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1、柴油机蓄压式共轨喷油系统ECD-CR,山东交通学院 王林超,第一节 概述,一、柴油机的特点,柴油发动机与汽油发动机具有基本相同的结构，都有气缸体、气缸盖、活塞、气门、曲柄、曲轴、凸轮轴、飞轮等。但前者用压燃柴油作功，后者用点燃汽油作功，一个“压燃”一个“点燃”，就是两者的根本区别点。 汽油机的燃料是在进气行程中与空气混合后进入气缸，然后被火花塞点燃作功； 柴油机的燃料则是在压缩行程接近终了时直接喷注入气缸，在压缩空气中被压燃作功。 这个区别造成了柴油机在燃料供给系统的结构有其自己的特点。柴油机的燃料喷射系统是由喷油泵、喷油器、高压油管及一些附属辅助件组成。比汽油机上其它的零部件要求要高，传统的
2、柴油机比汽油机贵大概贵在这个部分。,一汽-大众推出的捷达SDI和宝来TDI已经基本赶上了国际柴油轿车的技术水平。,一汽大众已经正式上市了柴油版奥迪轿车，这款奥迪的型号为A6 3.0TDI。,TDI是英文Turbo Direct Injection 的缩写，意为涡轮增压直接喷射（柴油发动机） SDI是英文Suction Direct Injection 的缩写，意为自然吸气直接喷射（柴油发动机）,第三节,柴油机蓄压式共轨喷油系统ECD-CR,轨者，道也。多个喷油器并联在一个蓄油管道上喷油，为“共轨喷油”。英文称：Common Rail（共用轨道），简称： CR。 它用于柴油机电子控制系统ECD，
3、称为“柴油机蓄压式共轨喷油系统”（Diesel Accmulator Fuel-Injection System Common Rail）。简称：ECD-CR系统。,ECD控制系统的结构型式有多种，如直列式泵、分配式泵等，都是在传统的基础上修补改进，而共轨喷油系统完全摆脱了传统结构，较彻底的溶入先进的电控系列，成为柴油机发展的新模式。,一、ECD-CR系统机理特点： 1、提高喷油压力是排气净化的最佳手段直接喷射的柴油机，只有提高喷油压力（达140Mpa），才能使燃油分布均匀，加速油气混合的速度，改善燃烧条件，微粒碳烟的生成量才能减少。,2、用电脑精确控制喷油规律，是提高动力性、经济性、净化性和
4、减小振噪感的最佳手段所谓“喷油规律”，它包括了：喷油时刻的早晚、喷油量的多少及喷油率的好坏。,喷油率是一个喷油周期，始点到终点间油量的变化情况。最好是按“先少、后多”分段喷油的规律变化。 即：先预喷-再主喷-又补喷（补喷是为了净化，减少NOx生成量），分三个过程进行。这样，才能和柴油机的燃烧规律一致（即：备燃期、速燃期、缓燃期、后燃期），相辅相成的配合，获得最佳燃烧状态。,3、压力的产生与喷油过程分离，可以准确的控制循环供油量（g）_ 传统的柱塞泵压力的产生和喷油分不开，相互影响，其供油始点与喷油始点相差8 ，是“管胀油缩”造成的，仃喷后又“管缩油胀”，造成滴油。其速度特性是：循环供油量（g）
5、随转速的加大而加大，这是因柱塞副的漏泄和回油孔的节流作用的加大，出现的恶果。因而，需加装出油阀和调速器，复杂了结构内容，加大了故障率。,而共轨系统的喷油压力是用专门的高压泵供油，并恒压存储于蓄压器中，时刻准备喷油，各缸的喷油器用电脑控制其电磁阀准确开闭喷油，能做到g和v的合理匹配。喷油压力恒定与发动机转速无关，因而去消了成本高、结构复杂、故障率较高的出油阀和调速器。,4、共轨控制的喷油特性： （1）预喷射在上止点前一定角度喷出少量燃油，进行“预燃”，可缩短“备燃期”，压力升高率P/可减小，振噪感减小，工作柔和。 （2）主喷射是在上止点后喷油，功率的增大和扭矩的提高，是来自主喷射，在恒压情况下贯
6、穿整个喷油过程。 （3）补喷射在柴油机燃烧过程的缓燃期的后期，燃烧温度己达高峰，如适量喷油，可改善燃条件和净化性，减少了NOx的生成量。,5、共轨控制实际喷油量的获得： 电脑ECU根据各种传感器的反馈信号，用开环控制和闭环控制相结合的方式，对喷油量进行精确的随机计算控制。,6、共轨喷油系统传感器信号和执行元件的内容：有十四个传感器信号，通过电脑ECU处理后，指令十一个执行控制系统，进行随机控制。,四、BOSCH式共轨喷油系统的结构组成： 是由：低压油路、高压油路、各种传感器、电脑ECU、各种执行元件等，由五个部分组成。,电子控制系统,高压油轨(共轨)式柴油机主要由传感器群、ECU、执行器群及连
7、接这些零部件的线束组成。 传感器有水温传感器、柴油机转速传感器、凸轮轴相位传感器、脚踏板位置传感器、空气流量传感器、高压油轨压力传感器等。,（一）低压油路油箱、输油泵、滤油器、输油管。,低压部分油路为高压部分油路供给足够的油量。,1、油箱由抗磨蚀的尼龙材料制成，带阀的油箱盖，在任何条件下保持箱内压力略高于大气压力30kpa，以便正常输油。,2.输油泵,输油泵的工作是向高压油泵供给足够的燃油量。在柴油机各种工作状态、在不同的必要的压力下、在整个工作寿命期都必须满足上述要求。 GW28TC型增压柴油机采用齿轮式输油泵，与高压油泵制成一体。,齿轮式输油泵,齿轮式输油泵用来给高压油泵提供燃油。主要零件
8、是两个在旋转时相互啮合的反转齿轮。 燃油被吸入输油泵体和齿轮之间的空腔内，并被输送到压力侧的出油口，旋转齿轮间的啮合线能保证良好的密封，能防止燃油回流。,齿轮式输油泵的供油量与柴油机转速成比例。齿轮式输油泵的供油量在进油口端的节流阀或者出油口端的溢流阀限制。 齿轮式输油泵是免维护的。在第一次启动前或油箱内燃抽被用尽时，启动前应排出燃油箱系统内的空气。排出空气时，用手动输油泵压送柴油直到油路中没有空气为止。手动输油泵与燃油滤清器制成一体。,有些发动机将油泵安装在油箱内，为永磁直流电机驱动，偏心转子变容滚子式输油泵，将燃油输入高压泵中，输油压力250kpa，有定时电路控制，SW-ON，自动供油9s
9、，不起动即自动断开。它和液位指示器并装于油箱中。,3、滤油器 为纸质袋式滤芯，滤去杂质和水份，防止相关机件磨蚀和卡死。,柴油含水份量较高，因温度的变化，会产生冷凝水，常因结冰而堵塞油道，水份还能生成硫化物腐蚀喷油器机件。为此，在外壳下方设有集水腔和放水开关，应定期放出集水。有的还装有水含量自动报警灯开关，及时灯亮提醒司机。,袋式滤清器,柴油机蓄压式共轨喷油系统ECD-CR（BOSCH）,（二）高压油路 高压泵、高压蓄压器（轨道）、轨道压力传感器、压力限制阀、流量限制阀、喷油器。,1、高压泵：,为三腔径向柱塞油泵，快速的向蓄压器稳定供油，可达到轨道油压为140Mpa。它用齿轮、链条或齿形皮带驱动
10、，转速为发动机的1/2，最高达3000r/min，供油间隔为120，供油压力较稳定。,（1）工作过程SW-ON后，电动输油泵工作，其输油压力超过安全阀开启压力50kpa时，低压油即进入高压泵腔。,柴油机起动运转，高压泵的驱动轴带动偏心轮旋转，柱塞径向往复运动，产生吸油和压油过程。燃油经进油阀吸入泵腔（该阀为片状弹簧），又从出油阀压出，将燃油压入轨道腔，建立所需的压力，多余的燃油经油压控制阀和回油管，流回油箱。油泵偏心轮每旋转一周，供油三次，压力均匀稳定输出，供油量和供油压力与其转速成正比。少量柴油经过安全阀的节流孔进入泵的内腔，进行自身的润滑和冷却。,（2）泵组停油阀高压泵是大流量输出泵，在怠
11、速和小负荷工况时，高压油会过量，过量油将不断流回油箱，加大了柴油机的功率损失。为此，高压泵有一泵组装有停油电磁阀，ECU根据工况信号（转速和加速踏板信号），使仃油电磁阀通电，其推杆即推闭进油阀，停止泵油而卸载空转，只有其他两个泵组工作。当进入大负荷工况时，又自动断电，恢复泵油。,（3）油压控制阀（PWM阀）_高压泵输出管道上并装有电磁式油压控制阀，球阀的推杆右侧有吸力盘，作用于球阀上有两个力：一为，弹簧力；二为，线圈的磁吸力，它与高压腔的油压力相互争斗平衡。关系式为：弹簧力+磁吸力轨道油压力球阀关闭，不回油；反之则开启，回油。其工作过程如下：,A.如果轨道油压超过规定值（140Mpa），ECU
12、根据轨道压力传感器的反馈信号，使油压控制阀断电退磁而开启，泄掉部分燃油而降压。 B.如果轨道压力低于规定值，油压控制阀即通电生磁而关闭，因而升压。 C.油压控制电磁阀是用占空比方式控制其开闭，不断调节，保持恒定的轨道压力，防止油压的波动，以便精确的控制喷油量。,D.压力波动来自两个方面： 一为，变容式输油泵的脉动供油； 二为，喷油器喷油时泄油产生的压力脉动。,2、高压蓄压器（轨道）： 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，使喷油计量精确。轨道上装有：压力限制阀、流量限制阀、轨道压力传感器等辅助元件。,（1）压力限制阀装于通油箱的回油端，是溢流阀原理，它用弹簧控制锥形阀门，当轨道压力超过规定值时（140Mpa），即打开回油，防止油压过高。,（2）流量限制阀 连接喷油器的管道，也是一个用弹簧控制的柱塞阀，用来防止在非正常情况下，喷油器端大量漏泄时，及时关断轨道出油口。其工作过程如下：,A.喷油器端工作正常时喷油后管口压力瞬时下降，柱塞下移，但不关断，腔内燃油排出，使喷油器端获得补偿油压，压力值恢复。 B.喷油器仃喷时柱塞又上移回位，燃油从节流孔流出补偿。 C.喷油器端大量漏油时压力差使柱塞下移，关闭管口通道，起保护作用。,（3）轨道压力传感器,