| 汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統 | ||
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發布時間：[2011/2/22 9:50:51] 瀏覽次數：[17669] 來源：泰安永泰機械設備有限公司 |
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汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統（一）(圖) 現代小型乘用車柴油機對進一步降低燃油耗、減少廢氣排放和降低噪聲的要求越來越高。滿足這些條件都需要噴油系統具有很高的噴油壓力、非常靈活的控制柔性、極準確的噴油過程和計量極**的噴油量。因此，那些機械調節式噴油系統或噴油壓力較低而控制功能有限的電子控制式分配泵已無法滿足這些要求。在這種情況下，電控高壓共軌噴油系統就有了“用武之地”。本文將為您系統、詳細地介紹小型乘用車柴油機用**代電磁閥控制高壓共軌噴油系統的組成部件、結構、工作原理及其各種功能。 一、 柴油機噴油系統概述 柴油機的種類十分繁多，與其配套的噴油系統也多種多樣，詳情如圖1和表1所示。
由于柴油機的負荷和轉速調節是在沒有進氣節流的情況下直接通過改變噴油量來達到的，因此噴油系統必須以35～200MPa之間的壓力將燃油噴入柴油機汽缸內，并形成均勻的可燃混合氣。其間噴油量的計量必須盡可能**，對噴油過程中的噴油壓力、噴油時刻和噴油次數的控制必須非常靈活，而且必須能夠隨運轉工況而任意變化。因此，繼續沿用機械調節式噴油系統或噴油壓力較低而控制功能有限的電子控制式分配泵已無法滿足這些要求，新型的電控高壓共軌噴油系統則是**佳選擇。因此近幾年來，電控高壓共軌噴油系統在車用柴油機上得到了迅速的推廣。 二、共軌噴油系統 1.主要特點 電控高壓共軌噴油系統與傳統的凸輪驅動的機械調節式噴油系統相比，其與柴油機匹配的靈活性要大得多，主要表現在以下幾個方面。 ⑴寬廣的應用領域（用于小型乘用車和輕型載重車，每缸功率可達30 kW；用于重型載重車、內燃機車和船舶，每缸功率可達200 kW左右）。 ⑵噴油壓力可達135MPa，甚至更高。 ⑶噴油始點可變。 ⑷可實現預噴射、主噴射和后噴射。 ⑸噴油壓力可隨柴油機運轉工況而變化。 2.功能 在共軌噴油系統中，噴油壓力的建立與噴油量互不相關，噴油壓力不取決于柴油機的轉速和噴油量。在高壓燃油存儲器(即“共軌”)中，始終充滿著高壓燃油。而噴油量、噴油正時和噴油壓力由電控單元（ECU）根據其中存儲的特性曲線（脈譜圖）和傳感器采集的柴油機運轉工況信息算出，然后控制每缸噴油器的高速電磁閥開閉來實現。 共軌噴油系統的控制部分和傳感器部分包括：ECU、曲軸轉速傳感器、凸輪軸相位傳感器、加速踏板傳感器、增壓壓力傳感器、空氣質量流量計、共軌壓力傳感器及冷卻水溫度傳感器。 ECU借助于傳感器得知駕駛員的要求（加速踏板位置）以及柴油機和車輛的實時工作狀態。它處理由傳感器產生并經數據導線輸入的信號，對柴油機進行控制和調節。曲軸轉速傳感器測定柴油機的轉速，凸輪軸相位傳感器確定發火順序和相位。加速踏板傳感器是一種電位計，它通過電壓信號告知ECU關于駕駛員對扭矩的要求�？諝赓|量流量計告知ECU柴油機實時的進氣空氣質量流量，以根據排放法規的要求來匹配相應的基本噴油量。在帶有增壓壓力調節的增壓柴油機上，增壓壓力傳感器用以測定增壓壓力。在低溫和柴油機處于冷態時，ECU可根據冷卻水溫度傳感器和進氣空氣溫度傳感器的信號值確定合適的噴油始點、預噴射油量和其他參數的額定值。 作為一個實例，圖2示出了一種四缸柴油機所用電控共軌噴油系統的主要組件。
⑴基本功能 其基本功能是在正確時刻以**的數量和合適的壓力控制燃油的噴射，從而保證柴油機的平穩運行，并獲得低燃油消耗、廢氣排放和運轉噪聲。 ⑵附加功能 附加的控制和調節功能用于減少廢氣排放和燃油消耗，或****性和舒適性。例如用來實現廢氣再循環(EGR)、增壓壓力調節、車速控制和電子防盜鎖等。 CAN總線系統可與車輛的其他電子系統（例如ABS系統、變速器電子控制系統）進行數據交換。診斷接口可在車輛檢修時輸出系統存儲的運行數據和故障代碼。 三、噴油特性 1.普通噴油系統的噴油特性 在普通的噴油系統，例如分配泵和直列泵中，只有主噴射而沒有預噴射和后噴射（如圖3所示），而在電磁閥控制的分配泵中僅可實現預噴射。普通噴油系統中壓力的產生和噴油量的計量是通過凸輪和供油柱塞來實現的。這種方法對噴油特性來講，會產生下列現象：
⑴噴油壓力隨轉速和噴油量的增加而升高； ⑵噴油過程中噴油壓力上升，但到噴油終了時又降低到噴油嘴關閉壓力。 ⑴小噴油量時的噴油壓力較低； ⑵峰值噴油壓力是平均噴油壓力的兩倍以上； ⑶噴油過程曲線近似于三角形，這有利于燃燒完善。 峰值噴油壓力對噴油泵及其驅動裝置構件承受的負荷具有決定性的影響。對普通噴油系統而言，它是燃燒室中混合氣形成質量好壞的評價尺度。 2.共軌噴油系統的噴油特性 對理想的噴油特性，除了普通噴油特性的要求之外，還有下列要求： ⑴對發動機的任何一個工況點，噴油壓力和噴油量的確定都可以是互為獨立的。 ⑵噴油開始初期（即在噴油開始到燃燒開始之間的點火延遲期內）的噴油量應盡可能小。
共軌噴油系統采用模塊式結構，噴油特性主要決定于下列組件： ⑴電磁閥控制的噴油器，用螺紋擰裝在汽缸蓋上； ⑵壓力存儲器（共軌）； ⑶高壓泵； ⑷ECU； ⑸曲軸轉速傳感器； ⑹凸輪軸相位傳感器。 在小型乘用車上用的共軌噴油系統中，產生噴油壓力的高壓泵采用徑向柱塞泵，其轉速以固定的傳動比與發動機轉速相關，而壓力的建立與噴油量無關。由于近乎連續的供油，高壓泵可設計得比普通噴油系統中用的高壓泵小得多，設計時考慮的峰值驅動扭矩也較小。 噴油器通過高壓油管與共軌相連，它主要由一個噴油嘴和一個電磁閥構成。ECU使電磁閥通電，就開始噴油。在一定壓力下，噴入的燃油量與電磁閥的接通時間成正比，而與發動機或泵的轉速無關（時間控制的噴油方式）。噴油量可通過電磁閥控制的相應設計，并在ECU中采用高電壓和大電流來控制，以**電磁閥的響應特性。 噴油正時是通過電控系統中的角度-時間系統來控制的。為此在曲軸上裝有一個轉速傳感器，并且為了識別缸序或相位，在凸輪軸上也裝有一個相位傳感器。 燃油噴射主要有以下幾種： ⑴預噴射 預噴射可在上止點前90°內進行。如果預噴射的噴油始點早于上止點前40°曲軸轉角，則燃油可能噴到活塞頂面和汽缸壁上使潤滑油稀釋到不允許的程度。預噴射時，少量燃油（1～4 mm3）噴入汽缸，促使燃燒室產生“預調節”，從而改善燃燒效率。壓縮壓力由于預反應或局部燃燒而略有**，因此縮短了主噴油量的著火延遲期，降低了燃燒壓力上升幅度和燃燒壓力峰值，燃燒較為柔和。這種效果減小了燃燒噪聲和燃油耗，許多情況下還降低了排放。 在無預噴射時的壓力特性曲線（如圖5所示）中，在上止點前的范圍內，壓力上升尚較平緩，但隨著燃燒的開始壓力迅速上升，達到壓力**大值時，形成一個較陡的尖峰。壓力上升幅度的增加和尖峰導致柴油機的燃燒噪聲明顯**。而在有預噴射的壓力特性曲線（如圖6所示）中，在上止點前范圍內，壓力值略高，但燃燒壓力的上升變緩。 預噴射間接地通過縮短著火延遲期而有助于發動機扭矩的增加。根據主噴射始點和預噴射與主噴射之間的時間間隔的不同，燃油耗降低或增加。 ⑵主噴射 主噴射提供了發動機輸出功率所需的能量，從而基本上決定了發動機的扭矩。在共軌噴油系統中，整個噴油過程的噴油壓力近似恒定不變。 ⑶后噴射 對于那些催化NOx的催化器而言，后噴射的燃油充當還原劑，用于還原NOx。它在主噴射之后的做功行程或排氣行程中進行，其范圍一般在上止點后200°內。 與預噴射和主噴射不同，后噴射的燃油在汽缸中不會燃燒，而是在廢氣中剩余熱量的作用下蒸發，帶入NOx催化器中作為NOx的還原劑，以降低廢氣中NOx的含量。 過遲的后噴射會導致燃油稀釋發動機的潤滑油，其噴射范圍要由發動機制造廠家通過試驗來確定。 汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統（二）(圖) 四、燃油系統 汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統（圖7）由低壓供油部分和高壓供油部分組成。
1.低壓供油部分 共軌噴油系統的低壓供油部分包括:燃油箱（帶有濾網）、輸油泵、燃油濾清器及低壓油管。 ⑴燃油箱 燃油箱必須抗腐蝕,且至少能承受2倍的實際工作油壓，并在不低于0.03MPa壓力的情況下仍保持密封。如果油箱出現超壓，需經過適當的通道和**閥自動卸壓。即使車輛發生傾斜，或在彎道行駛，甚至發生碰撞時，燃油不會從加油口或壓力平衡裝置中流出。同時，燃油箱必須要遠離發動機，如果車輛發生交通事故時,可減小發生火災的危險。 ⑵低壓油管 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。 ⑶輸油泵 輸油泵是一種帶有濾網的電動泵或齒輪泵,它將燃油從燃油箱中吸出,將所需的燃油連續供給高壓泵。 ⑷濾清器 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。 2.高壓供油部分 共軌噴油系統的高壓供油部分包括：帶調壓閥的高壓泵、高壓油管、作為高壓存儲器的共軌（帶有共軌壓力傳感器）、限壓閥和流量限制器、噴油器、回油管。 ⑴高壓泵 高壓泵將燃油壓送到共軌的壓力為135MPa,高壓燃油經高壓油管進入類似管狀的共軌中。 ⑵共軌 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，通過調壓閥調節到規定數值。限壓閥的任務是將共軌中的燃油壓力限制在150MPa以內。 ⑶噴油器 當高壓燃油在噴油器中被電子控制的電磁閥釋放時，噴油嘴開啟，將燃油直接噴入發動機燃燒室。 ⑷高壓油管 高壓燃油油管必須能夠經受噴油系統的**大壓力和噴油間歇時的局部高頻壓力波動。該油管是由鋼管制成,通常外徑為 各缸的高壓油管長度是完全相同的，共軌與各缸噴油器之間的不同間距是通過各缸高壓油管的彎曲程度進行長度補償的，但油管長度應盡可能短一些。 五、組件結構和功能 1.低壓部分 低壓部分向高壓部分提供足夠的燃油,其主要組成部件如圖8所示。
⑴輸油泵 輸油泵的任務是在任何工況下，為燃油提供所需的壓力，并在整個使用壽命期內，向高壓泵提供足夠的燃油。 目前輸油泵有2種類型，即電動輸油泵（滾子葉片泵）和機械驅動的齒輪泵。 a.電動輸油泵 電動輸油泵(圖9、圖10)用于乘用車和輕型商用車。除了向高壓泵輸送燃油外，電動輸油泵在監控系統中還起到了在必要時中斷燃油輸送的作用。
發動機啟動過程開始時，電動輸油泵就開始運行，且不受發動機轉速影響。電動輸油泵持續從油箱中抽出燃油，經燃油濾清器送往高壓泵，多余的燃油經溢流閥流回油箱。其具有**電路，可防止在停機時向發動機輸送燃油。 電動輸油泵有油管安裝式和油箱安裝式2種。油管安裝式輸油泵安裝在車輛底盤上油箱與燃油濾清器之間的油管上。而油箱安裝式輸油泵則安裝在油箱內的專用支架上，其總成通常還包括吸油端的吸油濾網、油位顯示器、儲油罐以及與外部連接的電氣和液壓接頭。電動輸油泵由泵油元件、電動機和連接蓋3個功能部分組成。泵油元件的工作原理取決于電動輸油泵的應用領域，有多種型號。乘用車共軌噴油系統采用的滾子葉片泵（容積式泵）由偏心布置的內腔和在其中轉動的開槽圓盤構成，每個槽內有可活動的滾子。利用開槽圓盤轉動的離心力和燃油壓力的作用，滾子緊壓在外側的滾子滾道上和槽的驅動側面上。在這種情況下，滾子的作用就好比是做圓周運動的密封件。開槽圓盤的每2個滾子與滾道之間構成了1個腔室，當進油口關閉，腔室容積不斷縮小時，便產生泵油作用。燃油在出油口打開以后從電動機流過，并經壓油端的連接蓋輸出。 電動機由永久磁鐵和電樞組成，其設計取決于在一定系統壓力之下所要求的供油量。電動機和泵油元件裝在共用的外殼中，燃油不間斷地流過，從而使其得到冷卻，因此無需在泵油元件與電動機之間設置復雜的密封件便可獲得較高的電動機功率。 連接蓋包含電氣接頭和壓油端的液壓接頭，另外還可以在連接蓋中設置防干擾裝置。 b.齒輪輸油泵 齒輪輸油泵(圖11)用于乘用車和輕型商用車的共軌噴油系統中，向高壓泵輸送燃油。其裝在高壓泵中與高壓泵共用驅動裝置，或裝在發動機旁配有單獨的驅動裝置。驅動裝置一般為聯軸節、齒輪或齒帶。
齒輪輸油泵的基本構件是2個互相嚙合反向轉動的齒輪，它們將齒隙中的燃油從吸油端送往壓油端。齒輪的接觸線將吸油端和壓油端互相密封以防止燃油倒流。其輸油量與發動機轉速成正比，因此輸油量的調節借助于吸油端的節流調節閥或壓油端的溢流閥進行。 齒輪泵在工作期間無需保養。為了在**次啟動時或燃油箱放空后排空燃油系統中的空氣，可在齒輪泵或低壓管路上裝配手動泵。 ⑵燃油濾清器 燃油中的雜質可能使泵油元件、出油閥和噴油嘴損壞，因此使用滿足噴油系統要求的燃油濾清器是保證發動機正常工作和延長使用壽命的前提條件。通常燃油中會含有化合形態（乳濁液）或非化合形態（溫度變化引起的冷凝水）的水。如果這些水進入噴油系統，會對其產生腐蝕并造成損壞，因此與其他噴油系統一樣，共軌噴油系統也需要帶有集水槽的燃油濾清器（圖12），每隔適當時間必須將水放掉。隨著乘用車采用柴油機數量的增加，自動水報警裝置的使用也在不斷增加。當系統必須將水排出時，該裝置的報警燈就會閃亮。對于那些燃油中含水量較高的國家，裝用這種裝置應該是必須的。
2., 高壓部分 高壓部分除了產生高壓力的組件外,還有燃油分配和計量組件（圖13）。
⑴高壓泵 a.任務 高壓泵(圖14)位于低壓部分和高壓部分之間，它的任務是在車輛所有工作范圍和整個使用壽命期間，在共軌中持續產生符合系統壓力要求的高壓燃油，以及快速啟動過程和共軌中壓力迅速升高時所需的燃油儲備。
b.結構 高壓泵通常像普通分配泵那樣裝在柴油機上，以齒輪、鏈條或齒形皮帶連接在發動機上，**高轉速為3000r/min，依靠燃油潤滑。因為安裝空間大小的不同，調壓閥通常直接裝在高壓泵旁，或固定在共軌上。 燃油是由高壓泵內3個相互呈120°徑向布置的柱塞壓縮的。由于每轉1圈有3個供油行程，因此驅動峰值扭矩小，泵驅動裝置受載均勻。驅動扭矩為16N·m，僅為同等級分配泵所需驅動扭矩的1/9左右，所以共軌噴油系統對泵驅動裝置的驅動要求比普通噴油系統低，泵驅動裝置所需的動力隨共軌壓力和泵轉速（供油量）的增加而增加。排量為 c.工作方式 燃油通過輸油泵加壓經帶水分離器的濾清器送往**閥（圖14），通過**閥上的節流孔將燃油壓到高壓泵的潤滑和冷卻回路中。帶偏心凸輪的驅動軸或彈簧根據凸輪形狀相位的變化而將泵柱塞推上或壓下（圖15）。如果供油壓力超過了**閥的開啟壓力（0.05～0.15 MPa），則輸油泵可通過高壓泵的進油閥將燃油壓入柱塞腔（吸油行程）。當柱塞達到下止點后而上行時，則進油閥被關閉，柱塞腔內的燃油被壓縮，只要達到共軌壓力就立即打開排油閥，被壓縮的燃油進入高壓回路。到上止點前，柱塞一直泵送燃油（供油行程）。達到上止點后，壓力下降，排油閥關閉。柱塞向下運動時，剩下的燃油降壓，直到柱塞腔中的壓力低于輸油泵的供油壓力時，吸油閥再次被打開，重復進入下一工作循環。 d.供油效率 由于高壓泵是按高供油量設計的，在怠速和部分低負荷工作狀態下，被壓縮的燃油會有冗余。通常這部分冗余的燃油經調壓閥流回油箱，但由于被壓縮的燃油在調壓閥出口處壓力降低，壓縮的能量損失而轉變成熱能，使燃油溫度升高，從而降低了總效率。若泵油量過多，使柱塞泵空，切斷供應高壓燃油可使供油效率適應燃油的需要量，可部分補償上述損失。 如圖14所示，柱塞被切斷供油時，送到共軌中的燃油量減少。因為在柱塞偶件切斷電磁閥時，裝在其中的銜鐵銷將吸油閥打開，從而使供油行程中吸入柱塞腔中的燃油不受壓縮，又流回到低壓油路，柱塞腔內不增加壓力。柱塞被切斷供油后，高壓泵不再連續供油，而是處于供油間歇階段，因此減少了功率消耗。 高壓泵的供油量與其轉速成正比，而高壓泵的轉速取決于發動機轉速。噴油系統裝配在發動機上時，其傳動比的設計一方面要減少多余的供油量，另一方面又要滿足發動機全負荷時對燃油的需要�？蛇x取的傳動比通常為1:2和2:3，具體視曲軸而定。（未完待續） 汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統（三）(圖) ⑵調壓閥 a.任務 調壓閥的任務是根據發動機的負荷狀況調整和保持共軌中的壓力：共軌壓力過高時，調壓閥打開，一部分燃油經回油管返回油箱；共軌壓力過低時，調壓閥關閉，高壓端對回油管封閉。 b.結構 調壓閥（圖16）有安裝法蘭，用以固定在高壓泵或共軌上。銜鐵銷將鋼球壓在密封座上，以使高壓端對低壓端密封。一方面彈簧將銜鐵銷往下壓，另一方面電磁線圈還對銜鐵銷有作用力。為進行潤滑和散熱，整個電磁閥周圍都有燃油流過。
c.工作方式 調壓閥有2個調節回路：低速電調節回路，用于調整共軌中可變化的平均壓力值；高速機械液壓調節回路，用于補償高頻壓力波動。 共軌或高壓泵出口處的高壓燃油通過高壓油進口作用在調壓閥上。由于無電流的電磁線圈不產生作用力，燃油的高壓力大于彈簧力，調壓閥打開。根據供油量的大小，調壓閥調整打開的開度。該彈簧是按**大壓力約10MPa設計的。 如果要**高壓回路中的壓力，就必須在彈簧力的基礎上再建立電磁力。當電磁力和彈簧力與燃油高壓力達到平衡時，調壓閥停留在某個開啟位置，燃油壓力保持不變。泵油量的變化和燃油從噴油器中噴出時，調壓閥通過不同的開度予以補償。電磁閥的電磁力與控制電流成正比，而控制電流的變化通過脈寬調制來實現。脈寬的調制頻率為1kHz，可避免銜鐵銷的運動干擾共軌中的壓力波動。 ⑶共軌 a.任務 共軌的任務是存儲高壓燃油,高壓泵的供油和噴油所產生的壓力波動由共軌的容積進行緩沖。在輸出較大燃油量時，所有汽缸共用的共軌壓力也應保持恒定，從而確保噴油器打開時噴油壓力不變。 b.結構 由于發動機的安裝條件不同，帶流量限制器（選裝件）、共軌壓力傳感器、調壓閥和限壓閥的共軌（圖17、圖18）可進行不同的設計。
c.工作方式 共軌中通常注滿了高壓燃油，充分利用高壓對燃油的壓縮來保持存儲壓力，并用高壓泵來補償脈動供油所產生的壓力波動，因此即使從共軌中噴射出燃油，共軌中的壓力也近似為恒定值。 ⑷共軌壓力傳感器 a.任務 共軌壓力傳感器的任務是以足夠的精度、在較短的時間內測定共軌中燃油的實時壓力，并向ECU提供相應的電壓信號。 b.結構 共軌壓力傳感器（圖19）包括傳感器元件，它焊接在壓力接頭上；帶有求值電路的分析電路板；帶電氣接頭的傳感器外殼。
燃油經共軌中的一個孔流向共軌壓力傳感器，傳感器膜片將孔末端封住。在壓力作用下的燃油經壓力室孔流向膜片。在此膜片上裝有傳感元件，用以將壓力轉換成電信號。通過一根連接導線將產生的信號傳輸到向ECU提供放大測量信號的求值電路。 c.工作方式 共軌壓力傳感器的工作原理：當由共軌燃油壓力引起膜片形狀發生變化（150 MPa時約為 **測量共軌中的燃油壓力是噴油系統正常工作所必需的。為此，壓力傳感器在測量壓力時的允許偏差很小，在主要工作范圍內測量精度約為**大值的±2%。一旦共軌壓力傳感器失效，具有應急行駛功能的ECU以某個固定的預定值來控制調壓閥的開度。 ⑸限壓閥 a.任務 限壓閥的任務相當于**閥，它限制共軌中的壓力，當壓力過高時打開放油孔卸壓。共軌內允許的短時**高壓力為150MPa。 b.結構和功能 限壓閥是按機械原理工作的（圖20），它包括具有便于擰在共軌上的外螺紋的外殼、通往油箱的回油管接頭、可活動的活塞、壓力彈簧。
外殼在通往共軌的連接端有一個孔，此孔被外殼內部密封面上的錐形活塞頭部關閉。在標準工作壓力（135MPa）下，彈簧將活塞緊壓在座面上，共軌呈關閉狀態。只有當超過系統**大壓力時，活塞才受共軌中壓力的作用而壓縮，于是處于高壓下的燃油流出。燃油經過通道流入活塞中央的孔，然后經回油管流回油箱。隨著閥的開啟，燃油從共軌中流出，結果降低了共軌中的壓力。 ⑹流量限制器 a.任務 流量限制器的任務是防止噴油器可能出現的持續噴油現象。為實現此任務，當從共軌中流出的油量超過**大油量時，流量限制器將流向相應噴油器的進油管路關閉。該部件屬于選裝件，由于結構較復雜，現已大多省略不用。 b.結構 流量限制器（圖21）有一個金屬外殼，其上有外螺紋，以便擰裝在共軌上，另一端的外螺紋用來擰入噴油器的進油管。外殼兩端有孔，與共軌或噴油器進油管建立液壓連接。
流量限制器內部有一個活塞，彈簧將此活塞向共軌方向壓緊�；钊麑ν鈿け诓棵芊��；钊系目v向孔連接進油和出油口，其直徑在末端是縮小的。這種縮小的作用就像流量**規定的節流孔效果一樣。 c.功能 正常工作狀態（圖22）：
活塞處在靜止位置，即在共軌端的限位件上。一次噴油后，噴油器端的壓力下降，活塞向噴油器方向運動�；钊麎合碌娜莘e補償了噴油器噴出的燃油容積。在噴油終止，活塞停止運動，不關閉密封座面，彈簧將活塞推回到靜止位置，燃油經節流孔流出。 泄油量過大的故障工作狀態： 由于流過的油量大，活塞從靜止位置被推向出油端的密封座面，一直到發動機停機時靠到噴油器端的密封座面上，從而關閉通往噴油器的進油口。 泄油量過小的故障工作狀態： 由于產生泄油，活塞不再能達到靜止位置。經過幾次噴油后，活塞向出油處的密封座面移動，并停留在一個位置上，一直到發動機停機時靠到噴油器端的密封座面上，從而關閉通往噴油器的進油口。 ⑺噴油器 a.任務 噴油始點和噴油量用電子控制的噴油器調整，它替代了普通噴油系統中的噴油嘴和噴油器總成。 與直噴式柴油機中的噴油器體相似，噴油器用卡夾裝在汽缸蓋中。共軌噴油器在直噴式柴油機中的安裝不需要汽缸蓋在結構上有很大改變。 b.結構 噴油器由孔式噴油嘴、液壓伺服系統、電磁閥組件構成。 如圖23所示，燃油從高壓接頭經進油通道送往噴油器，并經過進油節流孔進入閥控制室，而閥控制室經由電磁閥控制的回油節流孔與回油孔相通。
出油節流孔在關閉狀態時，作用在閥控制活塞上的液壓力大于作用在噴油嘴針閥承壓面上的力，噴油嘴針閥被壓在其座面上，緊緊關閉通往噴油孔的高壓通道，因而沒有燃油噴入燃燒室。 電磁閥動作時，打開回油節流孔，閥控制室內的壓力下降，只要作用在閥控制活塞上的液壓力小于作用在噴油嘴針閥承壓面上的力，噴油嘴針閥立即打開，燃油經過噴孔噴入燃燒室（圖23）。用電磁閥不能直接產生迅速關閉針閥所需的力，因此采用經液力放大系統間接控制噴油嘴針閥。其間除噴入燃燒室的燃油量之外，附加的控制油量經控制室的回油節流孔進入回油通道，此外還有針閥導向和閥活塞導向部分的泄油。這種控制油量和泄油量經集油管（溢流閥、高壓泵和調壓閥也與集油管接通）的回油通道返回油箱 c.工作方式 在發動機和高壓泵工作時，噴油器的功能可分為4個工作狀態：噴油器關閉（依靠其中存有的高壓）、噴油器打開（噴油開始）、噴油器完全打開、噴油器關閉（噴油結束）。 上述工作狀態是通過噴油器構件上力的分配產生的。發動機不工作和共軌中沒有壓力時，噴油嘴彈簧將噴油器關閉。 噴油器關閉（靜止狀態）： 電磁閥在靜止狀態不被控制，因此是關閉的（圖 噴油器打開（噴油開始）： 噴油器處于靜止狀態時，一旦電磁線圈通入吸動電流，電磁線圈的吸力大于閥彈簧力，銜鐵就將回油節流孔打開（圖23b）。由于磁路的空隙較小，因此有可能在極短的時間內，急劇升高的吸動電流轉換成較小的電磁閥保持電流。隨著回油節流孔的打開，燃油從閥控制室流入其上面的空腔，并經回油通道返回油箱，使閥控制室內的壓力下降，而進油節流孔可防止壓力完全平衡，導致閥控制室內的壓力小于噴油嘴內腔容積中的壓力，從而針閥被打開，開始噴油。 針閥的開啟速度取決于進、回油節流孔之間的流量差�？刂浦_到其上極限位置，并在該處固定在進、回油節流孔之間的燃油墊上。此時噴油器完全被打開，燃油以近似共軌壓力噴入燃燒室。噴油器上的力分布大致等于開啟階段中的力分布。 噴油器關閉（噴油結束）： 如果電磁閥控制電流結束，則銜鐵在閥彈簧力的作用下向下將鋼球壓在閥座上，關閉回油節流孔。銜鐵被設計成由兩部分組合，雖然銜鐵盤由銜鐵銷帶著一起向下運動，但它是壓著回位彈簧一起向下運動的，因此銜鐵和鋼球的落座沒有較大的向下沖擊力。 由于回油節流孔的關閉，進油節流孔的進油又使控制室中建立起與共軌中相同的壓力，從而使作用在控制活塞上的力增加，再加上彈簧力，超過了噴油嘴內腔容積中的液壓力，于是針閥關閉。 汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統（四）(圖)
⑻孔式噴油嘴 a. 任務 噴油嘴裝在共軌噴油器上，承擔著針閥體的功能。噴油嘴必須與柴油機進行很好匹配。 噴油嘴的設計需同時考慮下列因素：噴油計量（噴油持續期和每度曲軸轉角的噴油量）、燃油準備（油束數量、油束形狀和油束的霧化）及燃油在燃燒室內的分布、對燃燒室密封。 b. 應用 對裝用共軌噴油系統的直噴式柴油機，使用針閥直徑為 c. 結構 噴孔呈噴霧錐角布置（圖24），而噴孔數量與直徑取決于：噴油量、燃燒室形狀、燃燒室中的空氣渦流。
無論是對有壓力室式噴油嘴還是無壓力室式噴油嘴，都可將噴孔內孔邊棱倒圓，其目的是：**燃油中有磨刮作用的微粒引起的噴孔內孔邊緣磨損、縮小噴油嘴流量偏差。 為了減少HC排放，針閥座下方充滿燃油的容積（壓力室）應盡可能小，**好使用無壓力室式噴油嘴。 d. 型式 有壓力室式噴油嘴： 有壓力室式噴油嘴（圖25）的噴孔布置在壓力室中。噴油嘴頭部為圓形時，噴孔采用機械鉆孔方法或電火花方法加工，具體視設計而定。頭部為錐形的有壓力室式噴油嘴一般采用電火花方法加工。
目前提供的有壓力室式噴油嘴的壓力室形狀有圓柱形壓力室和錐形壓力室。 帶圓柱形壓力室和球形頭部的有壓力室式噴油嘴 由一個圓柱形部分和一個半球形部分組成的壓力室形狀，在噴孔數量、噴孔長度和噴孔夾角方面具有高度的設計靈活性。噴油嘴頭部也呈半球形，從而保證能得到均勻的噴孔長度。 帶圓柱形壓力室和錐形頭部的有壓力室式噴油嘴 這種型式僅用于噴孔長度為 帶錐形壓力室和錐形頭部的有壓力室式噴油嘴 與帶圓柱形壓力室的噴油嘴相比，帶錐形壓力室噴油嘴的壓力室容積較小，其容積處于無壓力室式噴油嘴和圓柱形壓力室噴油嘴之間。為了得到均勻的頭部壁厚，頭部相應于壓力室也設計成錐形。 無壓力室式噴油嘴： 為了使壓力室容積**小，從而使HC排放**少，噴孔起端位于針閥體的錐形座面中，并在噴油嘴關閉時被針閥封住。這樣，壓力室與燃燒室之間沒有直接連接（如圖26所示），與有壓力室式噴油嘴相比，壓力室容積要小得多。
無壓力室式噴油嘴的**大承載能力比有壓力室式噴油嘴明顯要低，因此它僅用在P型孔式噴油嘴和噴孔長度為 六、電控裝置 1.電控裝置的組成 采用共軌噴油系統的柴油機,其電控裝置(圖27)分為3個分系統:
a.采集運行狀況和額定值的傳感器和額定值發送器,它們將各種不同的物理參數轉變為電信號。 b.ECU，用于根據一定的數學計算過程（調節算法）處理信息，并發出指令電信號。 c.執行器，用于將ECU輸出的指令電信號轉變為機械參數。 2.傳感器 ⑴曲軸轉速傳感器 汽缸內的活塞位置對獲得正確的噴油正時極為重要。由于發動機的所有活塞都是由連桿和曲軸連接的，因此曲軸轉速傳感器能提供所有汽缸內活塞位置的信息(圖28)。轉速是指曲軸每分鐘的轉數。此重要輸入參數由ECU從電感式曲軸轉速傳感器的信號算出。
a. 信號的產生 在機體上面對曲軸的部位裝一個鐵磁式傳感信號輪，輪上應該有60個齒，去除2個齒，留下的大齒隙相應于**缸活塞上止點位置。曲軸轉速傳感器按齒序對傳感信號輪進行掃描。它由永久磁鐵和帶銅導線繞組的軟鐵芯組成。由于齒和齒隙交替地越過傳感器，使其內部的磁流發生變化，感應出一個正弦交變電壓。該交變電壓的振幅隨轉速的上升而增大。從50r/min的**低轉速起就有足夠大的振幅。 b. 轉速的計算 發動機汽缸的點火次序是互相錯開的，曲軸旋轉兩圈（720°）后，**缸又開始新的工作循環。著火間隔是均勻分布的，適用于下式： 在四缸發動機上，著火間隔為180°，也, 就是說，曲軸轉速傳感器在兩次著火間隔之間掃描30個齒。由該掃描時間內的平均曲軸轉數即可算出曲軸的轉速。 ⑵凸輪軸位置傳感器 凸輪軸控制進、排氣門，它以曲軸轉速的一半轉動，其位置確定了向上止點運動的活塞是處于壓縮沖程上止點還是排氣沖程上止點。在起動過程中，僅從曲軸位置信號是無法區分這兩種上止點的。而與此相反，在車輛運行時，由曲軸轉速傳感器產生的信號已足以確定發動機的狀態。這就是說，若凸輪軸位置傳感器在車輛運行過程中失效時，ECU仍然能夠判別發動機的狀態。 凸輪軸位置傳感器利用霍爾效應來確定凸輪軸的位置：在凸輪軸上設置一個鐵磁材料制成的齒，它隨同凸輪軸轉動。當該齒經過凸輪軸位置傳感器中流過電流的霍爾效應半導體薄片時，傳感器的磁場將霍爾效應半導體薄片中的電子流向偏轉到與電流方面垂直，從而短時內形成一個電壓信號（霍爾電壓），此信號告知ECU：此時**缸正好處于壓縮沖程上止點。 ⑶溫度傳感器 溫度傳感器用在多個地方:用在冷卻水回路中,以便從冷卻水溫度推知發動機的溫度(圖29)；用在進氣道中,以測定吸入空氣的溫度；用在機油中，以測定機油溫度（可選裝）；用在燃油回路中，以測定燃油溫度（可選裝）。
溫度傳感器中有一個電阻值隨溫度而變的負溫度系數電阻，它是用5V供電的一個分壓器電路的一部分，其電壓是溫度的尺度，經模擬-數字轉換器輸入ECU。在ECU的微處理器中存有一條負溫度系數電阻特性曲線，對任何一個電壓都給出相應的溫度（圖30）。
汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統（五）(圖)
⑷熱膜空氣質量流量計 為了達到法定的廢氣排放限值,特別是在發動機動態工況下,必須保持應達到的空燃比，需使用能極為**地確定實際吸入空氣質量流量的傳感器。進氣脈動、倒流，廢氣回竄，凸輪軸控制的改變以及進氣溫度的變化都不會影響這種負荷傳感器的測量精度。 為達到上述目標，在熱膜空氣質量流量計中，通過一個加熱的傳感元件對空氣質量流進行熱傳導（圖31），由一微型測量系統與一混合電路相配合來測定空氣質量流量，包括流動方向�？諝赓|量流量強烈脈動時，能識別出倒流。
傳感元件布置在插接式傳感器的流動通道中（圖31）。這種插接式傳感器可裝在空氣濾清器或空氣引導部分的測量管中。測量管有各種不同的尺寸，通常要視發動機**大空氣流量而定。 信號電壓與空氣質量流量的關系曲線可分為反向和正向流動的兩個信號范圍。為了測定進氣溫度，可在熱膜空氣質量流量計內裝溫度傳感器。 ⑸增壓壓力傳感器 增壓壓力傳感器與進氣管相通,可測定0.05～0.3MPa的進氣管**壓力。該傳感器分為帶兩個傳感元件的壓電晶體和求值電路空間兩部分。求值電路放在共用的陶瓷底座上。 傳感元件由一個鐘形的厚層膜片構成，并將一個具有一定內壓力的基準容積封閉起來。根據增壓壓力的不同，膜片將發生相應的變形。膜片上設置有由壓阻式電阻構成的電橋，而這些電阻的電阻值在機械應力下是變化的，使得膜片的變形導致電橋平衡發生變化，從而電橋電壓成為增壓壓力的尺度。 求值電路的任務是將電橋電壓放大，補償溫度的影響以及使壓力特性曲線線性化。求值電路的輸出信號傳給ECU，并借助于脈譜圖將測定的電壓折算成增壓壓力。 ⑹加速踏板傳感器 與普通的分配泵或直列式泵不同，在柴油機電控裝置中，駕駛者的加速要求不再是通過拉索或桿系傳給噴油泵，而是用加速踏板傳感器來獲知，并傳輸給ECU。根據加速踏板的位置，經電位計，在加速踏板傳感器中形成一個電壓。ECU再根據其存儲的脈譜圖和該電壓算出加速踏板的位置。 3.電控單元(ECU) ⑴任務和工作方式 ECU計算外部傳感器的信號,并把它們限制在允許的電壓電平上。微處理器根據這些輸入數據和存儲的脈譜圖計算出噴油量和噴油正時，并將這些時間量轉換成與發動機運行相匹配的隨時間變化的電壓。由于要求的精度高，發動機的工作是高速變化的，因此計算速度非常高。 用輸出電壓來控制噴油器驅動末級。驅動末級應對調節共軌壓力和切斷柱塞供油的電磁閥提供足夠大的功率。此外，執行器還具有控制發動機的另外一些功能（例如EGR調節器、增壓壓力調節器和電動燃油泵繼電器等）和其他輔助功能（例如風扇繼電器、輔助采暖繼電器、預熱繼電器和空調裝置等）。驅動末級具有短路保護和電過載故障保護。這類故障和導線斷開都將反饋給微處理器。噴油器驅動末級的診斷功能還能識別有缺陷的信號變化過程。另外，一些輸出信號經接口傳給車輛的其他系統。為了確保車輛的**運行，ECU還承擔著監控整個噴油系統的任務。 驅動噴油器的電流調節裝置將通電相位分為吸動電流相位和保持電流相位，它必須**工作，使得在任何一個工作范圍內噴油器都能進行可再現的噴油過程。此外，ECU和噴油器中的功率損失必須很小。 ⑵使用條件 對ECU提出了嚴格的要求:環境溫度(在正常行車時為-40℃～+ ⑶結構 ECU裝在一個金屬外殼中，傳感器、執行器和電源經一個多針接插件與ECU連接，直接控制執行器的功率器件安置在ECU外殼內，并確保外殼有很好的散熱性。ECU外殼有密封的，也有不密封的。 ⑷工作狀態的調節 為使發動機在任何工況下都能以**佳的燃燒狀態運行,要由ECU算出所需的噴油量,其間必須考慮各種參數(圖32)。
a. 啟動油量 啟動時,根據冷卻水溫度和轉速算出噴油量。從開關接通（圖32中開關位于位置A）直至發動機達到**低轉速為止，都提供啟動油量。駕駛者的操作對啟動油量不產生影響。 b. 行駛 正常行駛（圖32中開關位于位置B）時，根據加速踏板位置和轉速計算基本噴油量，再根據其它運行參數（如冷卻水溫度、加減速等）予以修正。這些都是根據行駛特性曲線場（脈譜圖）來進行調節的，因此使駕駛者的要求與車輛的效能達到**佳的相互協調。 c. 怠速調節 發動機怠速時，主要是效率和怠速轉速決定了燃油消耗。在道路交通擁擠時，燃油消耗量中相當一部分是用在這種行駛狀態，因此盡量降低怠速轉速是有利的。怠速應這樣來調節：在諸如車用電網負載、空調接通、帶自動變速器和主動助力轉向裝置的汽車掛上擋等條件下，怠速轉速不宜降得太低，以防發動機工作噪聲增大甚至停機。怠速調節器為調節怠速轉速而改變噴油量，直至測得的實際轉速等于預定的怠速額定轉速。而怠速額定轉速和調節特性受到汽車掛的擋位和發動機溫度的影響。除了外部的負載扭矩外，還有內部的摩擦力矩必須由怠速調節予以補償。但是在發動機整個使用期間，它們會不斷發生少量變化，同時受溫度的影響也很大。 d. 運轉平穩性調節 由于機加工誤差和零部件的老化，發動機的所有汽缸并不都產生相同的扭矩，因而特別是在怠速時發動機會產生不穩定運轉。為此，由運轉平穩性調節器測定每次燃燒后的轉速變化，并將它們相互比較，然后根據轉速的差別來調節噴油量，使所有的汽缸都產生相同的扭矩。運轉平穩性調節器僅在低轉速范圍工作。 e. 行車速度調節 行車速度調節器使車輛恒速行駛。它將車速調節到所要求的數值，此值可在儀表盤上操縱鈕設定，將噴油量**或降低，直至測定的實際車速達到調定的額定車速。如果駕駛者在行車速度調節器接通的情況下，踩下離合器或制動踏板，則調節過程終止。踩下加速踏板時，可加速到超過瞬時額定速度。如果又放松加速踏板，則行車速度調節器重新又調節到**終有效的額定速度。 f. 限制油量調節 不允許噴入駕駛者所要求的或物理條件可能的燃油量的原因：有害物質排放量太高；煙度太高；扭矩過大或超速使機械負荷過大；由于冷卻水、機油或渦輪增壓器的溫度太高使熱負荷過大。 限制油量由各種不同的輸入參數如吸入的空氣質量、轉速和冷卻水溫度所決定。 g. 轉速波動阻尼 突然踩下或松開加速踏板時，噴油量急劇變化，因而發動機輸出扭矩也急劇發生變化。由于這種突然的負荷變化，發動機彈性支承和傳動系統產生振動，從而促使發動機轉速波動（圖33）。
主動轉速波動阻尼功能使噴油量隨振動的周期變化而變化：轉速上升時噴油量減少，轉速下降時噴油量增大，從而大大減少了轉速的周期性波動。 h. 停機 柴油機的工作原理是自行壓縮著火，因此只有通過切斷燃油供應才能停機。在柴油機電控裝置中，發動機是由ECU預定“噴油量為零”而停機的，另外還有一系列附加的停機電路。
汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統（六）(圖) 4.執行器 ⑴噴油器 為了使噴油起始點合適和噴油量**,共軌噴油系統使用了帶液壓伺服系統和電磁閥的噴油器（圖34）。噴油過程開始時，以較高的吸動電流控制電磁閥迅速打開。當針閥達到其**大升程使噴油器全開時，控制電流立即降低到較小的保持電流。噴油量由開啟時間和共軌壓力決定。當控制電流終止時，電磁閥即關閉，噴油過程也就結束。
⑵調壓閥 ECU通過調壓閥來控制共軌中的燃油壓力。當調壓閥受控制電流控制時，電磁線圈的電磁力將銜鐵銷壓在密封座面上，調壓閥關閉。此時，高壓端對低壓端是密封的，共軌壓力升高。無控制電流時，電磁線圈無電磁力作用在銜鐵銷上，調壓閥打開，使一部分燃油經集油管流回油箱，共軌壓力降低。通過控制電流的脈寬調制，共軌壓力可作不同的調整。根據脈沖占空比的不同，調壓閥開得大一些或小一些。 ⑶預熱控制器 電熱塞預熱時間控制裝置用于使冷啟動更加順利,并改善與廢氣排放有關的暖機階段。預熱時間取決于冷卻水溫度。在發動機啟動和運轉時，很多因素，例如噴油量和發動機轉速等，都影響預熱階段的長短。預熱時間是通過一個功率繼電器來控制的。 ⑷電-氣轉換器 增壓壓力、渦流和EGR等調節器的閥或活門是借助于真空膜盒或壓力膜盒進行機械操縱的。為此，發動機ECU產生一個電信號，此信號通過電-氣轉換器將超壓或真空切換給上述膜盒執行器。 a. 增壓壓力調節器 乘用車廢氣渦輪增壓柴油機在低轉速時需發出高扭矩，因此渦輪機是針對低廢氣質量流量設計的。當柴油機轉速高而廢氣質量流量較大時，為使增壓壓力不至于過高，需將一部分廢氣繞過渦輪機經一個放氣閥旁通到排氣管中去。增壓壓力調節器（圖35）根據柴油機轉速和噴油量等，通過壓力膜盒來改變放氣閥處的旁通截面積。也可以采用可變幾何截面渦輪（VTG），通過改變廢氣渦輪的進氣角和流道截面來改變增壓壓力。
b. 渦流調節器 渦流調節器用于調節進氣的旋轉運動。渦流絕大多數由螺旋進氣道產生，它有助于燃燒室中燃油與空氣的混合，因此對燃燒質量有重要的影響。通常，在低轉速時產生強渦流，高轉速時產生弱渦流。渦流可借助于渦流調節器（活門或滑閥）在進氣道中進行調節。 c. EGR調節器 采用EGR時，將一部分廢氣在進氣沖程中引入進氣管。在一定程度上，增加汽缸內廢氣的比例對能量轉換起積極作用，從而降低有害物質的排放。視運轉工況的不同，廢氣的比例也不一樣，**高可達40%，甚至更高。 ECU進行調節，需測定新鮮空氣的實際質量，并將它與每個工況點的空氣質量額定值進行比較，根據由此所產生的調節信號，將EGR調節器（閥）打開相應的開度，使適量的廢氣進入進氣道。 ⑸節氣門調節 在帶EGR的增壓柴油機上，需要在進氣管中再循環廢氣入口處前設置一個節氣門。但此節氣門的調節功能與汽油機的完全不同，它僅在低轉速范圍，利用節流作用適當降低此處的壓力，以**EGR率。 5.信息交流 ⑴ECU的通信 共軌噴油系統ECU與車輛上其它電控單元之間的通信是通過CAN總線進行的。經過通信來傳送運行和出錯控制所需的額定值、運行數值和狀態信息。 ⑵噴油量的外部干預 發動機外部因素需干預噴油量時，由另一個系統(如制動防抱系統、防側滑調節系統等)電控單元來告知共軌噴油系統ECU是否需改變發動機的扭矩或改變多少，從而相應改變噴油量。 ⑶電子防盜鎖 為防止車輛被盜,可借助于一個附加的防盜鎖控制器切斷噴油，使發動機無法啟動。而駕駛者可通過遙控裝置向防盜鎖控制器發出他有權用車的信號，于是共軌噴油系統ECU將恢復噴油功能，使駕駛者能夠啟動和駕車行駛。 ⑷空調裝置 在外界環境高溫時，為保持車內適宜溫度，空調裝置可借助制冷壓縮機冷卻車內空氣�？照{所需的功率為發動機功率的1～30%，視發動機和行車狀況而定。若為了充分地利用發動機的**大扭矩，可暫停調節車內溫度，則駕駛者只要迅速地踩下加速踏板（即希望發出**大扭矩），柴油機電控裝置即可短時斷開制冷壓縮機，使發動機能夠發出**大扭矩。 6.集中診斷 ⑴傳感器監控 在監控傳感器時,借助集中診斷來檢查這些傳感器是否得到足夠的管理,它們的信號是否在許可范圍(如溫度在-40～150℃之間)。必要時重要信號設計成雙重的,即在出現故障時,可換接成另一個相似的信號。 ⑵監控模塊 ECU除提供微處理器功能外,還提供監控模塊。ECU與監控模塊互相監督，因此識別出故障時，它們可互為獨立地切斷噴油。 ⑶故障識別 僅在傳感器的監控范圍內才可能識別故障。當某個故障超過了預定的時間時，該信號通路被當作失效，然后此故障包括所處的環境條件（例如冷卻水溫度，轉速等）一起被存在ECU的存儲器內。 ⑷故障處理 當傳感器的容許信號范圍被破壞時,可換接到某個預定值。此方法適用于下列信號：蓄電池電壓；冷卻水、空氣和機油溫度；增壓壓力；大氣壓力和空氣量。 此外，在加速踏板傳感器和制動器的信號合理性被破壞時，就采用加速踏板傳感器代用值。
圖36為電控共軌噴油系統及其各種系統組件簡圖，通過它可較完整地了解整個系統的概貌。（全文完） |
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