柴油机共轨式电控燃油喷射技术

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柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一项较为成功的控制污染排放的新技术。这是世界汽车工业为满足日益严格的废气排放标准的必然趋势。

一、共轨式电控燃油喷射技术的原理
    共轨式电控燃油喷射技术通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。
二、共轨式电控燃油喷射技术的特点与现状
它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。该技术的主要特点是：
1.  采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀；
2.  采用共轨方式供油；
3.  高速电磁开关阀频响高，控制灵活；
4.  系统结构移植方便，适应范围宽。
这一技术的研究与开发热点在于：（ 1 ）如何解决高压共轨系统的恒高压密封问题；（ 2 ）如何解决高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题；（ 3 ）如何解决高压共轨系统的多 MAP （三维控制数据表）优化问题；（ 4 ）如何解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。
三、共轨式电控燃油喷射技术对环境保护的促进作用
共轨式燃油喷射技术有助于减少柴油机的尾气排放量，以及改善噪声、燃油消耗等方面的综合性能；它在有利于地球环境保护的同时，也必将促进柴油机工业、汽车工业及与之相关工业的发展。
   　
一、电控高压喷油系统总体情况简介
目前，国际上新型的电控高压喷油系统主要分为两大类：（ 1 ）电控脉动泵式高压喷油系统；（ 2 ）电控共轨式高压喷油系统。
电控脉动泵式高压喷油系统的主要特点是：用凸轮驱动的喷油泵来实现燃油高压建立过程和燃油喷射过程，这两个过程在时序上不能完全分开；用高速电磁阀旁通泄流控制代替传统的机械式泄流控制，燃油计量采用时间控制方式。主要包括两种类型：（ 1 ）电控泵—喷嘴式高压喷油系统；（ 2 ）电控单体泵式高压喷油系统。目前，这两种喷油系统的最高喷油压力都可达到 150MPa 以上。电控脉动泵式高压喷油系统虽然有不少优点，但也继承了传统喷油系统的一些缺陷，主要在于：喷油压力要受到柴油机转速的限制，在低转速时，喷油压力较低。
电控共轨式高压喷油系统的主要特点是：将燃油高压建立过程和燃油喷射过程在时序上完全分开；燃油计量采用压力—时间控制方式，又可分为两种类型：（ 1 ）电控高压共轨式喷油系统；（ 2 ）电控中压共轨式喷油系统。
电控高压共轨式喷油系统的共轨油道内为高压燃油，喷油压力仅取决于共轨油道内的燃油压力，采用高速电磁阀可实现喷油量、喷油压力、喷油定时和喷油速率的柔性控制。
高压共轨(Common Rail)电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管(Rail)，通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力(Pressure)大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度。
时间式燃油喷射系统和时间压力式燃油喷射系统（共轨系统）。高压共轨系统实现了压力建立和喷射过程的分离，从而使控制过程更具有柔性，能更准确地实现小油量的精确控制，更好地实现多次喷射。  高压共轨系统其优点有：
　　a. 共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。
　　b. 可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力（ 120MPa~200MPa ），可同时控制 NOx 和微粒（ PM ）在较小的数值内，以满足排放要求。
　　c. 柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机 NOx ，又能保证优良的动力性和经济性。

　　d. 由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。
　图 1 为高压共轨电控燃油喷射系统的基本组成图。它主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的 map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。

　　1 、高压油泵

　　高压油泵的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生于燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮。
　　日电装公司采用了一个三作用凸轮的直列泵来产生高压，如图 2 所示。该高压油泵对油量的控制采用了控制低压燃油有效进油量的方法，其基本原理如图 3 所示。

　　a 柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔；

　　b 柱塞上行，但控制阀中尚未通电，处于开启状态，低压燃油经控制阀流回低压腔；

　　c 在达到供油量定时时，控制阀通电，使之关闭，回流油路被切断，柱塞腔中的燃油被压缩，燃油经出油阀进入高压油轨。利用控制阀关闭时间的不同，控制进入高压油轨的油量的多少，从而达到控制高压油轨压力的目的；

　　d 凸轮经过最大升程后，柱塞进入下降行程，柱塞腔内的压力降低，出油阀关闭，停止供油，这时控制阀停止供电，处于开启状态，低压燃油进入柱塞腔进入下一个循环。

　　该方法使高压油泵不产生额外的功率消耗，但需要确定控制脉冲的宽度和控制脉冲与高压油泵凸轮的相位关系，控制系统比较复杂。