电控汽油机柴油机喷油系统.docx

1、喷油器分类现代柴油汽车发动机基本采用闭式喷油器，根据喷油嘴结构形式不同，闭式喷油器又分为孔式喷油嘴和轴针式喷油嘴等，分别用于不同的燃烧室。闭式孔式长型短型轴针式普通型节流型分流型 1-回油管螺钉 2-回油管垫片 3-调压螺钉护帽 4-垫片 5-顶杆 6-喷油器体 7-紧固螺套 8-定位销 9-油嘴垫 10-喷孔 11-针阀 12-环形油腔 13-针阀体 14-进油道 15-进油管接头 16-调压弹簧 17-调压螺钉图1 -1 孔式喷油器构造1孔式喷油嘴 其特点是喷油嘴偶件中的针阀不直接伸出喷孔，喷油嘴头部的喷孔小且多，一般喷孔1-7个，直径0.2-0.5mm。孔式喷油嘴又分为短型和长型两种（图1-2），长型孔式喷油嘴的针阀导向圆柱面远离燃烧室，减少了针阀受热变形卡死在针阀体中的可能性，用于热负荷较高的柴油机中。 图1-2 孔式喷油嘴2轴针式喷油嘴 特点是喷油嘴偶件中的针阀伸出喷孔（图1-3），喷孔一般只有一个，直径也较大，可达13mm，工作时轴针在喷孔中上下运动，能自动清除喷孔积炭。针阀头部制成各种形状（如图1-4所示），使柴油以不同油束锥角喷入气缸，适应不同发动机需要。（附1：孔式喷油器的实物图及装配图）图1-4 轴针式喷油嘴针阀头部形状a）倒锥 b）园柱 c）顺锥a）b）c）1- 回油管螺钉 2-调压螺钉护帽 3-调压螺钉 4-垫圈 5-滤芯 6-进油管接头 7-紧固螺套 8-针阀 9-垫圈 10-针阀体 11-喷油器体 12-顶杆 13-垫圈 14-调压弹簧 15-垫圈 16-垫圈2- 圈图1-3 轴针式喷油器2、柱塞式高压燃油泵柴油机燃料供给系由两部分组成：低压部分和高压部分。低压部分包括：油箱、低压油管、输油泵、燃油滤清器、溢油阀和回油管。高压部分包括：喷油泵、高压油管、喷油器。低压部分主要使喷油泵的低压腔充满燃油并建立起一定压力(1.5 3.0 bar)。高压部分对燃油进一步加压并使燃油呈良好的雾状喷入气缸。 图2-1 图2-1是燃油供给系的原理图，输油泵由凸轮轴上的偏心环驱动。输油泵通过燃油滤清器向喷油泵提供低压（正压）燃油。喷油泵使低压燃油形成高压燃油，并通过高压油管送到喷油器喷油器。当高压燃油到达喷油器时，燃油压力克服喷油器弹簧压力，提升针阀，使燃油喷入燃烧室。从喷油器针阀偶件之间泄露出的少量燃油，经回油歧管流回滤清器。由于输油泵的输油量超过喷油泵的喷油量，多余的燃油便从单向溢流阀经回油管返回到燃油箱。柴油机燃油供给系应满足以下基本要求1、供油量 供油量应与柴油机工况相适应，并保证各循环量的稳定和多缸柴油机各缸供油量均匀，还要求能随着负荷的变化而自动调节。2、供油时间 柴油应当在恰当的时刻喷入燃烧室，而且喷油的延续时间也应在最有利的范围内。对于多缸柴油机还应保证各缸的供油时间基本一致，误差不大于0.5度凸轮轴转角。为了保证柴油机的工作性能，还要求喷油泵的供油速率能与发动机燃烧过程相适应，这要求凸轮型线与柱塞尺寸相匹配。柴油机燃油供给系统开始供油时间，一般有两种表示方法，即供油提前角和喷油提前角。供油提前角：喷油泵开始向高压油管供油时刻，用活塞在上止点前相应的曲轴转角表示喷油提前角：喷油器开始向燃烧室喷射柴油的时刻，也用活塞在上止点前相应的曲轴转角表示。喷油器开始向燃烧室喷油的时刻总要迟于喷油泵向高压油管供油的时间，即供油提前角总是大于喷油提前角的。对于一定燃烧室形式的柴油机，最佳的供油(或喷油)提前角的大小与柴油机转速和供油量有关。转速愈高，供油量愈大，则最佳供油提前角也应当愈大，使燃烧过程能在活塞上止点附近完成，以获得最大的功率和小的燃油消耗率。一般说明书所规定的供油提前角是指该柴油机在标定转速下的最佳供油时刻。供油的延续时间可以用喷油泵凸轮轴转角或曲轴转角表示。3、喷油质量 喷入的柴油油束应与燃烧室配合良好，油束的雾化、分散和射程应符合燃烧室的要求，还应喷射干脆，避免后滴现象。4、喷油规律 指喷油过程中，每单位时间或单位喷油泵凸轮轴转角喷油量(又称喷油速率)随时间或喷油泵凸轮轴转角而变化的规律。要求喷油规律同混合气形成和燃烧过程配合良好，以获得合适的燃烧速率、压力增长率和最大爆发压力。2-1输油泵输油泵的功用：将柴油从油箱中吸出，并适当增压，以克服燃油供给系统管路和滤清的阻力，保证连续不断地向喷油泵输送足够数量的柴油。输油泵的输油量一般为喷油泵全负荷供油量的3 4 倍。图2-1-1输油泵输油泵装在喷油泵壳体上，由喷油泵凸轮轴上专设的偏心环驱动。输油泵柱塞将泵体分为上、下两个空间(吸入腔和压力腔)。当凸轮轴转动时，柱塞在挺杆与柱塞弹簧的共同作用下做往复运动。输油泵的工作过程当偏心环凸起推动挺杆时，克服柱塞弹簧的弹力，使柱塞下行。此时，吸入腔的油压增高，进油阀关闭，出油阀打开。由于压力腔容积增大，处于吸入腔的柴油经过油道流入压力腔。图2-1-2中间行程 图2-1-3输油 吸油过程1、凸轮2、偏心驱动3、滚柱挺杆4、压杆5、压力室6、柱塞7、柱塞回位弹簧8、粗滤器9、止回阀（吸入端）10、吸油通道11、止回阀（压力端）当偏心环凸起转过以后，在柱塞弹簧的作用下柱塞向上运动。此时，压力腔油压增高，出油阀关闭和，柴油经过油道流向滤清器。与此同时，由于吸入腔的容积增大，进油阀打开，柴油进入吸入腔。2-2溢流阀通过溢流阀的阻尼作用，使喷油泵泵体低压腔内压力保持在1.5 2.5 bar；防止滤清器接近柴油机而使温度升高，在管路中形成气泡进入喷油泵；对喷油泵进行冷却，防止因温度升高而影响柱塞偶件等零件的使用寿命。因此对应于不同型号的喷油泵具有相应的溢流阀，不得随意更换。2-3柱塞泵柱塞的相位预行程 柱塞从下止点上升到其上端面将进油孔完全关闭时，所移动的距离。它根据柴油机供油提前角的要求所决定的。减压行程 从预行程结束到出油阀减压环带开始离开阀座的导向孔时，柱塞所上升的距离。它决定于出油阀上圆柱形环带的尺寸。(指等容出油阀)有效行程 从出油阀开启到柱塞螺旋斜槽的棱边打开回油孔时，柱塞上升的距离。它决定配套柴油机的功率(即供油量)和柱塞直径的大小。剩余行程 从有效行程结束到柱塞到达上止点为止，它所上升的距离。它是使柱塞、混轮体总成等零件从最大的运动速度降低到零时所必需的过渡行程。预行程 减压行程 有效行程剩余行程 总行程图2-3-1柱塞行程图喷油泵柱塞每行程泵出的油量称为循环供油量。循环供油量与柱塞的有效行程有关，有效行程越大，循环供油量越大，反之，有效行程越小，循环供油量越小。当需要改变喷油泵供油量时，就必须改变柱塞的有效行程。改变柱塞有效行程的方法是转动柱塞。只要移动供油拉杆，通过控制套，使柱塞转动，从而改变柱塞螺旋斜槽与柱塞套上回油孔的相对位置，便能调节循环供油量的大小。 图2-3-2柱塞偶件对喷油泵工作性能有直接影响。具有高精度、低粗糙度和好的耐磨性。为保证柱塞偶件的工作能力，都经过磨削加工和研磨，分级配对互换。互换后柱塞偶件其径向间隙约在0.0015 0.003。使用中应成对更换，不允许互换。图2-3-3柱塞偶件柱塞偶件一般构造：1)进油孔 2)直切槽 3)柱塞套 4)柱塞 5)回油孔(进油和回油) 6)螺旋斜槽柱塞套孔上端直径略微加大，可防止柱塞在上部位置卡死。柱塞或柱塞套上加工有一道集油环槽和泄油回油通道，以便使柱塞偶件间隙泄漏的柴油流回泵体低压油腔，从而妨止柴油泄漏到泵底盖中或柴油机油底壳内，而稀释机油，引起柴油机损杯。在柱塞顶部铣有起动槽，当柱塞处于起动位置时，该槽与柱塞套进油孔相对，只有柱塞上行到起动槽下边缘封闭进油孔时才供油，即供油始点推迟。这样，要到气缸内压缩温度较高时方开始喷油，有利于柴油机起动。螺旋斜槽按其倾斜的方向分为：左旋：把柱塞置于垂直位置后，观察斜槽上升的方向，如果斜槽向左为上升则为左旋。图2-3-4右旋：把柱塞置于垂直位置后，观察斜槽上升的方向，如果斜槽向右为上升则为右旋。3、ve分配泵3-1.基本结构及功能 图3-1-1 ve分配泵喷油系统 ve分配泵喷油系统的油路如图3-1-1所示。柴油机启动前，先用手动泵泵油，通过顶盖上的溢流阀排除柴油管路中的空气。柴油机运行时，由曲轴齿轮带动分配泵的传动轴。其前端的滑片式输油泵将柴油从油箱中抽出，经过柴油滤清器和油水分离器，滤掉柴油中的杂质和水份后进入输油泵，使柴油压力升高。 然后进入分配泵泵体内，再经过电磁阀进入柱塞腔。当柱塞向上运动时，压缩柴油产生高压，经柱塞中的油道和出油孔，分配到泵体上相应汽缸的油道，再经过出油阀、高压油管和喷油器喷入对应的汽缸。泵体内多余的柴油从顶盖上的溢流阀返回油箱。 柴油如此循环流动既可带走油路中的气泡和零件摩擦产生的热量，又可润滑各个运动零件。与此同时，泵体内的柴油压力控制提前器，相应改变喷油提前角。 分配泵是系统中的核心部件（如图3-1-2所示），它主要由以下四部分组成： 图3-1-2 ve分配泵总体结构（1） 传动供油部分（如图3-1-3所示）传动轴通过十字联轴器带动平面凸轮盘旋转，再带动柱塞旋转。柱塞弹簧和弹簧座将柱塞压在凸轮盘上，使柱塞在旋转的同时又作往复运动。这样，柱塞腔中的柴油既被压缩产生高压，又通过柱塞中的出油孔分配到泵体上相应汽缸的油道，经出油阀、高压油管和喷油器喷入对应的汽缸。 图3-3传动供油部分（2）调速控制部分（如图3-1-4所示）传动轴上的齿轮带动飞锤座和飞锤旋转，飞锤的离心力推动调速套筒轴向移动。经调速机构拨动柱塞上的油量控制套筒随转速变化而左右移动，改变其右侧棱边与柱塞上径向卸载孔的相对位置（如图3-1-5所示），从而达到随转速变化来控制供油量变化的目的。 图3-1-4调速控制部分（3）滚轮座及提前器（如图3-1-5所示） 图3-1-5 滚轮座及提前器 滚轮座上装有四个滚轮，通过圆柱销与提前器活塞联接。当泵体内柴油压力变化时，推动提前器活塞移动，带动圆柱销使滚轮座转动，改变滚轮与平面凸轮盘凸起的相对位置，从而达到改变供油提前角的目的。 （4）输油泵及调压阀（如图3-1-6所示）图3-1-6 输油泵（左）及调压阀（右） 滑片式输油泵旋转时，由于转子与泵壳偏心，滑片之间的容积变化而将柴油加压到0.60.8mpa，进入泵体内腔，而调压阀则用来调节柴油压力。当柴油压力太高时，调压活塞打开回油口，柴油返回进油口，使压力下降。压力越高，弹簧压缩量越大，油孔开启截面积越大，回油量就越多，起到自动调节输油压力的作用。 由于调压阀的作用，输油泵产生的油压随着油泵转速（即发动机转速）增加而成正比提高，从而使供油提前角随转速提高而线性加大，满足柴油机高效燃烧的要求。 3-2.供油及分配的基本原理 ve分配泵柱塞、分配套筒（即柱塞套）和平面凸轮盘的相对位置如图3-2-1所示。首先介绍凸轮与柱塞上进、出油槽相互之间的相位。 图3-2-1 柱塞分配泵套和平面凸轮盘的相对位置 对于四缸柴油机而言，分配泵的平面凸轮盘上有四段凸轮型线，相互间隔90；滚轮座中装有四个滚轮，相互间隔也是90。柱塞顶端有四条进油槽，圆周上有一条出油槽，相应的分配套筒上有一个进油孔和四个出油孔。 油泵传动轴每转过90，在凸轮和柱塞弹簧的配合作用下，拉推柱塞左右往复运动一次的同时转动90，柱塞就相应完成一次进油、压油和分配的供油过程。这样的供油过程重复四次，分别向四个汽缸喷油。在柴油机的一个工作循环中，分配泵传动轴旋转一周。 对于六缸柴油机而言，分配泵的平面凸轮盘上有六段凸轮型线，相互间隔60；滚轮座中装有四个滚轮，但相互间隔分别为60和120。柱塞顶端有六条进油槽，而圆周上仍只有一条出油槽，相应的分配套筒上也有一个进油孔和六个出油孔。油泵传动轴每转过60，柱塞就完成一次进油、压油和分配的供油过程。这样的供油过程重复六次，分配泵传动轴旋转一周。 无论是四缸分配泵还是六缸分配泵，柱塞完成一次进油、压油和分配的供油过程是相同的，现详述如下： （1）进油过程 当平面凸轮最高点与滚轮接触时，柱塞处于上止点。平面凸轮盘继续转动，滚轮沿平面凸轮下降段下滑，柱塞下行并同时旋转，其进油槽与分配套筒上的进油孔接通，此时柱塞上的出油槽已转过分配套筒上的出油孔而关闭，柴油经过电磁阀和分配套筒上的进油孔进入柱塞腔。当柱塞到达下止点进油过程结束时，平面凸轮已旋转到最低点与滚轮接触。 （2）压缩喷油过程 当平面凸轮盘继续旋转时，滚轮沿凸轮的上升段升起，柱塞上行压缩柴油，并同时旋转使其上的进油槽转过分配套筒上的进油孔而关闭。而出油槽与分配套筒上的出油孔接通，随着柱塞的继续上行，高压柴油经出油阀、高压油管和喷油器喷入汽缸。（3）供油结束 当柱塞上升到一定程度，柱塞上的卸载孔露出控制套筒的控制平面，柱塞腔内的高压柴油经柱塞的中心油道卸载，油压迅速下降，供油结束。 （4）均压过程（如图3-2-2所示） 图3-2-2 ve分配泵的均压过程 供油结束以后，柱塞已旋转到其均压槽与分配套筒上的出油孔相通的位置上，出油孔与出油阀之间的分配油道通过柱塞上的均压槽和环槽与泵体内腔接通，使各缸这一段分配油道之间的压力在喷射开始前保持一致，从而改善分配泵各缸之间的供油均匀性。ve分配泵采用改变供油结束点相对凸轮的位置（即控制套筒的控制平面与柱塞上卸载孔的相对位置），来改变供油的有效行程（如图3-2-3所示）。 图3-2-3ve分配泵供应量控制原理 由调速器根据转速和负荷来调节控制套筒的位置，其控制平面越往右，卸载孔露出的相位越迟，供油结束越晚，供油有效行程越大，供油量就越多。反之，供油量减少。3-3 供油量的调节原理全行程：柱塞从下止点位置移动到上止点位置时，柱塞所移动的距离称为柱塞的全行程。全行程的大小取决于端面凸轮盘的升程。预行程：柱塞从下止点位置上行到使进油口完全关闭时，柱塞所移动的距离称为柱塞的预行程。它是根据柴油机对供油提前角的要求而决定的。有效行程：从出油阀开启到控制套筒将柱塞溢油口打开回油时，柱塞所移动的距离称为柱塞的有效行程。改变控制套筒的位置，即可改变柱塞的有效行程，从而改变供油量。分配泵供油量的调节是靠调速器控制机构控制套筒的位置，从而控制断油时刻，即控制供油的有效行程来实现的。控制套筒的圆形凹坑与调速器杠杆机构的支撑杆下端的球头连接，当支撑杆受到杠杆机构的作用而左右摆动时，控制套筒就在柱塞上左右移动。这样，柱塞溢油口与分配泵油腔相通的时刻改变，即供油结束的时刻改变，从而，使柱塞的有效行程改变，分配泵的供油量也随之改变。3-4供油和泵油过程供油和泵油过程见图3-4-1转子轴向槽供油过程 泵油过程 分配转子压缩腔转子分配孔泵体至出油阀通道图3-4-1 供油和泵油过程 3-5 燃油切断电磁阀燃油切断电磁阀见图3-5-1图3-5-1燃油切断电磁阀作用：用以打开或切断进入压缩腔的燃油通道。3-6 供油提前调节装置供油提前调节装置见图3-6-1。供油提前角自动调节机构装在壳体下部的垂直通孔内。图3-6-1 供油提前调节装置作用： 它能随发动机转速的变化自动调节供油提前角。调整原理：要使分配泵供油时间提前，必须将凸轮盘按旋转方向提前转动一定的角度，或将滚轮架按与旋转方向相反的方向转动一定的角度。采取将滚轮架按与旋转方向相反的方向转动的方式。供油提前角自动调节过程见图3-6-2图3-6-2 供油提前角自动调节过程正时调节装置的电磁阀调节随转速变化的泵腔内压,推动活塞移动的工作压力与回位弹簧的压力抵消。 任何希望的正时活塞的位置均可以通过电磁阀处的循环使泵腔内压降低而设定。如果电磁阀连续开启（压力降低），起始喷射时刻延迟；如果电磁阀完全关闭（压力升高），供油起始时刻提早。如无电流流过，电磁阀连续关闭。电磁阀是以长的脉冲可调信号工作。同样我们可以通过测量电磁阀的电阻值来判别电磁阀的好坏，通常温度在60摄氏度时其电阻值为13-22欧姆。4、泵喷嘴4-1 泵喷嘴的结构图4-1-1 泵喷嘴燃油系统供油系统组成1油箱2燃油散热器3一燃油温度传感器4-压力调节阀5-旁通道6-缸盖7-节流8燃油泵9-滤网l0-压力调节阀 11-单向阀12-燃油滤清器4-1-2泵喷嘴结构示意图 4-2泵喷嘴的工作过程。如图4-2-1所示，高压泵的柱塞由凸轮驱动。由于凸轮轮廓结构决定了柱塞向下运动的速度较快，而在柱塞回位弹簧的作用下向上运动的速度较慢。另外，由于针阀减振器的作用，当高压泵开始泵油时，针阀打开少许，喷油器喷少许油，随后逐渐关闭。凸轮继续驱动高压泵柱塞，油压继续升高，针阀迅速打开，喷油器又开始喷油。如图4-2-1（b）所示，当凸轮转过最大升程后，升程开始减小，柱塞回位弹簧作用，柱塞开始向上移动。油压下降，针阀开度减小，直到关闭，喷油器停止喷油。因此，泵喷嘴式高压泵在喷油过程中实现二次喷油，与柴油发动机理想喷油相适应，如图4-2-1(a)所示。 1) 进油过程。如图4-2-1（b）所示，摇臂落在凸轮的基圆上，凸轮未驱动摇臂。在柱塞回位弹簧的作用下，柱塞上移，同时，电磁阀打开。输油泵输送来的压力油从进油道“v”处进入泵喷嘴，经过电磁阀，进入高压室。 4-2-1泵喷嘴工作过程 2)压油过程（预喷开始）。为确保燃烧过程尽可能平稳，在主喷射循环开始之前，少量燃油在低压下被喷入，这个喷射过程叫预喷射循环。少量燃油的燃烧使燃烧室内的压力和温度上升。如图4-2-2所示，在凸轮的驱动下，柱塞下移。当柱寒下移到一定位置时，发动机ecu控制电磁阀断电，电磁阀阀芯关闭进油道。当柱塞封闭了柱塞套上的进油孔后，柱塞继续下移。高压室为密封空间，由于空间减小，油压升高，压油开始。此时油压可达i8 mpa，喷油器预喷开始。柱塞开始下移时，电磁阀尚未关闭。柱塞下移一定行程后，电磁阀才关闭。只有电磁阀关闭，高压室才处于密闭状态，油压才能升高。由此，电磁阀的关闭时间决定了喷油器的喷油时刻。由此可见，发动机ecu通过控制电磁阀的关闭时刻来控制供油提前。 图4-2-2 压油过程（预喷开始）如图4-2-3所示，在喷油器针阀上端有一个活塞（减震器）。当油压上升达到18 mpa时，针阀上移，喷孔打开，开始预喷油。同时，减振器向上移动，通过弹簧推动锥阀关闭了柱塞泵高压腔。此时，上腔容积减小，油压升高。另外，由于减振器上端作用面积大于下端面积，柱塞针阀不能继续向上移动，保持在平衡状态，实现了预喷。利用活塞直径不同，减振器可产生不同的压力。 图4-2-3 减震器工作原理1-减振器弹簧2-针阀体3-减振器限位台阶4-针阀上腔5一减振器（活塞） h-减振器行程（预喷时针阀的行程）3）压油过程（预喷结束）。如图2-2-4所示，柱塞在凸轮的驱动下，继续下移。柱塞内腔（高压室）油压升高，使减振器室上端锥阀打开，锥阀下端的高压室与高压腔相通，油压下降，针阀下移，关闭喷孔，预喷结束。 图4-2-4 压油过程（预喷结束）4）主喷过程。主喷射循环的关键是产生良好的混合气，使燃油完全燃烧。高喷射压力是空气的燃油完全混合，最终雾化，充分燃烧，减少排放污染并确保发动机高效率运转。如图4-2-3所示，柱塞继续下移，高压室与喷油器针阀承受高压腔压力的作用，针阀位置保持不变。当高压室压力达到30mpa，高压油作用在针阀承压锥面上的压力大于针阀上端作用力时，针阀上移，主喷油开始。由于此时高压泵柱塞下移速度快，喷孔直径小，喷油压力可达205 mpa。 图4-2-3 主喷过程 5)主喷油结束。在喷射结束过程，压力迅速下降和喷嘴迅速关闭是很重要的。这样可防止燃油在低喷射压力下以大颗粒滴入燃烧室，否则燃油不完全燃烧，会造成严重的排气污染。如图4-2-4所示，柱塞继续下移，电磁阀打开，高压室与进油腔（低压腔）相通，油压迅速下降，针阀在弹簧力的作用下迅速下移，关闭喷孔，停止喷油。电磁阀阀芯两端的压力相等，打开速度快，油压下降快，针阀关闭迅速，停油快。 图4-2-4 )主喷油结束6)燃油返回泵喷嘴。泵喷嘴的回油管具有如下功能：来自供油管的燃油冲刷通向油管的泵喷嘴油道，起到冷却泵喷嘴的作用；排出泵活塞处泄出的燃油；通过回油管内的节流孔分离来自供油管内的气泡，如图4-2-5所示。图4-2-5 燃油返回泵喷嘴1- 节流孔 2-泄油通道 3-泵活塞 4-回油管 5-供油管5、高压共轨5-1特点电子控制共轨式燃油系统具有以下优点：（1）可用于轿车、轻型、重型载货车的柴油机，应用领域广泛。（2）更高的喷油压力，目前可达160mpa，不久的将来计划达到200mpa。（3）喷油的始点、喷油的终点可以方便地改变。（4）可以实现预喷射、主喷射和后喷射，可以根据排放等要求实现多段喷射。（5）喷油压力与实际使用工况相适应。在电子控制共轨式燃油系统中，喷油压力的建立与燃油喷射之间无互相依存关系，喷油压力不取决于发动机转速和喷油量。在高压燃油存储器即“共轨”中，始终充满喷射用的具有一定压力的燃油。喷油量由电子控制单元通过计算决定，受到的其他制约条件很少。（6）喷油正时和喷油压力在ecu中有存储的特性曲线谱（map）算出。然后，电磁阀控制装在每个发动机汽缸上的喷油器（喷油单元）予以实现。（7）与其他电子控制燃油系统相比，电子控制高压共轨燃油系统具有较高的技术和经济优势。5-2系统组成电子控制高压共轨燃油系统，按功能可分成控制和燃料供给两部分。其基本组成如图5-2-1和图5-2-2所示。 图5-2-1 图5-2 -2 电子控制高压共轨燃油系统的组成（1）燃油供系统图5-2-3为燃料供给系统，主要有供油泵、共轨和喷油器组成。供油泵将燃油加压成高压供入共轨内。共轨实际上是一个燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机汽缸内。电子控制共轨系统中的喷油器是由电磁阀控制的喷油阀、电磁阀的开启和关闭由电子控制单元控制。 图5-2-3 燃料供给系统电子控制共轨系统的工作过程如图5-2-4所示。燃油由发动机凸轮轴驱动的齿轮泵经滤清器从油箱中抽出，通过一个电子切断阀流入供油泵。此时的压力约为0.2mpa，然后油流分为两路：一路经过安全阀上的小孔作为冷却油通过供油泵的凸轮轴流入压力调节阀，然后流回油箱；另一路充入3缸供油泵。在供油泵内，燃油压力上升到135mpa，供入共轨。共轨上有一个压力传感器和一个通过切断油路来控制流量的压力调节阀，以这种方法来调节控制单元设定共轨压力。高压燃油从共轨流入喷油器后又分为两路：一路直接喷入燃烧室；另一路在喷油期间，与针阀导向部分和控制柱塞出泄漏出的燃油一起流回油箱。 图 5-2-4电子控制共轨系统的工作过程（2）控制系统控制系统的功能是根据各个传感器的信息，由ecu进行计算、完成各种处理后，求出最佳的喷油时间和最适合的喷油量，并计算出在什么时刻、在多长的时间范围内向喷油器发出开启电磁阀、或关闭电磁阀的指令等，从而精确控制发动机的工作过程。在电子控制共轨系统中，由各种传感器（如发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、各种温度传感器等）实时检测出发动机的实际运行状态，由电子控制单元根据预先设计的计算程序进行计算后，定出适合于该运转状态的喷油量、喷油时间、喷油率模型等参数，使发动机始终都能处于最佳工作状态。曲轴转速传感器测定发动机转速，凸轮轴转速传感器确定发火顺序（相位）。加速踏板位置传感器是一种电位计，他通过电信号通知ecu关于驾驶员对转矩的要求。空气质量流量计检测器空气质量流量。在涡轮增压并带增压压力调节的发动机中，增压压力传感器检测增压压力。在低温和发动机处于冷态时，ecu可根据冷却水温度传感器和空气温度传感器的数值对喷油始点、预喷油及其他参数进行最佳匹配。电子控制单元具有自我诊断功能，对系统的主要零部件进行技术诊断。如果某个零件产生了故障，诊断系统会向驾驶员发出警报，并根据故障情况自动做出处理；或使发动机停止运行（即故障应急功能），或切换控制方法，使车辆继续行驶到安全的地方。在电子控制高压共轨系统中，供油压力与发动机的转速、负荷无关，是可以独立控制的。由共轨压力传感器测出喷油压力，并与设定的目标喷油压力进行比较后精心反馈控制（1）调节喷油压力（共轨压力）利用共轨压力传感器测量共轨内的燃油压力，从而调整供油泵的供油量，控制共轨压力。共轨压力就是喷油压力。此外，还可以根据发动机转速、喷油量的大小与设定的最佳值（指令值）始终一致地进行反馈控制。（2）调节喷油量以发动机的转速及油门开度信息等为基础，由电子控制单元计算出最佳喷油量，通过控制喷油器电磁阀的通电、断电时刻直接控制喷油参数。（3）调节喷油率根据发动机运行的需要，设置并控制喷油率：预喷油、后喷射、多段喷射等。（4）调节喷油时间根据发动机的转速和负荷量的参数，计算出最佳喷油时间，并控制电子控制喷油器在适当的时刻开启、在适当的时刻关闭等，从而准确控制喷油时间。5-3喷射方式电子控制共轨燃油系统喷射方式有三种：一段喷油法、二段喷油法和多段喷油法。（1）一段喷油法一段喷油法，在一个工作循环中只有一次喷射，即主喷射。应用于早期的电子控制柴油机燃油系统。（2）二段喷油法二段喷油法，是指在主喷油之前有一个喷油相当小的预喷过程，即预喷射加主喷射。在主喷射之前进行预喷射（时间间隔约1ms）可以使燃烧噪声明显降低，这是一项已经实用化了的技术。但由于预喷射会导致pm（炭烟）排放增加，因此可以使预喷射段靠近主喷射段，从而降低pm排放。（3）多段喷油法多段喷油法，是将每一个工作循环中的喷油过程分成若干段来进行，每段喷油均是相互无关、各自独立的，其主要目的是控制燃烧速度。多段喷油一般包括引导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次喷射等多段。在多段喷射过程中，电磁阀必须完成多次开启、关闭动作，因此驱动能量和消耗能量是个问题。在主喷射前后的预喷射、后喷射中，由于喷油的间隔相互靠近，因此前段喷射会对后段喷射的喷油量带来影响。解决的办法是利用喷油压力和喷油间隔，修正后续的喷油指令。5-4主要部件共轨燃油系统的主要部件有输油泵、燃油滤清器、高压油泵、压力控制阀、高压共轨管、限压阀、流量限制器、喷油器等。各部件在发动机上的分布位置如图5-4-1所示。 图5-4-1 共轨燃油系统的主要部件在发动机上的分布位置（1）高压油泵1）功用在各个工况下提供足够的高压油，包括快速启动所需的燃油和共轨管中的燃油。高压油泵是低压和高压部分的交接点。高压油泵持续产生共轨高压蓄压器所需的压力。与传统相比，无需对每个独立的喷油器进行燃油专门压缩。2）安装位置高压油泵在柴油机上的安装位置与以往的分配泵相同，高压油泵由发动机通过联轴节、齿轮、链条或齿形皮带进行驱动，转速为发动机转速范围的一半，最大为3000r/min，并且通过自身泵出的柴油润滑。3）组成高压油泵主要有泵体、切断阀、安全阀、压力控制阀等部件组成，如图5-4-2 图5-4-2 高压油泵的组成在高压油泵内部，燃油通过3个呈120的放射状的泵活塞实现压缩。在每个旋转周期内，3个输送冲程同时进行，只有在低峰值时才产生驱动扭矩，这样整个油泵驱动应力就会保持一致。其扭矩为16nm，是驱动一个具有同样效率的分配泵的1/9，着也就意味着，共轨高压蓄压器施加在泵上的负载小于传统燃油系统。驱动油泵的动力增加值正比于共轨设定压力和泵轮转速（发送量）。将排量为2l的发动机运转到规定的转速，使共轨内油压达到135mpa时，高压油泵需要消耗3.8kw的功率（机械效率接近90%）。之所以使用高一点的动力装置，是因为喷油器有燃油泄漏和进行油量控制，燃油通过压力控制阀回油等消耗功率。（4）工作过程燃油通过带有油水分离器的燃油滤清器过滤，输油泵通过进油管个安全阀泵将燃油输送至高压油泵。使燃油强制通过安全阀处的节流孔，进入高压油泵的润滑和冷却系统。带有偏心凸轮的驱动轴带动3个泵柱塞随着凸轮的形状上下运动。压力达到安全阀开启压力（50kpa150kpa）时，油泵泵出的油将通过高压油泵进油阀进入泵腔，此时泵腔中的活塞向下运动（吸油过程）。当活塞到达下止点时，进油阀关闭。当泵腔中的油压超过输送过程中正常压力时，压力会再增加将会打开出油阀，将油输送到高压油路。泵活塞继续输送燃油，一直到上止点（压油过程），之后压力迅速下降，活塞回位，出油阀关闭，直到活塞再次向下运动。泵腔中的压力降到油泵压力以下时，进油阀再次开启，开始下一个循环。（2）压力控制阀1）功用压力控制阀保持共轨管中的压力正确和恒定。如果共轨压力过高，压力控制阀打开，部分燃油通过回油管回到燃油箱；如果共轨压力过低，压力控制阀关闭，由低压升为高压。2）组成压力控制阀主要由电磁铁、弹簧、电枢、球阀等组成。如图5-4-3所示。压力控制阀通过一个法兰盘装在高压油泵上。 图5-4-3压力控制阀 （3）工作过程1）压力控制阀不通电时，共轨管中的高压油或高压油泵输出的有通过高压入口进入压力控制阀，不通电时没有电磁铁的外力作用，过量的高压油的压力大于弹簧的弹力，顶开弹簧，压力控制阀开启大小由油量决定。弹簧预先设计最大压力约为10mpa。2）压力控制阀通电时，压力继续增加，电磁铁通电，弹簧的弹力层架，四压力控制阀保持关闭状态，直到一边的高压压力与另一边弹簧的弹力加电磁铁的里达到平衡，阀门打开，燃油压力保持恒定。油泵油量的变化或过量高压油的排除通过控制阀门来实现，pwm脉宽的励磁电流和电磁力是对称的。1khz的脉冲频率提供足够的电磁力，防止不必要的电磁铁移动或（和）共轨管压力的波动。3）高压蓄压器高压蓄压器如图5-4-4所示，用于储存高压燃油，同时压力波动的产生取决于高压油泵的燃油分配和共轨管燃油容积的衰减。高压蓄压器对所有缸而言都是公用的，因此叫共轨，当大量的燃油排出时，几乎能维持内部的压力不变，这可确保喷油剩余的压力在喷油器打开时仍然恒定。 图5-4-4高压蓄压器的组成（4）限压阀1）功用限压阀和过压阀做同样的工作。限压阀通过打开轨道旁通道限制轨道中的压力，限压阀允许短时间内轨道上的最大压力为1500mpa。2）组成与工作过程限压阀是个机械装置，包括底座螺丝（拧到轨道上）、一端连接到油箱的回油管、可移动的柱塞、弹簧等部件，如图5-4-5所示。限压阀一般安装在共轨高压蓄压器上。 图5-4-5 限压阀的构造限压阀连接到轨道上以后，底座上有一个通道，一个圆锥形的柱塞与底座的表面接触，形成密封面，在正常的工作压力（大于135mpa）下，弹簧推动柱塞与底座接合，轨道保持压力。当压力过高时，柱塞被轨道压力推动，客服弹簧压力，燃油通过压力内部的痛到流回燃油箱。当阀门打开时，轨道中的压力便会降低。（5）流量限制器1）功用喷油器总在打开位置，为了阻止燃油连续不断地喷入，流量限制器将关闭油路。2）安装位置流量限制器一侧通过螺纹拧到轨道上（高压），另一侧通过螺纹拧到喷油器油路上，每个底座都带有一个通道，目的是与轨道进行液压连接，与喷油器进行油路连接。3）结构流量限制器主要由柱塞、弹簧、底座、外壳等零件组成，如图5-4-6所示。 图5-4-6 流量限制器的结构流量限制器内部有一个柱塞，通过弹簧直接与共轨高压蓄压器相连。柱塞的底座密封，通道贯穿进出口。通道的尾部直径减小，起节流作用。4）工作原理正常情况下，柱塞位于停止位置，即流量限制器的导轨端向上顶着止动器。喷射燃油时，喷油器端部的喷射压力下降，使柱塞在喷油器内移动的方向改变。流量限制器通过柱塞改变燃油的体积，以补偿喷油器从导轨内喷出的燃油体积，而不是通过节流孔（因为通过这种方式是远远不够的）。在喷油末期，柱塞偏离底座而占据中间的位置，没有将出口完全关闭。弹簧迫使柱塞回到最初停止的位置，同时燃油可以通过节流孔。弹簧与节流孔径是设计好的，这样即使在最大的喷油量状态（加上安全储备），柱塞也有可能返回到流量限制器轨道低端（顶着止动器的位置），然后保持在这个位置，等候下一个喷油时刻的到来。严重泄漏是，由于大量燃油离开燃油导轨，流量限制器被迫离开静止位置，并且向上顶着出口的密封底座。柱塞保持在这个位置，向上顶着流量限制器喷油器侧的止动器，阻止燃油到达喷油器。轻微泄漏时，由于才能在泄漏量，流量限制器柱塞不能回到静止位置。几次喷射发生之后，柱塞移动到出口孔径出的密封底座上。柱塞保持在这个位置，向上顶着流量限制器喷油器侧的止动器，直到发动机熄灭、切断喷油器的燃油输入为止。（6）喷油器1）功用喷油始点和喷油数量是通过电触发喷油器控制的，这种喷油器取代了原来的喷油器和喷油座。2）构造喷油器主要由喷油嘴部分、油压活塞部分和电磁阀部分组成，如图5-4-7所示。 图5-4-7 喷油器的结构喷油器中由电磁阀直接控制喷油始点、喷油间隔和喷油终点，从而直接控制喷油量、喷油时间和喷油率。喷油器实际上完成了传统喷油装置中的喷油器、调速器和提前器的功能。节流孔关闭，液压力作用在阀控制柱塞上，大于喷油器针阀处的开启压力，结果针阀落座并且使燃烧室的高压孔道密封。当喷油器的电磁阀被触发时，节流孔打开，阀控制室的压力降低，阀控制柱塞的压力也降低，之后喷油器针阀的压力也降低，针阀打开，燃油以雾状喷入燃烧室。液压加力系统用来间接地控制喷油器针阀，开启针阀的里要迅速，是不能通过电磁阀直接产生的。供油的数量要比实际需要的多，多余的油通过阀控制室返回燃油管。燃油在喷油针阀和柱塞上有损失，这些受控核泄漏的燃油通过回油管和集油管返回燃油箱，并且经过溢流阀、高压油泵和压力控制阀。3）工作过程喷油器的工作可分为喷油器关闭（产生高压）、喷油器打开（开始喷油）、喷油器全部打开、喷油器关闭（结束喷油）四个过程。喷油器关闭（复位状态）。在复位状态下，电磁阀不吸合，因此喷油器关闭，弹簧力将电枢下的球阀压向节流孔座处，节流孔关闭。轨道中的高压作用在阀控制室中，而且相同的压力也作用在喷油器腔内。轨道压力作用在柱塞的末端，与喷油器弹簧的弹力一起使喷油器保持关闭状态。喷油器打开（开始喷油）。喷油器停留在最初静止位置。电磁阀由伺服电流激活，伺服电流能确保电磁阀迅速开启，由触发的电磁阀施加的吸合力大于阀弹簧的拉力时，电枢打开节流孔。几乎与此同时，执行电流减到最小并保持不变，买足电磁铁的需要。由于电磁铁电流的作用，间隙减小是有可能的。节流孔打开，燃油从阀控制室流到刚好位于其上部的腔室，并且从那里通过回油管返回燃油箱。节流孔防止完全的压力平衡，阀控制室中的压力因此下降。由此导致阀控制室中的压力低于喷油器腔内的压力，这个压力与共轨中的压力仍旧是一致的。阀控制室的压力降低，引起作用在柱塞上的外力减小，因此针阀打开，燃油喷出。喷油器针阀打开的速度取决于节流孔和反馈孔的流量，喷油器全开时，喷油器喷入燃烧室的油压几乎等于轨道中的油压，其他的分力很小。喷油器关闭（喷油结束）。电磁阀不吸合，弹簧力将球阀压回球阀座中。节流孔关闭，燃油通过反馈孔，阀控制室中充满燃油，压力与外阀弹簧的弹力一起将针阀关闭，喷油器不喷油。喷油器关闭的速度取决于反馈孔的流量。4）控制方式控制喷油器采用独立喷射，即喷射器每循环独立喷射一次，喷油过程按照特定的顺序依次进行，驱动回路与汽缸数目相同。六、汽油机电控系统（1）汽油机电控系统的结构（图6-1-1）现代车用汽油机电控系统的种类与型号很多，但结构与原理均大同小异，它们一般均可分为传感(sensor)、电控器（ecu）与执行器（actuator）三部分(图6-1-1)。图6-1-1汽油机电控喷射系统组成示意图在所有的执行器中，喷油器无疑是最关键的一种执行器。它接受电控器送来的喷油脉冲信号，精确地计量燃油喷油量，使燃油在一定压力下及时喷射在进气道内以形成可燃混合气。对喷油器要求其动态流量特性稳定，抗堵塞与抗污染能力强，雾化性能好。图6-1-2 燃油供给（2）汽油机缸内直喷缸内直喷这套由柴油发动机衍生而来的科技，目前已经大量使用在包含vag、bmw、三菱、mercedes-benz、gm以及toyota（lexus）车系上。今天各大公司已经把目光锁定在了直喷如博世公司开发了motronic med7汽油直喷系统，奥迪公司开发了fsi系统，奔驰开发了cgi系统，三菱开发了gdi，菲亚特则开发了jts系统虽然名字不同但它们都代表了汽油缸内直喷。1）缸内直喷技术原理缸内直喷汽油机稀薄燃烧技术分为均质稀燃和分层稀燃两种燃烧模式。中小负荷时，在压缩行程后期开始喷油，通过与燃烧系统的合理配合，在火花塞附近形成较浓的可燃混合气，在远离火花塞的区域，形成稀薄分层混合气；大负荷及全负荷时，在早期进气行程中将燃油喷入气缸，使燃油有足够时间与空气混合，形成完全的均质化计量比进行燃烧。另外，也有采用分段喷油技术分层混合气，即在进气早期开始喷油，使燃油在气缸中均匀分布，在进气后期再次喷油，最终在火花塞附近形成较浓的可燃混合气，这种将一个循环中的喷油量分两次喷入气缸可以很好的实现混合气的分层。图6-2-1缸内直喷技术原理图（2）缸内直喷技术燃烧系统燃烧模式燃烧系统可依据不同的混合气形成过程，分为三种不同的模式：油束引导、壁面引导、进气引导。油束引导是将喷油器和火花塞安置在很近的距离内，喷油器喷出油束后自然形成分层明显的混合气。无论是均质燃烧还是分层燃烧，混合气的形成与进气过程和活塞表面设计的关联不大。由于火花塞位于喷油束边缘，在整个燃烧室内充满稀薄混合气后，在火花塞周围仍可形成可供点燃的浓混合气，保证了混合气的点燃稳定性。但在这种布置方案中，喷油器喷出的油束太靠近火花塞电极，可能会出现火花塞润湿现象，对火花塞的使用寿命有很大的负面影响。另外，由于它不借助进气流实现分层，因此，在火花塞附近形成的浓混合气区域小，使得发动机在高速时，会出现混合气无法点燃或富氧区火焰无法传播的问题。 壁面引导是将喷油器安置在离火花塞较远的位置，利用活塞表面的特殊形状配合进气流运动，将燃油导向火花塞并在火花塞周围形成一定适合浓度的混合气。由于该导向方式对喷嘴的设计要求不高，而且比较容易进行混合过程的控制，成本低廉，因此成为当前的主流模式。但是在该种导向模式中，一旦在壁面形成燃油附着，会使未燃hc的排放极度恶化。 气流引导同样是使喷油器远离火花塞，完全应用气缸内的气流运动使油束靠近火花塞，在火花塞周围形成浓混合气。该引导模式主要依靠进气流中的滚流和涡流形成混合气。之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。 发动机达到某一个设定韵高转速时，电脑即会指令电磁阀起动液压系绕，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮来驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开起时间延长，升程也增大了。 当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。 整个vtec系统由发动机电子控制单元(ecu)控制，ecu接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。（3）缸内直喷技术的优点：（1）进气效率优化，最佳雾化效果，燃烧效率更高。（2）动力更加强劲，低速扭矩表现出色，动力响应更快，宽转速范围持续高动力输出。（3）油耗比普通发动机降低20%，排放达欧iv标准。图6-2-2缸内直喷技术燃烧系统（4）应用实例1）大众fsi大众的fsi发动机audi rs4和r8共享的4.2升fsi发动机就是其代表作具有独特的燃烧室和活塞顶的结构，发动机工作时，在一个工作循环过程中进行两次喷油，当发动机进入进气行程时，喷油器第一次向气缸内喷入较少的燃油，这与普通的电喷发动机再进气管内喷油类似，但由于喷油量较小，气缸内混