柴油机电控共轨系统

浅谈柴油机电控共轨系统的进展

摘要：本文介绍柴油机电控高压共轨喷射系统的原理和结构，对当前典型的高压共轨喷射系统进行了介绍和分析，总结各种系统的最新进展。最后提出未来的研究目标和发展趋势。关键词：柴油机高压共轨喷射系统发展

Briefly Discuss the Progress of the Electronically Controlled Common Rail System of the Diesel Engine

Abstract：This article describes the principle and structure of the electronically controlled high pressure common-rail injection system of the diesel Engine. And typical of current high-pressure common-rail injection system was introduced and analyzed. Summarize the latest progress of the various systems. In the end, the future research objectives and trends are raised.

Key words：Diesel Engine High Pressure Common-rail Injection System Development

目前以柴油机为动力的动力机械以其显著的经济性和动力性广泛应用于各行业，但其缺陷也引起了人们的关注，随着对柴油机低油耗、高功率及降低排放、噪声、排烟等方面日渐强烈的要求，如何解决这些难题已成为制约以柴油机为动力的动力机械发展的主要因素，柴油机高压共轨喷射系统（图１），正是顺应以上需求而出现的。

图1 柴油机高压共轨喷射系统

柴油机电控共轨喷射系统是由意大利菲亚特公司在20世纪80年代设计的。后来该公司将该技术的生产特许权卖给德国Bosch公司，Bosh公司则又花了三年时间进行生产准备。到20世纪90年代中后期，柴油机电控共轨喷射系统正式进入了实用化阶段，越来越多的汽车生产厂商开始应用共轨喷射系统。实践证明，运用该系统，不仅可以满足日益严格的排放、噪声法规，而且还可以降低燃油消耗。因此，柴油机共轨喷射技术对于缓和世界能源危机，保护生态环境具有重大的战略意义和现实意义。柴油机共轨喷射技术也因此被公认为内燃机行业20世纪三大突破之一[1]。

1.柴油机高压共轨喷射系统结构和原理

如图2所示，高压共轨喷油系统主要由高压油泵，带调压阀的共轨油管，带电磁阀的喷

油器、电控单元、ECU和各种传感器组成，共轨油管油压由高压油泵，压力传感器和ECU 组成的闭环来调节。

图2 高压共轨喷射系统的结构

电控高压共轨燃油喷射系统采用公共控制油道——共轨油管把高压油泵输出的燃油积蓄起来，通过各高压油管输送到每个喷油器上，喷射过程由电控单元ECU操作执行器完成[2]。由于这种系统采用压力—时间式燃油计量原理，因此又称为压力—时间控制式电控燃油喷射系统。

2.柴油机共轨喷油系统的优点

2.1柴油机电控共轨系统的自身优点

⑴自由调节喷油压力(共轨压力)。利用压力传感器测量轨内的燃油压力，从而调整供油泵的供油量控制共轨压力；

⑵自由调节喷油量。以发动机的转速及油门开度信息等为基础，由计算机计算出最佳喷油量通过控制喷油器电磁阀的通电，断电时刻直接控制喷油参数；

⑶自由调节喷油率形状。根据发动机用途的需要，设置并控制喷油率形状：预喷射、后喷射、多段喷射等；

⑷自由调节喷油时间。根据发动机的转速和负荷等参数[3]，计算出最佳喷油时间，并控制以适当的时刻开启和关闭等，从而准确控制喷油时间。在电控共轨系统中，由各种传感器——发动机转速传感器、油门开度传感器，温度传感器等——实时检测出发动机的实际运行状态，由微型计算机根据预先设计的计算程序进行计算后，定出适合于该运行状态的喷油量、喷油时间、喷油率等参数，使发动机始终都能在最佳状态下工作。

2.2电控共轨系统与发动机匹配时所显示的优点

⑴广阔的应用领域，用于轿车和轻型载货车，每缸功率可达30KW用于重型载货车以及机车和船舶用柴油机，每缸功率约可达200KW左右；

⑵更高的喷油压力，目前可达180MPa不久将超过200Mpa；

⑶喷油始点、喷油终点可以方便地改变；

⑷可以实现预喷射、主喷射和后喷射，可以根据排放等要求实现5～7次的多段喷射；

⑸喷油压力与实际使用工况相适应。喷油压力的建立与燃油喷射之间无相互依存关系，共轨管中，始终充满喷射用的具有一定压力的燃油。喷油量由计算机通过计算决定，受到其他制约条件很少；

⑹喷油正时和喷油压力在ECU中由存储的特性曲线谱（MAP）算出，然后，电磁阀控制装在每个发动机气缸上的喷油器（喷油单元）予以实现。

3.当前几种主要的高压共轨喷射系统介绍和分析

目前，国内外很多内燃机方面的专家学者都在研究开发柴油机电控高压共轨喷射系统德国Bosch公司、意大利菲亚特公司、英国LUCAS日本电装公司、美国德尔福公司、德国Siemens公司等都相继开发了高压共轨系统，下面就部分公司的电控高压共轨喷射系统进行介绍和分析。

3.1德国Bosch公司的高压共轨系统

到目前为止Bosh公司总共规划和设计了４代高压共轨系统。图3为Bosh公司的高压共轨喷射系统。第一代已经于1997年批量投放市场，喷射压力达135MPa主要应用于轿车。第二代2000年开始量产，最大系统压力为160Mpa，并开始使用具有油量调节功能的高压泵，经改进的电磁阀喷油器喷射循环由预喷射、主喷射和多级喷射等多次喷射组成，主要适用于功率在55KW/L以下的发动机采用降噪新技术。

图3 Bosh公司的高压共轨喷射系统

2003年5月，Bosh公司开始生产创新的压电直列技术的第三代共轨系统。前两代的共轨系统Bosh公司主要重视提高喷油压力，而第三代共轨系统的重心转移到系统的技术复杂度和精密度上其压力暂时保持在160Mpa，第三代共轨系统的特殊之处在于它采用了一个快