柴油机电控共轨系统.docx

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柴油机电控共轨系统

浅谈柴油机电控共轨系统的进展

摘要：

本文介绍柴油机电控高压共轨喷射系统的原理和结构，对当前典型的高压共轨喷射系统进行了介绍和分析，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。

关键词：

柴油机高压共轨喷射系统发展

学习本课程的目的及意义

学习本课程的意义在于发动机和我们的专业有紧密的联系，可以说有机械就必定会有发动机，我们的专业是设计制造专业，当然同时也会涉及到发动机，发动机选择能否正确选择直接决定机械的性能的发挥，学习本门课程之后我们对发动机的选择将会更加准确，对我们专业技能来讲有很大的帮助。

我们获得汽车拖拉机内燃机结构、使用、维护等基本知识，也让我们正确的掌握了拖拉机汽车构造的基本原理，内燃机、拖拉机的基本理论，提高了我们对整车、总成、零件的结构、工作原理、拆装、调试、使用的理论水平。

更重要的是理解现代汽车和拖拉机的种类、发展方向、结构、基本组成、零件特点，掌握汽车与拖拉机的基本结构和组成，也为自己在不久做毕业设计有更好的指导同时今后学习机械打下良好的基础。

学习本门课程的体会

本课程的学习对学生毕业设计选择动力机的依据和从事相关方面的工作具有很大帮助，，也使我们获得内燃机的性能、构造、原理、特性等基本知识，通过本门课程的学习，使我们正确内燃机的结构原理和基本概念，也为我们较全面的阐述了动力机械中两种广泛采用的柴油机、汽油机的原理及性能。

作为一名学习机械的学生，对发动机方面的知识不是很了解，老师精心准备，给我们有额外准备的汽车构造的知让我们对汽车拖拉机的整体构造有了更深刻的了解。

老师每一节课多讲得非常认真，每一节课知识都非常的丰富，让我们学到了很多的知识

前言

随着常规能源的日趋枯竭和排放法规日益严格,目前以柴油机为动力的动力机械以其显著的经济性和动力性广泛应用于各行业，但其缺陷也引起了人们的关注，随着对柴油机低油耗、高功率及降低排放、噪声、排烟等方面日渐强烈的要求，如何解决这些难题已成为制约以柴油机为动力的动力机械发展的主要因素，降低污染、低油耗和高比功率的方向发展;而微处理器和电子控制技术的发展,使得采用电控系统的柴油机能够对工况进行实时监测,根据每个工况变化计算出实际需要的油量、压力、燃烧,使柴油机具有良好的动力性、经济性和排放性.作为20世纪末内燃机行业的三大突破进展之一的高压共轨电控柴油机,它能够实现理想的喷油规律,被认为是解决环保和节能双重压力的最有效、最经济的手段之一,作为其开发研究的最重要内容——电控系统（ECU）,已经成为研究的热点。

1柴油机电控共轨的介绍

柴油机电控共轨喷射系统是由意大利菲亚特公司在20世纪80年代设计的。

后来该公司将该技术的生产特许权卖给德国Bosch公司，Bosh公司则又花了三年时间进行生产准备。

到20世纪90年代中后期，柴油机电控共轨喷射系统正式进入了实用化阶段，越来越多的汽车生产厂商开始应用共轨喷射系统。

实践证明，运用该系统，不仅可以满足日益严格的排放、噪声法规，而且还可以降低燃油消耗。

因此，柴油机共轨喷射技术对于缓和世界能源危机，保护生态环境具有重大的战略意义和现实意义。

柴油机共轨喷射技术也因此被公认为内燃机行业20世纪三大突破之一。

2柴油机共轨电喷技术的工作原理

图2-1SERVOJET柴油机蓄压电控共轨燃油喷射系统

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。

油压增压比可达10-15倍，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器储油槽和针阀上部。

此时，由于受到针阀尾部的燃油压力和喷油器弹簧的预紧力作用，针阀不会开启喷油。

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器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、喷油速率均受到共轨油压控制。

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。

国外较成功的柴油机蓄压共轨电控燃油喷射系统还有美CATERPILLAR公司的T444E系统，该系统以机油作为共轨油，已用于美国NAVISTA公司的T444E柴油机上。

2.1电控共轨式喷油系统的特点及其结构原理

提高柴油机动力性，实现低污染、低油耗的中心任务就是改善柴油机的燃烧过程。

也就是要保证组成燃烧过程的进气、喷油、燃烧三要素中的油、气良好混合和在不同工况下满足不同的燃烧和放热要求。

其中喷油是最重要的因素。

因此喷油系统的控制成为柴油机电控的核心。

2.1.1共轨式喷油系统的特点

共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。

可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力，可同时控制nox和微粒在较小的数值内，以满足排放要求。

柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机nox，又能保证优良的动力性和经济性。

2.1.2共轨式喷油系统的结构原理

由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。

共轨式喷油系统，是柴油机电控技术发展过程中的一个大的飞跃，它改变了传统的喷油系统的组成结构，最大特点就是将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，通过对共轨管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速基本无关。

电磁阀控制的喷油器替代了传统的机械式喷油器，共轨中的燃油压力由一个电磁压力调节阀控制，根据发动机的工作需要进行连续压力调节。

电控单元作用于喷油器电磁阀上的脉冲信号控制燃油的喷射过程。

喷油量的大小取决于燃油轨中的油压和电磁阀开启时间的长短，及喷油嘴液体流动特性。

按照喷油高压形成的不同，共轨式电控燃油喷射系统有两种基本型式，即高压共轨式和中压共轨式。

2.1.2.1高压共轨系统

高压输油泵直接产生高压燃油后，输送至共轨中消除压力的脉动，再分送到各喷油器；当电子控制装置按需要发出指令信号后，高速电磁阀迅速打开或关闭，进而控制喷油器工作，即按设定的要求喷出或停喷高压燃油。

2.1.2.2中压共轨系统

中压输油泵将中压燃油输送到共轨中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中；当高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后，就迅速开启或关闭，从而控制燃油器工作，随即通过高压柱塞的增压作用，将从共轨中来的中压燃油加压至高压后喷出或停喷。

中压共轨系统又包括共轨蓄压式和共轨液压式，共轨蓄压式的控制油和喷射油均来自共轨管；而共轨液压式的控制油来自共轨管，喷射油来自燃油输油泵，所以该系统的控制油和喷射油可以采用不同物质。

其典型代表有日本电装公司的高压共轨式喷油系统ecdu2，英国lucasvarity公司的ldcr型高压共轨喷油系统，德国benz公司的om611柴油机上的电控高压共轨喷油系统，美国bkm公司的servojet共轨蓄压式电控喷射系统，美国caterpillar公司的heui共轨液压式喷射系统。

2.1.2.3柴油机电控燃油喷射系统的组成

柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外，对喷油正时和喷油的压力都有很高的要求（柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约19.6mpa），各种柴油电控系统的区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、ecu控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，基本组成与其他电子控制系统一致，也由传感器-ecu-执行元件3部分组成。

１、传感器

加速踏板位置传感器；反馈信号传感器；燃油温度传感器；其他传感器和信号开关。

２、柴油机控制

根据各传感器输入信号和内存程序，计算出供（喷）油量和供（喷）油开始时刻，并向执行元件发出执行令信号。

2.2柴油机共轨电喷系统的关键技术

现代轿车柴油机电控系统（含时间控制的柴油电喷、共轨式电喷、涡轮增压中冷、废气再循环等）的新技术；同时指出其中共轨式电喷的新技术是今后现代车用柴油机发展的必然趋势。

2.2.1车用柴油机电控系统的发展

与现代汽车汽油机电控技术的发展背景一样，即面对无法回避的局部和全球性的环境和能源问题，现代汽车柴油机不得不采用和发展电子控制系统，以便保持汽车柴油机的可持续发展，更充分发挥柴油机固有的优点（低油耗和低CO2排放）。

在保持柴油机卓越的燃油经济性的同时，要想满足越来越严格的排放法规，除了降低润滑油消耗、优化涡轮增压技术和使用先进的废气后处理系统外，最主要还需进一步改善柴油机的燃烧过程。

而喷油系统性能是影响柴油机燃烧过程的关键环节，利用微机电控技术改进燃烧过程应用了很多新技术，有的新技术虽然与电控技术没有直接的关联，但由于改善了整机性能，仍然与电控技术有间接的联系。

柴油机电控技术的发展过程与汽油机电控系统相似。

自80年代开始进入市场的现代汽车柴油机电控系统也是随着控制项目的不断增多，控制任务从简单到复杂，直至全方位控制。

例如,早期的电控燃油喷射系统都采用了“位置控制”,保持了传统的脉冲高压供油原理,只是通过以微机为核心的控制单元对位置伺服机构进行控制，改变油量调节齿条（直列泵）或油量调节滑套（VE型分配泵）等的位置，用以调节喷油泵的循环供（喷）油量。

但由于位置伺服机构执行频率响应慢，控制频率低，控制精度不稳定，经过了近十年的发展,到90年代初,“时间控制”式电控燃油喷射系统开发成功,采用了新型高速强力电磁阀代替传统的油量调节齿条（直列泵）或油量调节滑套（VE型分配泵）等,直接对高压燃油进行数字式的高频调节，由电磁阀的关闭时刻和闭合持续时间决定循环供（喷）油量和供（喷）油正时。

尽管如此,这种“时间控制”式电控燃油喷射系统仍保持了传统的脉冲高压供油原理。

直到90年代中期，一种新型的电控共轨式燃油喷射系统问世，抛弃了传统的脉冲高压供油原理，采用“时间-压力控制”式燃油计量原理，通过对公共油轨中油压的连续控制和各缸喷油过程的电磁阀控制相结合的方式实现对循环供（喷）油量的控制,才使柴油机的电控燃油喷射技术进入了一个新的发展阶段。

柴油机电控技术还面临着许多课题需要解决，特别是当采用高压电控喷油时，柴油机电控系统的成本几乎占发动机成本的一半。

尽管如此,只有在汽车柴油机上广泛采用电控技术,才能面对越来越严格的排放法规的挑战。

近年来柴油机电控系统的发展势头是令人瞩目的。

以柴油汽车用得最多的欧洲为例,由于欧洲道路车辆用多缸柴油机从2000年开始执行欧3排放标准，电控技术已在需满足欧3标准的柴油机上普遍使用,一些研究机构和大的厂商则早已着手研制满足欧4排放标准的电控柴油机,现在,电控共轨系统和电控单体泵系统在多缸柴油机上的应用已明显增多。

我国对现代柴油机电控技术的研究和开发尚处于起步阶段，目前还主要集中在对柴油机电控喷射系统的研究与开发上。

但随着社会经济的发展，对环保的要求越来越高，柴油机电控系统的研究和相应产品的开发必将成为我国汽车柴油机技术领域中的一个热点，这将大大促进我国汽车柴油机产品的更新换代，为在未来不长的时期里参与国际竞争奠定坚实的基础。

2.2.2现代轿车柴油机电控系统的新技术

时间控制的柴油电喷技术柴油机的新一代电喷系统采用时间控制,用高速电磁阀取代传统的机械喷阀,对高压燃油实现数字调节。

现在这种喷射系统逐渐向高压化迈进,高压喷射可使柴油雾化得非常细,发动机的燃烧过程进行得相当完善,而且速度快,同时又不明显提高燃烧温度。

提高了直喷式柴油机压力,不仅可以全面降低HC、CO、NOx、微粒物和碳烟的排放,而且还能显著的降低油耗。

共轨式电喷系统在车用柴油机中，高速运转使