电控共轨式喷油器

电控共轨式柴油喷射系统

电控共轨系统中，将产生高压与控制喷射的功能分开，共轨腔只起着蓄压器的作用，共轨中燃油压力可以由ECU与压力调节阀控制，不受柴油机的转速影响，低速下能保证良好的喷雾，高速下能实现柔性控制。因此增大了调节自由度和改善了控制精度。下图为Bosch公司为Daimlar-Crysler公司的奔驰轿车柴油机提供的高压共轨系统图（图1）。

图1：电控高压共轨系统

柴油共轨系统已开发了3代，它有着强大的技术潜力。第一代共轨高压泵总是保持在最

高压力，导致能量的浪费和很高的燃油温度。第二代可根据发动机需求而改变输出压力，并

具有预喷射和后喷射功能。预喷射降低了发动机噪音：在主喷射之前百万分之一秒内少量的

燃油被喷进了气缸压燃，预加热燃烧室。预热后的气缸使主喷射后的压燃更加容易，缸内的

压力和温度不再是突然地增加，有利于降低燃烧噪音。在膨胀过程中进行后喷射，产生二次

燃烧，将缸内温度增加200～250℃，降低了排气中的碳氢化合物。由于其强大的技术潜力，

今天各制造商已经把目光定在了共轨系统第3代——压电式(piezo)共轨系统，压电执行器代

替了电磁阀，于是得到了更加精确的喷射控制。没有了回油管，在结构上更简单。压力从

200～2000巴弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3，减小了烟度和NOX的排放。

电控柴油机喷油器:

柴油机电控系统的组成：

柴油机电控系统由传感器(Sensors)电控器(ECU)与执行器(Actuator)三部分组成。

1、传感器：传感器的功用是检测柴油机及车辆运行时的各种信息。

2、电控器：电控器(ECU)是柴油机电控的核心部分。

3、执行器：接受ECU 传来的指令，并完成所需调控的各项任务。

电控柴油机喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用根据 ECU 发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油

以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。

BOSCH 和ECD-U2的电控喷油器的结构基本相似，都是由于传统喷油器相似的喷油嘴、控制活塞、控制量孔、控制电磁阀组成，图2为 BOSCH 的电控喷油器结构图。

在电磁阀不通电时，电磁阀关闭

控制活塞顶部的量孔A ，高压油轨的

燃油压力通过量孔Z 作用在控制活塞

上，将喷嘴关闭；当电磁阀通电时，

量孔A 被打开，控制室的压力迅速降

低，控制活塞升起，喷油器开始喷油；

当电磁阀关闭时，控制室的压力上升，

控制活塞下行关闭喷油器完成喷油过

程。

控制了喷油率的形状，需对其进

行合理的优化设计，实现预定的喷油

形状。控制室的容积的大小决定了针

阀开启时的灵敏度，控制室的容积太

大，针阀在喷油结束时不能实现快速

的断油，使后期的燃油雾化不良；控

制室容积太小，不能给针阀提供足够

的有效行程，使喷射过程的流动阻力

加大，因此对控制室的容积也应根据

机型的最大喷油量合理选择。

控制量孔A 、Z 的大小对喷油嘴的

开启和关闭速度及喷油过程起着决定

性的影响。双量孔阀体的三个关键性

结构是进油量孔、回油量孔和控制室，

它们的结构尺寸对喷油器的喷油性能

影响巨大。

回油量孔与进油量孔的流量率

之差及控制室的容积决定了喷油嘴

针阀的开启速度，而喷油嘴针阀的关闭速度由进油量孔的流量率和控

制室的容积决定。进油量孔的设计应使喷油嘴针阀有足够的关闭速度，以减少喷油嘴喷射后期雾化不良的部分。

此外喷油嘴的最小喷油压力取决于回油量孔和进油量孔的流量率及控制活塞的端面面积。这样在确定了进油量孔、回油量孔和控制室的结构尺寸后，就确定了喷油嘴针阀完全开启的稳定、最短喷油过程，同时就确定了喷油嘴的稳定最图2：BOSCH 电控喷油器

小喷油量。控制室容积的减少可以使针阀的响应速度更快，使燃油温度对喷油嘴喷油量的影响更小。

但控制室的容积不可能无限制减少，它应能保证喷油嘴针阀的升程以使针阀完全开启。两个控制量孔决定了控制室中的动态压力，从而决定了针阀的运动规律，通过仔细调节这两个量孔的流量系数，可以产生理想的喷油规律。

由于高压共轨喷射系统的喷射压力非常高，因此其喷油嘴的喷孔截面积很小，如 BOSCH 公司的喷油嘴的喷孔直径为0.169mm×6，在如此小的喷孔直径和如此高的喷射压力下，燃油流动处于极端不稳定状态，油束的喷雾锥角变大，燃油雾化更好，但贯穿距离变小，因此应改变原柴油机进气的涡流强度、燃烧室结构形状以确保最佳的燃烧过程。

对于喷油器电磁阀，由于共轨系统要求它有足够的开启速度，考虑到预喷射是改善柴油机性能的重要喷射方式，控制电磁阀的响应时间更应缩短。

高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除燃油中的压力波动，然后再输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。其主要特点可以概括如下：

共轨腔内的高压直接用于喷射，可以省去喷油器内的增压机构；而且共轨腔内是持续高压，高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。

通过高压油泵上的压力调节电磁阀，可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨腔内的油压进行灵活调节，尤其优化了发动机的低速性能。

通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时，喷射油量以及喷射速率，还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔。

图3：压电晶体直接作用的外开式电控喷油器

1：针阀2：压电执行器

在各种电控喷射系统中，电控泵嘴系统和电控共轨系统均能实现高压喷射，且均采用高速电磁阀实现时间式控制方案，控制比较灵活、精确。因此这两种高压喷射系统最有发展前途。上图即为一种利用压电晶体在电场作用下能够迅速产生变形的原理来控制针阀运动的外开式电控喷油器（图3）。