电控共轨柴油机主要部件构造与原理

电控共轨系统柴油机主要部件构造与原理欧曼营销服务管理部2实现更高效、更清洁的燃烧是能源和环境问题对内燃机提出的要求。目前世界上汽车已成为可吸入颗粒和NOx排放的主要污染源。在我国中重型载货车基本上都已实现柴油化，承担着我国公路货运的重要任务柴油车对我国的环境影响越来越大。近年来，在排放法规的推动下，我国车用柴油机的技术水平已有了明显的提高，大多数过去国内自行开发的一些机型都已能达到欧Ⅰ或欧Ⅱ排放标准，并已成为我国发动机行业走自主开发道路的一个成功典范。为了创造一个洁静的生活环境，我国正在加紧制定欧Ⅲ排放法规。基本预测认为，我国最迟将会在2008年7月实施欧Ⅲ排放法规。前言3排放法规CO(g/kW.h)HC(g/kW.h)NOx(g/kW.h)PM(g/kW.h)烟度执行时间欧Ⅰ4.51.18.00.361993.10欧Ⅱ4.01.17.00.151998.10欧Ⅲ2.10.665.00.100.82000.10欧Ⅳ1.50.463.50.020.52005.10欧Ⅴ1.50.462.00.020.52008.10欧Ⅵ1.360.022012?

欧Ⅲ排放法规与欧Ⅱ排放法规相比，CO排放将由4.0g/kW·h降到2.1g/kW·h,HC排放将由1.1g/kW·h降到0.66g/kW·h。NOx排放将由7.0g/kW·h降到5.0g/kW·h。PM排放由0.15g/kW·h降到0.10g/kW·h。欧洲重型车用柴油机排放法规4现有的欧Ⅲ系统UPS单体泵UIS泵喷嘴CRS共轨燃油喷射系统电控泵喷嘴电控高压共轨燃油喷射电控单体泵5电控高压共轨系统构成及工作原理6电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与巳储存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对喷油泵、预热塞等执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。7共轨系统的构成89共轨系统的优点1、喷油压力产生的过程和喷射的过程相互独立2、喷油压力和转速无关3、喷油始点和燃油喷射量的控制各自独立，可以实现精确控制4、最小稳定燃油喷射量极小，并具有合适的控制角度5、喷油系统响应灵敏，能灵活方便的进行多次喷射6、高压喷射改善了进气和燃烧的混合及燃烧过程，降低了柴油机的排放7、高压泵的驱动扭矩峰值小，机械噪音8、系统结构适应范围宽，均能与目前的小型、中型及重型柴油机很好匹配10

柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油这两个发展阶段。而现代电控喷油技术的崛起，则应归功于计算机技术和传感检测技术的迅猛发展。目前电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。

共轨式电控燃油喷射技术正是属于后者。该技术将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到共轨管，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无关，不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理，而是通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的着火时间。

11共轨燃油喷射系统燃油系统： 高压油泵、共轨管、喷油器、柴滤器、高压油管、低压油管、调压器、燃油箱等12轨压传感器电控高压泵燃油滤清器轨燃油箱升程时间泻压阀喷油器回油进油燃油计量阀高压油路（红色）低压油路（黄色）低压部分：燃油箱、输油泵、低压油管、燃油滤清器（粗滤、精滤）、回油管、ECU低压部分作用是为高压部分提供足够的燃油高压部分：燃油计量阀、高压油泵、高压油管、共轨管、喷油器高压部分作用是产生高压，保证燃油喷射压力，燃油计量高、低压油路13输入信号调理：将输入信号限制在允许的电压水平。放大、滤波、电平匹配。EPROM，FLASH：程序存储器，MAP表，发动机特性曲线。EEPROM：在线匹配数据，停车装置数据、矫正及制造数据，运行过程中的错误和不正常工作数据、故障码。RAM：运算变量输出级：功率放大，带有诊断和保护：过流，短路，断路，过热，过压，欠压ECU的一般结构14BOSH共轨ECU线路板15ECU及ECU接线图潍柴ECU16上柴ECU17共轨燃油喷射系统主要部件18上柴输油泵1920零部件功能进油泵从燃油箱吸入燃油，将其供给压送机构。溢流阀调节输油泵中燃油的压力。PCV（泵控制阀）控制供给油轨的燃油量。压送机构凸轮驱动挺柱体。挺柱体将往复运动传递给柱塞。柱塞往复运动以压送和压缩燃油。出油阀使压送到油轨的燃油停止逆流。气缸识别传感器（TDC（G）传感器）识别发动机气缸。HP0型结构和特性HP0输油泵主要由传统型直列泵（两气缸）中的压送系统、控制燃油排放量的PCV（泵控制阀）、气缸识别传感器（TDC（上止点）（G）传感器）和进油泵组成。21进油泵

进油泵（集成在输油泵中）从燃油箱吸入燃油，然后通过燃油滤清器供给泵室。进油泵有两种类型：次摆线型和叶轮型。次摆线型进油泵的功能如下所示。凸轮轴驱动进油泵的外部/内部转子，使其开始转动。根据外部/内部转子的运动产生的空间，进油泵将燃油抽吸到吸入口，然后压送到排放口。备注：进油泵进油螺栓内部的滤网容易堵塞；进油泵转一周供6ml燃油。22(2)压送机构凸轮轴由发动机驱动，凸轮通过挺柱体驱动柱塞以压送进油泵提供的燃油。PCV对供油量进行控制。燃油从进油泵压送到气缸，然后到出油阀。23发动机缸数速度比（泵：发动机）输油泵发动机1个循环的压送转动次数缸数凸轮齿4缸1:22246缸368缸48·它通过改变凸轮的齿数来控制发动机缸数。输油泵以发动机一半的转速旋转。发动机缸数与输油泵的压送次数之间的关系如表所示，通过增加凸轮齿的个数来控制发动机缸数，使用一个小型、两缸的泵单元可以实现。此外，由于此泵的压送行程数与喷射次数相同,所以油轨压力会保持平稳。24ａ)进气行程

在柱塞下降行程中，PCV打开，同时低压燃油通过PCV被吸入到柱塞室中。

泵控制阀的工作原理PCV（泵控制阀）调节输油泵的燃油输送量，以便调节油轨压力。输油泵输送到油轨的燃油量取决于向PCV施加电流的正时。

25ｂ)预行程

就在柱塞进入上升行程时，PCV不通电并保持开启。此时，通过PCV吸入的燃油没经过加压（预行程）而通过PCV返回。

26ｃ)抽吸行程

在获得所需排放量的最佳时机，提供电力使PCV关闭，则返回通道关闭，同时柱塞室中的压力上升。因此，燃油流经出油阀（反向切断阀），然后被抽吸到油轨。具体情况是，PCV关闭之后柱塞升程部分变成排放量，而且通过改变PCV关闭正时（柱塞预行程的终点），排放量得到改变，从而使油轨压力得到控制。27ｄ)进气行程

当凸轮超过最大升程时，柱塞进入下降行程，同时柱塞室中的压力下降。此时，出油阀关闭，燃油抽吸停止。此外，PCV由于被断电而打开，低压燃油被吸入到柱塞室。具体情况是，系统进入A状态。

28执行电路

如图所示为PCV的执行电路。点火开关接通或关断PCV继电器，以向PCV施加电流。ECU对PCV的打开/关闭进行控制。它根据每个传感器发出的信号，确定提供最佳油轨压力所需的目标供油量，并控制PCV的打开/关闭正时，从而达到目标供油量。2930潍柴高压油泵机油进口（可选）高压出口初始机油注油口阀盖相位传感器:DG6齿轮泵

ZP5柴油出口（到滤器）柴油进口（自油箱）溢流阀M-PROP

燃油计量阀柴油出口（到油箱）柴油进口（自滤器）凸轮轴31进油口凸轮轴齿轮泵油量计量单元柱塞柱塞弹簧挺柱32潍柴高压油泵33油量计量单元油量计量单元，通过对ECU的数据分析，决定每次往共轨管中输入多少的油量。油量计量单元出现故障时，发动机将会1500r/min电阻值为2.6Ω–3.4Ω

油量计量单元34共轨管共轨管的作用：向各缸气缸喷油器分配由输油泵加压的燃油，存储高压、抑止因油泵供油和喷油而产生的波动轨压传感器压力限制阀进油口潍柴共轨管35上柴共轨管36油轨构成零部件为油轨压力传感器（Pc传感器）、压力限制器，有些车型上还有流动缓冲器。37零部件结构和工作原理零部件功能油轨存储从输油泵压送的加压燃油，然后将燃油分配到每个气缸喷油器。压力限制器如果油轨中的压力异常高，则打开阀释放压力。油轨压力传感器（Pc传感器）检测油轨中的燃油压力。流动缓冲器降低油轨中的燃油压力脉动。如果燃油过度流出，流动缓冲器将关闭燃油通道，从而防止更多燃油流出。大多数与发动机一起用于大型车辆。38油轨压力传感器安装在油轨上。它检测油轨的燃油压力，然后发送信号给发动机ECU。这是一个半导体传感器，它利用了压力施加到硅元件上时电阻发生变化的压电效应。上柴电阻为11kΩ潍柴电阻为23.2KΩ电压为1.5---4.3V油轨压力传感器油轨压力传感器一旦损坏，必须起用应急备份功能，按设定值替代发动机转速为1500r/min39潍柴油轨压力传感器40414243确保共轨中的压力失控后不会超压机械溢流阀原理压力限制阀44如果压力异常高，则压力限制器打开以释放压力。如果油轨中的压力异常高，压力限制器工作（打开）。它在压力降低到一定水平之后恢复（关闭）。由压力限制器释放的燃油返回到油箱。压力限制器的操作压力取决于车辆型号，用于阀开启的压力大约为140-230MPa，用于阀闭合的压力大约为30-50MPa。

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流动缓冲器

流动缓冲器可降低加压管中的压力脉动，并以稳定的压力向喷油器提供燃油。流动缓冲器也可在出现燃油过度排放时（例

如喷射管道或喷油器出现燃油泄漏的情况）切断燃油通道，从而防止燃油异常排放。上柴流动缓冲器47当高压管中出现压力脉动时，它穿过量孔产生的阻力破坏了油轨侧和喷油器侧的压力平衡，因此活塞将移到喷油器一侧，从而吸收压力脉动。正常压力脉动情况下，喷射因燃油流量降低而停止。随着通过量孔的燃油量增加，油轨和喷油器之间的压力得到平衡。结果，由于弹簧压力，活塞被推回油轨侧。但是，如果由于喷油器侧燃油泄漏等而发生异常流量状态，通过量孔的燃油就会失去平衡。这将使活塞被推动抵住底座而导致燃油通道封闭。工作原理48备注：活塞上的量孔直径为1mm。

停止时49工作过程50异常流出时51传感器52传感器类型传感器磁电式曲轴转速传感器数字量凸轮相位传感器数字量变阻传感器热敏电阻水温、油温、空气温度、燃油温度等模拟量滑线变阻器加速踏板位置传感器模拟量应变片变阻器轨压传感器、大气压力传感器等模拟量传感器类型53原理：电磁感应功能：1、曲轴（发动机）转速2、曲轴上止点位置信号丢失时，启动困难严重时，发动机无法启动曲轴位置传感器潍柴曲轴位置传感器54

曲轴位置传感器安装在靠近曲轴正时齿轮或飞轮的位置。传感器是电磁感应型。当曲轴上安装的发动机转速脉冲齿轮通过传感器时，传感器内线圈的磁场发生变化，从而产生AC电压。曲轴转速传感器转速(n/min)20010002000信号反馈电压(V)0.10.751.0555曲轴转速传感器123456123456飞轮齿孔电压信号整形后信号56

当脉冲通过气缸识别传感器（G传感器）时，磁阻发生变化，而且通过传感器的电压发生变化。内部IC电路使电压的变化放大，并且输出到发动机控制器。在输油泵凸轮轴的中心有一个盘形齿轮，其上每隔60°就有一个缺口，以及一个额外缺口。因此，发动机每转两转（对于六缸发动机）该齿轮输出七个脉冲。通过将发动机侧的发动机转速脉冲和气缸识别传感器脉冲相结合，可将额外切口脉冲之后的脉冲辨认为1号气缸。上柴气缸识别传感器（G）传感器汽缸识别（G）传感器（上柴）电阻值（常态）工作电压5转速(n/min)20010002000信号反馈电压55557潍柴凸轮轴相位传感器原理：霍尔效应相位确定：采用（n+1）齿定位，凸轮轴上安装着一个用铁磁性材料制成的齿，它随着凸轮轴旋转，当这个齿经过凸轮轴传感器半导体膜的时候，它的磁场就会使半导体膜中的电子偏转，产生一个短促的电压信号，这个电压告诉ECU，那1缸已经进入了压缩上止点。信号丢失时，启动困难，当同步信号出错时，发动机将会出现跛行回家,发动机转速为（1500r/min)，当同步信号同时丢失时，发动机无法工作。58潍柴凸轮轴相位传感器潍柴凸轮轴相位传感器5960

油门踏板位置传感器将加速踏板开度转换为电子信号，并将其输出到发动机控制器。另外，有两个系统可在一旦发生故障时提供备用功能。这是非接触型传感器。有连杆与加速踏板一起转动，输出端子电压根据连杆转动角度而变化。油门踏板位置传感器油门踏板线松或接错，接头进水时，发动机将会在1000r/min61上柴油门踏板传感器电压值为0.85----4.15V,电阻值为2.9kΩ潍柴油门踏板传感器在怠速时电压值为1.0.57v-0.95v2.0.16v-0.6v，电阻值为6.1kΩ62冷却液温度传感器安装在气缸体上，可以检测冷却液温度。该传感器为热敏电阻。

备注：热敏电阻随温度增加电阻下降冷却液温度传感器63潍柴冷却液温度传感器64656667温度20406080电阻2.45kΩ1.1kΩ600Ω300Ω电压2.4v1.48v0.88v0.6v不同水温下温度传感器的电阻值\电压值68水温传感器

两根针脚电阻值随着温度升高而下降，电阻值为2.5kΩ--300Ω发动机水温过高时，发动机将会出现跛行回家模式,发动机转速为1500r/min69燃油温度传感器这是一个热敏电阻型传感器，可以检测燃油温度。在HP0系统中，它安装在喷油器的回油管上。上柴燃油温度传感器燃油温度传感器电阻值温度（℃）-40-200205080100电阻(kΩ)44.515.05.742.450.8110.3180.183电压值工作电压（v）5555555信号反馈电压（v）4.71442383.42.3881.1550.5270.3187071

进气温度传感器检测进气通过涡轮增压器后的温度。检测温度的传感器部分包含一个热敏电阻。该热敏电阻有一个随温度的变化而变化的电阻，热敏电阻用来检测进气温度。上柴进气温度传感器温度型传感器名称电阻值温度（℃）-30-1002060进气温度传感器电阻(kΩ)25.439.115.712.43（9%）0.58（6%）电压值工作电压（v）55555信号反馈电压（v）3.3092.061.5260.7870.21372进气压力传感器该传感器为半导体型。它利用了传感器中硅元件上压力发生变化时电阻发生变化的压电效应。上柴进气压力传感器电阻为10kΩ(25℃

)电压为1----4.2V电源线信号线地线7374进气压力传感器进气压力传感器可以检测进气的压力和温度四根针脚接线75潍柴进气压力温度传感器潍柴进气压力温度传感器76潍柴机油压力传感器机油压力传感器可以同时检测机油压力和机油温度针脚接线为四根，机油温度过高时，发动机将会出现跛行回家模式，发动机转速为1500r/min77机油压力传感器潍柴机油压力传感器78执行器79喷油器总成：常用的喷油器有外连接和内部高压连接的喷油器两种。当ECU需要燃油进入一个气缸时，一个电压信号就会给到电磁阀。这会产生一个比弹簧力更大的电磁力。这会使电磁阀金属芯向上移动。当电磁阀升起时会打开喷油器内部的一个泄油通道。80当ECU需要燃油进入一个气缸时，一个电压信号就会给到电磁阀。这会产生一个比弹簧力更大的电磁力。这会使电磁阀金属芯向上移动。当电磁阀升起时会打开喷油器内部的一个泄油通道。当不需要喷射燃油时ECU会使喷油器电磁阀断电。电磁力消失可以允许弹簧压下电磁阀到关闭位置。当电磁阀在关闭位置时泄油通道就被关闭。当泄油通道关闭时，柱塞上部较大的受力面积将使柱/针阀复位以终结燃油喷射。81潍柴WP10喷油器接线柱进油口喷油嘴回油口针阀柱塞针阀弹簧球阀电磁阀当喷油器出现故障时，发动机将会1500r/min82回油管球阀进油口电磁阀插座泻油孔进油孔控制腔柱塞进油槽针阀衔铁针阀弹簧针阀腔潍柴WP10喷油器工作原理1）电磁阀断电：球阀关闭控制腔压力＋针阀弹簧压力>针阀腔压力针阀关闭，不喷射2）电磁阀通电：球阀开启，泻油孔泻油控制腔压力＋针阀弹簧压力<针阀腔压力针阀抬起，喷射针阀抬起速度取决于泻油孔与进油孔的流量差针阀关闭速度取决于进油孔流量喷射响应＝电磁阀响应＋液力系统响应一般应为0.1ms~0.3ms(喷油速率控制的要求)83+-喷油器电子阀未通电，电磁阀弹簧使电磁阀保持在关闭的位置。相同的燃油压力施加在柱塞(1)and针阀凸台区域(2)上。柱塞（1）较大的受力面积使其产生的较大向下的力从而使喷油器保持在关闭的位置。12潍柴WP12喷油器工作原理84+-当ECU需要燃油进入一个气缸时，一个电压信号就会给到电磁阀。这会产生一个比弹簧力更大的电磁力。这会使电磁阀金属芯向上移动。当电磁阀升起时会打开喷油器内部的一个泄油通道。从泄油通道出来的燃油通过缸盖内部的通道形成了回油。85+-这种泄漏会导致作用在喷油器针阀凸台上的压力大于柱塞的压力（由于泄油通道的打开）这会使针阀自关闭位置升起。燃油这时会通过喷嘴喷入气缸。86+-当不需要喷射燃油时ECU会使喷油器电磁阀断电。电磁力消失可以允许弹簧压下电磁阀到关闭位置。当电磁阀在关闭位置时泄油通道就被关闭当泄油通道关闭时，柱塞上部较大的受力面积将使柱塞/针阀复位以终结燃油喷射。87+-相同的燃油压力又被送到柱塞(1)和针阀的凸台(2)。柱塞(1)上部较大的受力面积产生较大向下的液压力使喷油器保持在关闭的位置，直到ECU决定下一次的燃油喷射的开始。1288+-对于高压共轨燃油系统来说燃油系统的清洁维护是非常重要的进入喷油器内部小通道的颗粒物会阻碍燃油的流动。如果污染物堵塞了通向柱塞上部控制室的小通道，将导致喷油器保持在开启的位置如果喷油器卡在开启位置，喷入缸内的燃油量将失去控制，并导致发动机严重故障89

喷油器根据ECU发出的信号，将油轨中的加压燃油以最佳的喷射正时、喷射量、喷射率和喷射方式喷射到发动机燃烧室中。

使用TWV（双向阀）和量孔对喷射进行控制。TWV对控制室中的压力进行控制，从而对喷射的开始和结束进行控制。量孔可通过限制喷嘴打开的速度来控制喷射率。控制活塞通过将控制室压力传递到喷嘴针来将阀打开和关闭。当喷嘴针阀打开时，喷嘴将燃油雾化并进行喷射上柴喷油器90喷油器实物剖切图：

91备注：大量孔径0.3mm,