的另一種共軌噴油系統(tǒng) , 采用帶油壓增壓器( HADI) 的噴油器, 其設計思想是高壓油泵使共軌管中產(chǎn)生135MPa 的油壓, 然后經(jīng)高壓油管進入噴油器, 通過一個特殊的轉換活塞, 使噴油壓力達到250MPa 以上。由于噴油壓力非常高, 能使很細的噴射油束與空氣更好地混合, 從而使燃燒更加清潔, 效率更高。圖 23 博世第三代電直接控制式噴油器 圖 24 博世第四代共軌可變噴油嘴噴油器第三章 電控柴油機燃油噴射控制系統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)是柴油機的心臟。自上世紀90年代中期以來, 柴油機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的開發(fā)和應用, 使柴油機的動力性能和排放性能得到了進一步的提高, 工作噪聲進一步降低, 大大提高了柴油機的使用性能。本文將對柴油機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的構造、工作原理及特性, 以及將來的發(fā)展方向進行分析和介紹。高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的基本組成高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)主要由電控單元(ECU) 、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成 。輸油泵( 低壓油泵) 將燃油輸入高壓油泵, 高壓油泵將燃油加壓后送入高壓油軌( 高壓油軌中的壓力由ECU根據(jù)油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及預設值進行調節(jié)) , 高壓油軌內的燃油經(jīng)過高壓油管進入噴油器。 ECU根據(jù)柴油機的運行狀態(tài), 由預設程序確定合適的噴油定時和噴油量, 以控制噴油器的噴油起始時刻和持續(xù)時間, 操縱電液控制的噴油器將燃油噴入氣缸內。柴油機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的構成和工作方式與汽油機電控燃油噴射系統(tǒng)相似, 主要由燃油供給系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)兩大部分組成。 燃油供給系統(tǒng)柴油機電控高壓共軌噴油系統(tǒng)的燃油供給系統(tǒng)又分為低壓供油和高壓供油兩部分。 低壓供油部分低壓供油部分的功用是向高壓油泵供應足夠的燃油。低壓供油部分主要由燃油箱、輸油泵、燃油濾清器、低壓油管等部件組成 輸油泵在高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)中, 目前使用的輸油泵有電動滾子(或葉片) 輸油泵和機械驅動的齒輪泵兩種。圖 31 電動輸油泵圖電動滾子輸油泵的結構和工作原理：它由泵油元件、電動機和連接端蓋3 個功能部分組成。泵油元件為滾子泵(容積式) , 泵出的柴油從電動機流過 , 使其得到冷卻。輸油泵的設計泵油量大于柴油機的用油量, 在泵油元件的出口側和吸油口之間設有限壓閥, 當?shù)蛪河凸軆鹊膲毫Τ^規(guī)定值時, 多余的柴油經(jīng)限壓閥泄回到油箱, ～ 之間。電動機為永磁式直流電動機, 電動機的供電由ECU通過繼電器控制, 發(fā)動機起動時即開始工作, 其轉速(泵油量) 不受發(fā)動機轉速的影響。連接端蓋上設有電氣接頭和低壓油管接頭。輸油泵控制電路中設有安全電路, 可在停機時使輸油泵立即停止泵油, 以保證安全。電動輸油泵的安裝方式有油管安裝式和油箱安裝式兩種。油管安裝式輸油泵串聯(lián)在油箱與燃油濾清器之間的低壓管路中。 油箱安裝式輸油泵安裝在油箱底部的專用支架上, 其總成通常還包括吸油濾網(wǎng)、油位傳感器以及與外部連接的電氣和液壓接頭。齒輪輸油泵由發(fā)動機通過機械裝置驅動, 為了在發(fā)動機第一次起動或燃油箱放空后排除燃油系統(tǒng)中的空氣, 需在齒輪泵或低壓管路上配備手動油泵。 燃油濾清器燃油中的雜質可能使泵油元件、出油閥和噴油器損壞。 水進入噴油系統(tǒng)會產(chǎn)生腐蝕。燃油濾清器有過濾燃油中的水分的功能, 并帶有集水槽, 每隔適當?shù)臅r間必須將積水放掉。有的燃油濾清器還裝有自動水位報警裝置, 當集水槽中的水位過高時, 報警燈會閃亮報警。圖 32 高壓共軌噴油系統(tǒng)構成圖 高壓供油部分高壓供油部分高壓供油部分除了設有產(chǎn)生高壓燃油的組件外, 還設有高壓燃油存儲、分配和計量組件, 主要包括:帶調壓閥的高壓油泵,作為高壓存儲器的共軌管(帶有共軌壓力傳感器),限壓閥和限流緩沖器、噴油器、高壓油管和回油管等。 高壓油泵高壓油泵的作用是保證柴油機在各種工況下對高壓燃油的需求。由于共軌系統(tǒng)中燃油的噴射過程與油壓的產(chǎn)生過程無關, 噴油正時和噴油過程不需由高壓油泵凸輪來保證, 高壓油泵是一個純粹的液壓泵,常采用多作用凸輪結構, 即凸輪在360176。轉角范圍內有多個凸起, 凸輪轉動一周可使泵油單元完成多個泵油循環(huán), 其泵油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應力最小和最耐磨的原則設計, 因此共軌系統(tǒng)的高壓油泵比普通噴油系統(tǒng)中的高壓油泵小得多, 其峰值驅動扭矩也較小, 可實現(xiàn)近乎連續(xù)的供油。目前,共軌系統(tǒng)采用的高壓油泵有徑向柱塞泵和直列泵兩種類型。BOSCH 公司采用3缸徑向柱塞泵 ,可產(chǎn)生高達135 MPa 的燃油壓力。該高壓油泵采用了多作用凸輪,使其峰值驅動扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的1/9,負荷承載比較均勻, 降低了運行噪聲。油軌壓力控制是通過對共軌腔中燃油的放泄來實現(xiàn)的。為了減少功率損耗, 在發(fā)動機用油量較小的情況下, ECU 通過柱塞泵切斷電磁閥阻止吸油閥關閉的方式關斷其中的一個泵油單元,使供油量和功率消耗減少。ECU根據(jù)發(fā)動機不同工況的要求,通過調壓電磁閥對的油壓進行柔性調節(jié)。圖 33 電控高壓油泵基本構造圖 供油管共軌管又稱油軌,起蓄壓作用,并將高壓燃油分配到各噴油器中。共軌管的容積應能滿足削減高壓油泵的供油壓力波動和噴油器噴油引起的壓力振蕩,將油軌中的壓力波動控制在5MPa 以下的要求, 但其容積又不能太大,以保證有足夠的壓力響應速度,以快速跟蹤柴油機工況的變化。ECD U2 系統(tǒng)高壓油泵的最大循環(huán)供油量為600mm3,共軌管的容積為94000mm3。共軌管上還安裝有壓力傳感器、限壓閥和限流緩沖器等部件。壓力傳感器用于測定高壓油軌內的燃油壓力,ECU 根據(jù)油軌壓力信號調整向調壓電磁閥輸出脈沖信號的占空比,使油軌內的壓力保持在規(guī)定值。圖 34 共軌管結構圖限壓閥的作用是,當油軌中出現(xiàn)壓力異常升高時( 如在135MPa 系統(tǒng)中, 油軌內的壓