知识库|详解柴油机电控共轨燃油系统

河北三行汽车贸易股份有限公司奥铃4S店发布时间：2017-06-25 16:41:22

电控共轨燃油系统通过各种传感器检测出发动机的实际运行状态，通过发动机电控单元的计算和处理，可以对喷油时间、喷油压力和喷油率进行最优控制。四缸发动机上的共轨系统如图2-39所示。

电控高压共轨系统的特点可以归纳如下： 1）自由调节喷油压力（共轨压力控制）。通过控制共轨压力而控制喷油压力。利用共轨压力传感器测量燃油压力，从而调整供油泵的供油量、调整共轨压力。此外，还可以根据发动机转速、喷油量的大小与设定了的最佳值（指令值）进行反馈控制。2）自由调节喷油量。以发动机的转速及加速踏板开度信号为基础，发动机电控单元计算出最佳喷油量，并控制喷油器的通断电时间。3）自由调节喷油率形状。根据发动机用途的需要设置并控制喷油率形状：预喷射、后喷射、多段喷射等。4）自由调节喷油时间。根据发动机的转速和喷油量等参数，计算出最佳喷油时间，并控制电控喷油器在适当的时刻开启和关闭，从而准确控制喷油时间。
一系统组成柴油共轨喷射系统由液力系统和电子控制系统构成。其中液力系统又分低压液力系统和高压液力系统。博世柴油共轨喷射系统结构及布置如图2-40～图2-42所示。

其中喷油器、高压泵、高压油轨、电控单元为柴油共轨系统四大核心的部件。二油路及元件以下主要介绍博世CR-CP 1和CR-CP3. 2共轨系统油路布置及元件。1. CR-CPI共轨系统油路布置及元件图2-43和图2-44所示分别为博世CR-CPI共轨管路布置和CR-CPI管路压力布置。

★ 系统低压部分（油路）的作用为高压部分（油路）供给足够的油量，其中最重要的零部件有油箱，带有粗滤装置的供油泵，低压回路的进、出油管，细滤器，喷油泵，高压泵的低压区。★高压部分（油路）除了产生高压外，燃油分配和燃油计量也发生于高压部分。最重要的零部件为配有元件关闭阀和高压控制阀的高压泵、高压蓄能器、共轨压力传感器、压力控制阀、流量控制阀和喷油器。 ★电动燃油泵只用于轿车和轻型商务汽车。它并不是只负责将燃油供给至高压泵，还可能在监控系统的控制下，当有紧急情况发生时，它必须切断燃油供给。其结构如图2-45所示。

★ 齿轮式燃油泵用在轿车、商务汽车和越野汽车上，齿轮式燃油泵是用来为共轨高压油泵提供燃油的。它既可以集成在高压油泵中，由高压油泵驱动轴驱动，也可以直接连接到发动机上，由发动机驱动。普通的驱动形式有万向节、齿轮或者齿带式连接。其结构如图2-46所示。

燃油滤清器结构如图2- 47所示。

燃油中若含有杂质，将导致油泵零部件、出油阀、喷油嘴的损坏，因此必须装用燃油滤清器。燃油滤清器必须符合喷射系统的特定要求，否则燃油供给系统正常运转和相关元件的使用寿命将无法得到保证。柴油中含有水分，若这种水进入喷射系统，将会引起燃油系统元件的穴蚀。高压油泵将低压燃油升压并定量地送入高压油路。图2-48所示为CR-CPI高压油泵。

凭借一个带有油水分离装置的滤清器，输油泵将燃油从油箱泵出，经过进油管和泄压阀（安全阀）进入高压泵。输油泵使燃油经泄压阀的节流孔进入高压泵的润滑和冷却回路。凸轮轴使三个泵的柱塞按照凸轮的外形上下运动。一旦供油油压超过泄压阀的开启压力（50～150KPa），供油泵能使燃油经高压泵进油阀进入柱塞腔，高压泵的柱塞正向下运动（吸油行程），当柱塞经过下止点时，进油阀关闭。这样，柱塞腔内的燃油就不可能泄漏了。接下来燃油被柱塞压缩。油压的升高使出油阀打开，一旦达到共轨压力，被压缩的燃油就进入了高压循环（油路）。柱塞泵继续供给燃油，直至到达上止点（供油行程）后，压力减小，导致出油阀关闭，仍然在柱塞腔内的燃油压力也下降，柱塞（泵油塞）又向下运动。只要柱塞腔内的压力降至低于供油泵的供油压力时，进油阀又开启，泵油过程又开始。
2. CR-CP3.2管路布置图2-49所示为博世CR-CP3. 2共轨燃油管路布置。燃油系统分为高压油路和低压油路两部分。

▲高压油路含有以下管路：高压油泵和燃油共轨管之间的连接油管，燃油共轨管和喷油器之间的连接油管和油道。▲低压油路含有以下管路：燃油箱到燃油预滤清器之间的连接油管；从燃油预滤清器开始，经过ECU冷却器到机械式燃油输油泵的连接油管和油路；从机械式燃油输油泵开始，经过燃油滤清器到高压油泵的连接油管和油路；再加上燃油共轨管和喷嘴的回油油路，以及高压油泵的冷却油路。▲燃油共轨系统中的高压油泵CP3同常规使用的Cp1完全不同。其压力调节方式不同。进油计量比例阀用以调整进入高压泵的燃油量，从而调整共轨压力。这样设计既可以提高工作效率，又可以减少对燃油的加热。阶跃回油阀用以保证进油计量比例阀的进口处为500kPa的稳定压力。喷油器回油阀能限制喷油器回油压力为130 ～ 200kPa。机械式输油泵上安装有两个旁通阀，当燃油滤清器的进油压力超过允许值时，燃油将通过旁通阀流到输油泵的进油端。手动泵泵油时，通过旁通阀给系统供油。图2-50所示为CR-CP3. 2高压油泵。

三工作原理以日本电装公司的ECD-U2系统为例介绍电控共轨系统的工作原理（图2-51），该系统是世界上最早定型的电控共轨燃油系统。

电装公司的ECD-U2型及ECD-U2 （ P）型电控共轨系统的工作原理框图如图2-52所示。

燃油在油箱中，供油泵将燃油加压后供人共轨中。这时，供油泵控制阀（PCV）根据ECU来的控制指令严格控制供人共轨中的燃油量，从而控制共轨中的燃油压力，即电控共轨系统的喷油压力。图2-52中标明，电磁阀①具有三项基本功能--------控制喷油量（代替调速器）、控制喷油时间（代替提前器）和控制喷油量，电磁阀②也具有三项基本功能—控制喷油压力、降低噪声和降低驱动转矩。四喷油器1．博世公司电控喷油器结构博世公司电控喷油器的典型结构如图2-53所示。

喷油器主要由控制柱塞、喷油嘴针阀和电磁阀等组成。燃油从高压接头经一进油通道送往喷油嘴，经进油节流孔送入控制室。控制室通过由电磁阀打开的回油节流孔，与回油孔连接。回油节流孔在关闭状态时，作用在控制活塞上的液压力大于作用在喷油嘴针阀承压面上的力，因此喷油嘴针阀被压在座面上，确保没有燃油进入燃烧室。电磁阀动作时，打开回油节流孔，控制室内的压力下降，当作用在控制活塞上的液压力低于作用在喷油嘴针阀承压面上的作用力时，喷油嘴针阀立即开启，燃油通过喷油孔喷人燃烧室。由于电磁阀不能直接产生迅速关闭针阀所需的力，因此设计一个液力放大系统实现针阀的这种间接控制。
2.喷油器的工作原理喷油器的工作原理如下：（1）喷油器关闭（静止状态）电磁阀在静止状态不受控制，因此是关闭的。回油节流孔关闭时，电枢的钢球通过阀弹簧压在回油节流孔的座面上。控制室内建立共轨的高压，同样的压力也存在于喷油嘴的内腔容积中。共轨压力在控制柱塞端面上施加的力及喷油器调压弹簧的力大于作用在针阀承压面上的液压力，针阀处于关闭状态。（2）喷油器开启（喷油开始）喷油器一般处于关闭状态。当电磁阀通电后，在吸动电流的作用下迅速开启。当电磁铁的作用力大于弹簧的作用力时，回油节流孔开启，在极短时间内，升高的吸动电流成为较小的电磁阀保持电流。随着回油节流孔的打开，燃油从控制室流人上面的空腔，并经回油通道回流到油箱。控制室内的压力下降，于是控制室内的压力小于喷油嘴内腔容积中的压力，从而针阀开启，开始喷油。针阀开启速度决定于进、回油节流孔之间的流量差。控制柱塞达到上限位置，并定位在进、回油节流孔之间，此时，喷油嘴完全打开，燃油以近于共轨压力喷人燃烧室。（3）喷油器关闭（喷油结束）如果不控制电磁阀，则电枢在弹簧力的作用下向下压，钢球关闭回油节流孔。电枢设计成两部分组合式，电枢板经一拨杆向下引动，但它可用复位弹簧向下回弹，从而没有向下的力作用在电枢和钢球上。回油节流孔关闭，进油节流孔的进油使控制室中建立起与共轨中相同的压力。这种升高了的压力使作用在控制柱塞上端的压力增加。这个来自控制室的作用力和弹簧力超过了针阀下方的液压力，于是针阀关闭。针阀关闭速度决定于进油节流孔的流量。五供油泵由于在共轨系统中可以自由地控制喷油压力，因此供油泵的主要作用是将低压燃油加压成高压燃油，储存在共轨内，等待ECU的喷射指令。供油压力由压力限制器进行设定。
博世公司电控共轨系统中采用的供油泵如图2-54所示。

● 供油泵是低压和高压部分之间的接口，它的作用是在发动机所有工作范围和整个使用寿命期间准备足够的、已被压缩了的燃油。除了供给高压燃油之外，它的作用还在于保证在快速起动过程和共轨中压力迅速上升所需要的燃油储备、持续产生高压燃油存储器（共轨）所需的系统压力。● 博世公司的供油泵像普通分配泵那样装在柴油机上，通过离合器、齿轮、链条或齿带由发动机驱动，最高转速为3000r/min，采用燃油润滑。● 视安装空间不同，调压阀或直接装在供油泵旁或单独布置。燃油被供油泵内三个径向柱塞压缩，柱塞相互之间错开120°。每一转有三个供油行程，故驱动峰值转矩小，供油泵驱动装置受载均匀，转矩为16N·m，仅是分配泵驱动转矩的1/9左右。因此，共轨燃油系统对泵端驱动装置的要求比普通机械式燃油系统低，泵端驱动装置所需的功率随共轨压力和供油泵转速的增长而成正比增长。● 由于供油泵是按最大供油量设计的，在怠速和部分负荷工作时，被压缩的燃油显得过多。多余的燃油经过调压阀流回油箱。但是，由于被压缩了的燃油再次降压，损失了压缩能量。这种现象除了使燃油升温外，还会降低总效率。● 通过柱塞切断供油，使供油量适应燃油的需要量，可局部弥补上述损失。切断柱塞供油时，送到共轨中的燃油量减少，此时进油阀一直开着。在柱塞断油装置的电磁阀动作时，装在其电枢上的一根销子将进油阀打开，从而使供油行程中吸人的燃油不受压缩。由于吸人的燃油又流回到低压通道，所以，柱塞腔内不会建立高压。● 切断柱塞供油后，供油泵不再连续供油，而是处于供油间歇阶段，由此减少了功率损失。供油泵的供油量与其转速成正比，供油泵转速取决于发动机转速。燃油系统装于发动机上。传动比的设计一方面要使多余的供油量不要太多，另一方面还应满足发动机全负荷工作时的燃油量。可选取的传动比为1：2和2：5，视曲轴而定。