柴油机电控共轨技术

第二节柴油机电控共轨技术

一、柴油机电控共轨系统简介

图8-44是博世公司生产的第一代高压电控共轨燃油系统。

图8-4 BOSCH 第一代高压电控共轨燃油系统

该系统的主要特点：

共轨压力为135 MPa；2、可实现预喷射；3、可实现闭环控制；

4、可用于3-8缸轿车柴油机；

5、排放可达欧3排放标准。

图8-45是日本电装公司开发的适用于轿车柴油机的高压电控共轨系统。

第一代电控共轨系统基本上是采用高速电磁阀作为执行器，承受的最高油压及系统的效率受到了限制，为了解决这一难题，许多公司正在开发采用压电晶体的电控共轨燃油系统。

图8-46是ECD-U2共轨系统在汽车上的实际布置图

电控共轨系统的特点可以概括如下：

(1)自由调节喷油压力（共轨压力）：利用共轨压力传感器测量共轨内的燃油压力，从而调整供油泵的供油量。

(2)自由调节喷油量：以发动机的转速及油门开度信息等为基础，由计算机计算出最佳喷油量，通过控制喷油器电磁阀的通电、断电时刻及通电时间长短，直接控制喷油参数。

(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负荷等参数，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，在适当的时刻关闭等，从而准确控制喷油时间。

在电控共轨系统中，由各种传感器——发动机转速传感器、油门开度传感器、温度传感器等，实时检测出发动机的实际运行状态，由ECU根据预先设计的计算程序进行计算后，定出适合于该运行状态的喷油量、喷油时间、喷油率等参数，使发动机始终都能在最佳状态下工作。

德国博世公司和日本电装公司的研究结果均表明：在直喷式柴油机中，采用电控共轨式燃油系统与采用普通凸轮驱动的泵管嘴系统相比，电控共轨系统与发动机匹配时更加方便灵活。其突出优点可以归纳如下：

（1）广阔的应用领域（用于轿车和轻型载货车，每缸功率可达30kW，用于重型载货车以及机车和船舶用柴油机，每缸功率约可达200kW左右）。

(2)更高的喷油压力，目前可达140 MPa，不久的将来计划达到180Mpa。

(3)喷油始点、喷油终点可以方便地改变。

(4)可以实现预喷射、主喷射和后喷射，可以根据排放等要求实现多段喷射。

(5)喷油压力与实际使用工况相适应。在电控共轨式燃油系统中，喷油压力的建立与燃油喷射之间无相互依存关系，喷油压力不取决于发动机转速和喷油量。在高压燃油存储器即“共轨”中，始终充满喷射用的具有一定压力的燃油。喷油量由计算机通过计算决定，受到的其他制约条件很少。

(6)喷油正时和喷油压力在ECU中由存储的特性曲线谱(MAP)算出。然后，电磁阀控制装在每个发动机气缸上的喷油器（喷油单元）予以实现。

ECU借助于传感器得知驾驶员的要求（加速踏板位置）以及发动机和车辆的实时工作状态。ECU处理由传感器检测到的信号并对车辆，特别是对发动机进行控制和调节。曲轴转速传感器测定发动机转速，凸轮轴转速传感器确定发火顺序（相位）。加速踏板传感器是一种电位计，它通过电信号通知ECU关于驾驶员对转矩的要求。

空气质量流量计检测空气质量流量。在涡轮增压并带增压压力调节的发动机中，增压压力传感器检测增压压力。在低温和发动机处于冷态时，ECU可根据冷却水温度传感器和空气温度传感器的数值对喷油始点、预喷油及其他参数进行最佳匹配。根据车辆的不同，还可将其他传感器和数据传输线接到ECU上，以适应日益增长的安全性和舒适性要求。

计算机具有自我诊断功能，对系统的主要零部件进行技术诊断，如果某个零件产生了故障，诊断系统会向驾驶员发出警报，并根据故障情况自动作出处理；或使发动机停止运行——即所谓故障应急功能，或切换控制方法，使车辆继续行驶到安全的地方。

在传统的泵管嘴嫌油系统中，喷油压力与发动机的转速、负荷有关，不是独立变量。

在高压电控共轨系统中，供油压力与发动机的转速、负荷无关，是可以独立控制的。由共轨压力传感器测出燃油压力，并与设定的目标喷油压力进行比较后进行反馈控制。

表8-2为轿车柴油机用三种燃油系统的比较

二、电控共轨系统的组成

电控共轨嫩油系统的主要组成部分是：电控喷油器、供油泵、各种传感器和电控单元ECU 等。

1、电控喷油器

在电控共轨系统中，设计、工艺难度最大的部件首推电控喷油器。到目前为为止，电控共轨系统中品种最多的部件也是电控喷油器。各种电控喷油器的基本原理相同，结构相似，但外形相差较大。

（一）电控喷油器概述

表8-3是电装公司和博世公司电控喷油器喷油量的试验数据。各种喷油器性能差不多仅有徽小的差别.

表8-4是根据一些资料整理的，当今世界上具有一定规模的柴油机燃油系统公司的电控喷油器的基本数据。

表8-4 电控喷油器基本资料

各种电控喷油器的基本资料表8-4

（二）电装公司的电控喷油器

电装公司在电控喷油器开发方面从80年代中期开始就一直走在世界前列。

表8-5是电装公司关于电控喷油器的产品开发规划图。

1．电控喷油器的规划

表8-5是电装公司关于电控喷油器的产品开发规划图。

1997年之前是基本产品开发阶段。从1998年开始到2001年是新型电控喷油器开发的第一阶段，主要是X1和X2型电控喷油器，2002年之后是断一代电控喷油器G2的开发阶段。关于G2型电控喷油器的具体资料还不多见。

2．三通阀结构和二通阀结构

电装公司最初开发的电控喷油器采用三通阀结构。在设计初期阶段，从理论上分析，三通阀结构具有很多优越性，但是实际试验和使用过程中发现，该三通阅结构并不如想像的好，因为燃油泄漏量较大。但是，

燃油从何处泄漏，如何减少燃

油泄漏等又没有有效的技术

措施。因此，使用后不久就废

止了，改成了二通阀结构。电

装公司三通阀喷油器和二通

阀喷油器的结构对比如图8-47

所示。

三通阀式喷油器的工作原理如图8-48 (b)所示。