共轨柴油机的原理与结构

共轨柴油机的原理与结构

一、为什么需要共轨技术

新技术总是为解决一些实际生活中的实际问题而生的，柴油机的共轨技术的产生，离不开实际问题对研究人员的困扰，所以，我们首先了解一下没有使用共轨电喷系统的柴油机的供油系统有何问题。

在非共轨式燃油系统的柴油机的供油系统中，每个喷油器都连接有一根高压油管和一根回油管，采用高压油泵来提供高压油的压力，在高压油管中不同的位置不同的时间，油压都不相同。这种结构柴油机喷油器喷油的规律在理论上取决于柱塞的运动规律，并且在调速器的协助下自动调整供油提前角，使柴油机工作情况稳定。但是在实际的使用过程中，由于柴油的可压缩性质和高压油管中柴油压力的波动，使得实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有了较大的差异。比如油管内的压力波动有时还会在喷射之后使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器针阀开启的压力，将已经关闭的针阀重新打开，产生二次喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧，于是就会增加烟度和碳氢化合物的含量，造成尾气超标和燃油消耗增大。由于每一次的喷射循环之后高压油管内的残留压力都会发生变化，产生喷油不均匀的信箱，严重时发生间歇性不喷射现象。且这种现象在低速下更容易发生。因为以上的缺陷，所以诞生了电控共轨技术。

二、共轨技术的历史和基本原理

1.柴油机的电控燃油喷射技术的发展历程可以分为三代。

第一代柴油机电控燃油喷射系统被称为位置控制系统，采用电子伺服机构（如线性螺线管、线性直流电机等）代替机械式调速器来控制供油齿杆的位置（直列泵）或控制溢油环的位置（分配泵）实现喷油量的控制，由EUC控制的电液执行机构改变发动机驱动轴与喷油泵凸轮轴之间的相位或控制提前器活塞的移动实施喷油时间的控制。

第二代电控燃油喷射系统被称为时间控制系统，和传统的柱塞泵供油方式相比，它仍然采用传统方式提供高压油，但是在燃油的喷射上，则是由ECU控制的安装在喷油器上的高速电磁阀的动作来控制喷油阀的开启时机、时间，从而更加精确的控制燃油的喷射量和时机。因为采用了高速电磁阀，其控制精度较第一代产品有了较大的提升。

第三代柴油机电控燃油喷射系统，时间-压力控制系统，也称为高压共轨电控燃油喷射系统，它是20世纪90年代中期研制成功的全新的电控燃油喷射系统，打破了传统的喷油泵、分缸燃油供油方式，可以实现喷油压力、时间、喷油量、各种复杂喷油特性的综合控制，比一二代电控燃油喷射系统更加准确优秀！

2.柴油机高压共轨电控燃油喷射技术的基本原理：

如右图一所示，共轨技术是指高压油泵、压力传感器和

ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此之

间完全分开的一种供油方式。由高压油泵把高压燃油输送到

公共供油管，通过对公共油管内压力的精确控制使高压油管内

的油压与发动机的转速之间没有关系，可以大幅度的

减少柴油机供油压力随发动机转速的变化，

因此也就减少了传统柴油机的缺陷。由ECU

控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于公

共供油管压力和电磁阀的开启时间的共同作

用，因此这种电控燃油喷射技术也叫时间-压

力控制系统。其中，燃油供给系统中的压力

波动在高压共轨管中得到了消除，从而使整个系统工作更加稳定。

三、共轨式电控燃油喷射系统的分类

按照喷油高压来源的不同，共轨式电控燃油喷射系统分为两类：

A.高压共轨系统

高压输油泵将燃油输送到高压共轨中，燃油脉动压力变化得以消除，然后再将燃油分配至给各个装有快速电磁阀的喷油阀；当ECU控制系统按照需求发出信号之后，高速电磁阀打开或关闭，从而控制喷油器的工作，即：按设定的要求喷出或者停止喷出高压燃油。

B.中压共轨系统

中压共轨系统采用较小的压力（10-13兆帕）来将燃油输送到共轨管中，在共轨管中将燃油的脉动压力消除后，再通过带有增压柱塞的喷油器将燃油以高速喷出，在高压柱塞的作用下，油压可达120~150兆帕，其喷射时间也是通过ECU发送的指令来控制的，同样，高速电磁阀是其不可或缺的部件。

四、共轨柴油机供油系统结构

在结构上，它主要由电控单元、高压油泵、高压共轨管（蓄压器）、电控喷油器以及各种传感器组成。

A.高压油泵：主要分为柱塞泵和齿轮泵两种，负责将燃油输送到高压共轨管中。

B.高压共轨管：如右图所示，这部分主

要由高压管体、轨压传感器、轨压限

制流量限制阀和高压进油口组成。其

中，高压管体负责将高压油泵输送的

高压油储存在共轨油腔内，维持ECU

设定的共轨压力，向个气缸提供高压

燃料，并在必要的时候打开轨压限制

阀保护系统；轨压限制阀负责保护系

统，在其打开之后轨压会下降到30

兆帕；流量限制阀的作用是处理某一

个气缸的燃油泄漏事故，在气缸泄露

或者喷油器故障导致了燃油喷射量过

多时，该机构将会切断对应气缸的燃

油供应，每一个气缸都对应一个流量

限制阀；轨压传感器的作用是向ECU

提供高压共轨管内燃油的压力信号。

C.电控喷油器：喷油器是整个电控系统

最关键和最核心的部件，它的作用是

在ECU的控制下适时适量的喷射高压

柴油。结构上主要有喷油器体、电磁

阀、柱塞阀组件、喷油嘴针阀组件和

弹簧组成，其组成外形如右图所示。

负责针阀开闭的电磁阀具有极快的动

作速度，其开启时间不超过110±10μs，关闭时间不超过30±5μs。其基本动作过程是这样的：在喷油器的上部，柱塞的阀体上表面有细小回流节油油道，该油道被一小球密封（小球被电磁阀弹簧通过衔铁间接压紧），高压油可以到达柱塞上腔，所以高压油在对柱塞阀体施加压力的同时不会从回流节油道泄露，这样就保证了柱塞对喷油嘴针阀有一