车辆电子控制报告技术第二次作业-柴油机高压共轨的发展现状及前景-北京理工大学

柴油机高压共轨的发展现状及前景

姓名：xxx 学号：xxx

（北京理工大学机械与车辆学院车辆工程，北京 100081）

摘要：介绍柴油机高压共轨喷射系统的原理和结构，对当今国外典型的高压共轨喷射系统进行介绍和分析，总结各种系统的最新进展，最后提出未来的研究目标和发展趋势。

随着社会对发动机性能和排放要求的日渐严格，柴油机行业遇到了前所未有的挑战。但随着全球微电子技术和计算机技术的迅猛发展，在汽油机成功实现了成熟的电控技术的基础上，电控技术在柴油机上的应用也正方兴未艾。喷油系统是柴油机的心脏，故柴油机电控技术的核心是电控喷油系统。

柴油机喷油系统电控技术经历了三个阶段：位置控制阶段、时间控制阶段、压力——时间控制阶段，目前正处于第三阶段的发展与成熟期，如图0.1所示。

图0.1 电控柴油机控制系统分类

柴油机采用电控共轨喷油系统，不仅使柴油机改造容易，且可在柴油机全负荷范围内实现喷油规律、喷油压力等的最优控制。这类系统是全新一代的喷油系统，在21世纪将会发挥巨大的作用，特别是在降低柴油机排放、保护地球环境方面将会起到不可替代的作用。

柴油机电控共轨喷油系统将喷油量和喷油时间的控制融为一体，使燃油的升压机构独立，即燃油压力与柴油机转速、负荷无关，具有可独立控制压力的部件——共轨。这样，就可自由控制燃油喷射压力。喷油量、喷油时间等参数则直接由装在各个气缸上的喷油器的高速开关电磁阀来控制。

1.柴油机高压共轨喷射系统原理和结构

与前两代喷油系统相比，电控共轨燃油喷射系统克服了燃油压力受柴油机转速的影响，不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理，而采用了公共控制油道——共轨管，高压油泵只是向公共油道供油以保持所需的共轨压力，通过连续调节共轨压力来控制喷射压力，使其达到与工况相适应的最优数值，而且还使得喷油压力和喷油速率的控制成为可能，且系统的控制自由度及精度得到了大幅度提高。

高压共轨喷油系统的结构见图1.1，为典型的电控高压共轨喷射系统，主要由高压泵、带调压阀的共轨管、带电磁阀的喷油器、各种传感器和电控单元(ECU) 组成。

图1.1 高压共轨喷射系统结构

高压共轨喷油系统的特点是：喷油压力的建立与喷油过程无关喷油压力、喷油过程和喷油持续期不受负荷和转速的影响喷油定时与燃油计量完全分开，可以自由调整每缸的喷油和喷油始点：能实现预喷射、Δ喷射、靴型喷射、快速停喷、后喷射、多段喷射。

国内外很多内燃机方面的专家学者都在研究开发电控高压共轨喷射系统。德国Bosch 公司、意大利菲亚特集团、英国LUCAS、日本电装公司、美国德尔福公司等世界著名油泵油嘴制造商相继开发了高压共轨系统，下面就部分公司的电控高压共轨喷射系统进行介绍和分析。

2.柴油机高压共轨喷射系统的发展状况

2.1美国BKM的Servojet

如图2.1和图2.2，该系统主要由输油泵、压力调节器、燃油供油轨、高速电磁阀、油压增压器、蓄压式喷油器、电控单元(ECU) 、传感器等组成。

图2.1 Servojet 柴油机电控蓄压共轨喷油系统图2.2 Servojet 喷油器

该系统工作原理是：输油泵向共轨提供中压燃油，利用喷油器中的增压活塞使中压燃油的压力进一步提高。通过调节共轨压力可控制最高喷射压力和喷油量。当电磁阀通电时，回油通道关闭，共轨燃油进入增压活塞上方，活塞下行。油压增压器的增压比可达10～15 ，10MPa 的共轨燃油压力在增压柱塞下方可被增压至100～160MPa 。高压燃油通过蓄压腔单向阀进入蓄压腔及喷油嘴储油槽和针阀上部。此时，针阀由于受到针阀尾部的燃油压力和喷油嘴弹簧的预紧力作用不会开启喷油。当电磁阀断电而打开回油通道时，增压活塞上方燃油卸压。增压活塞和增压柱塞上行，使增压柱塞下方和针阀尾部处的油压也降低。蓄压室中高压燃油通过喷油嘴储油槽作用在针阀上，使针阀开启，实现高压喷射。喷油始点决定于电磁阀断电时刻，喷油终点决定于共轨压力和针阀弹簧预紧力。同时，最高喷射压力、喷油量、喷油速率均受共轨油压控制。Servojet 系统在天然气——柴油双燃料发动机上已得到应用，以控制柴油喷射。

2.2日本电装ECD-U2

该系统主要由高压输油泵、共轨油道、喷油器、电控单元(ECU) 、传感器等组成。

图2.3ECD - U2 高压共轨喷油系统

该系统的工作原理是：通过油泵控制阀( PCV)调节高压供油泵的泄油量来控制共轨油道中的燃油压力。燃油压力由装于共轨油道上的传感器检测，通过燃油压力反馈控制来控制共轨油压，使实际燃油压力按发动机转速和负荷要求的压力值得到控制，来自共轨油道的燃油送到喷嘴和液压活塞上油腔两处。喷油量、喷油正时、喷油率的控制由二位三通高速开关电磁阀(TWV) 的开关对液压腔活塞上油腔压力的控制来实现。TWV 开启时，上油腔中的高压油泄出，此时由于喷嘴侧高压油的作用，开启喷嘴针阀，开始喷油。TWV 关闭时，高压油再次作用在液压活塞上方，关闭喷嘴针阀。这样，通过控制TWV 的开关定时，就可控制喷油量和喷油定时。在TWV 和液压活塞腔之间装有单向阀和节流阀，用于限制活塞腔油压释放时的燃油流动，抑制针阀的抬起速率，从而形成合理的喷油速率。另外，在一个工作循环内，可多次控制TWV 的开关，从而可实现预喷射和分段喷射。1995 年，日野公司在其中型卡车用J08C 型柴油机上采用了本系统。

2.3德国Bosch的高压共轨系统

目前为止，Bosch 公司总共规划和设计了3 代高压共轨系统。如图2.4所示为Bosch 公司的高压共轨喷射系统。第一代已经于1997 年7 月批量投放市场，主要应用于轿车，喷射压力达135 MPa 。第二代于2000 年开始批量生产，开始使用具有油量调节功能的高压泵和经改进的电磁阀喷油器，喷射循环由预喷射、主喷射和多级喷射等多次喷射组成，最大系统压力提高至160 MPa ，采用降噪新技术，主要适用于功率在55 kW/ L 以下的发动机。