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高壓共軌系統(tǒng)的工作原理？

問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 2022-08-26
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1，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)具有基本相同的結(jié)構(gòu)， 都有氣缸體、 氣缸蓋、 活塞、 氣門、 曲 柄、 曲軸、 凸輪軸和飛輪等。 但前者用壓燃柴油做功， 后者用點(diǎn)燃汽油做功， 一個(gè) “壓燃” 一個(gè) “點(diǎn)燃”， 就是兩者的根本區(qū)別點(diǎn)。 汽油機(jī)的燃料是在進(jìn)氣行程中與空氣混合后進(jìn)入氣 缸， 然后被火花塞點(diǎn)燃做功； 柴油機(jī)的燃料則是在壓縮行程接近終了時(shí)直接噴入氣缸， 在壓 縮空氣中被壓燃而做功。 這個(gè)區(qū)別造成了柴油機(jī)在燃料供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有其自己的特點(diǎn)。 柴油機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)是由噴油泵、 噴油器、 高壓油管及一些附屬輔助件組成。 柴油機(jī) 燃料輸送的簡(jiǎn)單過(guò)程： 輸油泵將柴油送到濾清器， 過(guò)濾后進(jìn)入噴油泵（為了保證充足的燃料 并保持一定的壓力，要求輸油泵的供油量比噴油泵的需要量要大得多，多余的柴油就經(jīng)低壓管 回到油箱，其他部分柴油被噴油泵壓縮至高壓）經(jīng)過(guò)高壓油管進(jìn)入噴油器直接噴入氣缸燃燒 室中壓燃。 2，現(xiàn)代汽車柴油機(jī)一般采用電控噴射、 共軌及渦輪增壓中冷等技術(shù)， 在重量、 噪聲和煙度 等方面已取得重大突破， 達(dá)到了汽油機(jī)的水平， 而且相比汽油機(jī)更環(huán)保。 目前國(guó)外輕型汽車 用柴油機(jī)日益普遍， 奔馳、 大眾、 寶馬、 雷諾以及沃爾沃等歐洲名牌車都有采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 的車型， 我國(guó)奧迪、 捷達(dá)等轎車上也有使用。 在電控噴射方面柴油機(jī)與汽油機(jī)的主要差別是汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比， 柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)則是通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出的大小， 而柴油機(jī)噴油控制是由發(fā) 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置（油門拉桿位置）來(lái)決定的。 因此， 基本工作原理是計(jì)算機(jī)根據(jù) 轉(zhuǎn)速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號(hào)， 首先計(jì)算出基本噴油量， 然后根據(jù)冷卻液溫度、 進(jìn)氣溫度、 進(jìn)氣壓力等傳感器的信號(hào)進(jìn)行修正， 再與來(lái)自控制套位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行反饋 修正， 確定最佳的噴油量。 電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、 電控單元（ECU）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。 其任務(wù)是對(duì)噴 油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制， 實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。 采用轉(zhuǎn)速、 溫 度、 壓力等傳感器， 將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同步輸入計(jì)算機(jī)， 與已儲(chǔ)存的參數(shù)值進(jìn)行比較， 經(jīng)過(guò) 處理、 計(jì)算， 按照最佳值對(duì)噴油泵、 廢氣再循環(huán)閥、 預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制， 驅(qū)動(dòng)噴油 系統(tǒng)， 使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)達(dá)到最佳。 共軌技術(shù)，在汽車柴油機(jī)中， 高速運(yùn)轉(zhuǎn)使柴油噴射過(guò)程的時(shí)間只有千分之幾秒， 實(shí)驗(yàn)證明， 在噴射 過(guò)程中高壓油管各處的壓力是隨時(shí)間和位置的不同而變化的。 由于柴油的可壓縮性和高壓油 管中柴油的壓力波動(dòng)， 使實(shí)際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規(guī)定的柱塞供油規(guī)律有較大的差異。 油 管內(nèi)的壓力波動(dòng)有時(shí)還會(huì)在主噴射之后， 使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升， 達(dá)到令噴油器的針 閥開(kāi)啟的壓力， 將已經(jīng)關(guān)閉的針閥又重新打開(kāi)產(chǎn)生二次噴油現(xiàn)象。 由于二次噴油不可能完全 燃燒， 于是增加了煙度和碳?xì)浠衔铮℉C）的排放量， 油耗增加。 此外， 每次噴射循環(huán)后高 壓油管內(nèi)的殘壓都會(huì)發(fā)生變化， 隨之引起不穩(wěn)定的噴射， 在低轉(zhuǎn)速區(qū)域尤其容易產(chǎn)生上述現(xiàn) 象， 嚴(yán)重時(shí)不僅噴油不均勻， 而且會(huì)發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。 為了解決柴油機(jī)這個(gè)燃油壓力 變化的缺陷， 現(xiàn)代柴油機(jī)采用了一種稱 “共軌” 的技術(shù)。 共軌技術(shù)是指高壓油泵、 壓力傳感器和 ECU 組成的閉環(huán)系統(tǒng)中， 將噴射壓力的產(chǎn)生和 噴射過(guò)程彼此完全分開(kāi)的一種供油方式， 由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管（共軌 管）， 通過(guò)對(duì)公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制， 使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)， 可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化， 因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺 陷。 ECU 控制噴油器的噴油量， 噴油量大小取決于公共供油管壓力和電磁閥開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng) 短。 高壓共軌系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能， 其優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： 1） 共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)， 對(duì)不同工況可確定所需的最佳噴射壓力， 從而優(yōu) 化柴油機(jī)綜合性能。 2） 可獨(dú)立地柔性控制噴油正時(shí)， 配合高的噴射壓力（120 ～ 200MPa）， 可同時(shí)控制 NOx 和煙度（PM）在較小的數(shù)值內(nèi)， 以滿足排放要求。 3） 柔性控制噴油速率變化， 實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律， 容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射， 既可降 低柴油機(jī) NOx， 又能保證優(yōu)良的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 4） 由電磁閥控制噴油， 其控制精度較高， 高壓油路中不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn) 象， 因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)， 循環(huán)噴油量變動(dòng)小， 各缸供油不均勻可得到改善， 從而減輕 柴油機(jī)的振動(dòng)和降低排放。 3，高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)主要由電控單元、 高壓油泵、 蓄壓器（共軌管）、 電控噴油 器以及各種傳感器等組成。 低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵， 高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌（蓄壓器）， 高壓 油軌中的壓力由電控單元根據(jù)共軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)， 高壓油軌 內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管， 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)， 由電控單元從預(yù)設(shè)的 MAP 圖中確定合適 的噴油定時(shí)、 噴油持續(xù)期， 由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。 （1） 高壓油泵 高壓油泵供油量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須保證在任何情況下的柴油機(jī)的噴油 量與控制油量之和的需求以及起動(dòng)和加速時(shí)的油量變化的需求。 由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的 產(chǎn)生與燃油噴射過(guò)程無(wú)關(guān)， 且噴油正時(shí)也不由高壓油泵的凸輪來(lái)保證， 因此高壓油泵的壓油 凸輪可以按照峰值轉(zhuǎn)矩最低、 接觸應(yīng)力最小和最耐磨的設(shè)計(jì)原則來(lái)設(shè)計(jì)凸輪。 博世公司采用由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的三缸徑向柱塞泵來(lái)產(chǎn)生高達(dá) 135MPa 的壓力。 該高壓油泵 在每個(gè)壓油單元中采用了多個(gè)壓油凸輪， 使其峰值轉(zhuǎn)矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的 1 / 9， 負(fù)荷也 比較均勻， 降低了運(yùn)行噪聲。 該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過(guò)對(duì)共軌腔中燃油的 放泄來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 為了減小功率損耗， 在噴油量較小的情況下， 將關(guān)閉三缸徑向柱塞泵中的一 個(gè)壓油單元使供油量減少。 日本電裝公司的 ECD-U2 高壓油泵采用了一個(gè)三作用凸輪的直列泵來(lái)產(chǎn)生高壓。 該高壓 油泵對(duì)油量的控制采用了控制低壓燃油有效進(jìn)油量的方法， 該方法使高壓油泵不產(chǎn)生額外的 功率消耗， 但需要確定控制脈沖的寬度和控制脈沖與高壓油泵凸輪的相位關(guān)系， 控制系統(tǒng)比 較復(fù)雜。 其基本原理： 1） 柱塞下行， 控制閥開(kāi)啟， 低壓燃油經(jīng)控制閥流入柱塞腔。 2） 柱塞上行， 但控制閥中尚未通電， 處于開(kāi)啟狀態(tài)， 低壓燃油經(jīng)控制閥流回低壓腔。 3） 在達(dá)到供油量定時(shí)時(shí)， 控制閥通電， 使之關(guān)閉， 回流油路被切斷， 柱塞腔中的燃油 被壓縮， 燃油經(jīng)出油閥進(jìn)入高壓油軌。 利用控制閥關(guān)閉時(shí)間的不同， 控制進(jìn)入高壓油軌的油 量的多少， 從而達(dá)到控制高壓油軌壓力的目的。 4） 凸輪經(jīng)過(guò)最大升程后， 柱塞進(jìn)入下降行程， 柱塞腔內(nèi)的壓力降低， 出油閥關(guān)閉， 停止供 油， 這時(shí)控制閥停止供電， 處于開(kāi)啟狀態(tài)， 低壓燃油進(jìn)入柱塞腔， 從而進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 （2） 高壓油軌（共軌管） 共軌管將供油泵提供的高壓燃油分配到各噴油器中， 起到了 蓄壓器的作用。 它的容積應(yīng)削減高壓油泵的供油壓力波動(dòng)和每個(gè)噴油器由噴油過(guò)程引起的壓 力振蕩， 使高壓油軌中的壓力波動(dòng)控制在 5MPa 之下。
回答者：ccgh
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