汽车柴油机电控高压共轨喷油系统.doc

汽车柴油机电控高压共轨喷油系统(一)(图)现代小型乘用车柴油机对进一步降低燃油耗、减少废气排放和降低噪声的要求越来越高。满足这些条件都需要喷油系统具有很高的喷油压力、非常灵活的控制柔性、极准确的喷油过程和计量极精确的喷油量。因此,那些机械调节式喷油系统或喷油压力较低而控制功能有限的电子控制式分配泵已无法满足这些要求。在这种情况下,电控高压共轨喷油系统就有了“用武之地”。本文将为您系统、详细地介绍小型乘用车柴油机用第一代电磁阀控制高压共轨喷油系统的组成部件、结构、工作原理及其各种功能。一、柴油机喷油系统概述    柴油机的种类十分繁多,与其配套的喷油系统也多种多样,详情如图1和表1所示。    由于柴油机的负荷和转速调节是在没有进气节流的情况下直接通过改变喷油量来达到的,因此喷油系统必须以35~200MPa之间的压力将燃油喷入柴油机汽缸内,并形成均匀的可燃混合气。其间喷油量的计量必须尽可能精确,对喷油过程中的喷油压力、喷油时刻和喷油次数的控制必须非常灵活,而且必须能够随运转工况而任意变化。因此,继续沿用机械调节式喷油系统或喷油压力较低而控制功能有限的电子控制式分配泵已无法满足这些要求,新型的电控高压共轨喷油系统则是最佳选择。因此近几年来,电控高压共轨喷油系统在车用柴油机上得到了迅速的推广。二、共轨喷油系统    电控高压共轨喷油系统与传统的凸轮驱动的机械调节式喷油系统相比,其与柴油机匹配的灵活性要大得多,主要表现在以下几个方面。    ⑴宽广的应用领域(用于小型乘用车和轻型载重车,每缸功率可达30kW;用于重型载重车、内燃机车和船舶,每缸功率可达200kW左右)。    ⑵喷油压力可达135MPa,甚至更高。    ⑶喷油始点可变。    ⑷可实现预喷射、主喷射和后喷射。    ⑸喷油压力可随柴油机运转工况而变化。    在共轨喷油系统中,喷油压力的建立与喷油量互不相关,喷油压力不取决于柴油机的转速和喷油量。在高压燃油存储器(即“共轨”)中,始终充满着高压燃油。而喷油量、喷油正时和喷油压力由电控单元(ECU)根据其中存储的特性曲线(脉谱图)和传感器采集的柴油机运转工况信息算出,然后控制每缸喷油器的高速电磁阀开闭来实现。    共轨喷油系统的控制部分和传感器部分包括:ECU、曲轴转速传感器、凸轮轴相位传感器、加速踏板传感器、增压压力传感器、空气质量流量计、共轨压力传感器及冷却水温度传感器。    ECU借助于传感器得知驾驶员的要求(加速踏板位置)以及柴油机和车辆的实时工作状态。它处理由传感器产生并经数据导线输入的信号,对柴油机进行控制和调节。曲轴转速传感器测定柴油机的转速,凸轮轴相位传感器确定发火顺序和相位。加速踏板传感器是一种电位计,它通过电压信号告知ECU关于驾驶员对扭矩的要求。空气质量流量计告知ECU柴油机实时的进气空气质量流量,以根据排放法规的要求来匹配相应的基本喷油量。在带有增压压力调节的增压柴油机上,增压压力传感器用以测定增压压力。在低温和柴油机处于冷态时,ECU可根据冷却水温度传感器和进气空气温度传感器的信号值确定合适的喷油始点、预喷射油量和其它参数的额定值。    作为一个实例,图2示出了一种四缸柴油机所用电控共轨喷油系统的主要组件。⑴基本功能    其基本功能是在正确时刻以精确的数量和合适的压力控制燃油的喷射,从而保证柴油机的平稳运行,并获得低燃油消耗、废气排放和运转噪声。⑵附加功能    附加的控制和调节功能用于减少废气排放和燃油消耗,或提高安全性和舒适性。例如用来实现废气再循环(EGR)、增压压力调节、车速控制和电子防盗锁等。    CAN总线系统可与车辆的其它电子系统(例如ABS系统、变速器电子控制系统)进行数据交换。诊断接口可在车辆检修时输出系统存储的运行数据和故障代码。三、喷油特性    在普通的喷油系统,例如分配泵和直列泵中,只有主喷射而没有预喷射和后喷射(如图3所示),而在电磁阀控制的分配泵中仅可实现预喷射。普通喷油系统中压力的产生和喷油量的计量是通过凸轮和供油柱塞来实现的。这种方法对喷油特性来讲,会产生下列现象:     ⑴喷油压力随转速和喷油量的增加而升高;    ⑵喷油过程中喷油压力上升,但到喷油终了时又降低到喷油嘴关闭压力。    因此,会产生下列结果:     ⑴小喷油量时的喷油压力较低;    ⑵峰值喷油压力是平均喷油压力的两倍以上;    ⑶喷油过程曲线近似于三角形,这有利于燃烧完善。    峰值喷油压力对喷油泵及其驱动装置构件承受的负荷具有决定性的影响。对普通喷油系统而言,它是燃烧室中混合气形成质量好坏的评价尺度。    对理想的喷油特性,除了普通喷油特性的要求之外,还有下列要求:    ⑴对发动机的任何一个工况点,喷油压力和喷油量的确定都能够是互为独立的。    ⑵喷油开始初期(即