共轨技术

共轨技术（共10篇）

共轨技术 篇1

一、高压共轨技术简介

柴油机在机械喷射、增压喷射和普通电喷后, 近几年来出现了共轨高压喷射。

高压共轨 (Common Rail) 电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元 (ECU) 组成的闭环系统中, 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。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管 (Rail) , 通过公共供油管内的油压实现精确控制, 使高压油管压力 (Pressure) 大小与发动机的转速无关, 可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度。

高压共轨系统可实现在传统喷油系统中无法实现的功能, 其优点有:

1.共轨系统中的喷油压力柔性可调, 对不同工况可确定所需的最佳喷射压力, 从而优化柴油机综合性能。

2.可独立地柔性控制喷油正时, 配合高的喷射压力 (120～200MPa) , 可同时控制NOx和微粒 (PM) 在较小的数值内, 以满足排放要求。

3.柔性控制喷油速率变化, 实现理想喷油规律, 容易实现预喷射和多次喷射, 既可降低柴油机 NOx, 又能保证优良的动力性和经济性。

4.由电磁阀控制喷油, 其控制精度较高, 高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象, 因此在柴油机运转范围内, 循环喷油量变动小, 各缸供油不均匀可得到改善, 从而减轻柴油机的振动和降低排放

由于高压共轨系统具有以上的优点, 现在国内外柴油机的研究机构均投入了很大的精力对其进行研究, 并逐渐推广利用。

二、高压共轨燃油喷射系统主要部件介绍

图1为高压共轨电控燃油喷射系统的基本组成图。它主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵, 高压油泵将燃油加压送入高压油轨, 高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节, 高压油轨内的燃油经过高压油管, 根据机器的运行状态, 由电控单元从预设的 map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期, 并由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。

1.高压油泵

高压油泵供油量的设计准则是:必须保证在任何情况下柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生与燃油喷射过程无关, 且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证, 因此, 高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计。

2.共轨管

共轨管将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中作用。共轨管内柴油压力可维持在130～160Mpa范围内。高压共轨管上还安装了压力传感器、液流缓冲器 (限流器) 和压力限制器。压力传感器向 ECU 提供高压油轨的压力信号;液流缓冲器 (限流器) 保证在喷油器出现燃油漏泄故障时切断向喷油器的供油, 并可减小共轨和高压油管中的压力波动;压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时, 迅速将高压油轨中的压力进行放泄。

3.电控喷油器

电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件, 它的作用是根据 ECU 发出的控制信号, 通过控制电磁阀的开启和关闭, 将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。

4.高压油管

高压油管是连接共轨管和电控喷油器的通道, 它应有足够的燃油流量, 减小燃油流动时的压降, 并使高压管路系统中的压力波动较小, 能承受高压燃油的冲击作用, 且起动时共轨中的压力能很快建立。各缸高压油管的长度应尽量相等, 使柴油机每一个喷油器有相同的喷油压力, 从而减少发动机各缸之间喷油量的偏差。各高压油管应尽可能短, 使从共轨到喷油嘴的压力损失最小。

三、JohnDeere8020T高压共轨系统图

JohnDeere公司是把较先进的高压共轨技术投入到拖拉机中, 其8系列拖拉机高压共轨技术更是趋于完善, 下图是8020T拖拉机高压共轨技术图。

油箱中的柴油经过滤清器, 在高压油泵的作用下进入共轨管, 其共轨管上装有一个压力传感器, 以保证共轨管内的恒定高压, 电控单元根据发动机转速、曲轴转速、油门大小以及其他一些传感器所提供的参数控制各油嘴的开启, 实现精确、精准喷射。

四、使用高压共轨系统的注意事项

在操作和保养带有高压共轨系统的发动机时, 应注意以下事项, 确保人身和财产安全。

1.禁止自行保养喷油泵或喷油嘴。

2.禁止用蒸汽清洗或用水喷在热喷油泵上, 否则会造成喷油泵部件的损坏。

3.禁止打开高压燃油系统, 否则燃油管路中留下的高压液体会造成严重的人身伤害。对于高压共轨燃油系统的发动机, 不得断开或试图维修高压燃油泵与喷嘴之间的燃油管路、传感器或任何其他部件, 只有熟悉这类系统的技术人员才能维修。

五、柴油机共轨技术的发展

电控燃油共轨技术现在是主要发展趋势, 但是在新技术的使用过程中, 根据不同发动机的使用特点, 使得电控燃油共轨技术在不同的使用条件下, 在与发动机系统的匹配上还有很大的发展空间, 尤其是在共轨技术的研究与开发方向上。

1.共轨技术的研究与开发热点

如何解决高压共轨系统的恒高压密封问题。

如何解决高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题。

如何解决高压共轨系统的多MAP (三维控制数据表) 优化问题。

如何解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。

2.共轨技术对环境保护的促进作用

高压共轨系统是目前最为先进的燃油喷射系统, 被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破之一, 它能够在不同工况下都以120MPa的喷射压力实现稳定可控喷射, 使柴油机各工况的燃烧达到最佳状况, 性能大大优化, 排放中的有害成分进一步减少。高压共轨系统是柴油机满足欧洲Ⅱ号、欧洲Ⅲ号, 甚至欧洲Ⅳ号排放法规的理想燃油喷射系统。共轨技术有助于减少柴油机的尾气排放量, 降低噪声、燃油消耗等。它在有利于地球环境保护的同时, 也必将促进柴油机工业、汽车工业及相关工业的发展。

六、结束语

由于高压共轨式燃油喷射系统具有可以对喷油定时、喷油持续期、喷油压力、喷油规律进行柔性调节的特点, 该系统的采用可以使柴油机的经济性、动力性和排放性能都会有进一步的提高。但由于我国的该技术起步晚, 目前还没有自己开发应用的能力, 缺乏自己的核心技术。这就需要我们加大对高压共轨系统的研究力度, 使我国的柴油机水平跨上一个新的台阶。

共轨技术 篇2

共轨式喷油系统于二十世纪 90 年代中后期才正式进入实用化阶段，这类电控系统可分为：蓄压式电控燃油喷射系统、液力增压式电控燃油喷射系统和高压共轨式电控燃油喷射系统。高压共轨系统可实现在传统喷油系统中无法实现的功能，其优点有：

a.共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。

b.可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力( 120MPa~200MPa )，可同时控制 NOx和微粒( PM )在较小的数值内，以满足排放要求。

c.柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机 NOx，又能保证优良的动力性和经济性。

d.由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。

由于高压共轨系统具有以上的优点，现在国内外柴油机的研究机构均投入了很大的精力对其进行研究。比较成熟的系统有：德国 ROBERTBOSCH 公司的 CR 系统、日本电装公司的 ECD-U2 系统、意大利的 FIAT 集团的 unijet 系统、英国的 DELPHIDIESELSYSTEMS 公司的 LDCR 系统等。

二、高压共轨燃油喷射系统主要部件介绍

图 1 为高压共轨电控燃油喷射系统的基本组成图。它主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的 map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。

1 、高压油泵

高压油泵的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生于燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮。

bosch 公司采用由柴油机驱动的三缸径向柱塞泵来产生高达 135Mpa 的压力。该高压油泵在每个压油单元中采用了多个压油凸轮，使其峰值扭矩降低为传统高压油泵的 1/9 ，负荷也比较均匀，降低了运行噪声。该系统中高压共轨腔中的压力的控制是通过对共轨腔中燃油的放泄来实现的，为了减小功率损耗，在喷油量较小的情况下，将关闭三缸径向柱塞泵中的一个压油单元使供油量减少。

日电装公司采用了一个三作用凸轮的直列泵来产生高压，如图 2 所示。该高压油泵对油量的控制采用了控制低压燃油有效进油量的方法，其基本原理如图 3 所示。

a柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔;

b柱塞上行，但控制阀中尚未通电，处于开启状态，低压燃油经控制阀流回低压腔;

c在达到供油量定

一、前言

共轨式喷油系统于二十世纪 90 年代中后期才正式进入实用化阶段。这类电控系统可分为：蓄压式电控燃油喷射系统、液力增压式电控燃油喷射系统和高压共轨式电控燃油喷射系统。高压共轨系统可实现在传统喷油系统中无法实现的功能，其优点有：

a.共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。

b.可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力( 120MPa~200MPa )，可同时控制 NOx和微粒( PM )在较小的数值内，以满足排放要求。

c.柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机 NOx，又能保证优良的动力性和经济性。

d.由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。

由于高压共轨系统具有以上的优点，现在国内外柴油机的研究机构均投入了很大的精力对其进行研究。比较成熟的系统有：德国 ROBERTBOSCH 公司的 CR 系统、日本电装公司的 ECD-U2 系统、意大利的 FIAT 集团的 unijet 系统、英国的 DELPHIDIESELSYSTEMS 公司的 LDCR 系统等。

二、高压共轨燃油喷射系统主要部件介绍

图 1 为高压共轨电控燃油喷射系统的基本组成图。它主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的 map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。

1 、高压油泵

高压油泵的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生于燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮，

bosch 公司采用由柴油机驱动的三缸径向柱塞泵来产生高达 135Mpa 的压力。该高压油泵在每个压油单元中采用了多个压油凸轮，使其峰值扭矩降低为传统高压油泵的 1/9 ，负荷也比较均匀，降低了运行噪声。该系统中高压共轨腔中的压力的控制是通过对共轨腔中燃油的放泄来实现的，为了减小功率损耗，在喷油量较小的情况下，将关闭三缸径向柱塞泵中的一个压油单元使供油量减少。

日电装公司采用了一个三作用凸轮的直列泵来产生高压，如图 2 所示。该高压油泵对油量的控制采用了控制低压燃油有效进油量的方法，其基本原理如图 3 所示。

a柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔;

b柱塞上行，但控制阀中尚未通电，处于开启状态，低压燃油经控制阀流回低压腔;

c在达到供油量定

时时，控制阀通电，使之关闭，回流油路被切断，柱塞腔中的燃油被压缩，燃油经出油阀进入高压油轨。利用控制阀关闭时间的不同，控制进入高压油轨的油量的多少，从而达到控制高压油轨压力的目的;

d凸轮经过最大升程后，柱塞进入下降行程，柱塞腔内的压力降低，出油阀关闭，停止供油，这时控制阀停止供电，处于开启状态，低压燃油进入柱塞腔进入下一个循环。

该方法使高压油泵不产生额外的功率消耗，但需要确定控制脉冲的宽度和控制脉冲与高压油泵凸轮的相位关系，控制系统比较复杂。

2 、共轨管

共轨管将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中，起蓄压器的作用， ECD-U2 系统的供轨管如图 4 所示。它的容积应削减高压油泵的供油压力波动和每个喷油器由喷油过程引起的压力震荡，使高压油轨中的压力波动控制在 5Mpa 之下。但其容积又不能太大，以保证共轨有足够的压力响应速度以快速跟踪柴油机工况的变化。 ECD-U2 系统的高压泵的最大循环供油量为 600mm3 ，共轨管容积为 94000mm3 。

高压共轨管上还安装了压力传感器、液流缓冲器(限流器)和压力限制器。压力传感器向 ECU 提供高压油轨的压力信号;液流缓冲器(限流器)保证在喷油器出现燃油漏泄故障时切断向喷油器的供油，并可减小共轨和高压油管中的压力波动;压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时，迅速将高压油轨中的压力进行放泄。

从上述分析可见，精确设计高压共轨管的容积和形状适合确定的柴油机是并不容易的。

3 、电控喷油器

电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用根据 ECU 发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。

BOSCH 和 ECD-U2 的电控喷油器的结构基本相似，都是由于传统喷油器相似的喷油嘴、控制活塞、控制量孔、控制电磁阀组成，图 5 为 BOSCH 的电控喷油器结构图。在电磁阀不通电时，电磁阀关闭控制活塞顶部的量孔 A ，高压油轨的燃油压力通过量孔 Z 作用在控制活塞上，将喷嘴关闭;当电磁阀通电时，量孔 A 被打开，控制室的压力迅速降低，控制活塞升起，喷油器开始喷油;当电磁阀关闭时，控制室的压力上升，控制活塞下行关闭喷油器完成喷油过程。

控制了喷油率的形状，需对其进行合理的优化设计，实现预定的喷油形状。控制室的容积的大小决定了针阀开启时的灵敏度，控制室的容积太大，针阀在喷油结束时不能实现快速的断油，使后期的燃油雾化不良;控制室容积太小，不能给针阀提供足够的有效行程，使喷射过程的流动阻力加大，因此对控制室的容积也应根据机型的最大喷油量合理选择。

控制量孔 A 、 Z 的大小对喷油嘴的开启和关闭速度及喷油过程起着决定性的影响。双量孔阀体的三个关键性结构是进油量孔、回油量孔和控制室，它们的结构尺寸对喷油器的喷油性能影响巨大。回油量孔与进油量孔的流量率之差及控制室的容积决定了喷油嘴针阀的开启速度，而喷油嘴针阀的关闭速度由进油量孔的流量率和控制室的容积决定。进油量孔的设计应使喷油嘴针阀有足够的关闭速度，以减少喷

油嘴喷射后期雾化不良的部分。此外喷油嘴的最小喷油压力取决于回油量孔和进油量孔的流量率及控制活塞的端面面积。这样在确定了进油量孔、回油量孔和控制室的结构尺寸后，就确定了喷油嘴针阀完全开启的稳定、最短喷油过程，同时就确定了喷油嘴的稳定最小喷油量。控制室容积的减少可以使针阀的响应速度更快，使燃油温度对喷油嘴喷油量的影响更小。但控制室的容积不可能无限制减少，它应能保证喷油嘴针阀的升程以使针阀完全开启。两个控制量孔决定了控制室中的动态压力，从而决定了针阀的运动规律，通过仔细调节这两个量孔的流量系数，可以产生理想的喷油规律。

由于高压共轨喷射系统的喷射压力非常高，因此其喷油嘴的喷孔截面积很小，如 BOSCH 公司的喷油嘴的喷孔直径为 0.169mm × 6 ，在如此小的喷孔直径和如此高的喷射压力下，燃油流动处于极端不稳定状态，油束的喷雾锥角变大，燃油雾化更好，但贯穿距离变小，因此应改变原柴油机进气的涡流强度、燃烧室结构形状以确保最佳的燃烧过程。

对于喷油器电磁阀，由于共轨系统要求它有足够的开启速度，考虑到预喷射是改善柴油机性能的重要喷射方式，控制电磁阀的响应时间更应缩短。关于电磁阀的研究已由较多的文献报道，本文不再对此进行分析。

4 、高压油管

高压油管是连接共轨管和电控喷油器的通道，它应有足够的燃油流量减小燃油流动时的压降，并使高压管路系统中的压力波动较小，能承受高压燃油的冲击作用，且起动时共轨中的压力能很快建立。各缸高压油管的长度应尽量相等，使柴油机每一个喷油器有相同的喷油压力，从而减少发动机各缸之间喷油量的偏差。各高压油管应尽可能短，使从共轨到喷油嘴的压力损失最小。 BOSCH 公司的高压油管的外经为 6mm ，内径为 2.4mm ，日本电装公司的高压油管的外经为 8mm ，内径为 3mm 。

三、结束语

共轨技术 篇3

关键词：高压共轨；低压油路；高压油路

国外典型的高压共轨电控系统主要有：日本电装公司ECD-U2高压共轨燃油喷射系统，德国Bosch公司高压共轨燃油喷射系统，美国德尔福公司Multec DCR 1400高压共轨燃油喷射系统。他们的产品代表了当今高压共轨系统的技术水平和发展趋势。下面将以Bosch高压共轨燃油喷射系统作为一个实例，介绍其构造和作用。

一、Bosch共轨式燃油系统的组成

如图1，是由低压油路零件、高压油路零件及ECU等所构成。

二、低压油路各零件的构造与作用

（1）燃油泵（Presupply Pump）有滚柱式和齿轮式

（2）滚柱式燃油泵 滚柱式燃油泵为电动式，仅用于小客车或轻型商用车，可装在油箱内或油箱外低压油管上；并有如汽油喷射发动机般的安全电路，当发动机停止运转，而起动开关在ON位置时，电动燃油泵停止运转。在其内部，还设有限压阀。当出油端压力过高时，将压力限制阀推开，使过多的柴油回到进油端。

（3）齿轮式燃油泵 齿轮式燃油泵为机械式，用在小客车、商用车辆及越野车辆。可与高压泵组合在一起，或由发动机直接驱动。齿轮式燃油泵的送油量与发动机转速成正比，因此在压力端设有溢流阀。为了排除低压管路内的空气，还在齿轮燃油泵上或低压管路上设有手动泵。

（4）柴油滤清器 柴油中的杂质可能导致泵零件、出油阀及喷嘴等的磨损。另外柴油中含有水，可能变成乳状物或因温度变化而凝结，若水进入系统，则可能导致零件锈蚀。与其他喷射系统相同，共轨式喷射系统也需要附有水分存储室的柴油滤清器，并定期打开放水螺钉放水。现在越来越多的小客车用柴油发动机设有自动警告装置，当必须泄放柴油滤清器内的水分时，警告灯会点亮。

三、高压油路各零件的构造与作用

（1）组成高压油路的各零件，包括高压油泵（High—Pressure Pump）、油压控制阀（Pressure—Control Valve）、高压储油器（High—Pressure Accumulator，即共轨Rail）、共轨油压传感器（Rail—Pressure Sensor）、压力限制器（Pressure Limiter Valve）、流量限制器（Flow Limiter）及喷油器（Injectors）。

（2）高压泵

高压泵负责将低压柴油转变成可达135MPa的高压柴油，送入共轨内；在所有发动机作用状态下，均能提供足够的高压柴油，并能提供额外柴油以供迅速起动用，以及能够快速建立起共轨内的压力。

高压泵的构造，由三组辐射状排列的柱塞组所组成。驱动轴一转，有三次排气行程，油压连续且稳定；驱动轴转矩为16N·m，只有分配式喷射泵的1/9，相当省力。高压泵由发动机以联接器（Coupling）、齿轮、链条或皮带传动，转速为发动机的1/2，由柴油润滑泵内零件。

高压油泵的作用：

a、燃油泵送来约50KPa～150KPa的低压柴油，从柴油入口，经安全阀进入低压油道，再经进气阀送入正在下行柱塞的上方，此时为吸气行程。

b、当柱塞过了下止点上行时，进气阀关闭，油压升高，推开出油阀，将柴油送往共轨，直到柱塞抵达上止点，此时为排气行程。

（3）油压控制阀

油压控制是用来保持共轨内的正确油压的，油压控制阀的构造如图3所示。施加在电枢的力有两个，一为弹簧力，一为电磁力。为了润滑及冷却，整个电枢是永久浸泡在柴油中。

油压控制阀的作用：

a、不通电时：只要油压超过弹簧力，油压控制阀即打开，且依送油量大小，会保持一定之开度。弹簧力的设定，使油压可达20MPa.

b、通电时：当共轨内必须提高时，油压控制阀通电，弹簧力加上电磁力，是送油压力提高。要改变送油量或送油压力，可由脉冲宽度调节方式改变电流量，以产生不同的电磁力来变化操作，通常1KHz的脉冲频率就足以阻止枢轴移动。

（4）共轨

共轨即高压蓄压器，为一个高强度铝合金管，用来存储高压油，抑制压力脉动，保持压力恒定，以确保当喷油器打开的瞬间，喷射压力能维持一定值。

共轨的构造，为一长形储油管，经流量限制器，将高压柴油送往各缸喷油器。共轨上装有油压传感器、压力限制阀（限压阀）及流量限制器。

（5）共轨油压传感器

共轨油压传感器必须迅速、精确监测共轨内瞬间的压力变化，将电压信号送给ECU，以调节适当的油压。

（6）喷油器

喷油器可分为几个功能组件：喷油嘴、液压伺服系统和电磁阀等。喷油器的构造，燃油从高压接头经进油道送往喷油嘴，经进油节流孔送入控制室。控制室通过由电磁阀打开的回油节流孔与回油孔连接；回油节流孔在关闭状态时，作用在控制活塞上的液压力大于作用在喷油器针阀承压面上的力，因此喷油嘴针阀被压在座面上，从而没有燃油进入燃烧室；电磁阀动作时，打开回油节流孔，控制室内的压力下降，当作用在控制活塞上的液压力低于作用在喷油嘴针阀承压面上的作用力时，喷油嘴针阀立即开启，燃油通过喷油孔喷入燃烧室。由于电磁阀不能直接产生迅速关闭针阀所需的力，因此，经过一个液力放大系统实现针阀的这种间接控制。在这个过程中，除喷入燃烧室的燃油量之外，还有附加的所谓控制油量经控制室的节流孔进入回油通道。

参考文献：

[1]徐家龙.柴油机电控喷油技术[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]黄靖雄，赖瑞海等.电控柴油机结构与原理[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]李铁军.柴油机电控技术使用教程[M].北京：机械工业出版社，2009.

电控高压共轨系统技术特征 篇4

马军刚:国内外电控高压共轨系统的技术和差别主要涉及到以下领域:

传感器制造技术

传感器是控制系统的输入信号来源,目前国内有许多企业能够为电控汽油机配套生产各种传感器,而这些传感器中的大多数原则上也能适用于燃油机,这无疑为国内燃油机电控化发展准备了基础条件。所以,传感器需求已经不再是国内燃油机电控技术的发展障碍。

执行器制造技术

燃油机电控高压共轨系统的制造难度主要集中在高速电磁阀。这种阀件工作频率极高。以转速3000r/min的四冲程燃油机而言,阀的工作频率为25Hz,对尺寸细小的阀面的机械冲击极大。在这种高速工作条件下,既要保证阀的密封效果,又要保证阀件电磁驱动的可靠性,还要保证阀的使用寿命。这些条件综合起来,无论对于阀材料的机械强度、物理性质、疲劳强度还是零件的结构、加工精度和表面粗糙度等,都提出了极高的要求。只有完全解决这些困难,才能使高压共轨系统可靠地工作。

ECU制造技术

对于ECU即电控单元的制造,依赖于微处理器元件。目前国内在微处理器的设计制造方面虽然有很大突破,但针对制造燃油机ECU所需要的单片机元件,还没有对应的专项产品。国内目前在ECU技术上所依赖的单片机元件,一般都选用飞思卡尔、英飞灵、英特尔等国外企业的产品。而且近几年来国内单纯的燃油机ECU技术受到很大的制约:较为成熟的电控系统提供商一般都同时提供自己拥有的ECU,而来自国外的燃油机电控系统提供商提供的都是自己成套的技术服务,使国内单纯的ECU服务商的产品难以得到应用。

以上的情况正在逐步得到改变。一方面,国内的燃油机电控燃油系统逐渐地实现产品化。另一方面,国外的电控燃油系统执行器部件也逐渐开始从系统技术服务商控制下的专属产品,转变为市场上可以直接从制造商手中购得的自由产品,价格也可能变得较为合理。国内的ECU厂商将变得有条件使自己的产品作为普通的燃油机部件提供给燃油机制造商,这将使国内ECU技术得以广泛应用。

而如何能在技术指标和硬件开发制造能力的框架下,国内电控技术走出“试验室”,成为真正意义上成熟可投放的产品,完成对整车厂商和最终用户的匹配、使用、售后服务支持,从产品设计、整车适用性匹配、售后服务等各方面体现“以用户为导向的技术”,才是为广大发动机、整车厂商、各级经销商、终端用户所需要的技术。这种客户为中心、应用为中心的策略思路,也许能为国内厂商开发、推广新的技术提供一个良好的切入点。

田少民:高压共轨已成为电喷发动机的技术主流,从洋马44kW的4TNV86CT和科勒55kW的4H50TIC等小型发动机,到欧洲的MTU (安特优)610kW的10V1600和斯堪尼亚566kW的C16EMS等大型发动机,都采用了高压共轨喷油系统。

国内按国Ⅲ、国Ⅳ自主生产柴油机的厂家有维柴、玉柴、上柴、华柴等,主要匹配博世、电装及威孚的高压共轨系统。燃油系统提供商、柴油机生产厂家及配置柴油机的工程机械主机制造厂家,这三者要密切配合,通过硬件标定、软件标定及整机标定,来实现喷油系-发动机-主机的优化匹配。如果三者在技术融合中不降低技术壁垒,在技术支持上不充分授权,售后维修策略保守,将使主机厂的售后服务脱节,就会给用户的使用、维护及修理带来困难。

庞瑞峰:电控高压共轨技术实际为柴油机共轨式电控燃油喷射技术,它是一项较为成功的控制污染排放的新技术。

共轨式电控燃油喷射技术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开关阀的开启与闭合,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,以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。这一技术的研究与开发热点在于:一是如何解决高压共轨系统的恒高压密封问题。二是如何解决高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题。三是如何解决高压共轨系统的多个三维控制数据表优化问题。四是如何解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。

共轨技术 篇5

关键词： 柴油机； 高压共轨系统； 数值模拟

中图分类号： TK 423文献标志码： A

文章编号： 1008-8857（2016）03-0169-07

Abstract： The structure parameters of high pressure common rail system had a direct effect on its performance and thus affected the performance of the engine.In order to make a good match between the high pressure common rail system and the engine，the engine performance analysis software GTSUITE was used to establish their coupling model.The effects of the injector control volume，the mass of the needle valve，the diameter of control orifice，the number of nozzle holes and the diameter of nozzle holes on the performance of the engine including power performance，fuel economy and emissions were analyzed.The results showed that when the control volume was above the minimum limitation，it should be reduced.When the needle valve worked smoothly，its mass should be reduced.When the input holes were large enough and there was no secondary injection，the reasonable diameters of the input holes and the output holes could be selected to ensure that the needle valve could be opened and closed quickly.The selection of the diameter and number of the injection holes depended on the common rail pressure，the maximum injection quantity and the shape of combustion chamber.Under aforementioned conditions，the best performance of the engine could be achieved.

Keywords： diesel engine； high pressure common rail system； numerical simulation

柴油机电控高压共轨喷油技术是一种能够提高燃油经济性以及排放性能的新型喷油技术.由于它在经济性、排放性等方面的优越性能以及柴油机本身所固有的优越的动力性能，使其在日本、美国、欧洲等国家和地区得到了积极的研究并广泛应用到汽车系统中.但是，其在国内的研究还处于初级阶段，与国外研究存在较大差距，所以，有必要对其进行研究.目前，国外的研究主要集中在提高发动机性能、降低排放和噪声等方面，例如：系统压力波动性研究[1-2]；燃油喷雾及燃烧过程的研究[3]；控制策略对发动机性能和排放的影响[4]等.国内也有学者对高压共轨系统进行了初步的研究，例如：高压共轨喷油系统关键结构参数对喷油规律的影响[5-6]；高压共轨喷油系统结构参数对系统响应特性的影响[7]；高压共轨喷油系统结构参数对系统性能的影响和改进[8].但是，国内外的大部分研究主要集中在高压共轨系统本身，并没有整合共轨系统和发动机整机对其进行研究，没有考虑高压共轨系统与内燃机的相互影响.所以，本文利用GT-SUITE软件建立模型，并结合实验，分析针阀控制室容积、针阀质量、喷孔数和直径对柴油机整机性能（动力性、经济性、排放性）的影响，为进一步优化高压共轨系统提供依据.

1 系统数值仿真模型建立及验证

1.1 模型的建立

本文用于研究所建立的模型有柴油机整机模型和高压共轨喷油系统模型两部分.本文用于研究的原型机为4HK1-TC型柴油机，其型式为直列式、水冷、四冲程，喷油形式是电子控制高压共轨喷油.其主要技术参数如表1所示.

本文用于研究的高压共轨原型为博世CRSN2-16型高压共轨系统，其主要技术参数如表2所示.

柴油机整机模型主要包括三个部分：进气系统、气缸和排气系统.建模时，进气计算所使用的边界条件为温度350 K、压力0.26 MPa；排气计算所使用的边界条件为：温度700 K、压力0.15 MPa.缸内气体流动模型选用EngCylFlow模型和EngCylPistCup模型，分别用于计算缸内气体流动速度和湍流强度，其计算结果可用于传热模型和计算模型的计算.缸内燃烧过程的模拟是发动机工作过程模拟的核心部分，直接影响到整个模拟的可靠性和计算精度.在建模时，本文选用的燃烧模型是DIJET模型，因为DIJET模型适用于直喷柴油机，可以用来预测燃烧率以及NOx的排放，也可预测碳烟，但是由于模型本身的局限性，对碳烟浓度的预测值不是很准确，只能用来趋势研究[9].缸内传热计算采用EngCylHeatTr模块和EngCylTWall模块.在计算传热系数时，采用的是woschni模型.采用InjProfileCoon模块模拟燃油喷射.

高压共轨喷油系统主要包括三个部分：高压油泵、共轨管和喷油器.根据高压共轨系统的结构和工作原理建立了共轨管模型和喷油器模型，将高压油泵处理成边界条件，将其看成是一个稳定的高压供油源.

1.2 模型验证

为了确保仿真结果的准确性，利用在高压轨喷油系统实验台上测得的数据进行了验证.选择发动机转速范围为1 000～3 500 r·min-1，将功率、转矩以及NOx排放的模拟值和实验值进行对比，其结果如图1所示.

由图1可知，模拟值和实验值的误差在5%以内，所以可以认定该仿真模型具有一定的准确性，可以用于后续的仿真计算.

2 仿真结果及其分析

发动机的性能主要包括动力性、经济性和排放性，因此本文从转矩、油耗、NOx排放量和碳烟排放量等指标考量高压共轨喷油系统的关键结构参数对发动机性能的影响.本文模拟时发动机转速为2 100 r·min-1，共轨压力为150 MPa，喷油提前角为-17°CA，喷油规律为单次矩形喷射.

2.1 控制室容积影响

在其他各因素都不变的情况下，选择控制室容积在5～50 mm3范围内，对其进行仿真.

图2为控制室容积对发动机性能影响的仿真结果，其中图2（a）为控制室容积对发动机转矩的影响.由图中可以看出，随着控制室容积增大，发动机转矩整体上呈线性减小.其原因是控制室容积的大小对控制室内压力的建立有很大的影响.当控制室容积较小时，控制室内压力能够迅速建立，电磁阀开启，控制室压力迅速下降，针阀迅速抬起；电磁阀关闭，控制室压力迅速上升，针阀迅速关闭.而当控制室容积较大时，控制室压力不能迅速建立，针阀不能够及时地开启和关闭，从而导致燃油雾化不良，汽缸内燃油不能及时、完全燃烧，进而造成发动机的转矩下降.

图2（b）为控制室容积对发动机油耗的影响.由图中可以看出，发动机油耗随控制室容积的增大而呈现波动性，且先上升后下降，但下降不多，下降值在1 g·（kW·h）-1内，可以认为控制室容积对油耗几乎没有影响，其影响主要表现在波动性方面.其原因是针阀控制室容积越小会导致给针阀提供的有效升程越小，喷射阻力越大，控制室和盛油腔油压波动频率和幅度也会越大，造成针阀开启、维持和关闭的不稳定，引起不正常喷射，从而引起油耗波动.从图2（b）也可以看出，随着控制室容积的减小，其波动性增强.

图2（c）为控制室容积对发动机废气排放量的影响.由图中可以看出，NOx排放量和碳烟排放量几乎不随控制室容积的变化而变化，所以可以认为控制室容积对NOx排放量和碳烟排放量基本无影响.

由以上分析可知，较小的控制室容积有利于提高发动机的动力性能，但是针阀控制室容积过小会导致针阀开启、维持和关闭的不稳定，引起不正常喷射，使其燃油经济性降低.另外，针阀的最大升程已经确定，所以针阀控制室的高度受到限制，因此选择控制室容积在20～30 mm3范围内比较合适.

2.2 针阀质量的影响

本文设置针阀质量的范围为2～9 g.图3为针阀质量对发动机性能影响的仿真结果，其中图3（a）为针阀质量对发动机转矩的影响.从图中可以看出，当针阀质量为3 g时，发动机扭矩达到最大值，但是随着针阀质量不断增大，其扭矩逐渐减小.其原因是针阀质量越小，其响应速度越快，但是其稳定性越差，所以当针阀质量小于3 g时，其对稳定性的影响大于对响应性的影响，从而导致发动机转矩下降.

图3（b）为针阀质量对发动机油耗的影响.由图中可以看出，随着针阀质量增加，其油耗波动性减弱.其原因是针阀质量的增加导致稳定性的增加.从图3（b）也可以看出，对于发动机油耗，针阀质量对其稳定性的影响大于对响应性的影响.

图3（c）为针阀质量对发动机废气排放量的影响.由图中可以看出，针阀质量对NOx和碳烟排放量几乎没有影响.

由以上分析可知，在选择针阀质量时应在保证针阀运行平稳的前提下尽量减小其质量.

2.3 喷嘴喷孔数和直径对发动机性能的影响

本文共设置了11组不同的喷孔数和直径，其中：第1～5组是在总流通面积近似为0.157 0 mm2时改变喷孔数，求得喷孔直径；第6～10组是在总流通面积近似为0.188 4 mm2时改变喷孔数，求得喷孔直径；第11组主要是用来对照.喷孔数和直径设置如表3所示.

图4为喷嘴喷孔数和直径对发动机性能影响的仿真结果，其中图4（a）为喷孔数和直径对发动机转矩的影响.由图中可以看出：第1～5组发动机的转矩几乎无变化；第6～10组发动机的转矩也几乎没有变化，但比第1～5组有明显的提高；而第11组的发动机转矩却显著下降.由此可知，发动机的动力性能主要受总流通面积的影响.其原因是流通面积增大导致喷油量增大，从而导致单位时间内燃油量增多，进而其扭矩增大.第11组其扭矩急剧减小，可能是因为其流通面积过小导致缸内燃烧的不正常.

图4（b）为喷油嘴喷孔数和直径对发动机油耗的影响.由图中可以看出，喷孔数和直径对油耗几乎没有影响.而第11组的发动机油耗的急剧上升明显是因为喷油量的不足导致燃烧不正常.

图4（c）为喷油嘴喷孔数和直径对发动机排放的影响.由图中可以看出，在总流通面积一定的情况下，NOx排放量随着喷孔数的增多而增多，其原因可能是喷孔数增多、喷孔直径的减小虽然能够改善燃油的雾化，但是由于在燃烧室内混合气是否均匀还与燃烧室形状有关.而不合适的燃烧室形状正是导致NOx排放量不降反增的原因.另外，总流通面积增大导致NOx排放量减少，这可能是由轨压和燃烧室的形状等因素造成的.碳烟排放量随着总流通面积增加而增加的原因是喷射燃料的增加会导致燃烧不完全.

经过以上分析可知，对于喷嘴喷孔数和直径的选择应综合考虑喷射压力、燃烧室形状和最大喷油量等因素.

2.4 控制量孔直径对发动机性能的影响

本文设置了9组数据，其中第1～3组、第4～6组、第7～9组各自进油孔直径不变，改变出油孔直径.进、出油孔直径设置如表4所示.

图5为进、出油孔直径对发动机性能影响的仿真结果，其中图5（a）为控制室进、出油孔直径对发动机转矩的影响.由图中可以看出，随着进油孔直径增大，发动机转矩减小.其原因是在进油量孔直径较小时，当电磁阀打开，由于控制室压力卸载快，控制室压力迅速降低，针阀迅速开启；当电磁阀关闭时，控制室压力升高缓慢.针阀的响应速度直接影响喷油规律，进而影响发动机的转矩.当进油孔直径一定而出油孔增大时，发动机转矩略微升高，出现了与进油孔直径增大时截然不同的情况，其原因是控制室压力变化的快慢影响了针阀升降的快慢.所以为了获得较大的转矩，需要采用较小的进油孔直径配合较大的出油孔直径.

图5（b）为进、出油孔直径对发动机油耗的影响.从图中可以看出，出油孔直径对发动机油耗几乎没有影响，而在进油孔直径较大时才会对发动机油耗产生影响.其原因在进油孔直径达到一定时，电磁阀打开，控制室压力不能有效降低，针阀开启过程缓慢，从而引起油耗增多.

图5（c）为进、出油孔直径对发动机排放的影响.从图中可以看出，随着进油孔直径增大，NOx排放量增加，而碳烟排放量降低，而出油孔对两者却几乎没有影响.其原因是进油孔直径较小时，当针阀落座后，由于针阀腔压力波动，可能使针阀再次抬起，产生二次喷射.二次喷射的燃油因为不能完全燃烧，导致燃烧室内温度下降，从而引起NOx排放量降低，碳烟排放量升高.

由以上分析可知，选择进、出油孔直径时，应在保证控制室内压力迅速建立的情况下，避免产生二次喷射，以获得较好的发动机综合性能.

3 结 论

（1） 控制容积的大小影响了控制室内压力的建立，进而影响发动机的性能.控制容积过小，压力波动增大，燃油经济性变差.但随着控制容积的增大，发动机动力性能降低.所以在保证正常喷射情况下，应尽量减小控制室容积.

（2） 针阀质量越小，其响应速度越快，发动机的动力性能越好，但稳定性降低，导致发动机经济性变差.所以在保持运行稳定的情况下，应尽量减小针阀质量.

（3） 喷嘴喷孔直径越小，燃油雾化越好，燃烧性能越好.但是要获得较好的发动机性能还需要考虑燃烧室形状、喷油压力和最大喷油量的影响.

（4） 进油孔直径越小，针阀开启速度快，扭矩增大，油耗减小，但是越有可能产生二次喷射，导致碳烟排放量增多.而出油孔直径对发动机性能的影响很小.所以在选择进、出油孔直径时，应在不产生二次喷射的情况下，保证控制室内压力的迅速建立.

由本文的仿真结果可以看出，对于发动机排放的预测，GTSUITE软件存在着不足，这反映了一维模型的局限性.另外，仿真中很多影响因素没有考虑，导致结果与现实情况有出入，今后的研究应深入探究这些因素.

参考文献：

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[8] 颜松.柴油机高压共轨系统压力动态特性模拟[D].杭州：浙江大学，2005.

中国柴油机共轨技术取得全局突破 篇6

中国人掌控共轨核心技术产业链

作为节能减排的核心技术之一, 柴油机共轨技术长期以来一直由少数跨国供应商所垄断。尽管近些年来我国分别由中国一汽无锡油泵油嘴研究所 (以下简称无锡泵所) 、成都威特、辽宁新风、湖南南岳等研发出各具我国特色的共轨技术, 但是由于生产制造装备的制约, 始终没有形成真正的产业化生产。至今, 国内柴油机共轨技术与产品仍然主要依赖几大跨国公司的供应, 对我国包括军用车辆在内的相关应用行业是一个极大的风险因素。

要打破国外公司的垄断, 形成真正由中国人自主的产业化生产, 必须从核心工艺装备开始就形成一条完全由中国人自己掌控的关键核心技术产业链。此次, 这一链条上的另一项核心技术————制造共轨产品的相关高档数控机床与基础制造装备取得了重大突破, 由此形成了我国在共轨技术上的全局性突破。假以时日, 通过一定时间的可靠性验证, 将形成我国具有核心竞争力的电控共轨系统及装备产业, 将为国家节能减排战略和国防军工建设提供技术保障, 降低我国汽车行业及相关产业制造装备的对外依存度。

国内优秀团队的协力之作

高档数控机床与基础制造装备科技重大专项由工信部立项于2011年启动, 课题牵头单位为无锡泵所, 截至2013年9月25日, 所有9个子课题的12台设备都已通过国检, 机床精度及加工工件精度均满足任务合同书的要求, 现已全面进入用户应用和可靠性验证工作。记者跟随专家们在无锡泵所的两个基地看到, 本课题所有12台套设备正在用户场地进行用户验证, 运转正常。

电控共轨产品的数控超精加工技术, 加工精度从微米到亚微米乃至纳米, 属于精密机械加工中的最高技术等级, 需要多项精密加工与检测技术相配合, 如精密数控金属切削机床、精密数控特种加工技术、精细表面处理技术、精密测量和自动装配技术、工艺装备适应与集成技术、共轨部件数字化智能化制造技术等。如此次重大专项项目中的“喷油器体型腔深孔钻铣高精多轴复合加工中心”, 在国内是首次成功地将枪钻复合于卧式加工中心中用于深小孔的加工, 具有很大的突破性意义。

各方期待尽快投入产业化生产

此次由共轨产品的应用单位无锡泵所牵头国内机床行业厂家与高校共同组成的国家重大科技专项研发团队所取得的成就, 是我国相关产业在如此短时间内取得突破性关键技术和实际应用为数不多的成功案例。对此, 与会的工信部装备工业司王建宇处长表示, 此重大专项通过近三年课题的实施, 无锡泵所与国内机床行业领先厂家建立了良好的合作关系, 本次课题实施中获得的技术突破有力地支持了汽车工业、机床行业和国防项目的发展。

该重大专项的牵头负责人、无锡泵所所长朱剑明表示, 目前无锡泵所国内重点项目应用的共轨系统进展情况良好, 这些项目对于国防装备现代化改造和技术升级意义重大, 课题研发的设备投入使用后将破解某些设备国外技术封锁的壁垒, 无锡泵所希望与国内企业可以在更深层次上讨论多方面的合作。

柴油机共轨式电控高压喷射技术 篇7

1 共轨式电控高压喷射技术特点

1) 喷油压力可柔性调节, 根据柴油机不同工况确定对应的最佳喷油压力, 从而优化柴油机综合性能。

2) 可独立控制喷油正时, 控制范围宽, 配合喷油压力 (120～200 MPa) 柔性控制喷油时间, 有利于降低NOX和微粒 (PM) 排放。

3) 喷油速率的柔性控制, 可实现理想喷油规律, 容易实现预喷油和多次喷油, 提高柴油机的动力性和经济性, 有效控制排放。

4) 电磁阀控制喷油, 控制精度较高, 高压油路中不会出现气泡和残压为零等现象, 循环喷油量变动小, 各缸供油均匀, 可减轻柴油机振动, 降低排放。

2 共轨式电控高压喷射技术类型

随着排放法规的不断严格, 高压共轨喷射系统在国内外车用柴油机上逐渐得得到广泛应用, 如日本电装公司开发的ECD-U2系统、德国BOSCH公司开发的CR系统、美国Caterpillar公司开发的HEUI系统和意大利Fiat集团开发的Unijet系统等。

3 ECD-U2型高压共轨喷射系统

3.1 系统组成

ECD-U2系统主要由传感器、ECU、直列式多山凸轮式高压输油泵、共轨、与三向电磁阀一体的喷油器等组成, 见图1。

3.2 控制技术

发动机工作时, 高压输油泵输送的高压燃料, 不断地储存在共轨 (蓄压室) 中。共轨上安装的压力传感器检测共轨中的燃油压力, 并将压力信号送至ECU, ECU根据发动机工况, 通过由试验确定的目标控制量脉谱图, 控制喷油器上三向电磁阀的开关时刻, 由此控制液压活塞顶上的油压, 以控制喷油量和喷油时间。ECU通过高压输油泵的PCV控制阀对共轨压力进行反馈控制, 保证共轨中的压力稳定。

1) 共轨, 见图2。共轨将高压输油泵提供的高压燃油进行蓄压后分配到各缸喷油器。其容积应削减高压泵的供油压力波动和每个喷油器由喷油过程引起的压力震荡, 使高压共轨中的压力波动控制在5 MPa以下。

高压共轨上安装了压力传感器、液流缓冲器 (限流器) 和压力限制器。压力传感器向ECU提供高压共轨中的油压信号;液流缓冲器在喷油器出现燃油漏泄故障时, 切断向喷油器的供油, 同时减小共轨和高压油管中的压力波动;压力限制器在高压共轨压力出现异常时, 迅速将高压共轨中的压力泄掉。

2) 高压输油泵, 见图3。高压输油泵产生和控制共轨压力, 以控制输油泵的供油量。直列式高压输油泵主要由凸轮、挺柱、柱塞以及用于控制供油量的外开式压力控制 (PCV) 电磁阀等组成, 高压输油泵每缸都设置了一个PCV电磁阀, 凸轮采用多山凸轮, 即在一个凸轮平面上设有三个凸起, 凸轮轴每转一圈, 凸轮工作三次, 由此提高每缸输油泵的供油频率, 对一定的泵油量可减少输油泵的工作缸数。为了获得平缓而稳定的共轨压力, 需要高压输油泵的供油频率与发动机喷射频率相同。

当喷油泵柱塞下行时, PCV电磁阀打开, 燃油经PCV电磁阀进入泵室, 完成吸油过程。当柱塞上行时, 如果此时PCV电磁阀尚未通电, 则PCV电磁阀始终处于开启状态。因此, 被吸入的燃油在柱塞的压缩作用下, 经PCV阀回流, 而没有升压。当需要供油时, 接通PCV电磁阀, 回油通路被关闭, 泵室内的燃油受压而压力升高, 推开出油阀将燃油压送至共轨。输油泵的供油量主要取决于PCV电磁阀关闭以后的柱塞升程 (供油有效行程) , 通过改变PCV电磁阀的关闭时刻, 即通过改变输油泵柱塞的有效行程可改变输油泵的供油量, 由此控制共轨压力。

3) 喷油器由针阀偶件、液压活塞、节流阀和三向电磁阀 (TWV) 等组成。喷油器的喷油量和喷油时间通过ECU根据发动机的不同工况控制三向电磁阀, 从而调节液压活塞顶部控制室内的油压进行控制。三向电磁阀的通电时刻决定喷油时刻, 而通电持续时间决定喷油量的大小。

三向电磁阀主要包括内阀、外阀和阀体, 见图4。内阀是一个自由活塞。外阀与电磁线圈的衔铁做成一体, 由线圈通电方式控制其上下运动。阀体用于支承外阀。这3个部件相互配合精度很高, 分别形成A、B两个密封面。A密封面控制液压活塞顶部的控制室与高压共轨的连通, B密封面控制液压活塞顶部的控制室与泄油孔连通。在ECU控制下, 随着外阀的运动, A、B两个密封面交替关闭或开启, 使液压活塞顶部的控制室或与高压共轨入口接通, 或与泄油孔接通, 控制室的入口和泄油孔不能同时接通。当三向电磁阀接通时, 在线圈中产生的磁场力的作用下外阀上移, 密封面A被关闭, 阻止共轨高压燃油进入液压活塞顶部的控制室, 而密封面B打开, 使液压活塞顶部控制室内的高压油, 经密封面B (泄油孔) 向油箱回油, 使液压活塞顶部油压降低, 喷油器针阀在其承压锥面上的高压燃油的作用下, 克服液压活塞及其弹簧力而升起, 喷油开始。当三向电磁阀断电时, 磁场消失, 外阀在弹簧力作用下下移, 此时密封面B关闭, 密封面A打开。因此, 来自共轨的高压燃油进入喷油器针阀的承压锥面室和液压活塞顶部的控制室。液压活塞在共轨高压燃油和弹簧力作用下, 推动针阀落座, 使针阀关闭, 停止喷油, 完成高压喷油过程。

喷油结束时, 三向电磁阀断电, 外阀向下移动, 密封面B关闭, 停止回油, 密封面A打开, 共轨的高压燃油通过单向阀迅速进入液压活塞顶部的控制室, 与弹簧力一起推动液压活塞下行。由于液压活塞直径比针阀直径大, 使针阀快速关闭, 故断油迅速。

4 结束语

共轨式电控高压喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油原理, 采用新型的高压燃油系统, 例如通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或高压共轨等形式形成高压。采用压力时间式燃油计量原理, 用电磁阀控制喷射过程, 可实现对喷油量和喷油正时的灵活控制。德国Bosch公司、日本Denso公司和英国LLICas公司都研制出了共轨式电控高压喷射系统, 并得到具体应用。德国戴姆勒-奔驰公司利用Bosch技术, 在世界范围内推出了采用新型高压共轨燃油喷射系统的4气门直喷式柴油机。共轨式电控高压喷射系统已经成为21世纪柴油机新技术发展的方向。

参考文献

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[5]吴基安, 吴洋.汽车电子新技术[M].北京:电子工业出版社, 2006.

共轨技术 篇8

1. 检验原理

BOSCH共轨燃油喷射系统的检验原理属于电子系统的集成诊断, 是电子发动机的管理范畴。主要检测对象是共轨发动机的ECU集成电子系统。即发动机在正常工作时, 输入和输出信号通过计算机的监控算法被检验出来, 对整个共轨系统进行失效和故障检查。如在运行过程当中发现失效情况, 这些失效的数据便被存储在ECU当中, 当运行车辆进行故障检查时, 再通过串行接口将这些存储信息读出, 为发动机的故障判查与维修提供快捷方便的数据。检查内容包括:输入信号监控、输出信号监控、ECU的通讯监控、内部的ECU监控。

(1) 输入信号监控:主要是监控传感器和传感器与ECU的连接电路。这些检查不仅用于发现传感器失效, 同时还用于发现对电瓶电压和对地短路以及线路的断路情况。

(2) 输出信号监控:除了到ECU的连接外, 执行器也被监控。使用这些检测结果, 除了执行器失效外的线路与连接的短路与断路可以被监测到。还能使用触发时进行输出信号电路的硬件监控、电路对电瓶电压和对地短路、断路被检查;同时执行器对系统的影响也被检查。

(3) ECU通讯监控:作为一个准则, 与其他ECU通过CAN线进行通讯。许多其他的检查也在ECU中运行。由于很多的CAN信息通过特殊的ECU以规定的时间间隔传输, 检测相关的时间间隔可以发现ECU的失效。

(4) 内部的ECU监控:为了保证ECU在所有时间内功能的完整性, 监测功能与硬件和软件集成一体。

2. 仪器工具准备

(1) 检测仪器:使用BOSCH公司生产的KTS检测设备。主要仪器型号有KTS115、KTS180、KTS530、KTS540、KTS570、KTS670等。目前, 使用最普遍的共轨检测仪是KTS670。KTS检测仪的基本功能是:读出、删除故障;显示实际值;触发执行原件;提供测试值与时间同时显示的曲线;对控制单元进行设置等其他功能;实现对发动机的测试功能等。

(2) 测量工具:主要有发动机低压系统测量工具与检测仪配合使用的用于检测高压油泵的供油压力和共轨压力传感器的压力指示的测量工具;检测高压油泵工作情况的测量工具;检测共轨压力传感器指示情况的测量工具;判别单缸喷油器工作状况的喷油器回油量测量工具。

二、检查内容技术规范

1. 喷油器的监测

(1) 密封性检查:设定轨压, 检查油嘴接头紧帽是否有渗油现象。

(2) 雾化检查:设定轨压, 频率调到1～2Hz, 脉宽200～400μs, 检查喷射是否雾状, 分布是否均匀, 有无飞溅现象及喷孔有无堵塞情况。

(3) 预喷射检查:设定轨压, 频率调到1～2Hz, 脉宽120～150μs, 测预喷射情况。

(4) 喷油器各工况喷油量、回油量及不均匀度检测。在没有原始参数的情况下, 为了使检测结果更符合实际, 可按不同配套机型的喷油器, 计算出发动机的标定喷油量。如果检测结果比实际的偏差过大, 说明是喷油嘴或电磁阀方面的原因, 回油量如果过大, 一是被压回油, 二是出油孔密封。发动机的标定油量计算方法如下:已知发动机的功率 (kW) 、发动机的缸数、发动机的标定转速, 系数为1131。

2. 输油泵性能检测

包括测试输油泵进口负压和测试输油泵出口压力两项检测内容。

3. 高压油泵、油轨性能检测

在没有原始参数的情况下, 可做常规实验, 实验前将油轨出口堵死。

(1) 密封性:设定好轨压将实验转速降到“0”转速。检查外渗漏, 即进行高压油泵、油轨及密封面检查;检查内渗漏, 即进行出油阀密封性检查。

(2) 轨压建立:设定好标准轨压, 如果达不到规定值或建立缓慢。故障原因是:在电控方面是轨压传感器或泵计量方面的原因;还有可能是进油阀关闭不严、柱塞严重磨损、柱塞卡死、弹簧断裂、油轨压力限制器渗漏等。

(3) 油轨压力限制器性能:检测安全泄油压力。

共轨技术 篇9

随着世界各国城市交通运输车辆、船舶的急剧增加, 柴油机排放的尾气已经成为对地球环境的主要污染源。世界各国业已开始寻找和采取有效的技术措施主动地减少和控制污染物的排放。柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一项较为成功的控制污染排放的新技术。现在该项新技术已开始在国外以柴油机提供动力的汽车上投入使用。这是世界汽车工业为满足日益严格的废气排放标准的必然趋势。柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术, 因为它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。该技术的主要特点是:采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀;采用共轨方式供油;高速电磁开关阀频响高, 控制灵活;系统结构移植方便, 适应范围宽。这一技术的研究与开发热点在于:解决高压共轨系统的恒高压密封问题;解决高压共轨系统中, 共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题;解决高压共轨系统的多MAP (三维控制数据表) 优化问题;以及解决结构、频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。

2 共轨技术

共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中, 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公共供油管, 通过对公共供油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, 可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化, 因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量, 喷油量大小取决于燃油轨 (公共供油管) 压力和电磁阀开启时间的长短。共轨式电控燃油喷射技术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开关阀的开启与闭合, 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, 以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。共轨式喷油装置属近年研制成功并被认为是最理想的一种高压喷油装置。在一条共用轨道上分别产生压力和喷射。喷射压力可高达160 MPa。其压力存储器和分配器条轨经导管通往嘴部。利用控制器上一次脉冲把喷射信号导入电磁阀而引发一次喷射。通过喷嘴存储压力和开启持续时间来调节油量。目前, 该装置在欧洲各类汽车柴油机上得到了大量采用, 且专家认为这是一种能够满足未来欧Ⅳ、欧V最有改进潜力的喷油装置。同时, 减小喷孔直径, 增加孔数减小喷孔直径, 增加孔数, 可以改善燃油的雾化和分布均匀性, 减少着火滞后, 降低NO及颗粒排放。

3 增压中冷技术

增压可使柴油机在排量不变, 重量增加不大的情况下达到增加输出功率的目的。与相同功率的非增压柴油机相比, 增压柴油机不仅体积小, 重量轻, 功率大, 而且还降低了单位功率的成本。因此, 增压技术不仅广泛应用在柴油机上, 而且还推广到汽油机, 是改善内燃发动机的重要技术手段。但是事物总有矛盾性, 空气压力的提高就是空气密度的提高, 空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高, 这如同给轮胎打气时泵会发热一样。发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高, 温度提高反过来会限制空气密度的提高, 要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。据实验显示, 在相同的空燃比条件下, 增压空气温度每下降10摄氏度, 柴油机功率能提高3%~5%, 还能降低排放中的氮氧化合物 (NOx) , 改善发动机的低速性能。因此, 也就产生了中间冷却技术。柴油机中间冷却技术的类型分两种, 一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却, 另一种是利用散热器冷却, 也就是用外界空气冷却。当利用冷却水冷却时, 需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果, 这种方式成本较高而且机构复杂。因此, 汽车柴油机大都采用空气冷却式中冷器。空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到一个散热器中, 利用风扇提供的冷却空气强行冷却。空气冷却式中冷器可以安装在发动机水箱的前面、旁边或者另外安装在一个独立的位置上, 它的波形铝制散热片和管道与发动机水箱结构相似, 热传导效率高, 可将增压空气的温度冷却到50至60摄氏度。

中间冷却技术不是一项简单的技术, 过热无效果白费工夫, 过冷在进气管中形成冷凝水会弄巧成拙。因此要将中冷器和涡轮增压器进行精确的匹配, 使得压缩空气达到要求的冷却温度。

4 技术优势

近年来刚刚商品化的共轨式燃油喷射系统能提供很高的喷油压力, 而且不会出现不可控制的异常喷射, 还能有效降低噪声和氮氧化物排放量。共轨式高压喷油系统的应用是柴油机技术的一次革命。现在该项新技术已开始在国外以柴油机提供动力的汽车上投入使用。这是世界汽车工业为满足日益严格的废气排放标准的必然趋势。笨重、噪音大、喷黑烟, 令人对柴油机的直观印象不佳, 加上柴油机的构造比较复杂, 不少人对柴油机缺乏了解, 尤其对现代先进的柴油机缺乏了解, 因此柴油机汽车在一些城市成了“被限制的对象”, 受到种种歧视。其实经过多年的研究和新技术应用, 现代柴油机的现状已与往日不同了, 柴油机轿车在欧洲比较普遍, 奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机的车型。经过多年的研究和应用, 现代先进的汽车柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术手段, 在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破, 达到了汽油机的水平。在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是, 汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比 (汽油与空气的比例) , 柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出的大小, 而柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置 (油门拉杆位置) 来决定的。因此, 基本工作原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号, 首先计算出基本喷油量, 然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正, 再与来自控制套位置传感器的信号进行反馈修正, 确定最佳喷油量的。电控柴油喷射系统由传感器、ECU (计算机) 和执行机构等组成。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, 与已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、废气再循环阀、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。随着世界各国城市交通运输车辆的急剧增加, 柴油机排放的尾气已经成为对地球环境的主要污染源。世界各国业已开始寻找和采取有效的技术措施主动地减少和控制污染物的排放。柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一项较为成功的控制污染排放的新技术。

5 柴油机发展展望

柴油机的大功率, 低排放, 良好的电子控制等显著优点将使柴油发动机在新的时代有长足的发展。现在全球各大厂商正致力于新型绿色环保柴油机的研发, 在NO和颗粒物的排放方面将得到近一步改善。而起关键是在燃油的精确配置和废气的后置处理, 各多的电子新科技将运用到新一带柴油机上。而且在混合动力方面柴油机也有起应用特点, 高扭矩配合电动汽车的快速响应和0排放, 将是一种很不错的选择。而且柴油机普及也得到了各国政府的普遍支持和政策鼓励, 柴油机技术的开发和技术更新日新月异。所以在今后的汽车时常, 柴油机将得到更普遍的应用。

摘要：共轨式燃油喷射技术是目前国际上较为领先的柴油发动机技术, 通过这种技术的使用有助于减少柴油机的尾气排放量, 以及改善噪声、燃油消耗等方面的综合性能;它既有利于地球环境保护, 又将更好的促进柴油机工业、汽车工业及与之相关工业的发展。介绍了共轨式电喷柴油机的两项主要技术, 即共轨技术与增压中冷技术;以及这种柴油机存在的技术优势和发展前景。以此共同了解和学习柴油发动机工作原理, 更好的应用于实际生产中。

共轨技术 篇10

共轨喷油器零件对应磨削加工的技术特点分析

1.零件的表面性能要求高

共轨喷油器精密偶件的中孔、密封座面在高温高压的状态下要有良好的滑动性和密封性, 这就要求零件有很高的几何精度, 同时具有高耐磨、高强度、高抗疲劳的特性。通常圆度要求达到0.5μm以上, 圆柱度1μm以上, 表面粗糙度Ra=0.08mm以上。这对加工零件的表面残余应力、表面变质层、表面形态的高精度加工提出了新的挑战。

2.新材料应用带来的难题

高压共轨喷油器系统由于工作压力高、温度高, 对材料也提出了很高的要求。大量采用了钨、钼、镍、钒、铬等高温耐磨合金, 高强度复合材料。例如针阀体现在普遍采用18Cr Ni8, 18Cr NW, 孔板采用W6M05Cr4V2, 这些材料的应用引发了加工方法和设备的新一轮创新和改进。

3.共轨系统精密偶件磨削加工的技术特点

由于共轨系统精密偶件的精度高、材料复杂, 同时又是大批量生产的零件, 这对加工工艺、关键技术、磨料磨具和设备提出了很高的要求 (见表1) 。

针阀体中孔座面磨削的工艺技术

1.针阀体中孔座面的磨削技术要求

针阀体如图1所示。

其中, 孔、座面主要尺寸精度见表2。

为保证实现表2的技术要求, 现通常采用中孔座面磨床加工中孔和座面。作为高效高精度复合磨削一次装夹磨中孔、磨座面和大端面, 工艺上要考虑以下主要工艺参数。

(1) 工件装夹方式

加工时, 以校正精度后的大外圆和工艺角定位, 单薄膜夹头夹持大外圆, 夹持和定位方法如图2所示。这样定位夹紧的方式可以保证中孔座面磨削轴向跳动在3μm以内。

(2) 切削余量

切削余量是保证高效高精度复合磨削的一个重要参数, 对于0.5μm级的圆度, 通常精磨余量都控制在0.02mm左右, 考虑到装夹时的跳动等因素, 中孔的磨削余量应当控制在0.10～0.12mm, 大端面的余量通常控制在0.04～0.06mm。

(3) 砂轮的选择

现代磨削技术都采用高速磨削, 高速磨削要求砂轮强度高、锐利。特别对于W6M05C r4V2这种黏度很大的零件, 砂轮、磨料的选用, 粘结剂的配比, 砂轮的烧结气孔都要反复的试验, 以保证砂轮在磨削的过程中磨屑不会粘堵砂轮, 保持良好的自锐性。通常磨削这种高精度的小孔可选用棕刚玉、单晶刚玉和立方氮化硼 (CBN) 砂轮, 用树脂粘结剂或陶瓷粘结剂烧结。经反复的试验论证, 这里采用高强度的树脂粘结剂烧结的CBN砂轮, 由于产品的表面粗糙度值Ra=0.08mm以上, 砂轮应当选用280～320粒度。

(4) 工件回转转速

工件回转转速和磨削表面的直径有关, 工件的转速会对磨削切痕和表面粗糙度产生较大的影响, 过低的转速会使磨削表面产生波纹, 增大表面残余应力, 转速过高会会引起磨削表面烧伤。内圆磨削进给速度通常控制在10～20m/min, 由于喷油嘴的中孔座面只有φ4.3mm, 甚至更小, 所以工件转速为800～1000r/min为宜。

(5) 电主轴功率和转速

磨削加工中砂轮的线速度是一个很重要的因素, 现在磨削发展的方向是砂轮线速度不断提高。高速磨削主要有以下优点:材料变形区域明显变小, 工件变形小;单颗磨粒受力减小, 磨损减小, 砂轮寿命长;磨削热量集中在磨削加工件表面, 受力受热变质层薄, 加工质量高;增建了镍基材料在弹性小变形阶段的磨除率, 各种材料在不同的磨削速度情况下与切削温度的关系如图3所示, 考虑到喷油嘴中孔直径只有φ4.3mm, 要达到V s=35m/s的砂轮线速度进行磨削, 电主轴速度必须达到10万r/min以上, 由于主轴、砂轮和砂轮接杆在此高速下难以实现动平衡, 且价格昂贵, 考虑性价比, 现采用了9万r/min, 1kW的电主轴。

(6) 电主轴的横向进给速度横向进给摆动速度和纵向切削速度应当配合试验, 横向摆动速度过快, 砂轮切削率要求高容易造成挤压砂轮, 速度过慢效率太低, 经过反复试验, 对针阀体中孔的磨削加工选用16～34m m i n的速度作振荡摆动。同时要求摆动定位精度小于0.01mm, 以保证磨削中孔的锥度。

(7) 径向磨削进给速度径向磨削进给速度是分阶段的, 以0.1mm的切削余量为例, 在初始阶段, 作为粗磨进给速度较快, 10mm/min的进给速度去除加工余量;当留下0.03mm余量时, 磨削进给速度通常降到0.5～0.6m m/m i n, 当留下0.02～0.03m m切削量时, 用0.1～0.2mm/min的进给速度进行加工。最后应留有5～10s的无火芯磨削。

以上这些主要磨削工艺参数还要根据机床的实时状态进行优化组合。对于冷却液的优化选用、砂轮磨削状态的脱落修正自锐, 都要及时校正和调整才能保证成批量的磨削出合格的产品。以上工艺参数的合理选择和匹配, 才能加工出符合图样要求的工件。

2.中孔座面磨削加工常见质量问题及原因

(1) 加工精度加工精度包括中孔圆度和锥度, 主要由机床精度, 夹具精度和上述磨削工艺参数综合形成的。通常要求夹具夹持工件后回转跳动小于2μm, 砂轮接杆跳动小于2μm, 砂轮在振荡摆动的重复定位精度小于2μm, 砂轮离孔口端的距离将会影响中孔的锥度。

磨座面时, 砂轮磨削的摆动区间的准确稳定将会影响座面素线的直线度, 由于压力室仅φ1mm, 磨床的砂轮的摆动区间应控制在0.2～0.25mm。所以合理确定数控机床磨削坐标, 砂轮修正坐标的位置也是推进产品质量的重要参数。

(2) 磨削烧伤中孔或座面磨削过程中工艺参数不合理或毛坯的尺寸精度控制不好会出现磨削烧伤的现象, 如图4所示。

这种磨削烧伤主要是由以下因素造成的。

砂轮的线速度低、切削力低、砂轮和工件表面法向受力大。如图5所示随砂轮线速度提高, 法向磨削力变化的情况, 所以应当尽可能地提高砂轮的转速。

磨削液在高转速时无法深入到深孔加工表面。随着金属切除率的不均匀造成的局部烧伤 (见图4) , 烧伤的磨削硬化层深度和硬度的变化关系如图6所示, 同时还会产生氧化膜和硬化层, 使工件硬度不均匀, 尤其是喷油嘴的座面磨削常会出现这种情况, 导致工件的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度大幅下降, 缩短了油嘴的使用寿命。

(3) 磨削表面裂纹和微裂纹当磨削参数选择不合理, 砂轮修正状态不好产生单点磨削时或零件热处理后有残余应力存在时, 磨削加工后中孔座面磨削表面会产生裂纹或细微裂纹 (见图7) , 别在座面压力室处的裂纹将使座面前缘产生穴蚀, 使工件的疲劳强度下降, 当工作一段时间后会早期失效。

提高中孔座面磨削表面完整性和精度的技术措施

要提高中孔座面的磨削表面完整性和精度, 首先要采用高速、超高速磨削, 合理选择工艺参数, 图8中可以看到随着砂轮线速度的不断提高, 在相同的切削量情况下, 单位磨削力逞下降的趋势, 这有利于降低磨削热量。

要改善磨削表面的粗糙度, 则要合理选择磨削参数, 优化工艺链尺寸, 减小最大表面变形切削厚度, 使最后的0.02～0.01mm余量有足够的磨削时间和无火花磨削时间, 做最后的精磨抛光。

对于个别工件加工中出现的波纹现象, 关键要降低磨削系统的振颤, 包括提高机床的刚度, 检查电主轴和砂轮接杆的动平衡, 工件夹头的跳动等。

结论

电控高压共轨系统精密偶件的中孔座面磨削加工是一项综合工艺技术的复杂加工。除了要有高精度的机床以外, 其工艺参数、砂轮、工装夹具及其机床加工程序的编程和加工切削坐标的选择调试都会影响最终的加工结果。应当全面掌握和评价系统的工作状态。