柴油机电控喷油技术

第八节电控共轨柴油机一例

一、慨述

五十铃FORWARD型中型系列卡车从1994年全面改型以后，一直受到市场的好评。其中的6HK1-TC型发动机(图3—239)采用日本电装公司的ECD-U2型电控共轨燃油系统，是比较具有代表性的电控共轨柴油卡车之一。以此为实例，简要介绍中型柴油机卡车用电控高压共轨式燃油系统的全貌。

关于ECD-U2系统的部分零部件已在专项内容中介绍，此处从略。未作具体介绍的内容尽可能列出，给出一个关于电控共轨燃油系统的整体概念。

6HK1-TC型发动机满足1998年日本国内的排放法规。当时的法规值为：

NOx(氮氧化物) 4.5g/(k W.h)

PM(微粒，Particulate Matter) 0.25g/(k W·h)

黑烟25%

CO（一氧化碳）7.4g/(k W·h)

HC（碳氢化合物） 2.9g/(k W·h)

二、结构和参数

6HK1-TC型发动机采用的ECD-U2电控共轨燃油系统的主要参数如表3—35，重要特性曲线如图3—240所示。

三、电控共轨柴油机的特点

与采用普通机械式燃油系统的柴油机相比，电控共轨柴油机有如下重要的不同之处

图3-239 6HK1-TC型发动机的结构变更

(1)用供油泵代替了原来的喷油泵。利用发动机的转动，通过供油泵将燃油加压，并送入共轨中。在供油泵上配置了供油泵控制阀(PCV———Pump Control Valve)．在ECU指令的控制下，调节供人共轨中的燃油量。此外，供油泵带有输油泵。输油泵的作用是从油箱中抽油，并将燃有油供人供油泵的往塞腔中。

(2)取消了调速器和提前器；新增加了储存高压燃油的共轨组件；由于采用共轨式电控燃油系统，原来安装喷油泵的托架变更了。

(3)机械式喷油器变更为电控式喷油器。可以最佳地控制喷油量、喷油时间和喷油率

(4)高压配管(即高压油管)的形状变更了(图3—241)。高压配管外径由∮6.35变更为∮8，内径由∮2．0变更为∮4．0。

图3-240 6HK1-TC型发动机特性曲线

电控共轨式燃油系统请参看第六节

图3-241 6HK1-TC型发动机高压配管

日本五十铃公司6HK1-TC型发动机的燃油喷射系统的概念图如图3-242所示。

燃油从油箱经输油泵供人供油泵中，在供油泵中提升压力之后，送入共轨。共轨内的燃油压力始终保持在25~120MPa。由ECU发出的指令，通过PCV(供油泵控制阀)控制送入共轨中的燃油量。共轨内的高压燃油供给各个气缸所对应的喷油器，设置在电控喷油器上的电磁阀严格按照ECU发来的指令动作，控制各个气缸的喷油时间和喷油量，向各个气缸内喷射最适量的燃油。

将发动机转速、发动机负荷等各种传感器信息、各种开关的信号送入电控单元ECU，ECU根据这些信息，经过预先编制好的计算处理程序、经计算处理以后向供油泵、喷油器等执行器

图3—242 6HK1-TC型发动机电控共轨燃油系统概念图

发出控制指令，从而实现对燃油喷射过程进行最佳控制。因此，电控共轨系统和传统的机械式燃油喷射系统的最大不同之处是：

·自由控制喷油压力；

·自由控制每循环的喷油量；

·自由控制喷油时间；

·自由控制喷油率。

1．喷油量控制方法

为了控制最佳喷油量，主要以发动机转速、加速踏板开度等信息为基础，控制二通阀（TWV）的开启与关闭，从而控制最佳喷油量。

2．喷油压力控制方法

通过控制共轨内的燃油压力，从而控制喷油压力。共轨内的燃油压力是根据发动机的转速和喷油量等参数计算出来的，通过控制供油泵，使之供出适量的燃油，并压送到共轨内。

3．喷油时间控制方法

电控共轨系统的部分功能取代了机械式燃油系统中的提前器。共轨系统根据发动机转速和喷油量等参数，计算出适当的喷油时间，通过控制喷油器，从而实现最佳喷油时间的控制。

4．喷油率控制方法

为了提高发动机气缸内的燃烧质量，在喷射初始阶段以很少量的燃油进行“引导(Pilot)喷射”、着火；在着火完成的时候，再进行第二段喷射——主喷射，为了控制主喷射段的喷射时间和喷油量，ECU通过TWV直接控制喷油器进行喷油。

四、燃油系统组件、传感器及各类开关

本节以采用高压共轨燃油系统的6HK1-TC型柴油机为例，将与共轨系统有关的主要组

成部分、各种传感器和开关等一并列出，给读者一个整体概念和具体的数量概念。

(一)供油泵

6HK1-TC型发动机采用两缸柱塞式供油泵，供油泵的参数如下：

供油泵型号：SPl20—6MD

最大供油量：380mm／行程

溢流阀开启压力：255kPa

供油泵转向：从驱动端看，左旋

编号：8—93492—714—1

(二)喷油器

机械式喷油器变更为电控式喷油器。相对于传统的机械式喷油器来说，新增加了油压活塞、TWV(二通电磁阀)等零件。TWV接受ECU的指令，实时调节指令活塞上部的燃油压力，从而控制针阀开启或关闭，最佳控制喷油量、喷油时间和喷油率。喷油器的结构图如图3—243所示。

图3-243 6HK1-TC型自控共轨系统的喷油

6HK1-TC型发动机的电控喷油器的脉冲谱如图3—244所示。每循环喷油过程分成两段进行——预喷射和主喷射。

喷油器的剖而图如图3—245所示c

6HK1-TC型发动机中采用的喷油器的主要参数如下：

·喷油嘴型号；DLLA149P703

·喷油孔直径—喷油孔数：∮0.21—6

·线圈阻抗：0.5—0.70

(三)共轨组件

共轨组件(图3—246)的作用是接受从供油泵供来的高压燃油，并按照ECU的指令向各个气缸分配燃油。共轨组件中还有压力限制器、流动缓冲器和压力传感器等——关于这些部件的结构和工作原理，请参看特种传感器部分——随时监测有无过剩燃油流出、喷射、监测压力是否正常并进行控制。

图3-244 6HK1-TC型发动机的脉冲谱