柴油机高压共轨燃油喷射系统 北京理工大学

CRS压电喷油器——工作过程
特点
1.高喷压>200MPa
2.没有机械力通过推杆作用在喷嘴针阀上，运动质量和摩擦大大降低
3.稳定性和喷油误差比通常的电磁阀控制喷油系统明显改善
球阀升程仅为50um
针阀升程仅为0.2mm
预喷油量仅为 1.5mm3/次
主喷与预喷间隔仅为 1ms左右
喷油量：电磁阀的控 制脉宽+共轨管压力
喷油器特性
CRS电磁喷油器
CRS压电喷油器
CRS压电喷油器
CRS压电喷油器——工作原理
逆压电效应：在一个合适的晶体上施加一个电压，这样就会引起晶体晶格的变
柴油机电控高压共轨燃油喷射系统
北京理工大学
柴油机燃油喷射系统发展
三个里程碑
? 20年代－机械泵供油 ? 50年代－增压 ? 80年代－电控
柴油机燃油喷射系统发展
? ①位置控制式燃油喷射系统的电子控制 （保留原喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上 的斜槽等控制油量的机械传动机构，只对 齿条或滑套的运动位置予以电子控制）
当柱塞向下运动时， 油泵控制电磁阀 （PCV）开启，低压 燃油被吸进柱塞腔内
当柱塞向上运动时， 柱塞腔内的燃油在柱 塞推动下经油泵控制 电磁阀（PCV）产生溢 流，只有当电磁阀通 电关闭时，柱塞才能 产生高压、将燃油输 送至共轨管。
喷油启停控制 ——三通阀结构和原理
开始喷油:三通阀
电磁线圈通电，外阀 抬起，通道1与2断开， 通道2与3接通，控制 油压降低，针阀抬起.
? ②时间控制式燃油喷射系统的电子控制 （取消以上机械机构）
? ③压力——时间控制式燃油喷谢系统的电子 控制（压力时间式燃油计量原理，电磁阀 控制喷射过程）
柴油机燃油喷射系统发展
? 直列泵 ? 可变预行程直列泵 ? 转子泵（轴向压缩、径向压缩） ? 泵喷嘴（EUI、UIS） ? 单体泵（EUP、UPS） ? 共轨系统CRS（蓄压式、液压式、高压共轨）
高压共轨供油系统 The Common Rail System
高压共轨目的
降低平均燃油消耗 低速时的加速性能 废气排放 降噪 …………
高压共轨原理
脉动式的喷油加压原理发展为稳定压力喷油
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，实现喷油量和喷油时刻的精确控制 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
形，从而产生一种线性位移。逆压电效应就成为了压电共轨喷油系统的技术基 础。
CRS压电喷油器——工作过程
压电执行器在非工作状态时处于原始 位置，伺服阀关闭，高压范围和低压 范围相互隔断。
液压接杆补偿可能存在间隙(例如由于 热膨胀所引起的) ，喷嘴借助于紧挨着 控制室的共轨压力保持关闭状态。
压电执行器起作用时就将伺服阀打开， 从而使控制室中的压力降低，喷嘴开 启。若伺服阀关闭，控制室中的压力 随之增大，喷嘴针阀也随之关闭。
电磁线圈通电:球座电磁阀打开，
由于进油节流孔的节流作用，控 制活塞顶部油压下降，针阀压力 室截面产生的向上推力大于针阀 弹簧的预紧力，针阀抬起、喷油 器喷油。
电磁线圈再次断电:控制活塞
腔的泄流通道切断，控制活塞腔 内的压力因共轨管内的燃油不断 进入而升高，直至与共轨压力相 等，在此过程中，喷油器控制活 塞和针阀因活塞上部不断增加的 向下压力而向下移动关闭针阀、 喷油器停止喷油。
增压活塞，实现燃油压力的上升与下降，从而 实现喷油的定时控制； ? 通过采用预喷射量孔控制初期喷油率实现预喷； ? 喷油压力与柴油机转速和负荷无关。
日本电装ECD-Biblioteka Baidu2系统
共轨压力、喷油量、喷油时刻、喷油速率
共轨压力控制——PCV阀
高压油泵是由两个到 三个顺序工作的柱塞 泵组成，在每一个柱 塞泵的进油口上安装 了一个油泵控制电磁 阀（PCV）。
高压共轨系统分类
美国BKM公司的Servojet系统（中压共轨） 蓄压式 美国 Caterpiller 公司 HEUI 系统（中压共轨）液压式 日本电装公司的 ECD-U2系统 （高压共轨） 德国BOSCHCR 系统（高压共轨） 意大利 Fiat 集团 Unijet 喷油系统
BKM公司Servojet系统
轨液压接通，增压活塞和柱 塞下行，开始喷油
喷油量
共轨压力
电磁线圈通 电时间
电磁线圈的 通电时刻
喷油器喷油 时刻
特点
? 中压共轨电控液压式喷射系统； ? 系统共轨中采用燃油和柴油机润滑油两条共轨，
因此系统中有润滑油和燃油两套油路； ? 采用机油共轨油道驱动燃油增压活塞，对燃油
增压，实现高压喷油； ? 利用高速开关电磁阀控制共轨油道中机油进出
Caterpiller公司HEUI系统
电磁线圈断电，控制滑阀在弹 簧作用下位于下部，液压喷油 器增压活塞上部油腔与共轨管
内液压隔绝，与液压喷油器上 部泄压油道接通，增压活塞和 柱塞在回位弹簧作用下上行， 燃油进入柱塞腔内、喷油器在 针阀弹簧作用下关闭，停止喷 油；
电磁线圈通电，控制滑阀位 于上部，增压活塞上部与共
虚线：最小喷 油脉宽的情况
控制压力下降 呈两段，是由 于控制阀的液 力效应引起的
A--点划线
B--实线
德国BOSCH高压共轨系统
德国BOSCH高压共轨系统
喷油器结构
喷油过程原理
电磁线圈断电:球座电磁阀关闭，
控制活塞腔的泄流通道切断，控 制活塞腔压力和针阀压力室压强 相等，由于控制活塞面积大于压 力室面积，所以两个受力面合力 向下将针阀关闭，喷油器不喷油。
三通阀关闭时，共用管压力通过单向阀迅速到达控 制室使针阀关闭，形成渐升速停三角型喷射率，改 变节流孔径可改变三角型形状。
预喷型喷射率：通过在主喷射之前给三通阀一个
小脉冲实现。改变小脉冲宽度可实现不同预喷量。 预喷型喷射每次喷油过程中，三通阀通电两次，针 阀动作两次。
喷油过程中信号、控制压力和针阀时序
停止喷油:三通阀
三通阀电磁线圈断电， 外阀落下，通道2与3 断开，通道1与2接通， 控制油压增加，针阀 落座.
喷油速率控制 ——单向阀、节流孔
? 型喷油规律：喷射率渐升速停。
喷油器三通阀的方有一个由单向阀和节流孔组成的 环型油路，可实现三角型喷射率。三通阀接通时， 控制室内压力降低，针阀上升，开始喷油，由于节 流孔节流作用，控制室内压力不能迅速降低，针阀 升程只能缓慢增加。