汽车柴油共轨喷油系统.pdf

MASTER THE BASICS 基础知识讲座 72 接上期 调压阀 a 任务 调压阀的任务是根据发动机的负荷状 况调整和保持共轨中的压力 共轨压力过 高时 调压阀打开 一部分燃油经回油管返 回油箱 共轨压力过低时 调压阀关闭 高 压端对回油管封闭 b 结构 调压阀 图16 有安装法兰 用以固 定在高压泵或共轨上 衔铁销将钢球压在 密封座上 以使高压端对低压端密封 一方 面弹簧将衔铁销往下压 另一方面电磁线 圈还对衔铁销有作用力 为进行润滑和散 热 整个电磁阀周围都有燃油流过 c 工作方式 调压阀有 2 个调节回路 低速电调节 回路 用于调整共轨中可变化的平均压力 值 高速机械液压调节回路 用于补偿高频 压力波动 共轨或高压泵出口处的高压燃油通过 高压油进口作用在调压阀上 由于无电流 的电磁线圈不产生作用力 燃油的高压力 大于弹簧力 调压阀打开 根据供油量的大 小 调压阀调整打开的开度 该弹簧是按最 大压力约 10MPa设计的 汽车柴油机电控高压共轨喷油系统 三 如 果 要 提 高 高 压 回 路 中 的压力 就 必 须 在 弹 簧 力 的 基 础 上 再 建 立电磁力 当 电 磁 力 和 弹 簧 力 与 燃 油 高 压 力 达 到 平衡时 调压阀停留在某个开启 位置 燃油压力保持不变 泵油 量的变化和燃油从喷油器中喷出 时 调压阀通过不同的开度予以 补偿 电磁阀的电磁力与控制电 流成正比 而控制电流的变化通 过脉宽调制来实现 脉宽的调制 频率为1kHz 可避免衔铁销的运 动干扰共轨中的压力波动 共轨 a 任务 共轨的任务是存储高压燃油 高压泵的供油和喷油所产生 的压力波动由共轨的容积进 行缓冲 在输出较大燃油量 时 所有汽缸共用的共轨压 力也应保持恒定 从而确保 喷油器打开时喷油压力不变 b 结构 由于发动机的安装条件 不同 带流量限制器 选装 件 共轨压力传感器 调压 阀和限压阀的共轨 图17 图 18 可进行不同的设计 c 工作方式 共轨中通常注满了高压燃 油 充分利用高压对燃油的压缩来保持存 储压力 并用高压泵来补偿脉动供油所产 生的压力波动 因此即使从共轨中喷射出 燃油 共轨中的压力也近似为恒定值 共轨压力传感器 a 任务 共轨压力传感器的任务是以足够的精 度 在较短的时间内测定共轨中燃油的实 时压力 并向 ECU提供相应的电压信号 b 结构 共轨压力传感器 图19 包括传感器 元件 它焊接在压力接头上 带有求值电路 的分析电路板 带电气接头的传感器外壳 燃油经共轨中的一个孔流向共轨压力 文 江苏 金敏 图16 调压阀 1 球阀 2 衔铁销 3 电磁线圈 4 弹簧 5 电气接头 图17 共轨结构图 1 共轨 2 来自高压泵的进油 3 共轨压力传感器 4 限压阀 5 从共轨到油 箱的回油管 6 流量限制器 7 通往喷油器的高压油管 图18 发动机试验台架上的共轨 MASTER THE BASICS 基础知识讲座 73 它包括具有便于拧在共轨上的外螺纹的外 壳 通往油箱的回油管接头 可活动的活 塞 压力弹簧 外壳在通往共轨的连接端有一个孔 此孔被外壳内部密封面上的锥形活塞头部 关闭 在标准工作压力 135MPa 下 弹 簧将活塞紧压在座面上 共轨呈关闭状态 只有当超过系统最大压力时 活塞才受共 轨中压力的作用而压缩 于是处于高压下 的燃油流出 燃油经过通道流入活塞中央 的孔 然后经回油管流回油箱 随着阀的开 启 燃油从共轨中流出 结果降低了共轨中 的压力 流量限制器 a 任务 流量限制器的任务是防止喷油器可能 出现的持续喷油现象 为实现此任务 当从 共轨中流出的油量超过最大油量时 流量 限制器将流向相应喷油器的进油管路关闭 该部件属于选装件 由于结构较复杂 现已 大多省略不用 b 结构 流量限制器 图21 有一个金属外壳 其上有外螺纹 以便拧装在共轨上 另一 端的外螺纹用来拧入喷油器的进油管 外 壳两端有孔 与共轨或喷油器进油管建立 液压连接 流量限制器内部有一个活塞 弹簧将 此活塞向共轨方向压紧 活塞对外壳壁部密 封 活塞上的纵向孔连接进油和出油口 其 直径在末端是缩小的 这种缩小的作用就像 流量精确规定的节流孔效果一样 c 功能 正常工作状态 图 22 活塞处在静止位置 即在共轨 端的限位件上 一次喷油后 喷油器 端的压力下降 活塞向喷油器方向 运动 活塞压下的容积补偿了喷油 器喷出的燃油容积 在喷油终止 活 塞停止运动 不关闭密封座面 弹簧 将活塞推回到静止位置 燃油经节 流孔流出 泄油量过大的故障工作状态 由于流过的油量大 活塞从静止位置 被推向出油端的密封座面 一直到发动机 停机时靠到喷油器端的密封座面上 从而 关闭通往喷油器的进油口 泄油量过小的故障工作状态 由于产生泄油 活塞不再能达到静止 位置 经过几次喷油后 活塞向出油处的密 封座面移动 并停留在一个位置上 一直到 发动机停机时靠到喷油器端的密封座面上 从而关闭通往喷油器的进油口 喷油器 a 任务 喷油始点和喷油量用电子控制的喷油 器调整 它替代了普通喷油系统中的喷油 嘴和喷油器总成 与直喷式柴油机中的喷油器体相似 喷油器用卡夹装在汽缸盖中 共轨喷油器 传感器 传感器膜片将孔末端封住 在压力 作用下的燃油经压力室孔流向膜片 在此膜 片上装有传感元件 用以将压力转换成电信 号 通过一根连接导线将产生的信号传输到 向ECU提供放大测量信号的求值电路 c 工作方式 共轨压力传感器的工作原理 当由共 轨 燃 油 压 力 引 起 膜 片 形 状 发 生 变 化 150 MPa 时约为 1mm 时 其上的电阻 值会随之变化 并在用5V供电的电阻电桥 中产生电压变化 根据燃油压力的不同 电 压在0 70mV之间变化 并由求值电路放 大到0 5 4 5V 精确测量共轨中的燃油压力是喷油系 统正常工作所必需的 为此 压力传感器在 测量压力时的允许偏差很小 在主要工作 范围内测量精度约为最大值的 2 一旦 共轨压力传感器失效 具有应急行驶功能 的ECU以某个固定的预定值来控制调压阀 的开度 限压阀 a 任务 限压阀的任务相当于安全阀 它限制 共轨中的压力 当压力过高时打开放油孔 卸压 共轨内允许的短时最高压力为 150MPa b 结构和功能 限压阀是按机械原理工作的 图20 图19 共轨压力传感器示意图 1 电气接头 2 求值电路 3 带有传感元 件的膜片 4 高压接头 5 固定螺纹 图20 限压阀结构图 1 高压接头 2 锥形阀头 3 通流孔 4 活塞 5 压力弹簧 6 限位件 7 阀体 8 回油孔 图21 流量限制器示意图 1 通往共轨的接头 2 限位件 3 活塞 4 压力弹簧 5 外壳 6 通往喷油器的接头 MASTER THE BASICS 基础知识讲座 74 在直喷式柴油机中的安装不需要汽缸盖在 结构上有很大改变 b 结构 喷油器由孔式喷油嘴 液压伺服系 统 电磁阀组件构成 如图23所示 燃油从高压接头经进油 通道送往喷油器 并经过进油节流孔进入 阀控制室 而阀控制室经由电磁阀控制的 回油节流孔与回油孔相通 出油节流孔在关闭状态时 作用 在阀控制活塞上的液压力大于作用在 喷油嘴针阀承压面上的力 喷油嘴针 阀被压在其座面上 紧紧关闭通往喷 油孔的高压通道 因而没有燃油喷入 燃烧室 电磁阀动作时 打开回油节流孔 阀控制室内的压力下降 只要作用在阀 控制活塞上的液压力小于作用在喷油嘴 针阀承压面上的力 喷油嘴针阀立即打 开 燃油经过喷孔喷入燃烧室 图23 用电磁阀不能直接产生迅速关闭针阀所 需的力 因此采用经液力放大系统间接 控制喷油嘴针阀 其间除喷入燃烧室的 燃油量之外 附加的控制油量经控制室 的回油节流孔进入回油通道 此外还有 针阀导向和阀活塞导向部分的泄油 这 种控制油量和泄油量经集油管 溢流阀 高压泵和调压阀也与集油管接通 的回 油通道返回油箱 c 工作方式 在发动机和高压泵工作时 喷油器的 功能可分为4个工作状态 喷油器关闭 依 靠其中存有的高压 喷油器打开 喷油开 始 喷油器完全打开 喷油器关闭 喷油 结束 上述工作状态是通过喷油器构件上力 的分配产生的 发动机不工作和共轨中没 图22 流量限制器在正常工作和有泄漏时的工作情况 Ventilhub 活塞升程 Einspritzrate 喷油率 Einspritzhase 喷油阶段 Ruhephase 静止 阶段 Leckage 泄油 Nockenwinkel 凸轮转角 有压力时 喷油嘴弹簧将喷油器关闭 喷油器关闭 静止状态 电磁阀在静止状态不被控制 因此是 关闭的 图23a 回油节流孔关闭时 衔 铁的钢球通过阀弹簧压在回油节流孔的座 面上 阀控制室内建立起共轨高压 同样的 压力也存在于喷油器的内腔容积中 共轨 压力在控制柱塞端面上施加的力和喷油嘴 弹簧力使针阀克服作用在其承压面上的开 启力而处于关闭状态 喷油器打开 喷油开始 喷油器处于静止状态时 一旦电磁线 圈通入吸动电流 电磁线圈的吸力大于阀 弹簧力 衔铁就将回油节流孔打开 图 23b 由于磁路的空隙较小 因此有可能 在极短的时间内 急剧升高的吸动电流转 换成较小的电磁阀保持电流 随着回油节 流孔的打开 燃油从阀控制室流入其上面 的空腔 并经回油通道返回油箱 使阀控制 室内的压力下降 而进油节流孔可防止压 力完全平衡 导致阀控制室内的压力小于 喷油嘴内腔容积中的压力 从而针阀被打 开 开始喷油 针阀的开启速度取决于进 回油节流 孔之间的流量差 控制柱塞达到其上极限 位置 并在该处固定在进 回油节流孔之间 的燃油垫上 此时喷油器完全被打开 燃油 以近似共轨压力喷入燃烧室 喷油器上的 力分布大致等于开启阶段中的力分布 喷油器关闭 喷油结束 如果电磁阀控制电流结束 则衔铁在 阀弹簧力的作用下向下将钢球压在阀座上 关闭回油节流孔 衔铁被设计成由两部分 组合 虽然衔铁盘由衔铁销带着一起向下 运动 但它是压着回位弹簧一起向下运动 的 因此衔铁和钢球的落座没有较大的向 下冲击力 由于回油节流孔的关闭