共轨喷油技术进展

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1、机共轨喷油技术的进展钱人一　同济大学 电邮本页打印版加入记事簿检视记事簿本文将介绍日本电装公司的ECD-U2共轨喷油系统和博世公司的共轨喷油系统，并阐述共轨喷油技术的发展趋势。柴油机共轨喷油系统有一个共同的特点，就是有一个共同的高压燃油蓄势器，称为共轨。高压供油泵只负责向这个蓄势器提供高压燃油，不负责控制燃油定量和喷油定时。管理燃油压力和向各个气缸输送燃油的任务通过共轨完成。这样，燃油喷射过程可以不受压力产生和燃油输送过程的牵制﹔燃油定量控制和喷油定时控制可以更为灵活和自由。相对于其它燃油喷射系统，共轨燃油喷射系统有如下特点：在燃油定量和喷油定时方面实

2、行全电子的和柔性的控制﹔喷油规律曲线形状可以比较自由地调整﹔优化的、已可达到1800bar的喷油压力（仅次于博世公司的泵喷嘴和泵管嘴）控制﹔能实现每个工作循环多达七次的燃油喷射﹔高度的紧凑性和较低的高压油泵驱动扭矩。日本电装公司的ECD-U2共轨喷油系统日本电装（Denso）公司率先在上世纪九十年代初推出了名为ECD-U2的共轨燃油喷射系统。ECD-U2共轨喷油系统由高压供油泵、共轨、喷油器以及控制这些部件的电子控制单元和各种传感器等组成（如图1）。系统利用泵控制阀改变高压供油泵的燃油出油量来控制共轨压力，共轨压根据发动机负荷和转速确定的数值而调节。泵

3、控制阀与燃油压力传感器相结合进行共轨压力的死循环控制。喷油器的工作原理共轨压力长期施加在喷油器针阀的底面上。只有在喷油器不通电时才施加在针阀的背面上。当喷油器不通电的时候，三通阀使单向孔板上面的空腔与共轨连通，高压燃油通过单向孔板流入控制腔（液压柱塞的上方），通过液压柱塞对针阀施加向下的压力，跟回位弹簧的作用力一起克服针阀下方燃油压力，使针阀关闭。在这个过程中，单向孔板没有节流作用。当ECU发出喷油脉冲时，三通阀使单向孔板上面的空腔与回油管连通，燃油流到回油管去，充满在这个空腔里的高压燃油压力立刻下降到大气压力。由于单向孔板节流，其下面控制腔中的压力只

4、能缓慢地下降，喷油器针阀逐渐地升起，造成所谓的德尔塔型（三角型）喷油规律，这种喷油规律对气缸内的燃烧十分有利。当由电子控制单元控制的喷油持续时间过去之后，喷油器断电，三通阀恢复到它的初始状态。此时，来自共轨的高压燃油通过三通阀和单向孔板流入控制腔，使控制腔迅速地达到共轨压力,令针阀很快关闭，喷油很快被切断。由此可见，喷油嘴的开启和关闭完全由喷油器控制腔中的压力和共轨压力的差值决定。改变施加在三通阀上的电脉冲宽度，可以控制喷油量﹔改变施加在三通阀上的电脉冲发生的时刻，可以控制喷油定时。因为ECD-U2共轨喷射系统是一个全电子控制的、完善的压力-时间燃油定

5、量控制系统，所以没有传统燃油喷射系统固有的问题，如：由于喷油系统内的压力传播而产生难以控制的或者不能控制的工况区域﹔由于调速器控制能力不足而引起低速下控制效能不良。三种形状的喷油规律ECD-U2共轨喷射系统的喷油规律可以控制成三种的形状，即德尔塔型（三角型）、靴型和预喷型：·德尔塔型（三角型）喷油率型式：喷油率逐渐上升并迅速截止的型式·预喷型式：在主喷之前实施一次小油量的预喷的型式·靴型喷油率型式：预喷跟主喷连在一起，形成一种靴子形状的喷油率型式其中最有意义的是预喷。预喷是通过在主喷脉冲之前提供一个小小的预喷脉冲，因此三通阀在每次喷油中都开启两次。预喷

6、量小到1立方毫米/冲程。预喷和主喷的间隔时间已经可以缩小到0.1毫秒。预喷可以减少在滞燃期内形成的可燃混合气，进而有效地降低柴油机的燃烧噪声。高压供油泵的控制策略高压供油泵的功能是控制出油量以产生高压燃油。它采用便于产生高压的凸轮驱动机构（见图1）。泵控制阀关闭后柱塞的升程当量决定了出油量。通过对泵控制阀关闭时刻的控制，或者通过对凸轮预升程的控制来控制出油量，燃油在没有经过压缩的状况下进行回油并定量，从而减少了高压回油。因此，泵驱动扭矩明显地下降了。最大驱动扭矩只有直列泵的三分之一。博世（BOSCH）公司的共轨喷油系统世界性大公司研究开发和生产的共轨喷

7、油系统，其基本原理大同小异，但在一些关键零部件的设计上则各有特色。BOSCH公司对共轨喷油技术的研究与开发1997年才起步，但是发展迅速，现在已经发展到了第四代，累计已经生产出了大约1500万套共轨燃油喷射系统。图2所示为BOSCH公司共轨喷油系统的高压部分。这个系统的特点是，增加了限压阀和限流器。其中：1）压力控制阀使燃油压力保持恒定，压力控制有两条控制环路：一条慢响应的电气控制环路，用于设定共轨中变动着的平均压力﹔一条快响应的机械控制环路，用于补偿高频压力脉动。2）共轨压力传感器的特点是，产生的信号由安装在传感器内部的运算电路放大后送往ECU。如果

8、共轨压力传感器发生故障，那?压力控制阀就被触发成“关闭”状态，同时起动紧急（跛行回家）功能，采