【文章內容簡介】 （ 13）系統(tǒng)成本高 ，維修費用高。 圖 16 控制精確的噴油速率 圖 17 電控高壓共軌和電控單體泵的對比 淮安信息這也技術學院畢業(yè)設計（論文） 8 優(yōu)點： （ 1） 自由控制噴油壓力 電控噴油柴油機的噴油壓力不受曲軸轉速以及凸輪形狀的影響，可以根據(jù)需要靈活控制，能夠提高噴油壓力、提高供油能量、改善霧化質量、縮短噴油延續(xù)時間，從而降低 NOx 排放。在大負荷工況下可以通過提高噴射壓力。推遲噴油定時的方法求得 NOx 和 PM(顆粒 )的折中關系。在低負荷工況下則需要減少混合燃料的比例，同時降低噴油初期的噴射壓力。 （ 2） 精確控制噴油量。 根據(jù)傳感器的信息。 ECU 計算出目標噴 油量，計算出噴油裝置需要的供油時間，并向驅動單元發(fā)送驅動信號，從而控制噴油量。在基本噴油量、怠速轉速控制、啟動油量控制、各缸不均勻油量補償控制、恒定轉速控制等各種運行狀況下，實現(xiàn)最佳噴油量制 。 （ 3） 精確控制噴油定時。 通過各種傳感器監(jiān)測發(fā)動機當時的工況條件和環(huán)境條件，并根據(jù)這些實時條件計算出最佳噴油時間，將結果送給執(zhí)行器 (定時控制閥 TCV)，控制流入或流出提前器的工作油。由于工作油對提前機構的作用，改變燃油壓送凸輪的相位角，或提前、或延遲，從而控制噴油定時。 （ 4） 自由控制噴油率。 電噴柴油機能夠自由地實 現(xiàn)對噴油率的控制，不僅能夠實現(xiàn)靴形噴油率，還可以實現(xiàn)多段噴油 。 （ 5） 擴展了故障診斷、聯(lián)絡等功能。 自我故障診斷功能就是由 ECU 監(jiān)視、發(fā)現(xiàn)電子控制系統(tǒng)中故障產生的位置，并向駕駛員或修理人員提供故障信息的功能。同時可以解決運行參數(shù)及監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲與傳遞，有利于對機械的動態(tài)管理。 缺點： （ 1）價格較高 （ 2）國內無供應商 （ 3）匹配時間和 供貨受供應商制約 （ 4）要求燃油品質非常嚴格 第二章 電控高壓共軌柴油機的結構原理 9 第二章 電控高壓共軌柴油機的結構原理 電控高壓共軌的組成 柴油機共軌式電控燃油噴射技術是一種全新技術，因 為它集成了計算機控制技術、現(xiàn)代傳感檢測技術及噴油結構于一身。它不僅能達到較高的噴射壓力、實現(xiàn)噴射壓力與噴油量的精確控制，而且能實現(xiàn)預噴射和后噴，從而優(yōu)化了系統(tǒng)。高壓共軌發(fā)動機由以下 2 大部分組成：燃油系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)（如圖 21）。 圖 21 電控高壓共軌系統(tǒng)組成 燃油系統(tǒng) 圖 22 燃油系統(tǒng)組成 、共軌、噴油器等組成（如圖 22）。 （ 1）供油泵（高壓油泵） —— 將燃油產生高壓，供到共軌內。 淮安信息這也技術學院畢業(yè)設計（論文） 10 （ 2）共軌 —— 實際上是一個燃油分配管，儲存在共軌內的燃油在適當?shù)臅r刻經過高壓油管輸送 到噴油器，噴入發(fā)動機的氣缸內。 （ 3）噴油器 —— 噴油器是由電磁閥控制的噴油閥，由 ECU 控制電磁閥控制其開關，從而控制電磁閥的噴油時間和噴油量。 （如圖 23）。 圖 23 電控共軌燃油噴射系統(tǒng)的工作過程 電控系統(tǒng) —— 由傳感器、 ECU、執(zhí)行器三部分組成。 —— 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)動機轉速傳感器（曲軸轉速傳感器、凸輪軸轉速傳感器） 曲軸轉速傳感器檢測發(fā)動機轉速信號，凸輪軸轉速器確定發(fā)動機工作順序。 （ 2）加速踏板位置傳感器 檢測油門踏板信號（駕駛員轉矩的要求）。 （ 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信號 （ 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、噴油率等參數(shù)進行最佳匹配。 （ 6）共軌壓力傳感器 采集共軌內的燃油壓力，進行反饋，控制共軌內的燃油壓力。 第二章 電控高壓共軌柴油機的結構原理 11 —— 根據(jù)各傳感器傳來的發(fā)動機的實際運行狀態(tài)參數(shù)，進行計算、分析、發(fā)出控制指令，對噴油時間、噴油量、噴油率、噴油壓力進行控制，同時具有故障自診 斷和故障應急功能。 由 ECU 控制各種電磁閥的開啟和關閉時刻，對共軌內的噴油壓力，噴油器的噴油量、噴油時間、噴油率進行控制。 目前世界上主要有三大公司在研究和生產柴油機高壓共軌系統(tǒng)，他們是德國的博世 (BOSCH)、日本的電裝（ Denso）和美國的德爾福（ Delphi）。德國博世公司從推出第一代、第二代柴油機高壓共軌系統(tǒng)后，現(xiàn)在已經發(fā)展到第三代高壓共軌噴射系統(tǒng)。 電控高壓共軌系統(tǒng)的工作原理 高壓共軌燃油噴射技術是通過高壓油泵壓縮燃油至共軌管內形成高壓，再由高壓油管分配到每個噴油器，并通過控制噴 油器上的高速電磁閥的開啟與關閉定時定量地將高壓燃油噴射至柴油機燃燒室內，以保證最佳的霧化和燃燒效果，從而使發(fā)動機獲得最佳的性能。 高壓共軌系統(tǒng)主要由低壓回路和高壓回路兩部分組成。低壓回路包括低壓油管、燃油濾清器和齒輪泵等，高壓回路包括高壓油泵、共軌管、高壓油管和噴油器等部件。發(fā)動機工作時，高壓油泵上自帶的齒輪泵通過負壓從油箱中吸油，并以一定的壓力（約 5～ 7bar）將過濾后燃油送入高壓油泵。燃油進入高壓柱塞腔后被壓縮，通過高壓油管進入共軌管形成高壓，每缸噴油器通過高壓油管與共軌管相連，以實現(xiàn)高壓噴射（如圖 24）。 圖 24 電控高壓共軌系統(tǒng)的工作原理 淮安信息這也技術學院畢業(yè)設計（論文） 12 電控高壓共軌柴油機的燃油電器元件 燃油粗濾器和精濾器 帶手動油泵和油水分離器的燃油粗濾器可以濾去燃油中的污染物、雜質、顆粒物和水分，并可對分離出來的水量進行監(jiān)控。手油泵是燃油濾清器內提供燃油的設備，也是保證發(fā)動機首次啟動必須使用的設備。當發(fā)動機燃油耗盡時，進行油水分離器內的排水工作，更換燃油濾清器后，重新啟動發(fā)動機前要先按壓手動輸油泵直到按不動為止。燃油濾清器安裝在粗濾器與高壓泵柱塞之間，對進入高壓泵柱塞前的燃油進一步過濾。電控共軌系統(tǒng)對燃油 濾清的分離效率、流量和水分分離能力有特殊的要求，燃油粗濾器的濾水能力要達到 93%，燃油精濾器的濾水能力要達到 95%（如圖 25）。 圖 25 燃油精濾器和燃油粗濾器 低壓輸油泵 高壓泵的后面一般安裝有齒輪式吸油泵或葉片式吸油泵，由高壓泵的軸驅動，把油從油箱中抽出并送到高壓泵。輸油泵出現(xiàn)故障時無法給高壓泵提供足夠的燃油，這會造成高壓過低使發(fā)動機無法正常工作或無法成功啟動。齒輪泵不需要維修，如果損壞直接更換。首次啟動前或當油箱被抽干時需為其加注燃油，可把手油泵直接安裝在齒輪泵或低壓油管上。吸入負壓、輸出油壓和回油流量是齒輪 輸出性能的相關參數(shù)，因為齒輪泵與高壓泵集成在一起，無法測量輸出壓力；又因為回油流量與發(fā)動機其他參數(shù)有關 (如噴油器工作性能、發(fā)動機轉速、高壓泵性能等 )，所以吸入壓力就成了測量齒輪泵最常用的方法。齒輪泵的吸入壓力為 —70~— 30KPa，該壓降來自燃油濾清器的過濾阻力（如圖 26）。 圖 26 低壓輸油泵 高壓油泵 高壓油泵是高壓共軌系統(tǒng)中的關鍵部件之一，它的主要作用是將低壓燃油加第二章 電控高壓共軌柴油機的結構原理 13 壓成為高壓燃油，儲存在油軌內等待 ECU 的噴射指令。高壓油泵由齒輪泵、油量計量單元、溢流閥、進出油閥和高壓柱塞等部分組成。其潤滑方式為機油潤滑，潤滑油路與發(fā)動機潤滑油路直接相連。齒輪泵的任務是向高壓油泵供給足夠的低壓燃油，安裝在高壓油泵泵體后端，依靠位于高壓油泵凸輪軸末端的齒輪來驅動，它的轉速是高壓油泵 2． 85 倍。當燃油進入高壓部分后，一路經過油量計量單元進入高壓柱塞腔，經壓縮后進入油軌，同 時多余的燃油通過溢油閥回到油箱中。油量計量單元的主要作用是調節(jié)進入高壓柱塞腔的油量，以控制共軌管內的燃油壓力的大小（如圖 2 28）。 圖 27 高壓油泵的組成 圖 28 高壓油泵的斷面 共軌組件 共軌管是電控高壓共軌系統(tǒng)中所特有的零部件，主要包括高壓接頭、節(jié)流孔、軌壓傳感器和壓力限制閥（如圖 29）。 淮安信息這也技術學院畢業(yè)設計（論文） 14 共軌管的主要作用是蓄壓和分配燃油，阻尼燃油壓力波動同時還限制最高燃油壓力，使之不超過安全限值。軌壓傳感器向 ECU 提供共軌管內的實時壓力信號，做為軌壓閉環(huán)控制的輸入。油軌進出口處的節(jié)流孔 設計可減小共軌管和高壓油管中的壓力波動。壓力限制閥是一個機械閥，當壓力超過一定限值時即開啟，以保證共軌管在出現(xiàn)壓力異常時，將壓力迅速釋放從而確保系統(tǒng)安全。當壓力限制閥打開后，它仍能將軌壓維持在一個正常范圍（如 700～ 800bar），讓車輛在故障情況下仍能繼續(xù)運行至維修站點，即跛行回家。 圖 29 共軌組件 電控噴油器 噴油器是電控高壓共軌系統(tǒng)中最關鍵和最復雜的部件，它的作用是根據(jù) ECU發(fā)出的電信號控制電磁閥的開啟和關閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油時刻、噴油量和噴油率噴入柴油機的燃燒室內。 噴油器主要由噴油器體、電磁閥、油嘴、針閥組件和彈簧等部分組成，圖 5所示為 Bosch 的第二代商用車噴油器 CRIN2。在電磁閥不通電時，電樞將球閥緊緊壓在閥座上，此時控制室和壓力室內壓力平衡，油嘴針閥被彈簧預緊力緊緊壓在油嘴座面上不抬起，即噴油器不噴油；當電磁閥通電時，電磁 閥通過吸力將電樞抬起，此時控制室內燃油經球閥量孔泄漏，控制室壓力迅速下降，而壓力室壓力沒有變化，從而油嘴針閥被抬起，即噴油器開始噴油；當電磁閥關閉時，控制室的壓力上升，油嘴針閥兩端壓力再次平衡，在彈簧預緊力的作用下油嘴針閥落座，從而關閉噴油器完成噴油過程（如圖 210），噴油器噴油過程（如圖 211)。 第二章 電控高壓共軌柴油機的結構原理 15 圖 210 噴油器結構 圖 211 噴油器工作過程 電控高壓共軌柴油機的主要電氣元件 電控高壓共軌柴油機電氣元件主要包括傳感器部分、 ECU、執(zhí)行器部分（如圖212）。 淮安信息這也技術學院畢業(yè)設計（論文） 16 圖 212 電 控高壓共軌的主要電氣元件 主要傳感器 主要的傳感器包括曲軸轉速傳感器、油門踏板傳感器、軌壓傳感器、凸輪軸傳感器、水溫傳感器、空氣流量計。 曲軸位置傳感器的作用就是確定曲軸的位置，也就是曲軸的轉角。它通常要配合 凸輪軸位置傳感器 一起來工作 ——確定基本點火時刻 （如圖 213） 。 功用：曲軸位置傳感器（ CKPS）又稱轉速傳感器，檢測曲軸轉角位移，給ECU 提供發(fā)動機轉速信號和曲軸轉 角信號，作為燃油噴射和點火控制的主控制信號。常與凸輪軸位置傳感器配合使用。 安裝位置：曲軸、凸輪軸、飛輪或分電器處。 分類：光電式、霍爾式和磁感應式。 圖 213 曲軸轉速傳感器 第二章 電控高壓共軌柴油機的結構原理 17 通過收集油門踏板位置傳感器信號，將重新整理后的油門信號傳往電腦，提高引擎的響應性能，從而提高油門靈敏度，加快起步速度，提升車輛瞬時提速性能 ,避免車輛突發(fā)性前竄 ,避免發(fā)動機積碳 （如圖 214） 。 圖 214 油門踏板傳感器 檢測維修注意事項： 檢測時應注意檢查油門踏板是否能踩到全開位置，是否因車內駕駛座椅下方地毯過后或位置不當將踏板頂住，無法踩到 100%位置。 該傳感器是普通的電控汽油機所沒有的，為共軌柴油機所必須的。共軌壓力是柴油機共軌系統(tǒng)的重要參數(shù)，目前，國Ⅲ柴油機共軌系統(tǒng)的共軌壓力是實時變化的，噴油量與共軌壓力直接相關（如圖 215）。 功用：燃油 通過共軌上的一個小孔流向共軌壓力傳感器，有壓力的燃油通過一個盲孔到達傳感器膜片。一個將壓力信號轉換成電信號的傳感器部件安裝在此膜片上，傳感器產生的信號被輸入一個用于放大拾取信號并將它送入 ECU 的檢測回路。 圖 215 軌壓傳感器 淮安信息這也技術學院畢業(yè)設計（論文） 18 采集共軌內燃油壓力，進行反饋，控制共軌內的燃油壓力（如圖 216）。 功用：凸輪軸位置傳感器（ CPS）又稱為氣缸識別傳感器，采集配氣凸輪軸的位置信號，并輸入 ECU，以便 ECU 識別氣缸 1 壓縮上止點，從而進行順序噴油控制、點火時刻控制和爆燃控制。此外，凸輪軸 位置信號還用于發(fā)動機起動時識別出第一時刻點火。因為凸輪軸位置傳感器能夠識別到哪一個氣缸活塞到達上止點。 類型：光電式和磁感應式 圖 216 凸輪軸傳感器 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（如圖 217）。 水溫傳感器安裝在發(fā)動機缸體或缸蓋的水套上，與冷卻水接觸，用來檢測發(fā)動機預熱溫度及冷卻水溫度，水溫傳感器內部是二個導體熱敏電阻，具有負的溫度電阻系數(shù)，水溫越低，電阻越高，反之，水溫越高，電阻越低，水溫傳感器的三根導線都和電腦連接，其中一根為接地線，另外 兩根的電壓隨熱敏電阻阻值的變化而變化，電腦根據(jù)這一電壓的變化測得發(fā)動機的預熱溫度及冷卻水的溫度。 圖 217 水溫傳感器 第二章 電控高壓共軌柴油機的結構原理 19 為了獲得空氣流量，傳感器元件上的傳感器膜片（發(fā)熱金屬鉑絲固定在薄樹