高压共轨系统

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§2.3.3 BOSCH高压共轨系统
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高压共轨系统在BMW轿车柴油上
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BOSCH的高压共轨系统
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系统框图
高压油管 燃油箱 压力传感器 共轨腔 限压阀 低压油管 输油 泵 喷油器 油温 水温 空气流量 大气 压力 温度 ECU 参考脉冲 位置脉冲 踏板位置 增压压力 第51页
HEUI的主喷射
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HEUI的机油压力控制
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HEUI的燃油供油泵
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HEUI的控制系统
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HEUI的控制特点
1. 机油压力和增压活塞配合完成喷射压力控制， 以较低的共轨压力来实现高压喷射； 2. 需要活塞增压，增压过程响应慢；30ms 3. 可以实现预喷射，但是预喷射不能灵活调节； 4. 电磁阀采用高电压驱动，实现电磁阀的快速闭 合控制。 5. 整个控制系统的复杂程度较高。
柴油机共轨控制系统
一、为什么需要共轨控制系统； 二、柴油机三种电控系统的对比； （1）第一代位置控制式 （2）第二代时间控制式 （3）第三代高压共轨控制系统 三、柴油机的空气控制系统； 四、共轨控制系统的结构细节； 五、关于共轨系统的一些基本问题；
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柴油机面临的问题
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§1 柴油机面临的问题
之间的流量受到限制，从而保护发动机过载，这是
当某缸电磁阀失效以后，从机械上保证发动机不受 损坏的装置。
问题16：喷油器的响应时间：一般要实现1mm3～4mm3的喷油
量，电磁阀响应在0.2ms~0.3ms之间，才能实现。例 如五十铃的电磁阀由125V电压驱动，响应约为0.22ms。
凸轮轴 出油阀 定时控制活塞
油量控制套筒
定时电磁阀
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另一种位置电控VE泵
线圈 衔铁 断油电磁阀 位置传感器
定时控制阀
油量控制套筒
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控制特点
•油量控制特点：
调速器被取消；对油量控制套筒实施位 置饲服控制；喷射量的间接控制
•定时控制特点：
电磁阀控制定时活塞两端的压力，实现 对定时的间接控制
排气管到达NOx催化器，达到降NOx的目的。通过EGR循
环的燃油相当于大提前角预喷射作用。 后喷会影响经济性（3%～5%），同时也会影响机油消耗。
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6 关于共轨系统的基本问题（续）
问题6：共轨系统中，哪些关键参数是新的？ 和传统的时间控制式燃油喷射系统相比，增加了共轨压 力传感器，实现了共轨压力的闭环控制，从而大大增加了喷射 控制的灵活性，增加了喷射压力控制、预喷油量控制、预喷定
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喷射定时的反馈方法
喷嘴架
实际喷射定
信号 接口 螺线管
时的反馈—
—喷嘴针阀 升程的检测：
利用针阀运
动导致螺线 管中电磁变 化来反馈喷 射始点
双弹簧 喷嘴 压力销
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§2.1.2 直列泵的位置控制式系统
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油量控制元件
取消机械调速器 对齿条/拉杆的位置 实施电控
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装有柔性动力系统的混合调速器
1 机械式单体泵系统
2 喷油量控制
3 喷油定时控制
4 喷嘴的结构
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应用场合
单体泵： 机车/船用
泵喷嘴： 轿车/卡车
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控制系统的框图
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系统的配置
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§2.2.4 第二代电控系统总结
(1)第二代控制系统的包括：
电控分配泵、直列泵、泵喷嘴、单体泵；
共有的控制特点：
依靠传统的脉动泵产生高压； 喷油量控制和喷油脉宽完全由电磁阀控制；
（4）EGR控制系统
问题4：预喷油量和角度？ 1～4mm3，3～5%的总油量，角度可以达 TDC前90。 到
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6 关于共轨系统的基本问题（续）
问题5：后喷的作用和角度？ 用来形成较浓的空燃比——实现降NOx的功能。可以在 TDC后200～220进行喷射，所喷的油量不会在缸内正 常燃烧，一部分通过EGR重新进入气缸，其它的油量经
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压电晶体相对线圈执行器的优点（2）
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由压力控制模式向体积控制模式过渡
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体积控制模式和压力控制模式的功率损失
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空气和燃油集成模块
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柴油机的理想喷油速率
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共轨系统的预喷、主喷和后喷
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喷油量和共轨压力、喷油脉宽的对应关系
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三种典型的喷射系统的喷射压力比较
2. 喷油量、喷射定时、喷射压力和喷油
速率的综合控制；
3. 燃烧噪声、排放、动力性和经济性的
综合优化控制；
4. 系统最复杂、制造成本最高、技术水
平最高
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附：五十铃共轨系统
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附：五十铃共轨系统
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附：五十铃共轨系统
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§2.3.5 压电晶体喷油器—共轨2
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压电晶体相对线圈执行器的优点（1）
缺点：间接控制，响应慢，对发动机性能改善有限
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§2.2 第二代时间控制式
1 分配泵系统 2 直列泵系统 3 电控单体泵/ 泵喷嘴系统
4 第二代电控系统的总体特点
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§2.2.1 基于分配泵的电控系统
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分配泵的电控系统框图
燃油箱 加速踏板传 感器 传感器 喷油器
滤清器 电磁阀
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滤清 器
高压泵
PCV阀
共轨系统在轿车上的应用
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燃油输油泵
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燃油输油泵
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燃油高压泵
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燃油高压泵
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PCV阀
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PCV阀
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喷油器
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喷油器
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共轨系统的组成
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§2.3.4 共轨系统的总结
1. 共轨压力反馈控制—PCV/高压传感器；
（1）仍然依赖于传统的脉动高压系统，使得
高压喷射的区间受到凸轮型线的限制，无法实现 大范围的喷射定时控制； （2）喷射压力的大小只和凸轮型线以及发动 机转速等结构参数有关，不能根据发动机的工况
灵活调节；
（3）无法实现灵活的预喷射和多次喷射。
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§2.3 第三代高压共轨系统
1 共轨压力的反馈控制 2 喷油量控制 3 喷油定时控制
下突然停机，因为除了会对发动机本身有损坏外，由于共轨压 力很高，来不及下降就停机，会造成发动机再次启动时困难， 因为起动时的需要共轨压力较低（约330～350Bar）。
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6 关于共轨系统的基本问题（续）
问题8：共轨安全阀（限压阀）的压力是多大？
大约是1500Bar左右。安全阀打开一次后，共轨压
• 缸内高压喷射
– 轿车：2000bar，卡车：2600bar以上
• 增压中冷，废气再循环(EGR)
– 提高升功率、经济性和降低排放
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柴油机发展趋势
• 排气后处理
微粒捕捉器，氧化催化器，NOx催化器
•
解决方案：电子控制：
– 电子控制燃油喷射 – 电子控制可变截面涡轮 – 电子控制废气再循环 – 电动进排气门 – 电子控制单元 实现理想的喷油速率是解决柴油机排放的基础， 配合空气系统和电子控制，是柴油机发展的 根本途径。
力降到很低的水平（200Bar左右），从而实现安全 停机。 问题9：高压油管的要求：可以持续承受较高的静态压力 和动态压力波动。油缸内径2.4mm时外径为6mm。
问题10：高压泵的驱动功率？
由于高压泵有三套柱塞系统，每120供油一次，因 此需要的峰值转矩比较小，2升的轿车发动机的高压泵在 标定转速和1350bar压力的条件下，需要3.8Kw的驱动功率。
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6 关于共轨系统的基本问题（续）
问题11：高压泵能否实现的省功率运行？ 首先是很有必要，因为从PCV泄压的燃油已经被加 压，油温会升高而且能量损失加大。利用高压泵的 单个柱塞关断阀，可以进一步降低高压泵的能量损
失。
问题12：PCV的回位弹簧力如何考虑？ 由于PCV阀工作方式：当PCV阀打开（断电）时，燃 油泄流到低压；当PCV阀关闭（通电）时，燃油进入 共轨。断电时，因为弹簧预紧力决定了共轨系统的 最小压力值，该值一般为100bar左右。
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装有柔性动力系统的康明斯发动机
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§2.1.3 第一代电控系统特点总结
间接控制喷油量——位置饲服
间接控制喷油定时——液力系统饲服控制
喷射压力大小控制——取决于原有机械系统的性能 喷油速率控制——取决于原有机械系统的性能 优点：技术难度小，改动工作量小，成本低，可以 实现机械混合运行，安全可靠；
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§2 柴油机三种电控燃油喷射系统的对比 1 位置控制式 2 时间控制式 3 高压共轨系统
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§2.1 第一代位置控制式
1 分配泵位置控制 2 直列泵位置控制 3 第一代电控系统的总体特点
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§2.1.1 分配泵位置控制系统
机械式分配泵
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位置控制式分配泵
油温传感器 喷油量调整 屏蔽轴 分配转子 位置传感器 分配转子
喷油控制功能
密封端口
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ECU模块
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凸轮轴位置传感器
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控制时序
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§2.2.2 基于直列泵的电控系统
电控单元 喷嘴 高压 油路 低压 油路 输油 泵
电 磁 阀
简化直列油泵
位置/转速传感器
PPVI：在直列泵上实施的时间控制式电控系统
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PPVI液力系统结构框图
电控单元
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6 关于共轨系统的基本问题
问题1：共轨多大的功率范围？ 轿车、轻卡、重卡、机车、船舶均可 30Kw～200Kw/缸的功率范围 问题2：最高压力能够到达多少？
五十铃：1350Bar，Bosch：～1400Bar；压力
通过安全阀来限制。
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6 关于共轨系统的基本问题（续）
问题3：共轨发动机一共有几个子系统？ （1）共轨压力控制系统； （2）喷油量/喷射定时控制系统 （3）增压压力控制系统（VNT）
时控制，后喷油量控制、后喷定时控制。由于这些新的功能的
增加，共轨发动机的标定技术就显得非常重要，因为变量增加 之后，虽然给性能的优化提供了更加的广阔的空间，同时也意 味着增加了试验匹配的工作量。 “最佳状态一直是追求的目标，但是没有最好，只有可以接受”
的标订规则。
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6 关于共轨系统的基本问题（续）
• 与汽油机比较：
– HC和CO排放相对较少 – CO2少 – NOx排放和汽油机基本相当，但是汽油 机可以加三效催化装置 – 微粒排放较高 – 噪声较大
解决NOx和PM的排放
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柴油机面临的问题
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柴油机面临的问题
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柴油机发展趋势
• 理想喷射特性
– 预喷射、初始喷射速率低，主喷速率 高，后喷停止速度快
ECG
电磁阀
柱塞 凸轮轴 直列泵壳体 低压系统
高压油管
喷油器
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PPVI系统工作特点
PPVI系统的特点：
传统的齿条被取消； 柱塞斜槽被取消，只起加压的作用；
喷油量控制和喷油脉宽完全由电磁阀控制；
电磁阀关闭时刻决定喷射定时； 电磁阀关闭持续时间决定喷油量；
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§2.2.3 泵喷嘴和单体泵系统
问题14：共轨压力波动峰值有多大？
一般在共轨的平均压力的百分之几的水平以内，例 如怠速时的共轨平均压力一般在350巴左右，其压力
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6 关于共轨系统的基本问题（续）
波动在几巴到十几巴的水平。在大负荷供况下，波 动幅值在100巴以内。 问题15：共轨到各缸之间要有限流器，为什么？ 主要是为了保证发动机的安全，使得从共轨到喷嘴
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6 关于共轨系统的基本问题（续）
问题13：PCV阀的响应？ 五十铃的共轨系统在1ms左右，在电磁阀关闭之后， 利用电流的脉宽调制保持PCV阀的关闭状态，其中的 调制频率在1KHz以上。和各缸的喷油电磁阀相比，
PCV阀的响应底一些没有关系，而且可以利用DC-DC
变换将其驱动电压提高到120V～150V左右，以实现 较短的时间给电磁阀较大的充能。
问题7：共轨压力控制是如何实现的？
通过PCV（压力控制阀）开关来实现的。提高共轨压力：
加大PCV的关闭时间；降低共轨压力：一个方面PCV打开（不再 向共轨压油），另外一个方面利用各缸喷嘴向缸内喷射来降低 共轨压力。 ——在发动机不运转的时候，即使PCV阀全开共轨压力
也不会下降。应尽量避免发动机在高速或者大负荷的压力条件
4 预喷射控制
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§2.3.1 共轨控制系统的类型
1 中压共轨—HEUI系统
2 高压共轨—线圈电磁ຫໍສະໝຸດ Baidu喷油器
3 高压共轨—压电晶体喷油器
4 共轨系统的控制特点
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§2.3.2 液力活塞增压喷射系统－HEUI
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HEUI的含义
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HEUI系统组成
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HEUI的预喷射功能
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电磁阀关闭时刻决定喷射定时；
电磁阀关闭持续时间决定喷油量；
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第二代电控系统总结
(2)与第一代的差别：
采用电磁阀实现对喷射过程的直接数字 控制，不但可以控制喷油量，而且可以控制喷 射定时，实现高频和更加灵活的控制功能；而 且可以实现分缸独立控制。
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第二代电控系统总结
(3)第二代电控系统的缺点：