德尔福柴油机电控高压共轨喷油系统.doc

德尔福柴油机电控高压共轨喷油系统（一）(图)一、前言 在前几期中，我们介绍了德国博世（Bosch）公司的电控高压共轨喷油系统。从本期开始，本文将为您介绍美国德尔福（Delphi）公司的电控高压共轨喷油系统的主要零部件和多次喷射的控制策略。 美国德尔福公司自2000年兼并了英国卢卡斯公司的柴油系统及其相关的售后市场业务以后，在柴油喷射系统和柴油发动机管理系统方面得到了进一步发展。该公司开发的Multec DCR 1400型电控高压共轨喷油系统，以其独特的喷油器设计、精确的喷油量控制能力、创新的控制策略和良好的系统配套适应性，得到了市场的认可，并可以使柴油机排放达到欧3标准。 德尔福公司Multec DCR 1400型电控高压共轨喷油系统的主要特点是高压燃油泵具有进油计量功能并带有整体式低压输油泵，而喷油器在其17 mm直径的壳体内装有一个高速电磁控制阀，喷油压力可在发动机整个运转工况范围内在23160MPa之间调节。同时，为了使预喷射降低噪声和排放的性能在汽车整个使用寿命期内保持在很小的变化幅度内，德尔福公司又为该系统开发成功了一种以加速度信号处理为基础的称之为“加速度预喷射控制（APC）”（Accelerometer Pilot Control）的创新的多次喷射（预喷、主喷和后喷）控制策略，显示出该系统控制喷油速率的灵活性，进一步降低了噪音，并且试验已证实在配装氧化催化净化器的情况下，该系统在中小型汽车上具有达到欧4排放法规的潜力。二、德尔福共轨喷油系统简介 图1显示了德尔福高压共轨喷油系统的液压油路。整体式输油泵将燃油从汽车油箱经滤清器输往高压泵。在高压泵的进油口装有一个电磁线圈控制的计量阀，用于控制进入高压泵油缸中的燃油量。燃油共轨上的燃油压力传感器检测其中的燃油压力，而电控单元(ECU)则利用该油压信号将共轨中的燃油压力调节到所需要的数值,同时控制进油计量阀,在任何发动机运转工况下都能将喷油压力控制在23160 MPa范围内。共轨在调定的压力下将燃油经高压油管供给喷油器。由ECU产生的电流脉冲按顺序控制每缸喷油器的电磁阀，确定发动机每循环每个喷射过程的开始和终止。图1 德尔福Multec DCR-1400共轨喷射系统共轨和高压油管对控制液压压力波效应具有重要的作用，因此除了通常的空心管状共轨之外，德尔福公司还可以提供一种特别适合于小排量乘用车柴油机用的圆筒状共轨（图2）。图2 德尔福共轨喷射系统主要部件（左起：滤清器、圆筒状共轨和喷油器、高压燃油泵）1.高压燃油泵 德尔福公司的Multec DCR型高压燃油泵具有一对相向往复运动的对置式柱塞，油泵每旋转一周可产生4个进油和泵油行程（图3、图4）。驱动轴带动旋转凸轮环绕着油泵轴线旋转，使柱塞相向往复运动。该柱塞位于固定不动的泵头内的径向油缸中，而进油和出油单向阀与柱塞位于同一平面内。图3 Multec DCR单缸高压燃油泵纵剖面图图4 Multec DCR高压燃油泵横剖面图为了优化系统的成本和紧凑性，德尔福设计者取消了电子低压输油泵，而用一个集成在高压燃油泵中的输油泵代替。这种内装式输油泵在每个泵油行程之前将燃油从汽车油箱抽出充入2个柱塞之间的油缸中。 油泵中装有进油计量阀，用于调节高压燃油量。该电磁阀由ECU控制，通过计量由输油泵注入泵油室的燃油流量来控制共轨压力。它只容许为保持所要求的共轨压力需要的燃油量进入泵油室，因此实际上并无多余的燃油从共轨中溢流出来。由于用进油计量阀控制了共轨压力，从而明显地改善了燃油经济性，并且在整个发动机转速范围内降低了返回油箱的燃油温度。油泵的最大泵油能力取决于为迅速起动发动机而提升共轨压力所需要的最短时间和在所有负荷工况下所需的供油量。为了获得良好的油量控制和发动机运转稳定性，泵油行程的数目对于每个汽缸都必须相同。为了在所有的应用场合都能达到相同的燃油控制质量，油泵有3种结构型式，以适应不同的发动机机型： 单缸泵适用于小排量柴油机，传动比为0.5，有4个凸轮凸起和2个对置柱塞（图4）； 双缸泵适用于较大排量柴油机，传动比0.5不变，也有4个凸轮凸起，每个油缸有2个对置柱塞； 单缸泵传动比为2/3，有3个凸轮凸起和3个柱塞。2.电液式喷油器 高速的喷射动作是获得所要求的性能和良好混合气的关键，因此要求所开发的喷油器在精确的油量控制能力和配套适应性方面能满足大多数直喷式柴油机的要求（图5）。喷油器紧凑的小型化设计使其能很容易安装在小型四气门柴油机上，为发动机设计者设计汽缸盖提供了方便，例如无须考虑气门倾斜布置。德尔福开发成功的新颖小型液力平衡式电磁控制阀能装配在17 mm直径的喷油器体内部，这种结构设计的优点在于能以蓄电池电压直接控制所容许的小的控制电流和电压动作。图5 Multec DCR电液式喷油器当控制阀关闭时，高压作用在针阀顶部整个横截面上，同样大小的燃油压力也作用在针阀底部，燃油压力所形成的上下压力差帮助轻巧的弹簧保持针阀关闭。控制阀在一个阀室中动作，该室与针阀顶部的油腔相通，并经过一个小钻孔与高压油路相通。当ECU给控制阀电磁线圈通电时，控制阀升起脱离其阀座，阀室中的燃油泄出并返回油箱。随着燃油流经泄油孔，针阀上方的压力降低，直至压力差足以开启针阀。当电磁线圈中的电流降至零时，线圈中的弹簧力使控制阀回位到阀座上。针阀控制室中的压力增大至略大于针阀座处的压力时，便关闭针阀，喷油随即停止。针阀顶部的小弹簧有助于关闭针阀，特别是在共轨压力较低时。针阀油路小孔位于通往油嘴的孔中，以提供足够的压差使针阀迅速关闭。进油孔和泄油孔的大小都需要进行标定，以达到针阀运动的优化控制。所有这些孔均位于同一个零件过渡块中。 德尔福喷油器将高速的压力平衡式电磁阀与低的回油泄油液压概念结合起来，降低了整个系统的复杂性，从而省掉了两个昂贵的零件：共轨压力控制阀和燃油冷却器。省掉共轨压力控制阀是借助于一种创新的共轨释压策略来释放共轨中的油压，ECU利用喷油器中的高速电磁线圈的特点使共轨能快速释压，从而快速切断向燃烧室喷油。省掉燃油冷却器是得益于喷油器低的泄流和共轨压力控制阀的取消，两者的共同效果明显减少了回油量，从而减少了燃油冷却的必要性。图6 Multec DCR电液式喷油器的液压油路喷油器加长导向部位的喷油嘴是为高压喷油系统专门研制的（图6）。针阀体中的进油孔与体上部的油腔相连