柴油機(jī)高壓共軌及其油壓控制

李明誠

柴油機(jī)高壓共軌及其油壓控制

李明誠

為了實現(xiàn)節(jié)約能源、減少排放的總目標(biāo)，柴油機(jī)由純機(jī)械控制升級為電子控制屬必由之路。柴油機(jī)實現(xiàn)電子控制的首選方案，是采用高壓共軌柴油噴射系統(tǒng)。目前高壓共軌柴油噴射系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家主要有博世、德爾福、西門子、電裝等幾家跨國公司，本文以博世公司的高壓共軌柴油噴射系統(tǒng)（見圖1）為例，說明共軌油壓的控制過程。

圖1　博世CP2燃油噴射系統(tǒng)布置圖

1　電噴系統(tǒng)的組成

“高壓共軌”的控制系統(tǒng)由三大部分組成——傳感器、控制器（又稱電控單元、ECU）和執(zhí)行器，控制器與傳感器和執(zhí)行器組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。高壓共軌噴射系統(tǒng)將燃油壓力的產(chǎn)生和燃油的噴射過程完全分開，所以燃油壓力大小與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，克服了常規(guī)柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化而波動的缺陷。

高壓共軌噴射系統(tǒng)的油路分為低壓油路和高壓油路兩部分。

低壓油路包括燃油箱、帶粗濾器的輸油泵、進(jìn)油管、出油管、細(xì)濾器及高壓油泵的低壓區(qū)。低壓油路的作用是為高壓油路提供足夠的燃油量。

高壓油路包括高壓油泵、共軌壓力傳感器、油壓限制器（又稱限壓閥）、流量限制閥和噴油器。高壓油路除了產(chǎn)生高壓油以外，燃油分配和燃油計量也發(fā)生在高壓油路部分。

2　公共油軌的結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)由各缸各自噴油，所以噴油壓力和噴油量難以一致，往往造成柴油機(jī)運轉(zhuǎn)不均勻、噪音大和油耗高。高壓共軌系統(tǒng)利用一個公共的油管（稱為共軌管、油軌），同時供給各個噴油器，并且提供相同質(zhì)量、相同壓力的燃油，使發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，并優(yōu)化柴油機(jī)的綜合性能。

共軌管是一根鍛造鋼管，內(nèi)徑10 mm左右，其外形和安裝位置如圖2和圖3所示。高壓共軌噴射系統(tǒng)利用共軌腔將高壓油泵輸出的高壓燃油蓄積起來（起蓄壓器的作用），并且由共軌管分配給各缸噴油器。油軌的較大容積有利于削減供油壓力的波動和由噴油引起的壓力震蕩，使油軌內(nèi)的油壓波動控制在5 MPa以下；但油軌的容積也不能太大，以保證噴射系統(tǒng)有較快的壓力響應(yīng)速度，并即時跟蹤柴油機(jī)的工況變化。

圖2　激光焊接油軌的外形

圖3　油軌在發(fā)動機(jī)上的安裝位置

3　油軌壓力的控制

在公共油軌上，安裝了共軌壓力傳感器、油壓限制閥和流量限制閥（見圖4），其中軌壓傳感器向ECU提供共軌燃油的壓力信號。

圖4　共軌管及其軌壓傳感器、油壓限制閥與流量限制閥

（1）油軌壓力傳感器。膜片式油軌壓力傳感器的安裝位置如圖5所示。

膜片式油軌壓力傳感器的工作原理如下：在該傳感器的膜片上設(shè)置了半導(dǎo)體敏感元件，當(dāng)高壓燃油經(jīng)過壓力室的小孔流向膜片時，膜片的形狀發(fā)生改變，膜片涂層的電阻發(fā)生變化，并產(chǎn)生電壓變化，于是向ECU發(fā)送油壓的電信號，見圖6。

圖5　油軌壓力傳感器的安裝位置及插接器端子

圖6　膜片式油軌壓力傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖7　流量限制閥剖視圖

如果柴油機(jī)難以啟動，證實是油軌壓力不足引起，應(yīng)當(dāng)使用故障診斷儀檢查油軌壓力傳感器的初始電壓值是否為0.5 V左右，設(shè)定的油軌燃油壓力是否為30～50 MPa。

（2）油壓限制閥（簡稱限壓閥）。由于高壓油泵的柱塞屬于間歇性泵油，加上噴油器的短暫噴射，所以共軌管內(nèi)的燃油壓力可能發(fā)生波動，為此設(shè)置了限壓閥。在正常壓力下，限壓閥柱塞的錐形頭部與閥體的密封座保持關(guān)閉，彈簧力使柱塞緊緊地壓在密封座上，使共軌管保持密封狀態(tài)；當(dāng)油軌內(nèi)燃油出現(xiàn)異常的高壓力，并且超過限定值時，彈簧受壓縮，柱塞被頂起，限壓閥的溢流口打開，燃油溢出，迅速泄放部分燃油，使油軌壓力下降，從而穩(wěn)定油軌壓力。

（3）流量限制閥。流量限制閥（見圖7）的功用是在某個噴油器關(guān)閉不嚴(yán)的情況下阻止連續(xù)噴油，防止大流量泄漏。只要從油軌流出的燃油量超過一定限值，流量限制閥立即關(guān)閉通往故障噴油器的油路，能夠減小共軌管和高壓油管中的油壓波動。

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