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高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)構造及工作原理
高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)構造及工作原理
柴油機共軌電控柴油噴射系統(tǒng)部件構造 4\
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w主要由電控單元、高壓油泵、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，高壓油軌中的壓力由電控單元根據油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進行調節(jié)，高壓油軌內的燃油經過高壓油管，根據機器的運行狀態(tài)，由電控單元從預設的 map 圖中確定合適的噴油定時、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。
3.1.1 高壓油泵 @ L*[~
高壓油泵的供油量的設計準則是必須保證在任何情況下的柴油機的噴油量與控制油量之和的需求以及起動和加速時的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產生于燃油噴射過程無關，且噴油正時也不由高壓油泵的凸輪來保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應力最小和最耐磨的設計原則來設計凸輪。
Bosch 公司采用由柴油機驅動的三缸徑向柱塞泵來產生高達 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個壓油單元中采用了多個壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的1/9 ，負荷也比較均勻，降低了運行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過對共軌腔中燃油的放泄來實現的，為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關閉三缸徑向柱塞泵中的一個壓油單元使供油量減少。
日電裝公司采用了一個三作用凸輪的直列泵來產生高壓。該高壓油泵對油量的控制采用了控制低壓燃油有效進油量的方法。
工作過程： _7[)W(g/R&e.H-G u
（1）柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經控制閥流入柱塞腔；質量SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA6gW D0d|%^w/P(_
六西格瑪品質論壇o 9W（2）柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經控制閥流回低壓腔；
（3）在達到供油量定時時，控制閥通電，使之關閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經出油閥進入高壓油軌。利用控制閥關閉時間的不同，控制進入高壓油軌的油量的多少，從而達到控制高壓油軌壓力的目的；六西格瑪品質論壇d7T!Ys&N
（4）凸輪經過最大升程后，柱塞進入下降行程，柱塞腔內的壓力降低，出油閥關閉，停止供油，這時控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進入柱塞腔進入下一個循環(huán)。
該方法使高壓油泵不產生額外的功率消耗，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系，控制系統(tǒng)比較復雜。
N0~H4}:a4\R;E
3.1.2 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，起蓄壓器的作用， ECD-U2 系統(tǒng)的供軌管如圖2-10所示。它的容積應削減高壓油泵的供油壓力波動和每個噴油器由噴油過程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動控制在 5Mpa 之下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應速度以快速跟蹤柴油機工況的變化。 ECD-U2 系統(tǒng)的高壓泵的最大循環(huán)供油量為 600mm3 ，共軌管容積為 94000mm3 。
質量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA
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高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器、液流緩沖器（限流器）和壓力限制器。壓力傳感器向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號；液流緩沖器（限流器）保證在噴油器出現燃油漏泄故障時切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動；壓力限制器保證高壓油軌在出現壓力異常時，迅速將高壓油軌中的壓力進行放泄。
從上述分析可見，精確設計高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機是并不容易的。 7D
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六西格瑪品質論壇/i8?+?9k3.1.3 電控噴油器
電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關鍵和最復雜的部件噴油器根據 ECU 傳送的電子控制信號，將共軌內的高壓燃油以最佳的噴油定時、噴油量、噴油率和噴霧狀態(tài)噴入發(fā)動機燃燒室中。噴油
器的外觀和結構示意如圖 2-5 所示，其主要零件是噴油嘴、控制噴油率的量孔、油壓活塞和三
通電磁閥。系統(tǒng)的噴油過程控制是通過三通閥 TWV 對噴油器控制腔中油壓的控制來實現的。
三通閥結構及工作原理如圖 2-6 所示，主要由內閥、外閥和閥體組成。閥的開啟和關閉響應很
快（0.4ms 以下）。三個部件相互間配合度很高，同時分別形成座面A、B。外閥為電磁閥，作
垂直運動，隨著外閥運動，座面 A、B 交替關閉，三個油孔 1、2、3雙雙交替接通。噴油定時
由 TWV的通電時刻決定，噴油量由噴油壓力和 TWV 的通電持續(xù)時間共同確定。當三通閥未通
電時，外閥在彈簧力作用下壓向下方，其閥座關閉，切斷回油通道；內閥受到共軌壓力作用而向
上移動，內閥閥座開啟，共軌管內高壓油經內閥閥座進入控制腔施加在針閥尾部，關閉噴嘴。當
三通閥通電被激勵時，外閥在電磁力作用下克服彈簧力向上運動直到內閥閥座關閉，外閥閥座開
啟，控制腔和回油通道接通，控制腔中的高壓燃油經單向節(jié)流孔緩慢流出，與液壓活塞聯鎖的噴
嘴針閥緩慢抬起，產生噴油率逐步增大的 ? 形噴射。噴嘴針閥達到全升程時噴油率最大。供油
結束時切斷三通閥電流，外閥再度下行，關閉回油道；內閥開啟，共軌油壓迅速加到液壓活塞上
方（此時單向節(jié)流孔不起阻尼作用），由于液壓活塞面積比針閥面積大得多，因此噴油結束時很
大的液壓作用會使針閥急速落座，實現噴射過程的快速切斷。可見，? 形噴油率是利用設在三通
閥和液壓活塞之間的單向節(jié)流孔阻尼控制腔中的壓力下降過程來實現的。單向節(jié)流孔僅在釋放控
制腔壓力時才具有節(jié)流作用，而加壓過程不起阻尼作用
高壓油管mY!be!\Z3PC [:K
高壓油管是連接共軌管和電控噴油器的通道，它應有足夠的燃油流量減小燃油流動時的壓降，并使高壓管路系統(tǒng)中的壓力波動較小，能承受高壓燃油的沖擊作用，且起動時共軌中的壓力能很快建立。各缸高壓油管的長度應盡量相等，使柴油機每一個噴油器有相同的噴油壓力，從而減少發(fā)動機各缸之間噴油量的偏差。各高壓油管應盡可能短，使從共軌到噴油嘴的壓力損失最小。 c.P:W;tm
3.1.4 傳感器 A.~
在共軌噴射系統(tǒng)中，除了測定發(fā)動機實際運行狀態(tài)的傳感器（如空氣流量傳感器、增壓壓力傳感器、水溫傳感器、燃油溫度傳感器、油門開度傳感器等）外，還須安裝壓力傳感器來準確測量共軌管內的壓力。一般要求共軌壓力傳感器的測量范圍是20-180 MPa,測量精度要求達到士2%-3%，而且還應在各種運行工況下都能有很高的可靠性。
3.1.5 軟件和電控回路
軟件技術包括軟件開發(fā)過程，軟件開發(fā)方法，結構化設計方法等。在軟件的開發(fā)方面，最初是先檢測出發(fā)動機的轉速和油門開度，然后輸入到計算機內，形成所謂的數據MAP，再從數據MAP中計算目標噴油量，向伺服回路發(fā)出指令進行控制。
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高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)構造及工作原理
柴油機共軌電控柴油噴射系統(tǒng)部件構造
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主要由電控單元、高壓油泵、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，高壓油軌中的壓力由電控單元根據油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進行調節(jié)，高壓油軌內的燃油經過高壓油管，根據機器的運行狀態(tài)，由電控單元從預設的 map 圖中確定合適的噴油定時、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。
3.1.1 高壓油泵 @ L*[~
高壓油泵的供油量的設計準則是必須保證在任何情況下的柴油機的噴油量與控制油量之和的需求以及起動和加速時的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產生于燃油噴射過程無關，且噴油正時也不由高壓油泵的凸輪來保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應力最小和最耐磨的設計原則來設計凸輪。
Bosch 公司采用由柴油機驅動的三缸徑向柱塞泵來產生高達 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個壓油單元中采用了多個壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的1/9 ，負荷也比較均勻，降低了運行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過對共軌腔中燃油的放泄來實現的，為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關閉三缸徑向柱塞泵中的一個壓油單元使供油量減少。
日電裝公司采用了一個三作用凸輪的直列泵來產生高壓。該高壓油泵對油量的控制采用了控制低
壓燃油有效進油量的方法。
工作過程： _7[)W(g/R&e.H-G u
（1）柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經控制閥流入柱塞腔；質量SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA6gW D0d|%^w/P(_
六西格瑪品質論壇o 9W（2）柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經控制閥流回低壓腔；
（3）在達到供油量定時時，控制閥通電，使之關閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經出油閥進入高壓油軌。利用控制閥關閉時間的不同，控制進入高壓油軌的油量的多少，從而達到控制高壓油軌壓力的目的；六西格瑪品質論壇d7T!Ys&N
（4）凸輪經過最大升程后，柱塞進入下降行程，柱塞腔內的壓力降低，出油閥關閉，停止供油，這時控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進入柱塞腔進入下一個循環(huán)。
該方法使高壓油泵不產生額外的功率消耗，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系，控制系統(tǒng)比較復雜。
N0~H4}:a4\R;E
3.1.2 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，起蓄壓器的作用， ECD-U2 系統(tǒng)的供軌管如圖2-10所示。它的容積應削減高壓油泵的供油壓力波動和每個噴油器由噴油過程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動控制在 5Mpa 之下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應速度以快速跟蹤柴油機工況的變化。 ECD-U2 系統(tǒng)的高壓泵的最大循環(huán)供油量為 600mm3 ，共軌管容積為 94000mm3 。
質量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA
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高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器、液流緩沖器（限流器）和壓力限制器。壓力傳感器向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號；液流緩沖器（限流器）保證在噴油器出現燃油漏泄故障時切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動；壓力限制器保證高壓油軌在出現壓力異常時，迅速將高壓油軌中的壓力進行放泄。
從上述分析可見，精確設計高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機是并不容易的。 7D
L+lz;G!q)S3^&P
六西格瑪品質論壇/i8?+?9k3.1.3 電控噴油器
電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關鍵和最復雜的部件噴油器根據 ECU 傳送的電子控制信號，將共軌內的高壓燃油以最佳的噴油定時、噴油量、噴油率和噴霧狀態(tài)噴入發(fā)動機燃燒室中。噴油
器的外觀和結構示意如圖 2-5 所示，其主要零件是噴油嘴、控制噴油率的量孔、油壓活塞和三
通電磁閥。系統(tǒng)的噴油過程控制是通過三通閥 TWV 對噴油器控制腔中油壓的控制來實現的。
三通閥結構及工作原理如圖 2-6 所示，主要由內閥、外閥和閥體組成。閥的開啟和關閉響應很
快（0.4ms 以下）。三個部件相互間配合度很高，同時分別形成座面A、B。外閥為電磁閥，作
垂直運動，隨著外閥運動，座面 A、B 交替關閉，三個油孔 1、2、3雙雙交替接通。噴油定時
由 TWV的通電時刻決定，噴油量由噴油壓力和 TWV 的通電持續(xù)時間共同確定。當三通閥未通
電時，外閥在彈簧力作用下壓向下方，其閥座關閉，切斷回油通道；內閥受到共軌壓力作用而向
上移動，內閥閥座開啟，共軌管內高壓油經內閥閥座進入控制腔施加在針閥尾部，關閉噴嘴。當
三通閥通電被激勵時，外閥在電磁力作用下克服彈簧力向上運動直到內閥閥座關閉，外閥閥座開
啟，控制腔和回油通道接通，控制腔中的高壓燃油經單向節(jié)流孔緩慢流出，與液壓活塞聯鎖的噴
嘴針閥緩慢抬起，產生噴油率逐步增大的 ? 形噴射。噴嘴針閥達到全升程時噴油率最大。供油
結束時切斷三通閥電流，外閥再度下行，關閉回油道；內閥開啟，共軌油壓迅速加到液壓活塞上
方（此時單向節(jié)流孔不起阻尼作用），由于液壓活塞面積比針閥面積大得多，因此噴油結束時很
大的液壓作用會使針閥急速落座，實現噴射過程的快速切斷。可見，? 形噴油率是利用設在三通
閥和液壓活塞之間的單向節(jié)流孔阻尼控制腔中的壓力下降過程來實現的。單向節(jié)流孔僅在釋放控
制腔壓力時才具有節(jié)流作用，而加壓過程不起阻尼作用
高壓油管mY!be!\Z3PC [:K
高壓油管是連接共軌管和電控噴油器的通道，它應有足夠的燃油流量減小燃油流動時的壓降，并使高壓管路系統(tǒng)中的壓力波動較小，能承受高壓燃油的沖擊作用，且起動時共軌中的壓力能很快建立。各缸高壓油管的長度應盡量相等，使柴油機每一個噴油器有相同的噴油壓力，從而減少發(fā)動機各缸之間噴油量的偏差。各高壓油管應盡可能短，使從共軌到噴油嘴的壓力損失最小。 c.P:W;tm
3.1.4 傳感器 A.~
在共軌噴射系統(tǒng)中，除了測定發(fā)動機實際運行狀態(tài)的傳感器（如空氣流量傳感器、增壓壓力傳感器、水溫傳感器、燃油溫度傳感器、油門開度傳感器等）外，還須安裝壓力傳感器來準確測量共軌管內的壓力。一般要求共軌壓力傳感器的測量范圍是20-180 MPa,測量精度要求達到士2%-3%，而且還應在各種運行工況下都能有很高的可靠性。
3.1.5 軟件和電控回路
軟件技術包括軟件開發(fā)過程，軟件開發(fā)方法，結構化設計方法等。在軟件的開發(fā)方面，最初是先檢測出發(fā)動機的轉速和油門開度，然后輸入到計算機內，形成所謂的數據MAP，再從數據MAP中計算目標噴油量，向伺服回路發(fā)出指令進行控制。
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高壓共軌燃油系統(tǒng)主要部件介紹
一、前言 共軌式噴油系統(tǒng)于二十世紀 90 年代中后期才正式進入實用化階段。這類電控系統(tǒng)可分為：蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。高壓共軌系統(tǒng)可實現在傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中無法實現的功能，其優(yōu)點有： a. 共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調，對不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機綜合性能。 b. 可獨立地柔性控制噴油正時，配合高的噴射壓力（ 120MPa~200MPa ），可同時控制 NOx 和微粒（ PM ）在較小的數值內，以滿足排放要求。 c. 柔性控制噴油速率變化，實現理想噴油規(guī)律，容易實現預噴射和多次噴射，既可降低柴油機
NOx ，又能保證優(yōu)良的動力性和經濟性。 d. 由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會出現氣泡和殘壓為零的現象，因此在柴油機運轉范圍內，循環(huán)噴油量變動小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機的振動和降低排放。 由于高壓共軌系統(tǒng)具有以上的優(yōu)點，現在國內外柴油機的研究機構均投入了很大的精力對其進行研究。比較成熟的系統(tǒng)有：德國 ROBERT BOSCH 公司的 CR 系統(tǒng)、日本電裝公司的 ECD-U2 系統(tǒng)、意大利的 FIAT 集團的 unijet 系統(tǒng)、英國的 DELPHI DIESEL SYSTEMS 公司的 LDCR 系統(tǒng)等。
二、高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要部件介紹 圖 1 為高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成圖。它主要由電控單元、高壓油泵、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，高壓油軌中的壓力由電控單元根據油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進行調節(jié)，高壓油軌內的燃油經過高壓油管，根據機器的運行狀態(tài)，由電控單元從預設的 map 圖中確定合適的噴油定時、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 高壓油泵的供油量的設計準則是必須保證在任何情況下的柴油機的噴油量與控制油量之和的需求以及起動和加速時的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產生于燃油噴射過程無關，且噴油正時也不由高壓油泵的凸輪來保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應力最小和最耐磨的設計原則來設計凸輪。 bosch 公司采用由柴油機驅動的三缸徑向柱塞泵來產生高達 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個壓油單元中采用了多個壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的 1/9 ，負荷也比較均勻，降低了運行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過對共軌腔中燃油的放泄來實現的，為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關閉三缸徑向柱塞泵中的一個壓油單元使供油量減少。 日電裝公司采用了一個三作用凸輪的直列泵來產生高壓，如圖 2 所示。該高壓油泵對油量的控制采用了控制低壓燃油有效進油量的方法，其
基本原理如圖 3 所示。
a 柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經控制閥流入柱塞腔； b 柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經控制閥流回低壓腔； c 在達到供油量定時時，控制閥通電，使之關閉，回流油
路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經出油閥進入高壓油軌。利用控制閥關閉時間的不同，控制進入高壓油軌的油量的多少，從而達到控制高壓油軌壓力的目的； d 凸輪經過最大升程后，柱塞進入下降行程，柱塞腔內的壓力降低，出油閥關閉，停止供油，這時控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進入柱塞腔進入下一個循環(huán)。 該方法使高壓油泵不產生額外的功率消耗，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系，控制系統(tǒng)比較復雜。
高壓共軌燃油系統(tǒng)主要部件介紹
一、前言
共軌式噴油系統(tǒng)于二十世紀 90 年代中后期才正式進入實用化階段。這類電控系統(tǒng)可分為：蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。高壓共軌系統(tǒng)可實現在傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中無法實現的功能，其優(yōu)點有：
a. 共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調，對不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機綜合性能。
b. 可獨立地柔性控制噴油正時，配合高的噴射壓力（ 120MPa~200MPa ），可同時控制 NOx 和微粒（ PM ）在較小的數值內，以滿足排放要求。
c. 柔性控制噴油速率變化，實現理想噴油規(guī)律，容易實現預噴射和多次噴射，既可降低柴油機 NOx ，又能保證優(yōu)良的動力性和經濟性。
d. 由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會出現氣泡和殘壓為零的現象，因此在柴油機運轉范圍內，循環(huán)噴油量變動小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機的振動和降低排放。
由于高壓共軌系統(tǒng)具有以上的優(yōu)點，現在國內外柴油機的研究機構均投入了很大的精力對其進行研究。比較成熟的系統(tǒng)有：德國 ROBERT BOSCH 公司的 CR 系統(tǒng)、日本電裝公司的 ECD-U2 系統(tǒng)、意大利的 FIAT 集團的 unijet 系統(tǒng)、英國的 DELPHI DIESEL SYSTEMS 公司的 LDCR 系統(tǒng)等。
二、高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要部件介紹
圖 1 為高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成圖。它主要由電控單元、高壓油泵、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，高壓油軌中的壓力由電控單元根據油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進行調節(jié)，高壓油軌內的燃油經過高壓油管，根據機器的運行狀態(tài)，由電控單元從預設的 map 圖中確定合適的噴油定時、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
高壓油泵的供油量的設計準則是必須保證在任何情況下的柴油機的噴油量與控制油量之和的需求以及起動和加速時的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產生于燃油噴射過程無關，且噴油正時也不由高壓油泵的凸輪來保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應力最小和最耐磨的設計原則來設計凸輪。
bosch 公司采用由柴油機驅動的三缸徑向柱塞泵來產生高達 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個壓油單元中采用了多個壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的 1/9 ，負荷也比較均勻，降低了運行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過對共軌腔中燃油的放泄來實現的，為了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關閉三缸徑向柱塞泵中的一個壓油單元使供油量減少。
日電裝公司采用了一個三作用凸輪的直列泵來產生高壓，如圖 2 所示。該高壓油泵對油量的控制采用了控制低壓燃油有效進油量的方法，其基本原理如圖 3 所示。
a 柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經控制閥流入柱塞腔；
b 柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經控制閥流回低壓腔；
c 在達到供油量定時時，控制閥通電，使之關閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經出油閥進入高壓油軌。利用控制閥關閉時間的不同，控制進入高壓油軌的油量的多少，從而達到控制高壓油軌壓力的目的；
d 凸輪經過最大升程后，柱塞進入下降行程，柱塞腔內的壓力降低，出油閥關閉，停止供油，這時控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進入柱塞腔進入下一個循環(huán)。
該方法使高壓油泵不產生額外的功率消耗，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系，控制系統(tǒng)比較復雜。
2 、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，起蓄壓器的作用， ECD-U2 系統(tǒng)的供軌管如圖 4 所示。它的容積應削減高壓油泵的供油壓力波動和每個噴油器由噴油過程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動控制在 5Mpa 之下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應速度以快速跟蹤柴油機工況的變化。 ECD-U2 系統(tǒng)的高壓泵的最大循環(huán)供油量為 600mm3 ，共軌管容積為 94000mm3 。
高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器、液流緩沖器（限流器）和壓力限制器。壓力傳感器向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號；液流緩沖器（限流器）保證在噴油器出現燃油漏泄故障時切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動；壓力限制器保證高壓油軌在出現壓力異常時，迅速將高壓油軌中的壓力進行放泄。
從上述分析可見，精確設計高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機是并不容易的。
3 、電控噴油器
佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入柴油機的燃燒室。
電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關鍵和最復雜的部件，它的作用根據 ECU 發(fā)出的控制信號，通過控制電磁閥的開啟和關閉，將高壓油軌中的燃油以最
BOSCH 和 ECD-U2 的電控噴油器的結構基本相似，都是由于傳統(tǒng)噴油器相似的噴油嘴、控制活塞、控制量孔、控制電磁閥組成，圖 5 為 BOSCH 的電控噴油器結構圖。在電磁閥不通電時，電磁閥關閉控制活塞頂部的量孔 A ，高壓油軌的燃油壓力通過量孔 Z 作用在控制活塞上，將噴嘴關閉；當電磁閥通電時，量孔 A 被打開，控制室的壓力迅速降低，控制活塞升起，噴油器開始噴油；當電磁閥關閉時，控制室的壓力上升，控制活塞下行關閉噴油器完成噴油過程。
控制了噴油率的形狀，需對其進行合理的優(yōu)化設計，實現預定的噴油形狀�？刂剖业娜莘e的大小決定了針閥開啟時的靈敏度，控制室的容積太大，針閥在噴油結束時不能實現快速的斷油，使后期的燃油霧化不良；控制室容積太小，不能給針閥提供足夠的有效行程，使噴射過程的流動阻力加大，因此對控制室的容積也應根據機型的最大噴油量合理選擇。
控制量孔 A 、 Z 的大小對噴油嘴的開啟和關閉速度及噴油過程起著決定性的影響。雙量孔閥體的三個關鍵性結構是進油量孔、回油量孔和控制室，它們的結構尺寸對噴油器的噴油性能影響巨大。回油量孔與進油量孔的流量率之差及控制室的容積決定了噴油嘴針閥的開啟速度，而噴油嘴針閥的關閉速度由進油量孔的流量率和控制室的容積決定。進油量孔的設計應使噴油嘴針閥有足夠的關閉速度，以減少噴油嘴噴射后期霧化不良的部分。
此外噴油嘴的最小噴油壓力取決于回油量孔和進油量孔的流量率及控制活塞的端面面積。這樣在確定了進油量孔、回油量孔和控制室的結構尺寸后，就確定了噴油嘴針閥完全開啟的穩(wěn)定、最短噴油過程，同時就確定了噴油嘴的穩(wěn)定最小噴油量�？刂剖胰莘e的減少可以使針閥的響應速度更快，使燃油溫度對噴油嘴噴油量的影響更小。
但控制室的容積不可能無限制減少，它應能保證噴油嘴針閥的升程以使針閥完全開啟。兩個控制量孔決定了控制室中的動態(tài)壓力，從而決定了針閥的運動規(guī)律，通過仔細調節(jié)這兩個量孔的流量系數，可以產生理想的噴油規(guī)律。
由于高壓共軌噴射系統(tǒng)的噴射壓力非常高，因此其噴油嘴的噴孔截面積很小，如 BOSCH 公司的噴油嘴的噴孔直徑為 0.169mm × 6 ，在如此小的噴孔直徑和如此高的噴射壓力下，燃油流動處于極端不穩(wěn)定狀態(tài)，油束的噴霧錐角變大，燃油霧化更好，但貫穿距離變小，因此應改變原柴油機進氣的渦流強度、燃燒室結構形狀以確保最佳的燃燒過程。
對于噴油器電磁閥，由于共軌系統(tǒng)要求它有足夠的開啟速度，考慮到預噴射是改善柴油機性能的重要噴射方式，控制電磁閥的響應時間更應縮短。關于電磁閥的研究已由較多的文獻報道，本文不再對此進行分析。
4 、高壓油管
高壓油管是連接共軌管和電控噴油器的通道，它應有足夠的燃油流量減小燃油流動時的壓降，并使高壓管路系統(tǒng)中的壓力波動較小，能承受高壓燃油的沖擊作用，且起動時共軌中的壓力能很快建立。各缸高壓油管的長度應盡量相等，使柴油機每一個噴油器有相同的噴油壓力，從而減少發(fā)動機各缸之間噴油量的偏差。
各高壓油管應盡可能短，使從共軌到噴油嘴的壓力損失最小。 BOSCH 公司的高壓油管的外經為 6mm ，內徑為 2.4mm ，日本電裝公司的高壓油管的外經為 8mm ，內徑為 3mm 。
三、結束語
由于高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)具有可以對噴油定時、噴油持續(xù)期、噴油壓力、噴油規(guī)律進行柔性調節(jié)的特點，該系統(tǒng)的采用可以使柴油機的經濟性、動力性和排放性能都會有進一步的提高。這就需要我們加大對高壓共軌系統(tǒng)的研究力度，使我國的柴油機水平跨上一個新的臺階。
關于柴油發(fā)動機共軌直噴技術的一些解釋
"CRDI是英文Common Rail Direct Injection的縮寫，意為高壓共軌柴油直噴技術，CRDI（電控直噴共軌發(fā)動機）技術和之前已經在汽車市場頗為人知的SDI（自然吸氣直接噴射柴油發(fā)動機）技術、TDI（直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動機）技術同為德國博世公司研發(fā)的柴油發(fā)動機技術"。
實際上根據博世公司自己的聲明，盡管柴油共軌直噴技術是他們的成果，但共軌技術最早并非博世所研發(fā)。1986年，意大利著名的汽車零部件制造商馬瑞利集團（當時是菲亞特集團的獨資公司，后獨立出來）開始了柴油共軌系統(tǒng)的原型設計，后將技術專利出售給博世公司。博世公司稱，他們最成功之處在于將共軌技術工業(yè)化和批量化生產。博世公司首家于1997年開始批量生產轎車用共軌燃油噴射系統(tǒng)，當時博世和奔馳聯合推出共軌技術柴油奔馳C級別車，而在當時阿爾法羅密歐156也是最早使用高壓共軌的轎車之一。
現今柴油車普遍使用的泵噴嘴技術相對于之前的技術（如柱塞泵），已經具有明顯改進，而其最大的好處是大大增加了噴油壓力，其加強版渦輪增壓泵噴嘴技術的噴射壓力多能達到2000bar以上。由于噴射壓力直接影響柴油燃燒做功效率，因此可以說泵噴嘴的燃燒效率已經很高了。
但泵噴嘴技術由于高壓油管中柴油的壓力隨車速波動，增加了煙度和碳氫化合物的排放量，并導致油耗增加，發(fā)動機的振動、噪聲大。而共軌式噴油系統(tǒng)主要的貢獻就是將噴射壓力的產生和噴射過程彼此完全分開，通過對共軌管內的油壓實現精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉速基本無關。這一柴油發(fā)動機技術的創(chuàng)新最大限度地降低了柴油發(fā)動機車型的振動和噪聲，同時將油耗進一步降低，使排放更加清潔。但共軌技術的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng)，一般能達到1600bar左右。由于噴油壓力調節(jié)寬泛，采用共軌技術的柴油車會更好地適應各種工作情況，起步也不會困難。
除去上述不同，二者制造費用也有很大不同。盡管一套共軌技術噴射系統(tǒng)的
費用要高于一套泵噴嘴系統(tǒng)，但如果是針對成品的整機，改為共軌技術發(fā)動機會明顯比改為泵噴嘴發(fā)動機容易而費用低，因為前者涉及到較少的模具改動。據工廠實際的工程技術人員分析，也表示共軌系統(tǒng)很容易取代傳統(tǒng)的噴油系統(tǒng)，只需將高壓泵替代先前的噴油泵，而噴油器在氣缸頭上的安裝方法也與傳統(tǒng)的噴油器總成相同。
至今為止柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了3代。第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導致能量的浪費和很高的燃油溫度。第二代可根據發(fā)動機需求而改變輸出壓力，并具有預噴射和后噴射功能。預噴射降低了發(fā)動機噪聲：在主噴射之前百萬分之一秒內少量的燃油被噴進了氣缸壓燃，預加熱燃燒室。預熱后的氣缸使主噴射后的壓燃更加容易，缸內的壓力和溫度不再是突然地增加，有利于降低燃燒噪音。在膨脹過程中進行后噴射，產生二次燃燒，將缸內溫度增加200～250℃，降低了排氣中的碳氫化合物。博世公司的第二代共軌系統(tǒng)產品已經在沃爾沃的S60、V70D5及寶馬的230d轎車上試用。
而目前大多數柴油系統(tǒng)重要的供應商正積極研制共軌系統(tǒng)第3代——壓電式（piezo）共軌系統(tǒng)，壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，于是得到了更加精確的噴射控制。沒有了回油管，在結構上更簡單。壓力從200～2000bar彈性調節(jié)。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOX的排放。
共軌系統(tǒng)將燃油壓力產生和燃油噴射分離開來，如果把單體泵柴油噴射技術比做柴油技術的革命的話，那共軌就可以稱作反叛了，因為它背離了傳統(tǒng)的柴油系統(tǒng)而近似于順序汽油噴射系統(tǒng)。共軌系統(tǒng)開辟了降低柴油發(fā)動機排放和噪音的新途徑
歐洲可以說是柴油車的天堂，在德國柴油轎車占了39%。柴油轎車已有了近70年的歷史，而最近10年可以說柴油發(fā)動機有了突飛猛進的發(fā)展。在1997年，博世與奔馳公司聯合開發(fā)了共軌柴油噴射系統(tǒng) (Common Rail System)。今天在歐洲，眾多品牌的轎車都配有共軌柴油發(fā)動機，如標致公司就有HDI共軌柴油發(fā)動機，菲亞特公司的JTD發(fā)動機，而德爾福則開發(fā)了Multec DCR柴油共軌系統(tǒng)。
共軌系統(tǒng)與之前以凸輪軸驅動的柴油噴射系統(tǒng)不同，共軌式柴油噴射系統(tǒng)將噴射壓力的產生和噴射過程彼此完全分開。電磁閥控制的噴油器替代了傳統(tǒng)的機械式噴油器，燃油軌中的燃油壓力由一個徑向柱塞式高壓泵產生，壓力大小與發(fā)動機的轉速無關，可在一定范圍內自由設定。共軌中的燃油壓力由一個電磁壓力調節(jié)閥控制，根據發(fā)動機的工作需要進行連續(xù)壓力調節(jié)。電控單元作用于噴油器電磁閥上的脈沖信號控制燃油的噴射過程。噴油量的大小取決于燃油軌中的油壓和電磁閥開啟時間的長短，及噴油嘴液體流動特性。
燃油噴射壓力是柴油發(fā)動機的重要指標，因為它聯系著發(fā)動機的動力、油耗、排放等。共軌柴油噴射系統(tǒng)已將燃油噴射壓力提高到1800巴
最近2年，匹配直噴柴油發(fā)動機的轎車在歐洲得到了顯著發(fā)展，有著高效和出色的燃油經濟性，并降低了發(fā)動機噪音。直噴柴油發(fā)動機使用的是泵噴嘴系統(tǒng)，
國內生產的1.9TDI寶來就應用這一系統(tǒng)，最高噴射壓力可達到1800巴。泵噴嘴直噴系統(tǒng)好雖好，但燃油壓力不能保持恒定，隨著排放控制的更加苛刻，就需要更高及恒定的柴油噴射壓力和更完善的電子控制，于是眾多制造商們就把優(yōu)點更多的柴油共軌系統(tǒng)作為柴油發(fā)動機的發(fā)展方向。這一系統(tǒng)有很高的燃油壓力，并能提供彈性燃油分配控制，通過ECU靈活地控制燃油分配、燃油噴射時間、噴射壓力和噴射速率。通過對以上特性的控制，共軌已經使柴油機的響應性和駕駛舒適性達到了汽油發(fā)動機水平，同時它具有著顯著的燃油經濟性和低排放特性。
在發(fā)動機所有轉速范圍內保證高燃油壓力，高的噴射壓力可以在低轉速工況下獲得良好的燃燒特性
由凸輪軸驅動控制的軸向柱塞式分配泵的發(fā)動機，燃油系統(tǒng)壓力與發(fā)動機轉速呈線性關系，在發(fā)動機低轉速時形成燃油壓力不足，而共軌系統(tǒng)能夠在發(fā)動機的所有轉速范圍內獲得非常高的燃油壓力。靈活的電子控制系統(tǒng)對正時和噴射壓力的控制在發(fā)動機各種工況下都能夠獲得低排放和高效率。由于壓力的形成與噴射過程分離，使發(fā)動機設計人員在研究燃燒和噴油過程時獲得了更大的自由。可根據發(fā)動機工況的要求調節(jié)噴射壓力和噴射正時，使發(fā)動機在低速工況下也能實現完全燃燒，所以既使是在很低的轉速也能獲得大扭矩。預噴射技術的應用在降低排放和噪音方面取得了更大的進步。
供油系統(tǒng)得到精確控制
低壓油泵將柴油從油箱中吸出，經過過濾提供給高壓油泵，在低壓泵內有一電磁閥控制燃油到達高壓泵室，燃油進入管形蓄壓器—燃油軌道。在共軌上有壓力傳感器時時監(jiān)測燃油壓力，并將這一信號傳遞給ECU，通過對流量的調節(jié)控制共軌內的燃油壓力達到希望值。噴射壓力根據發(fā)動機運轉條件的不同從200～1800巴，再通過電腦控制分別噴射到氣缸中，共軌不但保持了燃油壓力，還消除了壓力波動。
燃油噴射是很復雜的機械、液壓、電子系統(tǒng)聯合做業(yè)，要適應發(fā)動機各種工況下的工作環(huán)境，在燃燒之前燃油必須經過過濾和增壓，在準確的時間以一定的噴射速率噴射到每一個氣缸內。發(fā)動機電腦控制廢氣再循環(huán)、增壓、排氣后處理系統(tǒng)，以得到最佳的發(fā)動機特性和廢氣排放。
最小排量的共軌發(fā)動機和最新一代共軌發(fā)動機
噴油器的緊湊結構使得共軌系統(tǒng)即使對小排量4氣門發(fā)動機也是一個實用方案。在1999年年底誕生了裝配著3缸共軌柴油發(fā)動機的Smart，它的排量只有799mL，最大功率30kW，在1800～2800rpm時輸出最大扭矩100Nm。
在今年奔馳公司推出的E320上安裝了第二代共軌發(fā)動機，最大功率150kW，1000rpm時輸出扭矩250Nm，在1400rpm時即可得到峰值扭矩的85%，在1800～2600rpm的廣闊區(qū)域內實現500Nm的峰值扭矩。0～100km/h的加速時間只有7.7秒，最高車速243km/h。綜合油耗是6.9L/100km，80L的油箱使續(xù)航能力達到了
1000km。而配有汽油機的E320的綜合油耗是9.9L/100km。
柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了3代，它有著強大的技術潛力
第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導致能量的浪費和很高的燃油溫度。第二代可根據發(fā)動機需求而改變輸出壓力，并具有預噴射和后噴射功能。預噴射降低了發(fā)動機噪音：在主噴射之前百萬分之一秒內少量的燃油被噴進了氣缸壓燃，預加熱燃燒室。預熱后的氣缸使主噴射后的壓燃更加容易，缸內的壓力和溫度不再是突然地增加，有利于降低燃燒噪音。在膨脹過程中進行后噴射，產生二次燃燒，將缸內溫度增加200～250℃，降低了排氣中的碳氫化合物。
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