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电控高压共轨燃油喷射系统：

电控高压共轨

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。

现在该项新技术已开始在国外以柴油机提供动力的汽车上投入使用。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。

二、共轨式电控燃油喷射技术的特点与现状

柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为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。

大功率柴油机电控高压喷油系统

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。其典型代表有：（ 1 ）日本电装公司开发的 ECD — U2 电控高压共轨式喷油系统，当时最高喷油压力已达到 120MPa ，并且具备了达到 150MPa 的潜力，采用一个两位三通高速电磁阀（ TWV ）。（ 2 ）德国 BOSCH 公司在九十年代所开发的电控高压共轨式喷油系统，当时最大

喷油压力可达 140MPa ，后来又达到 160MPa 甚至 170MPa ，采用一个两位两通高速电磁阀。

电控中压共轨式喷油系统的共轨油道内为中压燃油（或机油），喷油压力要取决于共轨燃油（或机油）压力和控制电磁阀的通电时间。采用高速电磁阀可实现喷油量、喷油压力、喷油定时的柔性控制，不足之处在于：用电控方式难以实现喷油速率形状控制和预喷射，而通常通过机械控制方式来实现。其典型代表有：（ 1 ）美国卡特匹勒公司开发的 HEUI 型电控喷油系统，用共轨油道内的中压机油来驱动燃油增压机构。最大喷油压力可达到

150MPa 。（ 2 ）美国 BKM 公司开发的 Servojet 型电控喷油系统，用共

轨油道内的中压燃油来驱动燃油增压机构。最大喷油压力超过 150MPa ，Servojet 型电控喷油系统又可分为 SSI — 1 系统和 SSI — 2 系统，区

别在于： SSI — 1 系统采用蓄压式喷嘴，而 SSI — 2 系统则采用传统结构喷嘴。

随着世界能源危机和环境污染的加重，为了节约能源、降低排放，使得柴油机电控喷射技术得到了飞速的发展。既要想保住直喷柴油机卓越的燃油经济性能，又要满足日益严格的排放法规，最重要的一步还是改善燃烧过程，而燃油喷射系统的性能又是影响柴油机燃烧过程至关重要的环节。高压共轨电控燃油喷射技术的应用则发挥了巨大的威力，进一步降低燃油消耗、增强了动力性能和满足了更加严格的排放法规，并使系统具有更高的喷射压力和更加灵活的喷油方式。因此，被认为是内燃机行业的一大突破，并成为柴油机电控喷射系统的主流，新一代绿色柴油机的标志。

高压共轨电控喷射技术是时间控制的柴油电喷技术，由电控单元ECU进行控制，用高速电磁阀或压电喷油器取代传统的机械喷阀，对高压燃油实现数字调节，能自由调节喷油压力；自由调节喷油量；自由调节喷油率形状；自由调节喷油时间；最高压力可达到180Mpa,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。高压喷射可使柴油雾化得非常细，发动机的燃烧过程进行得相当完善,而且速度快，同时又不明显提高燃烧温度。该技术提

高了发动机动力全面降低了微粒物和碳烟的排放，还进一步降低油耗，给柴油机带来了技术性能的全面提高。

柴油机为了降低燃烧噪声，要求预喷；为了燃烧充分、降低排放和使微粒物捕集器得到再生，要求主喷之后补喷；为了燃油雾化良好，必须增加喷孔数目，缩小喷孔直径；要保证足够的喷油速率，就要提高喷油压力；而为了实现多次喷射，就要改进喷射系统的响应特性。这些要求决定了共轨喷油技术的发展方向。提高喷油压力。更小的喷孔直径。多孔式喷油嘴。压电式喷油器。压电执行器没有滞后时间；切换十分迅速而且精确，喷油嘴针阀的升程和速度可以自由地选择；可实现多重喷射，为喷油规律曲线形状的优化提供了更大的自由度；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。高精度快速响应智能型传感器的研制。共轨燃油压力持续恒压反馈控制的进一步深入和完善。采用先进的多次喷射的控制模式与算法。安全保护与提高故障诊断及紧急运行能力的研究。提高整个喷射系统的优化匹配。提高系统的可靠性，降低制造成本。

高压共轨电控燃油喷射技术的出现使得车用柴油机的发展获得了新生，它不仅保留了传统柴油机卓越的燃油经济性能，还进一步降低了颗粒物和碳烟的排放，使其更节能，排放更环保，在性能上已远远超过了传统汽油机。同时，该技术还具备很大的发展潜力，进一步的研究主要体现在以下几个方面：提高喷射压力；减小喷孔直径；增加喷孔数目；进一步开发压电喷油器；研制新型智能传感器；进一步解决共轨压力波动问题；加强控制模式与算法的研究；加强安全保护、故障诊断及紧急运行能力的研究；进一步优化系统匹配；不断提高系统可靠性和寿命；降低成本。总之，共轨电控燃油喷射系统的进一步发展与优化涉及到执行器、传感器、计算机和控制技术，是一门综合性的新兴技术，只有在发展中不断完善

柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。

柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高(一般为16-22)，所以压缩终了时气缸内空气压力可达

3.5-

4.5MPa，同时温度高达750-1000K(而汽油机在此时的混合气压力会为0.6-1.2MPa，温

度达600-700K)，大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到6-9MPa，温度也升到2000-2500K。

在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。

共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元(ECU)和一些管道压

力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连，公共供油管对喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。其主要特点有以下三个方面：

1、喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由ECU适时控制。

2、可依据发动机工作状况去调整各着油压力，喷油始点、持续?间，从而追求喷油的最佳控制点。

3、能实现很高的喷油压力，并能实现柴油的预喷射。