1、1柴油机共 轨 系统介绍2电控高压共轨系统电控高压共轨技术是国外上世纪九十年代初兴起的一门柴油机高压喷射供油技术 ， 它采用具有稳定的高压储油腔 ， 通过电子控制的喷油器适时地向气缸中喷入适量的柴油以达到低排放的要求 。 目前技术较为成熟的有德国博世 （ BOSCH） 、 美国德尔福 （ DELPHI） 、 日本电装 （ Denso） 和德国西门子 VDO公司等四家公司 。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 。
2、 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 。相对于其他燃油喷射系统 ， 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 。3电控 高压共轨系统一、电控共轨系统的组成4高压油泵ECU柴油滤清器喷油器高压油轨电控 高压共轨系统BOSCH电控共轨系统总成5电控
3、高压共轨系统二、电控高压共轨系统主要零部件结构驱动轴喷油器回油进油接头进油控制阀IMV安装法兰（发动机）压力限制阀 油泵回油 出油口文丘利管 燃油温度传感器1、油泵6电控 高压共轨系统高压泵滚轮座柱塞输油泵驱动轴滚轮高压油出口滚动凸轮燃油计量阀IMV油温传感器油泵内部集成了一个输油泵和一个高压泵7电控 高压共轨系统输油泵（ 4叶片） 输油压力调节阀输油泵 为叶片式，作用是将燃油从油箱中抽出来，输到高压泵内；在输油泵出油口到高压油泵进油口之间的油道上有一 “ 输油压力调节阀 ” ，用于控制高压油泵进油处的油压。8电控 高压共轨系统转子滚轮进油阀出油阀柱塞高压泵 为对压式的柱塞泵，由转子、进油阀、
4、出油阀和两个带滚子的对置式柱塞等组成，两柱塞之间为压力腔，从进油阀泵进压力腔的燃油经过柱塞加压后从出油阀流出，此时压力能被提升到 1400bar以上，从高压油泵出来的高压油被打到轨管中9电控 高压共轨系统压力控制阀 ECU接口压力控制阀低压燃油回油口M18 1.5-6H润滑油进油口凸轮轴传感器接口高压油泵进油口16.2输油泵进油口16.2高压油出油口高压油泵泵体输油泵出油口16.2输油泵直列柱塞式油泵10电控 高压共轨系统压力控制阀 ：高压轨内的压力因供油、渗漏、回油等因素导致压力波动，通过压力控制阀（ Metering Unit）可保持压力的稳定。该阀实际为一执行器，在断电状态下，靠弹簧作用
5、力，阀处于全开位置；当通电后电磁阀作用，克服弹簧力，将阀关闭。在柴油机起动或柴油机运转时，根据ECU的指令来执行电磁阀的动作，保证高压轨内压力稳定在规定要求。11电控 高压共轨系统2、油轨 共轨管的主要功能是蓄压和分配高压油到喷油器，是经过强化热处理锻造或焊接而成，有一个进油口，四个出油口（在四个出油口均有单向阀，防止喷油器针阀关闭时高压油管内的产生的振荡波传到油轨腔内，引起油轨内的压力波动），在其一端安装有油压传感器，将油轨内的传给ECU轨压限制阀进油接口 2出油接口 6 轨压传感器12电控 高压共轨系统作用： 在非常情况下需要阻止喷油器常和开持续喷油 。 为达到这一目的要求 ， 一旦从轨道
6、输出的油量超过规定的水平 ， 流量限制阀就关闭通往这一喷油器的高压油路 。连接： 流量限制阀两端带外螺纹，连接在轨道和高压油管之间。流量限制阀13电控 高压共轨系统3、喷油器 目前技术成熟的喷油器分为电磁阀共轨喷油器和压电式喷油器两大类 ， 博世 、 电装 、 德尔福等采用的为前者 ， 西门子采用的为后者 。电磁阀共轨喷油器结构如图所示 ， 由高压燃油进油口 、 喷油器体 、电磁阀体 、 量孔板 、 两通阀 、 针阀 、 油嘴等几部分组成：高压燃油进口喷油器体电磁阀线圈两通阀量孔板针阀油嘴SPOINO NPO电磁阀 控制阀 转接板 INO: INO:Inlet orifice ，进油量孔； S
7、PO:Spill orifice ，出油量孔NPO: Nozzlepath orifice，喷油嘴通道量孔14电控 高压共轨系统电磁阀喷油器的工作过程 :阀关闭嘴关闭不喷油阀开启嘴关闭不喷油阀开启嘴开启喷油阀关闭嘴关闭喷油终止阀关闭嘴关闭不喷油15电控 高压共轨系统电磁阀喷油器的喷射过程 （预喷主喷）喷油控制控制信号（预喷射主喷射）驱动电流信号衔铁开启轨压信号针阀升程喷油量喷油量 5mm3喷油量 30mm3时间16电控 高压共轨系统电磁阀喷油器的工作原理（以日本电装 ECD-U2共轨喷油系统为例）17电磁阀喷油器的工作原理：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
8、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
9、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。电控 高压共轨系统18压电式喷油器电控 高压共轨系统在中低转速范围内，喷射的机动灵活性特别重要，最理想的情况是，在2500r/min以下的转速范围每个工作循环喷射达 5次，在中等转速范围内每个工作循环喷射两次或者三次，在标定转速每个工作循环喷射一次。前面介绍过的电磁阀共轨喷油器无法满足这样的要求。西门子 VDO公司开发了能够非常机动灵活地实现多重喷射的、机电一体化的压电式共轨喷油器，并且已经实现了商品化 。19电控 高压共轨系统压电式执行元件
10、像一个在电压下立即就能充电的电容器，其关键元件是陶瓷压电薄膜，它在加上电压以后的 0.1ms以内就会发生晶体晶格的畸变。为了使执行器达到足够的位移（行程），必须将许多层陶瓷薄膜烧结成一块长方六面体。喷油器内 30mm长的执行器由 300多层薄膜组成，每层的厚度只有 80m 。压电元件加上电压后会膨胀大约 40m ，通过杠杆比为 1:1.5的杠杆，使得控制腔回油通道中的阀开启。于是，控制腔内的压力下降，喷油嘴针阀开启。与电磁阀相比，压电执行器具有：没有滞后时间；切换十分迅速而且精确；可重现性非常好；没有因设计造成的、以气隙之类的形式出现的偏差；寿命长，工作非常稳定等优点。压电式共轨喷油器推出之后
11、，立即受到各大公司的推崇。奥迪 A8柴油轿车已经采用了这一系统。德国汉诺威大学的工程燃烧研究所不久前研究开发了采用压电喷油器的柔性喷射系统，见图 5。该系统的喷油器通过对针阀实施直接控制而为喷油规律曲线形状的优化提供了更大的自由度。这种喷油器具有决定性意义的优点是，喷油嘴针阀的升程和速度可以自由地选择。20电控 高压共轨系统5、 ECU及传感器ECU是整个电控系统信息处理与指令发出的中心，发动机及整车上的传感器将进气压力、进气温度、水温、机油压力、燃油压力、凸轮轴信号、转速信号、油门信号、大气压力信号及车速信号等参数传给ECU， ECU根据以上参数来向喷油器等执行器发出相应指令柴油机线束接口
12、2 整车线束接口ECU冷却油出油口21电控 高压共轨系统曲轴转速传感器作用：该传感器可以确定活塞上止点位置 ，同时测量曲轴的转速 。信号产生：飞轮外端面 360范围内按 6度间隔打58个孔 ， 剩下 2孔未打形成间隙 ，作为判断活塞上止点的依据 。 传感器中的磁通量随着通过的孔与间隙而变化 ， 产生正弦交流电压 ，其波幅随着发动机转速而变化 。设定间隙到传感器位置的角度 ，可确定一缸上止点 。 结合凸轮轴传感器正时凸轮 ， 确定一缸发火上止点 。22电控 高压共轨系统凸轮轴速度传感器作用：随高压油泵总成供货，通过测量高压油泵凸轮轴转速，来 确定柴油机喷油正时的时间。（凸轮轴转速为曲轴转速的一半
13、）23电控 高压共轨系统进气温度、压力传感器总成作用：安装于进气歧管上，测量增压中冷后的进气温度和进气压力，将信号传递给 ECU， ECU通过计算空气量，用来控制 “ 空燃比 ” ，从而指导喷油正时和喷油量。24电控 高压共轨系统水温传感器作用： 主要用于控制燃油喷射量。安装位置： 安装在出水管上。工作原理： 把温度信号转化为电压信号，温度升高，电压减小，然后送给 ECU，由其进行相关比较，运算后控制执行器的动作。25电控 高压共轨系统电子油门踏板总成功用： 通过了解司机的愿望进而了解发动机的负荷状况。安装位置： 安装于驾驶室内司机油门踏板位置。工作原理： 把发动机的负荷信号转变为电信号，负荷
14、越高，电压越大，然后把此信息 ECU由其进行相关比较和计算后，发出指令控制相关的执行器。26电控 高压共轨系统三、高压共轨系统的特点1、 喷油特性对比传统喷油特性 共轨喷油特性喷油压力随发动机转速与喷油量的增加而增加； 喷油量与喷油压力互不影响；喷油压力低时 ， 喷油量较小； 喷油过程开始时 ， 所喷油量尽可能少；峰值压力是平均喷油压力的 2倍以上 预喷和主喷喷射压力保持一样；与有效燃烧的要求同步 ， 喷射率曲线呈三角形； 预喷作用与部分燃烧 ， 使得压缩压力稍微升高 ， 从而导致主喷射的点火延迟就被缩短 ， 并且燃烧压力上升和燃烧压力峰值都会减小 ， 达到柔和燃烧；喷油峰值压力由泵部件和驱动
15、系统的机械能力决定；27电控 高压共轨系统2、共轨系统的特点与优点特点自由调节喷油压力自由调节喷油量自由调节喷油率形状自由调节喷油时间优点广阔的应用领域 （ 各种发动机 ， 功率基本不限 ）更高的喷油压力 （ 最大可到 1800bar）喷油始点 、 终点可方便地改变可实现预喷 、 主喷和后喷或多级喷射喷油压力与实际使用工况相适应喷油正时和喷压在 ECU中由存储地特性曲线谱 （ MAP） 算出28电控 高压共轨系统3、共轨高压系统的基本特点对然油系统的要求 高压共轨系统的优点喷油压力最高喷油压力 无二次喷油等的约束 ， 可以实现高压喷射 。 因为压油和喷油分别进行 ， 所以 ， 喷油压力可以控制
16、 （ 喷油压力与转速无关 ）喷油压力控制喷油速率控制 系统直接控制针阀运动 ， 这对控制喷油率非常有利 （ 如：靴型喷油率 、 预喷射 、 多段喷射等 ）喷油量控制 电磁阀的通断电时刻可以自由控制 （ 无约束 ）喷油时间控制系统的构筑（合理性、生产性）可以自由设定喷油参数：喷油压力 、 喷油量和喷油时间等 ， 各个参数可以独立地满足相应地要求；可以满足要求方面没有约束 ， 自由度高29喷射 效果引导喷射 通过预混合燃烧 ， 降低颗粒排放预喷射 缩短主喷射的着火延迟 ， 降低 Nox和燃烧噪声后喷射 促进扩散燃烧 ， 降低颗粒排放此后喷射 排温上高 、 通过供给还原剂 、 促进后处理 （ 催化剂 ）4、各段喷射的作用说明预喷射主喷射后喷射 次后喷射引导喷射电控 高压共轨系统30电控 高压共轨系统常规机械喷射系统 共轨燃油喷射系统共轨系统可实现多次喷射
