柴油机蓄压式共轨喷油

2、高压蓄压器（轨道）： 为一个高强度铝合金管，用来存储高压油，抑制 压力脉动，保持压力恒定，使喷油计量精确。轨 道上装有：压力限制阀、流量限制阀、轨道压力 传感器等辅助元件。 （1）、压力限制阁—装于通油箱的回油端，是 溢流阀原理，它用弹簧控制锥形阀门，当轨道压 力超过规定值过大时（>140Mpa以上），即打 开回油，防止油压过高。
柴油机蓄压式共轨喷油系统 ECD-CR
山东交通学院
吴际璋
轨者，道也。多个喷油器并联在一个蓄油管 道上喷油，为“共轨喷油”。英文称： Common Rail（共用轨道），简称：CR。 它用于柴油机电子控制系统ECD，称为 “柴油机蓄压式共轨喷油系统”（Diesel Accmulator Fuel-injection System Common Rail）。简称：ECD-CR系统。
2、混合气不均匀、空燃比变化范围极 大—由于以上原因的影响，混合气成分在 燃烧室内分布很不均匀，在油雾喷射区的 油粒多偏浓，其他区油粒少偏稀。 柴油机的标准空燃比为14.5:1，为了完全 燃烧，减少碳烟的产生，空气要过量 10%~40%，空燃比可达16~20。各工 况下一般不进行“进气节流控制”，只改 变喷油量的多少，空燃比将在极大的范围 内变化，造成大负荷工况冒黑烟，怠速工 况过稀而熄火，需加装结构复杂的调速器。
（1）、工作过程—SW-ON后，电动输油泵工作， 其输油压力超过安全阀开启压力50kpa时，低压 油即进入高压泵腔。柴油机起动运转，高压泵的 驱动轴带动偏心轮旋转，柱塞径向往复运动，产 生吸油和压油过程。燃油经进油阀吸入泵腔（该 阀为片状弹簧），又从出油球阀压出，将燃油压 入轨道腔，建立所需的压力，多余的燃油经油压 控制阀和回油管，流回油箱。油泵偏心轮每旋转 一周，供油三次，压力均匀稳定输出，供油量和 供油压力与其转速成正比。少量柴油经过安全阀 的节流孔进入泵的内腔，进行自身的润滑和冷却。
一、共轨控制喷油系统的性能参数表： ECD控制系统的结构型式有多种，如直列 式泵、分配式泵等，都是在传统的基础上 修补改进，而共轨喷油系统完全摆脱了传 统结构，较彻底的溶入先进的电控系列， 成为柴油机发展的新模式。
二、柴油机可燃混合气形成的特点：
1、空间小、时间短—在压缩终了时喷油， 可燃混合气在狭小的燃烧室内形成，其 过程是： 喷油-汽化-混合-燃烧-边喷-边燃。喷油的 持续时间为汽油机的1/20~1/10，只占曲 轴转角的15 ０ ~30 ０ 。而汽油机混合气形 成是从进气持续到压缩终了，占曲轴转 角的360０左右。
（2）、流量限制阀—连接喷油器的管道，也是 一个用弹簧控制的柱塞阀，用来防止在非正常情 况下，喷油器端大量漏泄时，及时关断轨道出油 口。其工作过程如下：
A.喷油器端工作正常时—喷油后管口压力瞬时下 降，柱塞下移，但不关断，腔内燃油排出，使喷 油器端获得补偿油压，压力值恢复。 B.喷油器仃喷时—柱塞又上移回位，燃油从节流 孔流出补偿。 C.喷油器端大量漏油时—压力差使柱塞下移，关 闭管口通道，起保护作用。
喷油器控制柱塞上的关断作用力有两个：一为， 弹簧力F1；二为，控制油腔道压力F2。而喷油开 启力为承压锥面上的油压力P，其喷油和关断是 这三个力的争斗和平衡。其工作过程关系式如下：
（2）、喷油器的工作过程： A、喷油器关闭—控制电磁阀OFF，向上的磁吸 力消失，阀的铁芯受弹簧力的作用下移，推动球阀 关闭泄油孔，控制油腔为轨道压力，F1+F2>P， 控制柱塞下移，锥阀关闭，仃止喷油。
（三）、共轨控制系统的各种传感器： 该系统的大部分传感器，结构和工作原理及检 测方法与汽油机电控喷射系统类同，故从略讲述： 1、曲轴转速和转角传感器SP和曲轴位置传感器 NE—为磁电式传感器，产生交变电压信号，用 来决定曲轴的转速、转角和曲轴的位置及各缸活 塞的位置。曲轴上的触发齿圈为60个齿，一个齿 的对应角度为：360０/60=6０，齿轮上有一个缺 两个齿的缺口，为一缸上止点信号TDC的位置， 产生不同于转角的NE信号。着火间隔为=720０/ 缸数。四缸机为180０，对应转过30个齿即应按 工作顺序喷油着火。
3、边喷、边燃、成分不断变化—不仅有空间方 面的变化，也有时间方面的变化。在空间方面， 浓区缺氧产生碳烟；稀区产生Nox。在时间方 面，燃烧的前期氧多、油少，不易着火，延长了 “备燃期”，造成压力升率（△P/△φ）加大， 振嗓感加大（Diesel敲击）。燃烧的后期氧少、 废气多，燃烧条件恶化，排气冒黑烟。 可见，柴油机动力性、经济性、净化性和振噪感 的好坏，决定于：喷油压力、喷油时刻、喷油质 量、喷油规律、空气量的多少、涡流的好坏等多 方面因素。其中的“喷油时刻和喷油规律”与 “燃烧过程”精确的匹配问题，只有ECD-CR 系统才能解决，“共轨控制”系统就应而生。
5、共轨控制实际喷油量的获得： 电脑ECU根据各种传感器的反馈信号，用开环 控制和闭环控制相结合的方式，对际喷油量的获
6、共轨喷油系统传感器信号和执行元件的内容： 有十四个传感器信号，通过电脑ECU处理后， 指令十一个执行控制系统，进行随机控制。
四、BOSCH式共轨喷油系统的结构组成：
3、喷油器— 利用电脑 ECU控制喷 油时刻和喷油 量的多少。它 由：喷油嘴、 电磁阀、液压 增益伺服系统 组成，是“间 接继动伺服控 制”的工作原 理。
（1）、共轨控制的喷油器工作原理—传统的喷 油器是靠油压控制喷油，由调压弹簧关断喷油嘴。 高压共轨喷油嘴的关断，不能单纯依靠调压弹簧， 还须依靠油压共同关断喷油嘴，电磁阀的磁吸力 不可能直接吸动控制柱塞开启喷油，必须利用液 压继动伺服控制。 此即谓“间接继动伺服控制原理”。
三、ECD-CR系统机理特点： 1、提高喷油压力是排气净化的最佳手段— 直接喷射的柴油机，燃烧室紧凑、热损失 小、热效率高。它只有提高喷油压力（达 140Mpa），才能使燃油分布均匀，加速 油气混合的速度，改善燃烧条件，微粒碳 烟的生成量才能减少。 2、用电脑精确控制喷油规律，是提高动力 性、经济性、净化性和减小振噪感的最佳 手段—所谓“喷油规律”，它包括了：喷 油时刻的早晚、喷油量的多少及喷油率的 好坏。
（2）、泵组仃油阀—高压泵是大流量输出泵， 在怠速和小负荷工况时，高压油会过量，过量油 将不断流回油箱，加大了柴油机的功率损失。为 此，高压泵有一泵组装有停油电磁阀，ECU根 据工况信号（转速和加速踏板信号），使仃油电 磁阀通电，其推杆即推闭进油阀，仃止泵油而卸 载空转，只有其他两个泵组工作。当进入大负荷 工况时，又自动断电，恢复泵油。
（3）、轨道压力传感器—为半导体压敏 应变电阻型的桥式电路，感受到油压变量 值后，放大处理后，输出O.5v~4.5v的随 动电压。它随机检测轨道中的瞬时油压力， 将变量压力信号反馈绐ECU。ECU据此 信号，发令使高压泵的油压控制阀投入调 压工作，进行恒压控制。 （说明：其结构与原理，与汽油机压力传 感器MAP类同，故从略）
（3）、油压控制阀（PWM阀）___高压泵输出 管道上并装有电磁式油压控制阀，球阀的推杆右 侧有吸力盘，作用于球阀上有两个力：一为，弹 簧力；二为，线圈的磁吸力，它与高压腔的油压 力相互争斗平衡。关系式为：弹簧力+磁吸力> 轨道油压力—球阀关闭，不回油；反之则开启， 回油。其工作过程如下：
A.如果轨道油压超过规定值（140Mpa）， ECU根据轨道压力传感器的反馈信号，使油压控 制阀断电退磁而开启，泄掉部分燃油而降压。 B.如果轨道压力低于规定值，油压控制阀即通电 生磁而关闭，因而升压。 C.油压控制电磁阀是用占空比方式控制其开闭， 不断调节，保持恒定的轨道压力，防止油压的波 动，以便精确的控制喷油量。所以，又称：PWM 阀。 D.压力波动来自两个方面：一为，变容式输油泵 的脉动供油；二为，喷油器喷油时泄油产生的压 力脉动。
喷油率是一个喷油周期，始点到终点间油量 的变化情况。最好是按“先少、后多”分段 喷油的规律变化。 即：先预喷-再主喷-又补喷（补喷是为了净 化，减少Nox生成量），分三个过程进行。 这样，才能和柴油机的燃烧规律一致（即： 备燃期、速燃期、缓燃期、后燃期），相辅 相成的配合，获得最佳燃烧状态。
3、压力的产生与喷油过程分离，可以准确 的控制循环供油量（△g）___传统的柱塞泵 压力的产生和喷油分不开，相互影响，其 供油始点与喷油始点相差8０ ，是“管胀油 缩”造成的，仃喷后又“管缩油胀”，造 成滴油。其速度特性是：循环供油量（△g） 随转速的加大而加大，这是因柱塞副的漏 泄和回油孔的节流作用的加大，出现的恶 果。因而，需加装出油阀和调速器，复杂 了结构内容，加大了故障率（如下图所 示）。
是由：低压油路、高压油路、各种传感器、电 脑ECU、各种执行元件等，由五个部分组成。 （一）、低压油路—油箱、输油泵、滤油器、输 油管。 1、油箱—由抗磨蚀的尼龙材料制成，带阀的 油箱盖，在任何条件下保持箱内压力略高于大气 压力30kpa，以便正常输油。 2、输油泵—为永磁直流电机驱动，偏心转子 变容滚子式输油泵，将燃油输入高压泵中，输油 压力为250kpa，最大供油流量为180L/h。用定 时电路控制，SW-ON，自动供油9s，不起动即自 动断电。它和液位指示器并装于油箱中（工作原 理同汽油机电动油泵）。
图六 柴油机蓄压式共轨喷油系统ECD-CR （BOSCH）
（二）、高压油路—高压泵、高压蓄压器（轨 道）、轨道压力传感器、压力限制阀、流量限制 阀、喷油器。 1、高压泵：为三腔径向 柱塞油泵，快速的向蓄压器稳定供油，保持轨道 油压为140Mpa。喷油时燃油不再压缩，保持恒 压喷油。它用齿轮、链条或齿形皮带驱动，转速 为发动机的1/2，最高达3000r/min，供油间隔 为120０，供油压力较稳定。
3、滤油器—为纸质袋式滤芯， 滤去杂质和水份，防止相关机 件磨蚀和卡死。柴油含水份量 较高，因温度的变化，会产生 冷凝水，常因结冰而堵塞油 道，，水份还能生成硫化物腐 蚀喷油器机件。为此，在外壳 下方设有集水腔和放水开关， 应定期放出集水。有的还装有 水含量自动报警灯开关，及时 灯亮提醒司机。 （说明—此部分结构图与汽油 机类同，故略）。