汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統(tǒng)

1、汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統(tǒng)（一）(圖)現(xiàn)代小型乘用車柴油機對進一步降低燃油耗、減少廢氣排放和降低噪聲的要求越來越高。滿足這些條件都需要噴油系統(tǒng)具有很高的噴油壓力、非常靈活的控制柔性、極準確的噴油過程和計量極精確的噴油量。因此，那些機械調節(jié)式噴油系統(tǒng)或噴油壓力較低而控制功能有限的電子控制式分配泵已無法滿足這些要求。在這種情況下，電控高壓共軌噴油系統(tǒng)就有了“用武之地”。本文將為您系統(tǒng)、詳細地介紹小型乘用車柴油機用第一代電磁閥控制高壓共軌噴油系統(tǒng)的組成部件、結構、工作原理及其各種功能。一、 柴油機噴油系統(tǒng)概述柴油機的種類十分繁多，與其配套的噴油系統(tǒng)也多種多樣，詳情如圖1和表1所示。 &

2、#160;   由于柴油機的負荷和轉速調節(jié)是在沒有進氣節(jié)流的情況下直接通過改變噴油量來達到的，因此噴油系統(tǒng)必須以35200MPa之間的壓力將燃油噴入柴油機汽缸內，并形成均勻的可燃混合氣。其間噴油量的計量必須盡可能精確，對噴油過程中的噴油壓力、噴油時刻和噴油次數(shù)的控制必須非常靈活，而且必須能夠隨運轉工況而任意變化。因此，繼續(xù)沿用機械調節(jié)式噴油系統(tǒng)或噴油壓力較低而控制功能有限的電子控制式分配泵已無法滿足這些要求，新型的電控高壓共軌噴油系統(tǒng)則是最佳選擇。因此近幾年來，電控高壓共軌噴油系統(tǒng)在車用柴油機上得到了迅速的推廣。二、共軌噴油系統(tǒng)1.主要特點電控高壓共軌噴油系統(tǒng)與傳統(tǒng)的凸輪驅

3、動的機械調節(jié)式噴油系統(tǒng)相比，其與柴油機匹配的靈活性要大得多，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。寬廣的應用領域（用于小型乘用車和輕型載重車，每缸功率可達30 kW；用于重型載重車、內燃機車和船舶，每缸功率可達200 kW左右）。噴油壓力可達135MPa，甚至更高。噴油始點可變。可實現(xiàn)預噴射、主噴射和后噴射。噴油壓力可隨柴油機運轉工況而變化。2.功能在共軌噴油系統(tǒng)中，噴油壓力的建立與噴油量互不相關，噴油壓力不取決于柴油機的轉速和噴油量。在高壓燃油存儲器(即“共軌”)中，始終充滿著高壓燃油。而噴油量、噴油正時和噴油壓力由電控單元（ECU）根據(jù)其中存儲的特性曲線（脈譜圖）和傳感器采集的柴油機運轉工況信息算出，然

4、后控制每缸噴油器的高速電磁閥開閉來實現(xiàn)。共軌噴油系統(tǒng)的控制部分和傳感器部分包括：ECU、曲軸轉速傳感器、凸輪軸相位傳感器、加速踏板傳感器、增壓壓力傳感器、空氣質量流量計、共軌壓力傳感器及冷卻水溫度傳感器。ECU借助于傳感器得知駕駛員的要求（加速踏板位置）以及柴油機和車輛的實時工作狀態(tài)。它處理由傳感器產(chǎn)生并經(jīng)數(shù)據(jù)導線輸入的信號，對柴油機進行控制和調節(jié)。曲軸轉速傳感器測定柴油機的轉速，凸輪軸相位傳感器確定發(fā)火順序和相位。加速踏板傳感器是一種電位計，它通過電壓信號告知ECU關于駕駛員對扭矩的要求?？諝赓|量流量計告知ECU柴油機實時的進氣空氣質量流量，以根據(jù)排放法規(guī)的要求來匹配相應的基本噴油量。在帶有

5、增壓壓力調節(jié)的增壓柴油機上，增壓壓力傳感器用以測定增壓壓力。在低溫和柴油機處于冷態(tài)時，ECU可根據(jù)冷卻水溫度傳感器和進氣空氣溫度傳感器的信號值確定合適的噴油始點、預噴射油量和其他參數(shù)的額定值。作為一個實例，圖2示出了一種四缸柴油機所用電控共軌噴油系統(tǒng)的主要組件?；竟δ芷浠竟δ苁窃谡_時刻以精確的數(shù)量和合適的壓力控制燃油的噴射，從而保證柴油機的平穩(wěn)運行，并獲得低燃油消耗、廢氣排放和運轉噪聲。附加功能附加的控制和調節(jié)功能用于減少廢氣排放和燃油消耗，或提高安全性和舒適性。例如用來實現(xiàn)廢氣再循環(huán)(EGR)、增壓壓力調節(jié)、車速控制和電子防盜鎖等。CAN總線系統(tǒng)可與車輛的其他電子系統(tǒng)（例如ABS系統(tǒng)、

6、變速器電子控制系統(tǒng)）進行數(shù)據(jù)交換。診斷接口可在車輛檢修時輸出系統(tǒng)存儲的運行數(shù)據(jù)和故障代碼。三、噴油特性1.普通噴油系統(tǒng)的噴油特性在普通的噴油系統(tǒng)，例如分配泵和直列泵中，只有主噴射而沒有預噴射和后噴射（如圖3所示），而在電磁閥控制的分配泵中僅可實現(xiàn)預噴射。普通噴油系統(tǒng)中壓力的產(chǎn)生和噴油量的計量是通過凸輪和供油柱塞來實現(xiàn)的。這種方法對噴油特性來講，會產(chǎn)生下列現(xiàn)象：噴油壓力隨轉速和噴油量的增加而升高；噴油過程中噴油壓力上升，但到噴油終了時又降低到噴油嘴關閉壓力。因此，會產(chǎn)生下列結果：小噴油量時的噴油壓力較低；峰值噴油壓力是平均噴油壓力的兩倍以上；噴油過程曲線近似于三角形，這有利于燃燒完善。峰值噴油壓

7、力對噴油泵及其驅動裝置構件承受的負荷具有決定性的影響。對普通噴油系統(tǒng)而言，它是燃燒室中混合氣形成質量好壞的評價尺度。2.共軌噴油系統(tǒng)的噴油特性對理想的噴油特性，除了普通噴油特性的要求之外，還有下列要求：對發(fā)動機的任何一個工況點，噴油壓力和噴油量的確定都可以是互為獨立的。噴油開始初期（即在噴油開始到燃燒開始之間的點火延遲期內）的噴油量應盡可能小。帶有預噴射和主噴射的共軌噴油系統(tǒng)可滿足上述要求（如圖4圖6所示）。共軌噴油系統(tǒng)采用模塊式結構，噴油特性主要決定于下列組件：電磁閥控制的噴油器，用螺紋擰裝在汽缸蓋上；壓力存儲器（共軌）；高壓泵；ECU；曲軸轉速傳感器；凸輪軸相位傳感器。在小型乘用車上用的共

8、軌噴油系統(tǒng)中，產(chǎn)生噴油壓力的高壓泵采用徑向柱塞泵，其轉速以固定的傳動比與發(fā)動機轉速相關，而壓力的建立與噴油量無關。由于近乎連續(xù)的供油，高壓泵可設計得比普通噴油系統(tǒng)中用的高壓泵小得多，設計時考慮的峰值驅動扭矩也較小。噴油器通過高壓油管與共軌相連，它主要由一個噴油嘴和一個電磁閥構成。ECU使電磁閥通電，就開始噴油。在一定壓力下，噴入的燃油量與電磁閥的接通時間成正比，而與發(fā)動機或泵的轉速無關（時間控制的噴油方式）。噴油量可通過電磁閥控制的相應設計，并在ECU中采用高電壓和大電流來控制，以提高電磁閥的響應特性。噴油正時是通過電控系統(tǒng)中的角度-時間系統(tǒng)來控制的。為此在曲軸上裝有一個轉速傳感器，并且為了識

9、別缸序或相位，在凸輪軸上也裝有一個相位傳感器。燃油噴射主要有以下幾種：預噴射預噴射可在上止點前90°內進行。如果預噴射的噴油始點早于上止點前40°曲軸轉角，則燃油可能噴到活塞頂面和汽缸壁上使?jié)櫥拖♂尩讲辉试S的程度。預噴射時，少量燃油（14 mm3）噴入汽缸，促使燃燒室產(chǎn)生“預調節(jié)”，從而改善燃燒效率。壓縮壓力由于預反應或局部燃燒而略有提高，因此縮短了主噴油量的著火延遲期，降低了燃燒壓力上升幅度和燃燒壓力峰值，燃燒較為柔和。這種效果減小了燃燒噪聲和燃油耗，許多情況下還降低了排放。在無預噴射時的壓力特性曲線（如圖5所示）中，在上止點前的范圍內，壓力上升尚較平緩，但隨著燃燒的開

10、始壓力迅速上升，達到壓力最大值時，形成一個較陡的尖峰。壓力上升幅度的增加和尖峰導致柴油機的燃燒噪聲明顯提高。而在有預噴射的壓力特性曲線（如圖6所示）中，在上止點前范圍內，壓力值略高，但燃燒壓力的上升變緩。預噴射間接地通過縮短著火延遲期而有助于發(fā)動機扭矩的增加。根據(jù)主噴射始點和預噴射與主噴射之間的時間間隔的不同，燃油耗降低或增加。主噴射主噴射提供了發(fā)動機輸出功率所需的能量，從而基本上決定了發(fā)動機的扭矩。在共軌噴油系統(tǒng)中，整個噴油過程的噴油壓力近似恒定不變。后噴射對于那些催化NOx的催化器而言，后噴射的燃油充當還原劑，用于還原NOx。它在主噴射之后的做功行程或排氣行程中進行，其范圍一般在上止點后2

11、00°內。與預噴射和主噴射不同，后噴射的燃油在汽缸中不會燃燒，而是在廢氣中剩余熱量的作用下蒸發(fā)，帶入NOx催化器中作為NOx的還原劑，以降低廢氣中NOx的含量。過遲的后噴射會導致燃油稀釋發(fā)動機的潤滑油，其噴射范圍要由發(fā)動機制造廠家通過試驗來確定。汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統(tǒng)（二）(圖)四、燃油系統(tǒng)汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統(tǒng)（圖7）由低壓供油部分和高壓供油部分組成。1.低壓供油部分共軌噴油系統(tǒng)的低壓供油部分包括:燃油箱（帶有濾網(wǎng)）、輸油泵、燃油濾清器及低壓油管。燃油箱燃油箱必須抗腐蝕,且至少能承受2倍的實際工作油壓，并在不低于0.03MPa壓力的情況下仍保持密封。如果油箱出現(xiàn)超壓

12、，需經(jīng)過適當?shù)耐ǖ篮桶踩y自動卸壓。即使車輛發(fā)生傾斜，或在彎道行駛，甚至發(fā)生碰撞時，燃油不會從加油口或壓力平衡裝置中流出。同時，燃油箱必須要遠離發(fā)動機，如果車輛發(fā)生交通事故時,可減小發(fā)生火災的危險。低壓油管低壓供油部分,除采用鋼管外還可使用阻燃的包有鋼絲編織層的柔性管。油管的布置必須能夠避免機械損傷，并且在其上滴落的燃油既不能聚積，也不會被引燃。輸油泵輸油泵是一種帶有濾網(wǎng)的電動泵或齒輪泵,它將燃油從燃油箱中吸出,將所需的燃油連續(xù)供給高壓泵。濾清器燃油濾清器將進入高壓泵前的燃油濾清凈化,從而防止高壓泵、出油閥和噴油器等精密件過早磨損和損壞。2.高壓供油部分共軌噴油系統(tǒng)的高壓供油部分包括：帶調壓閥

13、的高壓泵、高壓油管、作為高壓存儲器的共軌（帶有共軌壓力傳感器）、限壓閥和流量限制器、噴油器、回油管。高壓泵高壓泵將燃油壓送到共軌的壓力為135MPa,高壓燃油經(jīng)高壓油管進入類似管狀的共軌中。共軌在共軌中燃油仍保持其壓力,即使噴油器噴油時,由于燃油的彈性而產(chǎn)生蓄壓作用，燃油壓力基本保持不便。燃油壓力由共軌壓力傳感器測定，通過調壓閥調節(jié)到規(guī)定數(shù)值。限壓閥的任務是將共軌中的燃油壓力限制在150MPa以內。噴油器當高壓燃油在噴油器中被電子控制的電磁閥釋放時，噴油嘴開啟，將燃油直接噴入發(fā)動機燃燒室。高壓油管高壓燃油油管必須能夠經(jīng)受噴油系統(tǒng)的最大壓力和噴油間歇時的局部高頻壓力波動。該油管是由鋼管制成,通常

14、外徑為6mm，內徑為2.4mm。各缸的高壓油管長度是完全相同的，共軌與各缸噴油器之間的不同間距是通過各缸高壓油管的彎曲程度進行長度補償?shù)?，但油管長度應盡可能短一些。五、組件結構和功能1.低壓部分低壓部分向高壓部分提供足夠的燃油,其主要組成部件如圖8所示。輸油泵輸油泵的任務是在任何工況下，為燃油提供所需的壓力，并在整個使用壽命期內，向高壓泵提供足夠的燃油。目前輸油泵有2種類型，即電動輸油泵（滾子葉片泵）和機械驅動的齒輪泵。a.電動輸油泵電動輸油泵(圖9、圖10)用于乘用車和輕型商用車。除了向高壓泵輸送燃油外，電動輸油泵在監(jiān)控系統(tǒng)中還起到了在必要時中斷燃油輸送的作用。發(fā)動機啟動過程開始時，電動輸油

15、泵就開始運行，且不受發(fā)動機轉速影響。電動輸油泵持續(xù)從油箱中抽出燃油，經(jīng)燃油濾清器送往高壓泵，多余的燃油經(jīng)溢流閥流回油箱。其具有安全電路，可防止在停機時向發(fā)動機輸送燃油。電動輸油泵有油管安裝式和油箱安裝式2種。油管安裝式輸油泵安裝在車輛底盤上油箱與燃油濾清器之間的油管上。而油箱安裝式輸油泵則安裝在油箱內的專用支架上，其總成通常還包括吸油端的吸油濾網(wǎng)、油位顯示器、儲油罐以及與外部連接的電氣和液壓接頭。電動輸油泵由泵油元件、電動機和連接蓋3個功能部分組成。泵油元件的工作原理取決于電動輸油泵的應用領域，有多種型號。乘用車共軌噴油系統(tǒng)采用的滾子葉片泵（容積式泵）由偏心布置的內腔和在其中轉動的開槽圓盤構成

16、，每個槽內有可活動的滾子。利用開槽圓盤轉動的離心力和燃油壓力的作用，滾子緊壓在外側的滾子滾道上和槽的驅動側面上。在這種情況下，滾子的作用就好比是做圓周運動的密封件。開槽圓盤的每2個滾子與滾道之間構成了1個腔室，當進油口關閉，腔室容積不斷縮小時，便產(chǎn)生泵油作用。燃油在出油口打開以后從電動機流過，并經(jīng)壓油端的連接蓋輸出。電動機由永久磁鐵和電樞組成，其設計取決于在一定系統(tǒng)壓力之下所要求的供油量。電動機和泵油元件裝在共用的外殼中，燃油不間斷地流過，從而使其得到冷卻，因此無需在泵油元件與電動機之間設置復雜的密封件便可獲得較高的電動機功率。連接蓋包含電氣接頭和壓油端的液壓接頭，另外還可以在連接蓋中設置防干

17、擾裝置。b.齒輪輸油泵齒輪輸油泵(圖11)用于乘用車和輕型商用車的共軌噴油系統(tǒng)中，向高壓泵輸送燃油。其裝在高壓泵中與高壓泵共用驅動裝置，或裝在發(fā)動機旁配有單獨的驅動裝置。驅動裝置一般為聯(lián)軸節(jié)、齒輪或齒帶。齒輪輸油泵的基本構件是2個互相嚙合反向轉動的齒輪，它們將齒隙中的燃油從吸油端送往壓油端。齒輪的接觸線將吸油端和壓油端互相密封以防止燃油倒流。其輸油量與發(fā)動機轉速成正比，因此輸油量的調節(jié)借助于吸油端的節(jié)流調節(jié)閥或壓油端的溢流閥進行。齒輪泵在工作期間無需保養(yǎng)。為了在第一次啟動時或燃油箱放空后排空燃油系統(tǒng)中的空氣，可在齒輪泵或低壓管路上裝配手動泵。燃油濾清器燃油中的雜質可能使泵油元件、出油閥和噴油嘴

18、損壞，因此使用滿足噴油系統(tǒng)要求的燃油濾清器是保證發(fā)動機正常工作和延長使用壽命的前提條件。通常燃油中會含有化合形態(tài)（乳濁液）或非化合形態(tài)（溫度變化引起的冷凝水）的水。如果這些水進入噴油系統(tǒng)，會對其產(chǎn)生腐蝕并造成損壞，因此與其他噴油系統(tǒng)一樣，共軌噴油系統(tǒng)也需要帶有集水槽的燃油濾清器（圖12），每隔適當時間必須將水放掉。隨著乘用車采用柴油機數(shù)量的增加，自動水報警裝置的使用也在不斷增加。當系統(tǒng)必須將水排出時，該裝置的報警燈就會閃亮。對于那些燃油中含水量較高的國家，裝用這種裝置應該是必須的。2.高壓部分高壓部分除了產(chǎn)生高壓力的組件外,還有燃油分配和計量組件（圖13）。高壓泵a.任務高壓泵(圖14)位于低

19、壓部分和高壓部分之間，它的任務是在車輛所有工作范圍和整個使用壽命期間，在共軌中持續(xù)產(chǎn)生符合系統(tǒng)壓力要求的高壓燃油，以及快速啟動過程和共軌中壓力迅速升高時所需的燃油儲備。b.結構高壓泵通常像普通分配泵那樣裝在柴油機上，以齒輪、鏈條或齒形皮帶連接在發(fā)動機上，最高轉速為3000r/min，依靠燃油潤滑。因為安裝空間大小的不同，調壓閥通常直接裝在高壓泵旁，或固定在共軌上。燃油是由高壓泵內3個相互呈120°徑向布置的柱塞壓縮的。由于每轉1圈有3個供油行程，因此驅動峰值扭矩小，泵驅動裝置受載均勻。驅動扭矩為16N·m，僅為同等級分配泵所需驅動扭矩的1/9左右，所以共軌噴油系統(tǒng)對泵驅動裝

20、置的驅動要求比普通噴油系統(tǒng)低，泵驅動裝置所需的動力隨共軌壓力和泵轉速（供油量）的增加而增加。排量為2L的柴油機，額定轉速下共軌壓力為135 MPa時，高壓泵（機械效率約為90 %）所消耗功率為3.8kW。噴油嘴中的泄漏和所需的噴油量，及調壓閥的回油，使其實際功消耗率要更高些。c.工作方式 燃油通過輸油泵加壓經(jīng)帶水分離器的濾清器送往安全閥（圖14），通過安全閥上的節(jié)流孔將燃油壓到高壓泵的潤滑和冷卻回路中。帶偏心凸輪的驅動軸或彈簧根據(jù)凸輪形狀相位的變化而將泵柱塞推上或壓下（圖15）。如果供油壓力超過了安全閥的開啟壓力（0.050.15 MPa），則輸油泵可通過高壓泵的進油閥將燃油壓入柱塞

21、腔（吸油行程）。當柱塞達到下止點后而上行時，則進油閥被關閉，柱塞腔內的燃油被壓縮，只要達到共軌壓力就立即打開排油閥，被壓縮的燃油進入高壓回路。到上止點前，柱塞一直泵送燃油（供油行程）。達到上止點后，壓力下降，排油閥關閉。柱塞向下運動時，剩下的燃油降壓，直到柱塞腔中的壓力低于輸油泵的供油壓力時，吸油閥再次被打開，重復進入下一工作循環(huán)。d.供油效率由于高壓泵是按高供油量設計的，在怠速和部分低負荷工作狀態(tài)下，被壓縮的燃油會有冗余。通常這部分冗余的燃油經(jīng)調壓閥流回油箱，但由于被壓縮的燃油在調壓閥出口處壓力降低，壓縮的能量損失而轉變成熱能，使燃油溫度升高，從而降低了總效率。若泵油量過多，使柱塞泵空，切斷

22、供應高壓燃油可使供油效率適應燃油的需要量，可部分補償上述損失。如圖14所示，柱塞被切斷供油時，送到共軌中的燃油量減少。因為在柱塞偶件切斷電磁閥時，裝在其中的銜鐵銷將吸油閥打開，從而使供油行程中吸入柱塞腔中的燃油不受壓縮，又流回到低壓油路，柱塞腔內不增加壓力。柱塞被切斷供油后，高壓泵不再連續(xù)供油，而是處于供油間歇階段，因此減少了功率消耗。高壓泵的供油量與其轉速成正比，而高壓泵的轉速取決于發(fā)動機轉速。噴油系統(tǒng)裝配在發(fā)動機上時，其傳動比的設計一方面要減少多余的供油量，另一方面又要滿足發(fā)動機全負荷時對燃油的需要?？蛇x取的傳動比通常為1:2和2:3，具體視曲軸而定。（未完待續(xù)） 汽車柴油機電控

23、高壓共軌噴油系統(tǒng)（三）(圖)調壓閥a.任務調壓閥的任務是根據(jù)發(fā)動機的負荷狀況調整和保持共軌中的壓力：共軌壓力過高時，調壓閥打開，一部分燃油經(jīng)回油管返回油箱；共軌壓力過低時，調壓閥關閉，高壓端對回油管封閉。b.結構調壓閥（圖16）有安裝法蘭，用以固定在高壓泵或共軌上。銜鐵銷將鋼球壓在密封座上，以使高壓端對低壓端密封。一方面彈簧將銜鐵銷往下壓，另一方面電磁線圈還對銜鐵銷有作用力。為進行潤滑和散熱，整個電磁閥周圍都有燃油流過。c.工作方式調壓閥有2個調節(jié)回路：低速電調節(jié)回路，用于調整共軌中可變化的平均壓力值；高速機械液壓調節(jié)回路，用于補償高頻壓力波動。共軌或高壓泵出口處的高壓燃油通過高壓油進口作用在

24、調壓閥上。由于無電流的電磁線圈不產(chǎn)生作用力，燃油的高壓力大于彈簧力，調壓閥打開。根據(jù)供油量的大小，調壓閥調整打開的開度。該彈簧是按最大壓力約10MPa設計的。如果要提高高壓回路中的壓力，就必須在彈簧力的基礎上再建立電磁力。當電磁力和彈簧力與燃油高壓力達到平衡時，調壓閥停留在某個開啟位置，燃油壓力保持不變。泵油量的變化和燃油從噴油器中噴出時，調壓閥通過不同的開度予以補償。電磁閥的電磁力與控制電流成正比，而控制電流的變化通過脈寬調制來實現(xiàn)。脈寬的調制頻率為1kHz，可避免銜鐵銷的運動干擾共軌中的壓力波動。共軌a.任務共軌的任務是存儲高壓燃油,高壓泵的供油和噴油所產(chǎn)生的壓力波動由共軌的容積進行緩沖。

25、在輸出較大燃油量時，所有汽缸共用的共軌壓力也應保持恒定，從而確保噴油器打開時噴油壓力不變。b.結構由于發(fā)動機的安裝條件不同，帶流量限制器（選裝件）、共軌壓力傳感器、調壓閥和限壓閥的共軌（圖17、圖18）可進行不同的設計。c.工作方式共軌中通常注滿了高壓燃油，充分利用高壓對燃油的壓縮來保持存儲壓力，并用高壓泵來補償脈動供油所產(chǎn)生的壓力波動，因此即使從共軌中噴射出燃油，共軌中的壓力也近似為恒定值。共軌壓力傳感器a.任務共軌壓力傳感器的任務是以足夠的精度、在較短的時間內測定共軌中燃油的實時壓力，并向ECU提供相應的電壓信號。b.結構共軌壓力傳感器（圖19）包括傳感器元件，它焊接在壓力接頭上；帶有求值

26、電路的分析電路板；帶電氣接頭的傳感器外殼。燃油經(jīng)共軌中的一個孔流向共軌壓力傳感器，傳感器膜片將孔末端封住。在壓力作用下的燃油經(jīng)壓力室孔流向膜片。在此膜片上裝有傳感元件，用以將壓力轉換成電信號。通過一根連接導線將產(chǎn)生的信號傳輸?shù)较駿CU提供放大測量信號的求值電路。c.工作方式共軌壓力傳感器的工作原理：當由共軌燃油壓力引起膜片形狀發(fā)生變化（150 MPa時約為1mm）時，其上的電阻值會隨之變化，并在用5V供電的電阻電橋中產(chǎn)生電壓變化。根據(jù)燃油壓力的不同，電壓在070mV之間變化，并由求值電路放大到0.54.5V。精確測量共軌中的燃油壓力是噴油系統(tǒng)正常工作所必需的。為此，壓力傳感器在測量壓力時的允許

27、偏差很小，在主要工作范圍內測量精度約為最大值的±2%。一旦共軌壓力傳感器失效，具有應急行駛功能的ECU以某個固定的預定值來控制調壓閥的開度。限壓閥a.任務限壓閥的任務相當于安全閥，它限制共軌中的壓力，當壓力過高時打開放油孔卸壓。共軌內允許的短時最高壓力為150MPa。b.結構和功能限壓閥是按機械原理工作的（圖20），它包括具有便于擰在共軌上的外螺紋的外殼、通往油箱的回油管接頭、可活動的活塞、壓力彈簧。外殼在通往共軌的連接端有一個孔，此孔被外殼內部密封面上的錐形活塞頭部關閉。在標準工作壓力（135MPa）下，彈簧將活塞緊壓在座面上，共軌呈關閉狀態(tài)。只有當超過系統(tǒng)最大壓力時，活塞才受共軌

28、中壓力的作用而壓縮，于是處于高壓下的燃油流出。燃油經(jīng)過通道流入活塞中央的孔，然后經(jīng)回油管流回油箱。隨著閥的開啟，燃油從共軌中流出，結果降低了共軌中的壓力。流量限制器a.任務流量限制器的任務是防止噴油器可能出現(xiàn)的持續(xù)噴油現(xiàn)象。為實現(xiàn)此任務，當從共軌中流出的油量超過最大油量時，流量限制器將流向相應噴油器的進油管路關閉。該部件屬于選裝件，由于結構較復雜，現(xiàn)已大多省略不用。b.結構流量限制器（圖21）有一個金屬外殼，其上有外螺紋，以便擰裝在共軌上，另一端的外螺紋用來擰入噴油器的進油管。外殼兩端有孔，與共軌或噴油器進油管建立液壓連接。流量限制器內部有一個活塞，彈簧將此活塞向共軌方向壓緊。活塞對外殼壁部密

29、封?；钊系目v向孔連接進油和出油口，其直徑在末端是縮小的。這種縮小的作用就像流量精確規(guī)定的節(jié)流孔效果一樣。c.功能正常工作狀態(tài)（圖22）：活塞處在靜止位置，即在共軌端的限位件上。一次噴油后，噴油器端的壓力下降，活塞向噴油器方向運動?；钊麎合碌娜莘e補償了噴油器噴出的燃油容積。在噴油終止，活塞停止運動，不關閉密封座面，彈簧將活塞推回到靜止位置，燃油經(jīng)節(jié)流孔流出。泄油量過大的故障工作狀態(tài)：由于流過的油量大，活塞從靜止位置被推向出油端的密封座面，一直到發(fā)動機停機時靠到噴油器端的密封座面上，從而關閉通往噴油器的進油口。泄油量過小的故障工作狀態(tài)：由于產(chǎn)生泄油，活塞不再能達到靜止位置。經(jīng)過幾次噴油后，活塞向

30、出油處的密封座面移動，并停留在一個位置上，一直到發(fā)動機停機時靠到噴油器端的密封座面上，從而關閉通往噴油器的進油口。噴油器a.任務噴油始點和噴油量用電子控制的噴油器調整，它替代了普通噴油系統(tǒng)中的噴油嘴和噴油器總成。與直噴式柴油機中的噴油器體相似，噴油器用卡夾裝在汽缸蓋中。共軌噴油器在直噴式柴油機中的安裝不需要汽缸蓋在結構上有很大改變。b.結構噴油器由孔式噴油嘴、液壓伺服系統(tǒng)、電磁閥組件構成。如圖23所示，燃油從高壓接頭經(jīng)進油通道送往噴油器，并經(jīng)過進油節(jié)流孔進入閥控制室，而閥控制室經(jīng)由電磁閥控制的回油節(jié)流孔與回油孔相通。出油節(jié)流孔在關閉狀態(tài)時，作用在閥控制活塞上的液壓力大于作用在噴油嘴針閥承壓面上

31、的力，噴油嘴針閥被壓在其座面上，緊緊關閉通往噴油孔的高壓通道，因而沒有燃油噴入燃燒室。電磁閥動作時，打開回油節(jié)流孔，閥控制室內的壓力下降，只要作用在閥控制活塞上的液壓力小于作用在噴油嘴針閥承壓面上的力，噴油嘴針閥立即打開，燃油經(jīng)過噴孔噴入燃燒室（圖23）。用電磁閥不能直接產(chǎn)生迅速關閉針閥所需的力，因此采用經(jīng)液力放大系統(tǒng)間接控制噴油嘴針閥。其間除噴入燃燒室的燃油量之外，附加的控制油量經(jīng)控制室的回油節(jié)流孔進入回油通道，此外還有針閥導向和閥活塞導向部分的泄油。這種控制油量和泄油量經(jīng)集油管（溢流閥、高壓泵和調壓閥也與集油管接通）的回油通道返回油箱c.工作方式在發(fā)動機和高壓泵工作時，噴油器的功能可分為4

32、個工作狀態(tài)：噴油器關閉（依靠其中存有的高壓）、噴油器打開（噴油開始）、噴油器完全打開、噴油器關閉（噴油結束）。上述工作狀態(tài)是通過噴油器構件上力的分配產(chǎn)生的。發(fā)動機不工作和共軌中沒有壓力時，噴油嘴彈簧將噴油器關閉。噴油器關閉（靜止狀態(tài)）：電磁閥在靜止狀態(tài)不被控制，因此是關閉的（圖23a）。回油節(jié)流孔關閉時，銜鐵的鋼球通過閥彈簧壓在回油節(jié)流孔的座面上。閥控制室內建立起共軌高壓，同樣的壓力也存在于噴油器的內腔容積中。共軌壓力在控制柱塞端面上施加的力和噴油嘴彈簧力使針閥克服作用在其承壓面上的開啟力而處于關閉狀態(tài)。噴油器打開（噴油開始）：噴油器處于靜止狀態(tài)時，一旦電磁線圈通入吸動電流，電磁線圈的吸力大于

33、閥彈簧力，銜鐵就將回油節(jié)流孔打開（圖23b）。由于磁路的空隙較小，因此有可能在極短的時間內，急劇升高的吸動電流轉換成較小的電磁閥保持電流。隨著回油節(jié)流孔的打開，燃油從閥控制室流入其上面的空腔，并經(jīng)回油通道返回油箱，使閥控制室內的壓力下降，而進油節(jié)流孔可防止壓力完全平衡，導致閥控制室內的壓力小于噴油嘴內腔容積中的壓力，從而針閥被打開，開始噴油。針閥的開啟速度取決于進、回油節(jié)流孔之間的流量差?？刂浦_到其上極限位置，并在該處固定在進、回油節(jié)流孔之間的燃油墊上。此時噴油器完全被打開，燃油以近似共軌壓力噴入燃燒室。噴油器上的力分布大致等于開啟階段中的力分布。噴油器關閉（噴油結束）：如果電磁閥控制電流

34、結束，則銜鐵在閥彈簧力的作用下向下將鋼球壓在閥座上，關閉回油節(jié)流孔。銜鐵被設計成由兩部分組合，雖然銜鐵盤由銜鐵銷帶著一起向下運動，但它是壓著回位彈簧一起向下運動的，因此銜鐵和鋼球的落座沒有較大的向下沖擊力。由于回油節(jié)流孔的關閉，進油節(jié)流孔的進油又使控制室中建立起與共軌中相同的壓力，從而使作用在控制活塞上的力增加，再加上彈簧力，超過了噴油嘴內腔容積中的液壓力，于是針閥關閉。汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統(tǒng)（四）(圖)孔式噴油嘴a. 任務噴油嘴裝在共軌噴油器上，承擔著針閥體的功能。噴油嘴必須與柴油機進行很好匹配。噴油嘴的設計需同時考慮下列因素：噴油計量（噴油持續(xù)期和每度曲軸轉角的噴油量）、燃油準備（

35、油束數(shù)量、油束形狀和油束的霧化）及燃油在燃燒室內的分布、對燃燒室密封。b. 應用對裝用共軌噴油系統(tǒng)的直噴式柴油機，使用針閥直徑為4mm的P系列孔式噴油嘴。它有兩種型式：有壓力室式噴油嘴、無壓力室式噴油嘴。c. 結構噴孔呈噴霧錐角布置（圖24），而噴孔數(shù)量與直徑取決于：噴油量、燃燒室形狀、燃燒室中的空氣渦流。無論是對有壓力室式噴油嘴還是無壓力室式噴油嘴，都可將噴孔內孔邊棱倒圓，其目的是：消除燃油中有磨刮作用的微粒引起的噴孔內孔邊緣磨損、縮小噴油嘴流量偏差。為了減少HC排放，針閥座下方充滿燃油的容積（壓力室）應盡可能小，最好使用無壓力室式噴油嘴。d. 型式有壓力室式噴油嘴：有壓力室式噴油嘴（圖25

36、）的噴孔布置在壓力室中。噴油嘴頭部為圓形時，噴孔采用機械鉆孔方法或電火花方法加工，具體視設計而定。頭部為錐形的有壓力室式噴油嘴一般采用電火花方法加工。目前提供的有壓力室式噴油嘴的壓力室形狀有圓柱形壓力室和錐形壓力室。帶圓柱形壓力室和球形頭部的有壓力室式噴油嘴由一個圓柱形部分和一個半球形部分組成的壓力室形狀，在噴孔數(shù)量、噴孔長度和噴孔夾角方面具有高度的設計靈活性。噴油嘴頭部也呈半球形，從而保證能得到均勻的噴孔長度。帶圓柱形壓力室和錐形頭部的有壓力室式噴油嘴這種型式僅用于噴孔長度為0.6mm的噴油嘴。錐形頭部形狀由于壓力室與噴油嘴體座面間的壁厚較大而提高了頭部強度。帶錐形壓力室和錐形頭部的有壓力室

37、式噴油嘴與帶圓柱形壓力室的噴油嘴相比，帶錐形壓力室噴油嘴的壓力室容積較小，其容積處于無壓力室式噴油嘴和圓柱形壓力室噴油嘴之間。為了得到均勻的頭部壁厚，頭部相應于壓力室也設計成錐形。無壓力室式噴油嘴：為了使壓力室容積最小，從而使HC排放最少，噴孔起端位于針閥體的錐形座面中，并在噴油嘴關閉時被針閥封住。這樣，壓力室與燃燒室之間沒有直接連接（如圖26所示），與有壓力室式噴油嘴相比，壓力室容積要小得多。無壓力室式噴油嘴的最大承載能力比有壓力室式噴油嘴明顯要低，因此它僅用在P型孔式噴油嘴和噴孔長度為1mm的噴油嘴上?？紤]到強度，噴油嘴頭部形狀作成錐形。噴孔通常用電火花法加工。六、電控裝置1.電控裝置的組

38、成采用共軌噴油系統(tǒng)的柴油機,其電控裝置(圖27)分為3個分系統(tǒng):a.采集運行狀況和額定值的傳感器和額定值發(fā)送器,它們將各種不同的物理參數(shù)轉變?yōu)殡娦盘?。b.ECU，用于根據(jù)一定的數(shù)學計算過程（調節(jié)算法）處理信息，并發(fā)出指令電信號。c.執(zhí)行器，用于將ECU輸出的指令電信號轉變?yōu)闄C械參數(shù)。2.傳感器曲軸轉速傳感器汽缸內的活塞位置對獲得正確的噴油正時極為重要。由于發(fā)動機的所有活塞都是由連桿和曲軸連接的，因此曲軸轉速傳感器能提供所有汽缸內活塞位置的信息(圖28)。轉速是指曲軸每分鐘的轉數(shù)。此重要輸入?yún)?shù)由ECU從電感式曲軸轉速傳感器的信號算出。a. 信號的產(chǎn)生在機體上面對曲軸的部位裝一個鐵磁式傳感信號輪

39、，輪上應該有60個齒，去除2個齒，留下的大齒隙相應于第一缸活塞上止點位置。曲軸轉速傳感器按齒序對傳感信號輪進行掃描。它由永久磁鐵和帶銅導線繞組的軟鐵芯組成。由于齒和齒隙交替地越過傳感器，使其內部的磁流發(fā)生變化，感應出一個正弦交變電壓。該交變電壓的振幅隨轉速的上升而增大。從50r/min的最低轉速起就有足夠大的振幅。b. 轉速的計算發(fā)動機汽缸的點火次序是互相錯開的，曲軸旋轉兩圈（720°）后，第一缸又開始新的工作循環(huán)。著火間隔是均勻分布的，適用于下式：在四缸發(fā)動機上，著火間隔為180°，也就是說，曲軸轉速傳感器在兩次著火間隔之間掃描30個齒。由該掃描時間內的平均曲軸轉數(shù)即可算

40、出曲軸的轉速。凸輪軸位置傳感器凸輪軸控制進、排氣門，它以曲軸轉速的一半轉動，其位置確定了向上止點運動的活塞是處于壓縮沖程上止點還是排氣沖程上止點。在起動過程中，僅從曲軸位置信號是無法區(qū)分這兩種上止點的。而與此相反，在車輛運行時，由曲軸轉速傳感器產(chǎn)生的信號已足以確定發(fā)動機的狀態(tài)。這就是說，若凸輪軸位置傳感器在車輛運行過程中失效時，ECU仍然能夠判別發(fā)動機的狀態(tài)。凸輪軸位置傳感器利用霍爾效應來確定凸輪軸的位置：在凸輪軸上設置一個鐵磁材料制成的齒，它隨同凸輪軸轉動。當該齒經(jīng)過凸輪軸位置傳感器中流過電流的霍爾效應半導體薄片時，傳感器的磁場將霍爾效應半導體薄片中的電子流向偏轉到與電流方面垂直，從而短時內

41、形成一個電壓信號（霍爾電壓），此信號告知ECU：此時第一缸正好處于壓縮沖程上止點。溫度傳感器溫度傳感器用在多個地方:用在冷卻水回路中,以便從冷卻水溫度推知發(fā)動機的溫度(圖29)；用在進氣道中,以測定吸入空氣的溫度；用在機油中，以測定機油溫度（可選裝）；用在燃油回路中，以測定燃油溫度（可選裝）。溫度傳感器中有一個電阻值隨溫度而變的負溫度系數(shù)電阻，它是用5V供電的一個分壓器電路的一部分，其電壓是溫度的尺度，經(jīng)模擬-數(shù)字轉換器輸入ECU。在ECU的微處理器中存有一條負溫度系數(shù)電阻特性曲線，對任何一個電壓都給出相應的溫度（圖30）。汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統(tǒng)（五）(圖)熱膜空氣質量流量計為了達到法

42、定的廢氣排放限值,特別是在發(fā)動機動態(tài)工況下,必須保持應達到的空燃比，需使用能極為精確地確定實際吸入空氣質量流量的傳感器。進氣脈動、倒流，廢氣回竄，凸輪軸控制的改變以及進氣溫度的變化都不會影響這種負荷傳感器的測量精度。為達到上述目標，在熱膜空氣質量流量計中，通過一個加熱的傳感元件對空氣質量流進行熱傳導（圖31），由一微型測量系統(tǒng)與一混合電路相配合來測定空氣質量流量，包括流動方向?？諝赓|量流量強烈脈動時，能識別出倒流。傳感元件布置在插接式傳感器的流動通道中（圖31）。這種插接式傳感器可裝在空氣濾清器或空氣引導部分的測量管中。測量管有各種不同的尺寸，通常要視發(fā)動機最大空氣流量而定。信號電壓與空氣質量

43、流量的關系曲線可分為反向和正向流動的兩個信號范圍。為了測定進氣溫度，可在熱膜空氣質量流量計內裝溫度傳感器。增壓壓力傳感器增壓壓力傳感器與進氣管相通,可測定0.050.3MPa的進氣管絕對壓力。該傳感器分為帶兩個傳感元件的壓電晶體和求值電路空間兩部分。求值電路放在共用的陶瓷底座上。傳感元件由一個鐘形的厚層膜片構成，并將一個具有一定內壓力的基準容積封閉起來。根據(jù)增壓壓力的不同，膜片將發(fā)生相應的變形。膜片上設置有由壓阻式電阻構成的電橋，而這些電阻的電阻值在機械應力下是變化的，使得膜片的變形導致電橋平衡發(fā)生變化，從而電橋電壓成為增壓壓力的尺度。求值電路的任務是將電橋電壓放大，補償溫度的影響以及使壓力特

44、性曲線線性化。求值電路的輸出信號傳給ECU，并借助于脈譜圖將測定的電壓折算成增壓壓力。加速踏板傳感器與普通的分配泵或直列式泵不同，在柴油機電控裝置中，駕駛者的加速要求不再是通過拉索或桿系傳給噴油泵，而是用加速踏板傳感器來獲知，并傳輸給ECU。根據(jù)加速踏板的位置，經(jīng)電位計，在加速踏板傳感器中形成一個電壓。ECU再根據(jù)其存儲的脈譜圖和該電壓算出加速踏板的位置。3.電控單元(ECU)任務和工作方式ECU計算外部傳感器的信號,并把它們限制在允許的電壓電平上。微處理器根據(jù)這些輸入數(shù)據(jù)和存儲的脈譜圖計算出噴油量和噴油正時，并將這些時間量轉換成與發(fā)動機運行相匹配的隨時間變化的電壓。由于要求的精度高，發(fā)動機的

45、工作是高速變化的，因此計算速度非常高。用輸出電壓來控制噴油器驅動末級。驅動末級應對調節(jié)共軌壓力和切斷柱塞供油的電磁閥提供足夠大的功率。此外，執(zhí)行器還具有控制發(fā)動機的另外一些功能（例如EGR調節(jié)器、增壓壓力調節(jié)器和電動燃油泵繼電器等）和其他輔助功能（例如風扇繼電器、輔助采暖繼電器、預熱繼電器和空調裝置等）。驅動末級具有短路保護和電過載故障保護。這類故障和導線斷開都將反饋給微處理器。噴油器驅動末級的診斷功能還能識別有缺陷的信號變化過程。另外，一些輸出信號經(jīng)接口傳給車輛的其他系統(tǒng)。為了確保車輛的安全運行，ECU還承擔著監(jiān)控整個噴油系統(tǒng)的任務。驅動噴油器的電流調節(jié)裝置將通電相位分為吸動電流相位和保持電

46、流相位，它必須精確工作，使得在任何一個工作范圍內噴油器都能進行可再現(xiàn)的噴油過程。此外，ECU和噴油器中的功率損失必須很小。使用條件 對ECU提出了嚴格的要求:環(huán)境溫度(在正常行車時為-40+85)；對工作介質（機油、燃油等）的抵抗能力；環(huán)境濕度；機械應力。    對電磁兼容性（EMV）和高頻干擾信號輻射限制的要求同樣很高。結構ECU裝在一個金屬外殼中，傳感器、執(zhí)行器和電源經(jīng)一個多針接插件與ECU連接，直接控制執(zhí)行器的功率器件安置在ECU外殼內，并確保外殼有很好的散熱性。ECU外殼有密封的，也有不密封的。工作狀態(tài)的調節(jié)為使發(fā)動機在任何工況下都能以最佳的燃燒

47、狀態(tài)運行,要由ECU算出所需的噴油量,其間必須考慮各種參數(shù)(圖32)。a. 啟動油量啟動時,根據(jù)冷卻水溫度和轉速算出噴油量。從開關接通（圖32中開關位于位置A）直至發(fā)動機達到最低轉速為止，都提供啟動油量。駕駛者的操作對啟動油量不產(chǎn)生影響。b. 行駛正常行駛（圖32中開關位于位置B）時，根據(jù)加速踏板位置和轉速計算基本噴油量，再根據(jù)其它運行參數(shù)（如冷卻水溫度、加減速等）予以修正。這些都是根據(jù)行駛特性曲線場（脈譜圖）來進行調節(jié)的，因此使駕駛者的要求與車輛的效能達到最佳的相互協(xié)調。c. 怠速調節(jié)發(fā)動機怠速時，主要是效率和怠速轉速決定了燃油消耗。在道路交通擁擠時，燃油消耗量中相當一部分是用在這種行駛狀態(tài)

48、，因此盡量降低怠速轉速是有利的。怠速應這樣來調節(jié)：在諸如車用電網(wǎng)負載、空調接通、帶自動變速器和主動助力轉向裝置的汽車掛上擋等條件下，怠速轉速不宜降得太低，以防發(fā)動機工作噪聲增大甚至停機。怠速調節(jié)器為調節(jié)怠速轉速而改變噴油量，直至測得的實際轉速等于預定的怠速額定轉速。而怠速額定轉速和調節(jié)特性受到汽車掛的擋位和發(fā)動機溫度的影響。除了外部的負載扭矩外，還有內部的摩擦力矩必須由怠速調節(jié)予以補償。但是在發(fā)動機整個使用期間，它們會不斷發(fā)生少量變化，同時受溫度的影響也很大。d. 運轉平穩(wěn)性調節(jié)由于機加工誤差和零部件的老化，發(fā)動機的所有汽缸并不都產(chǎn)生相同的扭矩，因而特別是在怠速時發(fā)動機會產(chǎn)生不穩(wěn)定運轉。為此，

49、由運轉平穩(wěn)性調節(jié)器測定每次燃燒后的轉速變化，并將它們相互比較，然后根據(jù)轉速的差別來調節(jié)噴油量，使所有的汽缸都產(chǎn)生相同的扭矩。運轉平穩(wěn)性調節(jié)器僅在低轉速范圍工作。e. 行車速度調節(jié)行車速度調節(jié)器使車輛恒速行駛。它將車速調節(jié)到所要求的數(shù)值，此值可在儀表盤上操縱鈕設定，將噴油量提高或降低，直至測定的實際車速達到調定的額定車速。如果駕駛者在行車速度調節(jié)器接通的情況下，踩下離合器或制動踏板，則調節(jié)過程終止。踩下加速踏板時，可加速到超過瞬時額定速度。如果又放松加速踏板，則行車速度調節(jié)器重新又調節(jié)到最終有效的額定速度。f. 限制油量調節(jié)不允許噴入駕駛者所要求的或物理條件可能的燃油量的原因：有害物質排放量太高

50、；煙度太高；扭矩過大或超速使機械負荷過大；由于冷卻水、機油或渦輪增壓器的溫度太高使熱負荷過大。限制油量由各種不同的輸入?yún)?shù)如吸入的空氣質量、轉速和冷卻水溫度所決定。g. 轉速波動阻尼突然踩下或松開加速踏板時，噴油量急劇變化，因而發(fā)動機輸出扭矩也急劇發(fā)生變化。由于這種突然的負荷變化，發(fā)動機彈性支承和傳動系統(tǒng)產(chǎn)生振動，從而促使發(fā)動機轉速波動（圖33）。主動轉速波動阻尼功能使噴油量隨振動的周期變化而變化：轉速上升時噴油量減少，轉速下降時噴油量增大，從而大大減少了轉速的周期性波動。h. 停機柴油機的工作原理是自行壓縮著火，因此只有通過切斷燃油供應才能停機。在柴油機電控裝置中，發(fā)動機是由ECU預定“噴油

51、量為零”而停機的，另外還有一系列附加的停機電路。汽車柴油機電控高壓共軌噴油系統(tǒng)（六）(圖)4.執(zhí)行器噴油器為了使噴油起始點合適和噴油量精確,共軌噴油系統(tǒng)使用了帶液壓伺服系統(tǒng)和電磁閥的噴油器（圖34）。噴油過程開始時，以較高的吸動電流控制電磁閥迅速打開。當針閥達到其最大升程使噴油器全開時，控制電流立即降低到較小的保持電流。噴油量由開啟時間和共軌壓力決定。當控制電流終止時，電磁閥即關閉，噴油過程也就結束。調壓閥ECU通過調壓閥來控制共軌中的燃油壓力。當調壓閥受控制電流控制時，電磁線圈的電磁力將銜鐵銷壓在密封座面上，調壓閥關閉。此時，高壓端對低壓端是密封的，共軌壓力升高。無控制電流時，電磁線圈無電磁力作用在銜鐵銷上，調壓閥打開，使一部分燃油經(jīng)集油管流回油箱，共軌壓力降低。通過控制電流的