高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)構(gòu)造及工作原理

高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)構(gòu)造及工作原理

柴油機(jī)共軌電控柴油噴射系統(tǒng)部件構(gòu)造 4\

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w主要由電控單元、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油

輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。

3.1.1 高壓油泵 @ L*[~

高壓油泵的供油量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須保證在任何情況下的柴油機(jī)的噴油量與控制油量之和的需求以及起動(dòng)和加速時(shí)的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產(chǎn)生于燃油噴射過(guò)程無(wú)關(guān)，且噴油正時(shí)也不由高壓油泵的凸輪來(lái)保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應(yīng)力最小和最耐磨的設(shè)計(jì)原則來(lái)設(shè)計(jì)凸輪。

Bosch 公司采用由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的三缸徑向柱塞泵來(lái)產(chǎn)生高達(dá) 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個(gè)壓油單元中采用了多個(gè)壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的1/9 ，負(fù)荷也比較均勻，降低了運(yùn)行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過(guò)對(duì)共軌腔中燃油的放泄來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關(guān)閉三缸徑向柱塞泵中的一個(gè)壓油單元使供油量減少。

日電裝公司采用了一個(gè)三作用凸輪的直列泵來(lái)產(chǎn)生高壓。該高壓油泵對(duì)油量的控制采用了控制低壓燃油有效進(jìn)油量的方法。

工作過(guò)程： _7[)W(g/R&e.H-G u

（1）柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經(jīng)控制閥流入柱塞腔；質(zhì)量SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA6gW D0d|%^w/P(_

六西格瑪品質(zhì)論壇o 9W（2）柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經(jīng)控制閥流回低壓腔；

（3）在達(dá)到供油量定時(shí)時(shí)，控制閥通電，使之關(guān)閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經(jīng)出油閥進(jìn)入高壓油軌。利用控制閥關(guān)閉時(shí)間的不同，控制進(jìn)入高壓油軌的油量的多少，從而達(dá)到控制高壓油軌壓力的目的；六西格瑪品質(zhì)論壇d7T!Ys&N

（4）凸輪經(jīng)過(guò)最大升程后，柱塞進(jìn)入下降行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低，出油閥關(guān)閉，停止供油，這時(shí)控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進(jìn)入柱塞腔進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

該方法使高壓油泵不產(chǎn)生額外的功率消耗，但需要確定控制脈沖的寬度和控制脈沖與高壓油泵凸輪的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。

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3.1.2 共軌管

共軌管將供油泵提供的高壓燃油分配到各噴油器中，起蓄壓器的作用， ECD-U2 系統(tǒng)的供軌管如圖2-10所示。它的容積應(yīng)削減高壓油泵的供油壓力波動(dòng)和每個(gè)噴油器由噴油過(guò)程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動(dòng)控制在 5Mpa 之下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應(yīng)速度以快速跟蹤柴油機(jī)工況的變化。 ECD-U2 系統(tǒng)的高壓泵的最大循環(huán)供油量為 600mm3 ，共軌管容積為 94000mm3 。

質(zhì)量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA

E%Rj#Q*s*B)b"C

高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器、液流緩沖器（限流器）和壓力限制器。壓力傳感器向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號(hào)；液流緩沖器（限流器）保證在噴油器出現(xiàn)燃油漏泄故障時(shí)切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動(dòng)；壓力限制器保證高壓油軌在出現(xiàn)壓力異常時(shí)，迅速將高壓油軌中的壓力進(jìn)行放泄。

從上述分析可見，精確設(shè)計(jì)高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機(jī)是并不容易的。 7D

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六西格瑪品質(zhì)論壇/i8?+?9k3.1.3 電控噴油器

電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的部件噴油器根據(jù) ECU 傳送的電子控制信號(hào)，將共軌內(nèi)的高壓燃油以最佳的噴油定時(shí)、噴油量、噴油率和噴霧狀態(tài)噴入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中。噴油

器的外觀和結(jié)構(gòu)示意如圖 2-5 所示，其主要零件是噴油嘴、控制噴油率的量孔、油壓活塞和三

通電磁閥。系統(tǒng)的噴油過(guò)程控制是通過(guò)三通閥 TWV 對(duì)噴油器控制腔中油壓的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

三通閥結(jié)構(gòu)及工作原理如圖 2-6 所示，主要由內(nèi)閥、外閥和閥體組成。閥的開啟和關(guān)閉響應(yīng)很

快（0.4ms 以下）。三個(gè)部件相互間配合度很高，同時(shí)分別形成座面A、B。外閥為電磁閥，作

垂直運(yùn)動(dòng)，隨著外閥運(yùn)動(dòng)，座面 A、B 交替關(guān)閉，三個(gè)油孔 1、2、3雙雙交替接通。噴油定時(shí)

由 TWV的通電時(shí)刻決定，噴油量由噴油壓力和 TWV 的通電持續(xù)時(shí)間共同確定。當(dāng)三通閥未通

電時(shí)，外閥在彈簧力作用下壓向下方，其閥座關(guān)閉，切斷回油通道；內(nèi)閥受到共軌壓力作用而向

上移動(dòng)，內(nèi)閥閥座開啟，共軌管內(nèi)高壓油經(jīng)內(nèi)閥閥座進(jìn)入控制腔施加在針閥尾部，關(guān)閉噴嘴。當(dāng)

三通閥通電被激勵(lì)時(shí)，外閥在電磁力作用下克服彈簧力向上運(yùn)動(dòng)直到內(nèi)閥閥座關(guān)閉，外閥閥座開

啟，控制腔和回油通道接通，控制腔中的高壓燃油經(jīng)單向節(jié)流孔緩慢流出，與液壓活塞聯(lián)鎖的噴

嘴針閥緩慢抬起，產(chǎn)生噴油率逐步增大的 ? 形噴射。噴嘴針閥達(dá)到全升程時(shí)噴油率最大。供油

結(jié)束時(shí)切斷三通閥電流，外閥再度下行，關(guān)閉回油道；內(nèi)閥開啟，共軌油壓迅速加到液壓活塞上

方（此時(shí)單向節(jié)流孔不起阻尼作用），由于液壓活塞面積比針閥面積大得多，因此噴油結(jié)束時(shí)很

大的液壓作用會(huì)使針閥急速落座，實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)程的快速切斷。可見，? 形噴油率是利用設(shè)在三通

閥和液壓活塞之間的單向節(jié)流孔阻尼控制腔中的壓力下降過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單向節(jié)流孔僅在釋放控

制腔壓力時(shí)才具有節(jié)流作用，而加壓過(guò)程不起阻尼作用

高壓油管mY!be!\Z3PC [:K

高壓油管是連接共軌管和電控噴油器的通道，它應(yīng)有足夠的燃油流量減小燃油流動(dòng)時(shí)的壓降，并使高壓管路系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)較小，能承受高壓燃油的沖擊作用，且起動(dòng)時(shí)共軌中的壓力能很快建立。各缸高壓油管的長(zhǎng)度應(yīng)盡量相等，使柴油機(jī)每一個(gè)噴油器有相同的噴油壓力，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)各缸之間噴油量的偏差。各高壓油管應(yīng)盡可能短，使從共軌到噴油嘴的壓力損失最小。 c.P:W;tm

3.1.4 傳感器 A.~

在共軌噴射系統(tǒng)中，除了測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的傳感器（如空氣流量傳感器、增壓壓力傳感器、水溫傳感器、燃油溫度傳感器、油門開度傳感器等）外，還須安裝壓力傳感器來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量共軌管內(nèi)的壓力。一般要求共軌壓力傳感器的測(cè)量范圍是20-180 MPa,測(cè)量精度要求達(dá)到士2%-3%，而且還應(yīng)在各種運(yùn)行工況下都能有很高的可靠性。

3.1.5 軟件和電控回路

軟件技術(shù)包括軟件開發(fā)過(guò)程，軟件開發(fā)方法，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法等。在軟件的開發(fā)方面，最初是先檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和油門開度，然后輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，形成所謂的數(shù)據(jù)MAP，再?gòu)臄?shù)據(jù)MAP中計(jì)算目標(biāo)噴油量，向伺服回路發(fā)出指令進(jìn)行控制。

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高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)構(gòu)造及工作原理

柴油機(jī)共軌電控柴油噴射系統(tǒng)部件構(gòu)造

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主要由電控單元、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。

3.1.1 高壓油泵 @ L*[~

高壓油泵的供油量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須保證在任何情況下的柴油機(jī)的噴油量與控制油量之和的需求以及起動(dòng)和加速時(shí)的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產(chǎn)生于燃油噴射過(guò)程無(wú)關(guān)，且噴油正時(shí)也不由高壓油泵的凸輪來(lái)保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應(yīng)力最小和最耐磨的設(shè)計(jì)原則來(lái)設(shè)計(jì)凸輪。

Bosch 公司采用由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的三缸徑向柱塞泵來(lái)產(chǎn)生高達(dá) 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個(gè)壓油單元中采用了多個(gè)壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的1/9 ，負(fù)荷也比較均勻，降低了運(yùn)行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過(guò)對(duì)共軌腔中燃油的放泄來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關(guān)閉三缸徑向柱塞泵中的一個(gè)壓油單元使供油量減少。

日電裝公司采用了一個(gè)三作用凸輪的直列泵來(lái)產(chǎn)生高壓。該高壓油泵對(duì)油量的控制采用了控制低

壓燃油有效進(jìn)油量的方法。

工作過(guò)程： _7[)W(g/R&e.H-G u

（1）柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經(jīng)控制閥流入柱塞腔；質(zhì)量SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA6gW D0d|%^w/P(_

六西格瑪品質(zhì)論壇o 9W（2）柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經(jīng)控制閥流回低壓腔；

（3）在達(dá)到供油量定時(shí)時(shí)，控制閥通電，使之關(guān)閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經(jīng)出油閥進(jìn)入高壓油軌。利用控制閥關(guān)閉時(shí)間的不同，控制進(jìn)入高壓油軌的油量的多少，從而達(dá)到控制高壓油軌壓力的目的；六西格瑪品質(zhì)論壇d7T!Ys&N

（4）凸輪經(jīng)過(guò)最大升程后，柱塞進(jìn)入下降行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低，出油閥關(guān)閉，停止供油，這時(shí)控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進(jìn)入柱塞腔進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

該方法使高壓油泵不產(chǎn)生額外的功率消耗，但需要確定控制脈沖的寬度和控制脈沖與高壓油泵凸輪的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。

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3.1.2 共軌管

共軌管將供油泵提供的高壓燃油分配到各噴油器中，起蓄壓器的作用， ECD-U2 系統(tǒng)的供軌管如圖2-10所示。它的容積應(yīng)削減高壓油泵的供油壓力波動(dòng)和每個(gè)噴油器由噴油過(guò)程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動(dòng)控制在 5Mpa 之下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應(yīng)速度以快速跟蹤柴油機(jī)工況的變化。 ECD-U2 系統(tǒng)的高壓泵的最大循環(huán)供油量為 600mm3 ，共軌管容積為 94000mm3 。

質(zhì)量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA

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高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器、液流緩沖器（限流器）和壓力限制器。壓力傳感器向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號(hào)；液流緩沖器（限流器）保證在噴油器出現(xiàn)燃油漏泄故障時(shí)切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動(dòng)；壓力限制器保證高壓油軌在出現(xiàn)壓力異常時(shí)，迅速將高壓油軌中的壓力進(jìn)行放泄。

從上述分析可見，精確設(shè)計(jì)高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機(jī)是并不容易的。 7D

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六西格瑪品質(zhì)論壇/i8?+?9k3.1.3 電控噴油器

電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的部件噴油器根據(jù) ECU 傳送的電子控制信號(hào)，將共軌內(nèi)的高壓燃油以最佳的噴油定時(shí)、噴油量、噴油率和噴霧狀態(tài)噴入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中。噴油

器的外觀和結(jié)構(gòu)示意如圖 2-5 所示，其主要零件是噴油嘴、控制噴油率的量孔、油壓活塞和三

通電磁閥。系統(tǒng)的噴油過(guò)程控制是通過(guò)三通閥 TWV 對(duì)噴油器控制腔中油壓的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

三通閥結(jié)構(gòu)及工作原理如圖 2-6 所示，主要由內(nèi)閥、外閥和閥體組成。閥的開啟和關(guān)閉響應(yīng)很

快（0.4ms 以下）。三個(gè)部件相互間配合度很高，同時(shí)分別形成座面A、B。外閥為電磁閥，作

垂直運(yùn)動(dòng)，隨著外閥運(yùn)動(dòng)，座面 A、B 交替關(guān)閉，三個(gè)油孔 1、2、3雙雙交替接通。噴油定時(shí)

由 TWV的通電時(shí)刻決定，噴油量由噴油壓力和 TWV 的通電持續(xù)時(shí)間共同確定。當(dāng)三通閥未通

電時(shí)，外閥在彈簧力作用下壓向下方，其閥座關(guān)閉，切斷回油通道；內(nèi)閥受到共軌壓力作用而向

上移動(dòng)，內(nèi)閥閥座開啟，共軌管內(nèi)高壓油經(jīng)內(nèi)閥閥座進(jìn)入控制腔施加在針閥尾部，關(guān)閉噴嘴。當(dāng)

三通閥通電被激勵(lì)時(shí)，外閥在電磁力作用下克服彈簧力向上運(yùn)動(dòng)直到內(nèi)閥閥座關(guān)閉，外閥閥座開

啟，控制腔和回油通道接通，控制腔中的高壓燃油經(jīng)單向節(jié)流孔緩慢流出，與液壓活塞聯(lián)鎖的噴

嘴針閥緩慢抬起，產(chǎn)生噴油率逐步增大的 ? 形噴射。噴嘴針閥達(dá)到全升程時(shí)噴油率最大。供油

結(jié)束時(shí)切斷三通閥電流，外閥再度下行，關(guān)閉回油道；內(nèi)閥開啟，共軌油壓迅速加到液壓活塞上

方（此時(shí)單向節(jié)流孔不起阻尼作用），由于液壓活塞面積比針閥面積大得多，因此噴油結(jié)束時(shí)很

大的液壓作用會(huì)使針閥急速落座，實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)程的快速切斷。可見，? 形噴油率是利用設(shè)在三通

閥和液壓活塞之間的單向節(jié)流孔阻尼控制腔中的壓力下降過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單向節(jié)流孔僅在釋放控

制腔壓力時(shí)才具有節(jié)流作用，而加壓過(guò)程不起阻尼作用

高壓油管mY!be!\Z3PC [:K

高壓油管是連接共軌管和電控噴油器的通道，它應(yīng)有足夠的燃油流量減小燃油流動(dòng)時(shí)的壓降，并使高壓管路系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)較小，能承受高壓燃油的沖擊作用，且起動(dòng)時(shí)共軌中的壓力能很快建立。各缸高壓油管的長(zhǎng)度應(yīng)盡量相等，使柴油機(jī)每一個(gè)噴油器有相同的噴油壓力，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)各缸之間噴油量的偏差。各高壓油管應(yīng)盡可能短，使從共軌到噴油嘴的壓力損失最小。 c.P:W;tm

3.1.4 傳感器 A.~

在共軌噴射系統(tǒng)中，除了測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的傳感器（如空氣流量傳感器、增壓壓力傳感器、水溫傳感器、燃油溫度傳感器、油門開度傳感器等）外，還須安裝壓力傳感器來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量共軌管內(nèi)的壓力。一般要求共軌壓力傳感器的測(cè)量范圍是20-180 MPa,測(cè)量精度要求達(dá)到士2%-3%，而且還應(yīng)在各種運(yùn)行工況下都能有很高的可靠性。

3.1.5 軟件和電控回路

軟件技術(shù)包括軟件開發(fā)過(guò)程，軟件開發(fā)方法，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法等。在軟件的開發(fā)方面，最初是先檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和油門開度，然后輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，形成所謂的數(shù)據(jù)MAP，再?gòu)臄?shù)據(jù)MAP中計(jì)算目標(biāo)噴油量，向伺服回路發(fā)出指令進(jìn)行控制。

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高壓共軌燃油系統(tǒng)主要部件介紹

一、前言 共軌式噴油系統(tǒng)于二十世紀(jì) 90 年代中后期才正式進(jìn)入實(shí)用化階段。這類電控系統(tǒng)可分為：蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。高壓共軌系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，其優(yōu)點(diǎn)有： a. 共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)，對(duì)不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能。 b. 可獨(dú)立地柔性控制噴油正時(shí)，配合高的噴射壓力（ 120MPa~200MPa ），可同時(shí)控制 NOx 和微粒（ PM ）在較小的數(shù)值內(nèi)，以滿足排放要求。 c. 柔性控制噴油速率變化，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，既可降低柴油機(jī)

NOx ，又能保證優(yōu)良的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 d. 由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動(dòng)小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機(jī)的振動(dòng)和降低排放。 由于高壓共軌系統(tǒng)具有以上的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外柴油機(jī)的研究機(jī)構(gòu)均投入了很大的精力對(duì)其進(jìn)行研究。比較成熟的系統(tǒng)有：德國(guó) ROBERT BOSCH 公司的 CR 系統(tǒng)、日本電裝公司的 ECD-U2 系統(tǒng)、意大利的 FIAT 集團(tuán)的 unijet 系統(tǒng)、英國(guó)的 DELPHI DIESEL SYSTEMS 公司的 LDCR 系統(tǒng)等。

二、高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要部件介紹 圖 1 為高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成圖。它主要由電控單元、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。

1 、

高壓油泵 高壓油泵的供油量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須保證在任何情況下的柴油機(jī)的噴油量與控制油量之和的需求以及起動(dòng)和加速時(shí)的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產(chǎn)生于燃油噴射過(guò)程無(wú)關(guān)，且噴油正時(shí)也不由高壓油泵的凸輪來(lái)保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應(yīng)力最小和最耐磨的設(shè)計(jì)原則來(lái)設(shè)計(jì)凸輪。 bosch 公司采用由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的三缸徑向柱塞泵來(lái)產(chǎn)生高達(dá) 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個(gè)壓油單元中采用了多個(gè)壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的 1/9 ，負(fù)荷也比較均勻，降低了運(yùn)行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過(guò)對(duì)共軌腔中燃油的放泄來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關(guān)閉三缸徑向柱塞泵中的一個(gè)壓油單元使供油量減少。 日電裝公司采用了一個(gè)三作用凸輪的直列泵來(lái)產(chǎn)生高壓，如圖 2 所示。該高壓油泵對(duì)油量的控制采用了控制低壓燃油有效進(jìn)油量的方法，其

基本原理如圖 3 所示。

a 柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經(jīng)控制閥流入柱塞腔； b 柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經(jīng)控制閥流回低壓腔； c 在達(dá)到供油量定時(shí)時(shí)，控制閥通電，使之關(guān)閉，回流油

路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經(jīng)出油閥進(jìn)入高壓油軌。利用控制閥關(guān)閉時(shí)間的不同，控制進(jìn)入高壓油軌的油量的多少，從而達(dá)到控制高壓油軌壓力的目的； d 凸輪經(jīng)過(guò)最大升程后，柱塞進(jìn)入下降行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低，出油閥關(guān)閉，停止供油，這時(shí)控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進(jìn)入柱塞腔進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 該方法使高壓油泵不產(chǎn)生額外的功率消耗，但需要確定控制脈沖的寬度和控制脈沖與高壓油泵凸輪的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。

高壓共軌燃油系統(tǒng)主要部件介紹

一、前言

共軌式噴油系統(tǒng)于二十世紀(jì) 90 年代中后期才正式進(jìn)入實(shí)用化階段。這類電控系統(tǒng)可分為：蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。高壓共軌系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，其優(yōu)點(diǎn)有：

a. 共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)，對(duì)不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能。

b. 可獨(dú)立地柔性控制噴油正時(shí)，配合高的噴射壓力（ 120MPa~200MPa ），可同時(shí)控制 NOx 和微粒（ PM ）在較小的數(shù)值內(nèi)，以滿足排放要求。

c. 柔性控制噴油速率變化，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，既可降低柴油機(jī) NOx ，又能保證優(yōu)良的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

d. 由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動(dòng)小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機(jī)的振動(dòng)和降低排放。

由于高壓共軌系統(tǒng)具有以上的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外柴油機(jī)的研究機(jī)構(gòu)均投入了很大的精力對(duì)其進(jìn)行研究。比較成熟的系統(tǒng)有：德國(guó) ROBERT BOSCH 公司的 CR 系統(tǒng)、日本電裝公司的 ECD-U2 系統(tǒng)、意大利的 FIAT 集團(tuán)的 unijet 系統(tǒng)、英國(guó)的 DELPHI DIESEL SYSTEMS 公司的 LDCR 系統(tǒng)等。

二、高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要部件介紹

圖 1 為高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成圖。它主要由電控單元、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。

1 、高壓油泵

高壓油泵的供油量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須保證在任何情況下的柴油機(jī)的噴油量與控制油量之和的需求以及起動(dòng)和加速時(shí)的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產(chǎn)生于燃油噴射過(guò)程無(wú)關(guān)，且噴油正時(shí)也不由高壓油泵的凸輪來(lái)保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應(yīng)力最小和最耐磨的設(shè)計(jì)原則來(lái)設(shè)計(jì)凸輪。

bosch 公司采用由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的三缸徑向柱塞泵來(lái)產(chǎn)生高達(dá) 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個(gè)壓油單元中采用了多個(gè)壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的 1/9 ，負(fù)荷也比較均勻，降低了運(yùn)行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過(guò)對(duì)共軌腔中燃油的放泄來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關(guān)閉三缸徑向柱塞泵中的一個(gè)壓油單元使供油量減少。

日電裝公司采用了一個(gè)三作用凸輪的直列泵來(lái)產(chǎn)生高壓，如圖 2 所示。該高壓油泵對(duì)油量的控制采用了控制低壓燃油有效進(jìn)油量的方法，其基本原理如圖 3 所示。

a 柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經(jīng)控制閥流入柱塞腔；

b 柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經(jīng)控制閥流回低壓腔；

c 在達(dá)到供油量定時(shí)時(shí)，控制閥通電，使之關(guān)閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經(jīng)出油閥進(jìn)入高壓油軌。利用控制閥關(guān)閉時(shí)間的不同，控制進(jìn)入高壓油軌的油量的多少，從而達(dá)到控制高壓油軌壓力的目的；

d 凸輪經(jīng)過(guò)最大升程后，柱塞進(jìn)入下降行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低，出油閥關(guān)閉，停止供油，這時(shí)控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進(jìn)入柱塞腔進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

該方法使高壓油泵不產(chǎn)生額外的功率消耗，但需要確定控制脈沖的寬度和控制脈沖與高壓油泵凸輪的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。

2 、共軌管

共軌管將供油泵提供的高壓燃油分配到各噴油器中，起蓄壓器的作用， ECD-U2 系統(tǒng)的供軌管如圖 4 所示。它的容積應(yīng)削減高壓油泵的供油壓力波動(dòng)和每個(gè)噴油器由噴油過(guò)程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動(dòng)控制在 5Mpa 之下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應(yīng)速度以快速跟蹤柴油機(jī)工況的變化。 ECD-U2 系統(tǒng)的高壓泵的最大循環(huán)供油量為 600mm3 ，共軌管容積為 94000mm3 。

高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器、液流緩沖器（限流器）和壓力限制器。壓力傳感器向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號(hào)；液流緩沖器（限流器）保證在噴油器出現(xiàn)燃油漏泄故障時(shí)切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動(dòng)；壓力限制器保證高壓油軌在出現(xiàn)壓力異常時(shí)，迅速將高壓油軌中的壓力進(jìn)行放泄。

從上述分析可見，精確設(shè)計(jì)高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機(jī)是并不容易的。

3 、電控噴油器

佳的噴油定時(shí)、噴油量和噴油率噴入柴油機(jī)的燃燒室。

電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的部件，它的作用根據(jù) ECU 發(fā)出的控制信號(hào)，通過(guò)控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，將高壓油軌中的燃油以最

BOSCH 和 ECD-U2 的電控噴油器的結(jié)構(gòu)基本相似，都是由于傳統(tǒng)噴油器相似的噴油嘴、控制活塞、控制量孔、控制電磁閥組成，圖 5 為 BOSCH 的電控噴油器結(jié)構(gòu)圖。在電磁閥不通電時(shí)，電磁閥關(guān)閉控制活塞頂部的量孔 A ，高壓油軌的燃油壓力通過(guò)量孔 Z 作用在控制活塞上，將噴嘴關(guān)閉；當(dāng)電磁閥通電時(shí)，量孔 A 被打開，控制室的壓力迅速降低，控制活塞升起，噴油器開始噴油；當(dāng)電磁閥關(guān)閉時(shí)，控制室的壓力上升，控制活塞下行關(guān)閉噴油器完成噴油過(guò)程。

控制了噴油率的形狀，需對(duì)其進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的噴油形狀。控制室的容積的大小決定了針閥開啟時(shí)的靈敏度，控制室的容積太大，針閥在噴油結(jié)束時(shí)不能實(shí)現(xiàn)快速的斷油，使后期的燃油霧化不良；控制室容積太小，不能給針閥提供足夠的有效行程，使噴射過(guò)程的流動(dòng)阻力加大，因此對(duì)控制室的容積也應(yīng)根據(jù)機(jī)型的最大噴油量合理選擇。

控制量孔 A 、 Z 的大小對(duì)噴油嘴的開啟和關(guān)閉速度及噴油過(guò)程起著決定性的影響。雙量孔閥體的三個(gè)關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)是進(jìn)油量孔、回油量孔和控制室，它們的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)噴油器的噴油性能影響巨大�；赜土靠着c進(jìn)油量孔的流量率之差及控制室的容積決定了噴油嘴針閥的開啟速度，而噴油嘴針閥的關(guān)閉速度由進(jìn)油量孔的流量率和控制室的容積決定。進(jìn)油量孔的設(shè)計(jì)應(yīng)使噴油嘴針閥有足夠的關(guān)閉速度，以減少噴油嘴噴射后期霧化不良的部分。

此外噴油嘴的最小噴油壓力取決于回油量孔和進(jìn)油量孔的流量率及控制活塞的端面面積。這樣在確定了進(jìn)油量孔、回油量孔和控制室的結(jié)構(gòu)尺寸后，就確定了噴油嘴針閥完全開啟的穩(wěn)定、最短噴油過(guò)程，同時(shí)就確定了噴油嘴的穩(wěn)定最小噴油量�？刂剖胰莘e的減少可以使針閥的響應(yīng)速度更快，使燃油溫度對(duì)噴油嘴噴油量的影響更小。

但控制室的容積不可能無(wú)限制減少，它應(yīng)能保證噴油嘴針閥的升程以使針閥完全開啟。兩個(gè)控制量孔決定了控制室中的動(dòng)態(tài)壓力，從而決定了針閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)仔細(xì)調(diào)節(jié)這兩個(gè)量孔的流量系數(shù)，可以產(chǎn)生理想的噴油規(guī)律。

由于高壓共軌噴射系統(tǒng)的噴射壓力非常高，因此其噴油嘴的噴孔截面積很小，如 BOSCH 公司的噴油嘴的噴孔直徑為 0.169mm × 6 ，在如此小的噴孔直徑和如此高的噴射壓力下，燃油流動(dòng)處于極端不穩(wěn)定狀態(tài)，油束的噴霧錐角變大，燃油霧化更好，但貫穿距離變小，因此應(yīng)改變?cè)�柴油機(jī)進(jìn)氣的渦流強(qiáng)度、燃燒室結(jié)構(gòu)形狀以確保最佳的燃燒過(guò)程。

對(duì)于噴油器電磁閥，由于共軌系統(tǒng)要求它有足夠的開啟速度，考慮到預(yù)噴射是改善柴油機(jī)性能的重要噴射方式，控制電磁閥的響應(yīng)時(shí)間更應(yīng)縮短。關(guān)于電磁閥的研究已由較多的文獻(xiàn)報(bào)道，本文不再對(duì)此進(jìn)行分析。

4 、高壓油管

高壓油管是連接共軌管和電控噴油器的通道，它應(yīng)有足夠的燃油流量減小燃油流動(dòng)時(shí)的壓降，并使高壓管路系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)較小，能承受高壓燃油的沖擊作用，且起動(dòng)時(shí)共軌中的壓力能很快建立。各缸高壓油管的長(zhǎng)度應(yīng)盡量相等，使柴油機(jī)每一個(gè)噴油器有相同的噴油壓力，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)各缸之間噴油量的偏差。

各高壓油管應(yīng)盡可能短，使從共軌到噴油嘴的壓力損失最小。 BOSCH 公司的高壓油管的外經(jīng)為 6mm ，內(nèi)徑為 2.4mm ，日本電裝公司的高壓油管的外經(jīng)為 8mm ，內(nèi)徑為 3mm 。

三、結(jié)束語(yǔ)

由于高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)具有可以對(duì)噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期、噴油壓力、噴油規(guī)律進(jìn)行柔性調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，該系統(tǒng)的采用可以使柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性能都會(huì)有進(jìn)一步的提高。這就需要我們加大對(duì)高壓共軌系統(tǒng)的研究力度，使我國(guó)的柴油機(jī)水平跨上一個(gè)新的臺(tái)階。

關(guān)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)共軌直噴技術(shù)的一些解釋

"CRDI是英文Common Rail Direct Injection的縮寫，意為高壓共軌柴油直噴技術(shù)，CRDI（電控直噴共軌發(fā)動(dòng)機(jī)）技術(shù)和之前已經(jīng)在汽車市場(chǎng)頗為人知的SDI（自然吸氣直接噴射柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）技術(shù)、TDI（直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）技術(shù)同為德國(guó)博世公司研發(fā)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)"。

實(shí)際上根據(jù)博世公司自己的聲明，盡管柴油共軌直噴技術(shù)是他們的成果，但共軌技術(shù)最早并非博世所研發(fā)。1986年，意大利著名的汽車零部件制造商馬瑞利集團(tuán)（當(dāng)時(shí)是菲亞特集團(tuán)的獨(dú)資公司，后獨(dú)立出來(lái)）開始了柴油共軌系統(tǒng)的原型設(shè)計(jì)，后將技術(shù)專利出售給博世公司。博世公司稱，他們最成功之處在于將共軌技術(shù)工業(yè)化和批量化生產(chǎn)。博世公司首家于1997年開始批量生產(chǎn)轎車用共軌燃油噴射系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)博世和奔馳聯(lián)合推出共軌技術(shù)柴油奔馳C級(jí)別車，而在當(dāng)時(shí)阿爾法羅密歐156也是最早使用高壓共軌的轎車之一。

現(xiàn)今柴油車普遍使用的泵噴嘴技術(shù)相對(duì)于之前的技術(shù)（如柱塞泵），已經(jīng)具有明顯改進(jìn)，而其最大的好處是大大增加了噴油壓力，其加強(qiáng)版渦輪增壓泵噴嘴技術(shù)的噴射壓力多能達(dá)到2000bar以上。由于噴射壓力直接影響柴油燃燒做功效率，因此可以說(shuō)泵噴嘴的燃燒效率已經(jīng)很高了。

但泵噴嘴技術(shù)由于高壓油管中柴油的壓力隨車速波動(dòng)，增加了煙度和碳?xì)浠�合物的排放量，并�?dǎo)致油耗增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、噪聲大。而共軌式噴油系統(tǒng)主要的貢獻(xiàn)就是將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開，通過(guò)對(duì)共軌管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本無(wú)關(guān)。這一柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新最大限度地降低了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車型的振動(dòng)和噪聲，同時(shí)將油耗進(jìn)一步降低，使排放更加清潔。但共軌技術(shù)的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng)，一般能達(dá)到1600bar左右。由于噴油壓力調(diào)節(jié)寬泛，采用共軌技術(shù)的柴油車會(huì)更好地適應(yīng)各種工作情況，起步也不會(huì)困難。

除去上述不同，二者制造費(fèi)用也有很大不同。盡管一套共軌技術(shù)噴射系統(tǒng)的

費(fèi)用要高于一套泵噴嘴系統(tǒng)，但如果是針對(duì)成品的整機(jī)，改為共軌技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)明顯比改為泵噴嘴發(fā)動(dòng)機(jī)容易而費(fèi)用低，因?yàn)榍罢呱婕暗捷^少的模具改動(dòng)。據(jù)工廠實(shí)際的工程技術(shù)人員分析，也表示共軌系統(tǒng)很容易取代傳統(tǒng)的噴油系統(tǒng)，只需將高壓泵替代先前的噴油泵，而噴油器在氣缸頭上的安裝方法也與傳統(tǒng)的噴油器總成相同。

至今為止柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了3代。第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導(dǎo)致能量的浪費(fèi)和很高的燃油溫度。第二代可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)需求而改變輸出壓力，并具有預(yù)噴射和后噴射功能。預(yù)噴射降低了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲：在主噴射之前百萬(wàn)分之一秒內(nèi)少量的燃油被噴進(jìn)了氣缸壓燃，預(yù)加熱燃燒室。預(yù)熱后的氣缸使主噴射后的壓燃更加容易，缸內(nèi)的壓力和溫度不再是突然地增加，有利于降低燃燒噪音。在膨脹過(guò)程中進(jìn)行后噴射，產(chǎn)生二次燃燒，將缸內(nèi)溫度增加200～250℃，降低了排氣中的碳?xì)浠�合物。博世公司的第二代共軌系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)在沃爾沃的S60、V70D5及寶馬的230d轎車上試用。

而目前大多數(shù)柴油系統(tǒng)重要的供應(yīng)商正積極研制共軌系統(tǒng)第3代——壓電式（piezo）共軌系統(tǒng)，壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，于是得到了更加精確的噴射控制。沒(méi)有了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單。壓力從200～2000bar彈性調(diào)節(jié)。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOX的排放。

共軌系統(tǒng)將燃油壓力產(chǎn)生和燃油噴射分離開來(lái)，如果把單體泵柴油噴射技術(shù)比做柴油技術(shù)的革命的話，那共軌就可以稱作反叛了，因?yàn)樗�背離了傳統(tǒng)的柴油系統(tǒng)而近似于順序汽油噴射系統(tǒng)。共軌系統(tǒng)開辟了降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放和噪音的新途徑

歐洲可以說(shuō)是柴油車的天堂，在德國(guó)柴油轎車占了39%。柴油轎車已有了近70年的歷史，而最近10年可以說(shuō)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在1997年，博世與奔馳公司聯(lián)合開發(fā)了共軌柴油噴射系統(tǒng) (Common Rail System)。今天在歐洲，眾多品牌的轎車都配有共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，如標(biāo)致公司就有HDI共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，菲亞特公司的JTD發(fā)動(dòng)機(jī)，而德爾福則開發(fā)了Multec DCR柴油共軌系統(tǒng)。

共軌系統(tǒng)與之前以凸輪軸驅(qū)動(dòng)的柴油噴射系統(tǒng)不同，共軌式柴油噴射系統(tǒng)將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開。電磁閥控制的噴油器替代了傳統(tǒng)的機(jī)械式噴油器，燃油軌中的燃油壓力由一個(gè)徑向柱塞式高壓泵產(chǎn)生，壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定。共軌中的燃油壓力由一個(gè)電磁壓力調(diào)節(jié)閥控制，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作需要進(jìn)行連續(xù)壓力調(diào)節(jié)。電控單元作用于噴油器電磁閥上的脈沖信號(hào)控制燃油的噴射過(guò)程。噴油量的大小取決于燃油軌中的油壓和電磁閥開啟時(shí)間的長(zhǎng)短，及噴油嘴液體流動(dòng)特性。

燃油噴射壓力是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重要指標(biāo)，因?yàn)樗��?lián)系著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、油耗、排放等。共軌柴油噴射系統(tǒng)已將燃油噴射壓力提高到1800巴

最近2年，匹配直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車在歐洲得到了顯著發(fā)展，有著高效和出色的燃油經(jīng)濟(jì)性，并降低了發(fā)動(dòng)機(jī)噪音。直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用的是泵噴嘴系統(tǒng)，

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的1.9TDI寶來(lái)就應(yīng)用這一系統(tǒng)，最高噴射壓力可達(dá)到1800巴。泵噴嘴直噴系統(tǒng)好雖好，但燃油壓力不能保持恒定，隨著排放控制的更加苛刻，就需要更高及恒定的柴油噴射壓力和更完善的電子控制，于是眾多制造商們就把優(yōu)點(diǎn)更多的柴油共軌系統(tǒng)作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。這一系統(tǒng)有很高的燃油壓力，并能提供彈性燃油分配控制，通過(guò)ECU靈活地控制燃油分配、燃油噴射時(shí)間、噴射壓力和噴射速率。通過(guò)對(duì)以上特性的控制，共軌已經(jīng)使柴油機(jī)的響應(yīng)性和駕駛舒適性達(dá)到了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)水平，同時(shí)它具有著顯著的燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放特性。

在發(fā)動(dòng)機(jī)所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證高燃油壓力，高的噴射壓力可以在低轉(zhuǎn)速工況下獲得良好的燃燒特性

由凸輪軸驅(qū)動(dòng)控制的軸向柱塞式分配泵的發(fā)動(dòng)機(jī)，燃油系統(tǒng)壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系，在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)形成燃油壓力不足，而共軌系統(tǒng)能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)的所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得非常高的燃油壓力。靈活的電子控制系統(tǒng)對(duì)正時(shí)和噴射壓力的控制在發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下都能夠獲得低排放和高效率。由于壓力的形成與噴射過(guò)程分離，使發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員在研究燃燒和噴油過(guò)程時(shí)獲得了更大的自由。可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的要求調(diào)節(jié)噴射壓力和噴射正時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在低速工況下也能實(shí)現(xiàn)完全燃燒，所以既使是在很低的轉(zhuǎn)速也能獲得大扭矩。預(yù)噴射技術(shù)的應(yīng)用在降低排放和噪音方面取得了更大的進(jìn)步。

供油系統(tǒng)得到精確控制

低壓油泵將柴油從油箱中吸出，經(jīng)過(guò)過(guò)濾提供給高壓油泵，在低壓泵內(nèi)有一電磁閥控制燃油到達(dá)高壓泵室，燃油進(jìn)入管形蓄壓器—燃油軌道。在共軌上有壓力傳感器時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃油壓力，并將這一信號(hào)傳遞給ECU，通過(guò)對(duì)流量的調(diào)節(jié)控制共軌內(nèi)的燃油壓力達(dá)到希望值。噴射壓力根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件的不同從200～1800巴，再通過(guò)電腦控制分別噴射到氣缸中，共軌不但保持了燃油壓力，還消除了壓力波動(dòng)。

燃油噴射是很復(fù)雜的機(jī)械、液壓、電子系統(tǒng)聯(lián)合做業(yè)，要適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下的工作環(huán)境，在燃燒之前燃油必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾和增壓，在準(zhǔn)確的時(shí)間以一定的噴射速率噴射到每一個(gè)氣缸內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦控制廢氣再循環(huán)、增壓、排氣后處理系統(tǒng)，以得到最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)特性和廢氣排放。

最小排量的共軌發(fā)動(dòng)機(jī)和最新一代共軌發(fā)動(dòng)機(jī)

噴油器的緊湊結(jié)構(gòu)使得共軌系統(tǒng)即使對(duì)小排量4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)也是一個(gè)實(shí)用方案。在1999年年底誕生了裝配著3缸共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的Smart，它的排量只有799mL，最大功率30kW，在1800～2800rpm時(shí)輸出最大扭矩100Nm。

在今年奔馳公司推出的E320上安裝了第二代共軌發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率150kW，1000rpm時(shí)輸出扭矩250Nm，在1400rpm時(shí)即可得到峰值扭矩的85%，在1800～2600rpm的廣闊區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)500Nm的峰值扭矩。0～100km/h的加速時(shí)間只有7.7秒，最高車速243km/h。綜合油耗是6.9L/100km，80L的油箱使續(xù)航能力達(dá)到了

1000km。而配有汽油機(jī)的E320的綜合油耗是9.9L/100km。

柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了3代，它有著強(qiáng)大的技術(shù)潛力

第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導(dǎo)致能量的浪費(fèi)和很高的燃油溫度。第二代可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)需求而改變輸出壓力，并具有預(yù)噴射和后噴射功能。預(yù)噴射降低了發(fā)動(dòng)機(jī)噪音：在主噴射之前百萬(wàn)分之一秒內(nèi)少量的燃油被噴進(jìn)了氣缸壓燃，預(yù)加熱燃燒室。預(yù)熱后的氣缸使主噴射后的壓燃更加容易，缸內(nèi)的壓力和溫度不再是突然地增加，有利于降低燃燒噪音。在膨脹過(guò)程中進(jìn)行后噴射，產(chǎn)生二次燃燒，將缸內(nèi)溫度增加200～250℃，降低了排氣中的碳?xì)浠�合物�?/p>

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