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1、淺談柴油機高壓共軌技術一、高壓共軌技術簡介我們先來了解下傳統(tǒng)柴油發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)的局限性：傳統(tǒng)柴油發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)的工作過程是：柴油通過高壓油泵提高油壓后，再按照一定的供油定時和供油量通過噴油器，噴入氣缸燃燒室。在燃油噴射過程中，由于壓力波動，存在二次噴油現(xiàn)象。由于二次噴油不可能完全燃燒，于是增加了煙度和碳氫化合物的排放量，油耗也增高。此外，每次噴射循環(huán)后高壓油管內(nèi)的殘壓都會發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴射，尤其在低轉(zhuǎn)速區(qū)域容易產(chǎn)生上述現(xiàn)象，嚴重時不僅噴油不均勻，而且會發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。隨
2、著發(fā)動機自動控制技術的發(fā)展和進步，為了解決柴油機燃油壓力變化所造成的燃油噴射燃燒缺陷，現(xiàn)代柴油機采用了一種高壓共軌電控燃油噴射技術，使柴油機的性能得到了全面提升。柴油機在機械噴射、增壓噴射和普通電噴后,近幾年來出現(xiàn)了共軌高壓噴射。高壓共軌（CommonRail)電噴技術是指在高壓油泵、壓力傳感器和電子控制單元（ECU)組成的閉環(huán)系統(tǒng)中,相比于一般的噴油系統(tǒng),它的壓力建立、噴射壓力控制和噴油過程相互獨立,并可以靈活地控制。它是由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管（Rail),通過公共供油管內(nèi)的油壓
3、實現(xiàn)精確控制,使高壓油管壓力（Pressure)大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關,可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化的程度。另外，共軌噴油系統(tǒng)的高精度零部件的表面加工質(zhì)量要求高，幾何精度高，特殊要求多，其加工都是微米、亞納米級的精度，代表了目前機械制造行業(yè)的最高加工水平。二、高壓共軌系統(tǒng)的組成和工作原理2.1、高壓共軌噴射系統(tǒng)組成高壓共軌噴射系統(tǒng)主要由高壓油泵、共軌管、電控噴油器、各種傳感器和電控單元ECU等組成，如圖1所示。發(fā)動機工作時，高壓油泵上自帶的齒輪泵通過負壓從油箱中吸油，并以一定的壓
4、力（約5~7bar）將過濾后燃油送入高壓油泵。燃油進入高壓柱塞腔后被壓縮，通過高壓油管進入共軌管形成高壓，每缸噴油器通過高壓油管與共軌管相連，以實現(xiàn)高壓噴射。2.1.1高壓油泵（Highpressurepump）高壓油泵是高壓共軌系統(tǒng)中的關鍵部件之一，它的主要作用是將低壓燃油加壓成為高壓燃油，儲存在油軌內(nèi)等待ECU的噴射指令。高壓油泵由齒輪泵、油量計量單元、溢流閥、進出油閥和高壓柱塞等部分組成。以Bosch目前廣泛應用于中國商用車市場并已開始本地化生產(chǎn)的CPN2.2BL為例，其結構如圖2所示[1
5、2]。圖2Bosch高壓油泵CPN2.2BL高壓油泵供油量的設計準則是：在整個壽命范圍內(nèi)和任何工況下都必須保證高壓油泵的供油量能滿足發(fā)動機在一定軌壓下的噴油量要求，即油量平衡。CPN2.2BL采用2個直列柱塞設計，通過發(fā)動機凸輪軸驅(qū)動，傳動比為1:2，與傳統(tǒng)的機械泵類似，以便于歐II發(fā)動機升級。其潤滑方式為機油潤滑，潤滑油路與發(fā)動機潤滑油路直接相連。齒輪泵的任務是向高壓油泵供給足夠的低壓燃油，安裝在高壓油泵泵體后端，依靠位于高壓油泵凸輪軸末端的齒輪來驅(qū)動，它的轉(zhuǎn)速是高壓油泵2.85倍。當燃油進入
6、高壓部分后，一路經(jīng)過油量計量單元進入高壓柱塞腔，經(jīng)壓縮后進入油軌，同時多余的燃油通過溢油閥回到油箱中。油量計量單元的主要作用是調(diào)節(jié)進入高壓柱塞腔的油量，以控制共軌管內(nèi)的燃油壓力的大小。2.1.2高壓共軌管（CommonRail）共軌管是電控高壓共軌系統(tǒng)中所特有的零部件，主要包括高壓接頭、節(jié)流孔、軌壓傳感器和壓力限制閥，如圖3所示。共軌管的主要作用是蓄壓和分配燃油，阻尼燃油壓力波動同時還限制最高燃油壓力，使之不超過安全限值。軌壓傳感器向ECU提供共軌管內(nèi)的實時壓力信號，做為軌壓閉環(huán)控制的輸入。油軌
7、進出口處的節(jié)流孔設計可減小共軌管和高壓油管中的壓力波動。壓力限制閥是一個機械閥，當壓力超過一定限值時即開啟，以保證共軌管在出現(xiàn)壓力異常時，將壓力迅速釋放從而確保系統(tǒng)安全。當壓力限制閥打開后，它仍能將軌壓維持在一個正常范圍（如700~800Bar），讓車輛在故障情況下仍能繼續(xù)運行至維修站點，即跛行回家。圖3高壓共軌管2.1.3噴油器（Injector）噴油器是電控高壓共軌系統(tǒng)中最關鍵和最復雜的部件，它的作用是根據(jù)ECU發(fā)出的電信號控制電磁閥的開啟和關閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油時刻、噴油量和
8、噴油率噴入柴油機的燃燒室內(nèi)。噴油器主要由噴油器體、電磁閥、油嘴、針閥組件和彈簧等部分組成，圖4所示為Bosch的第二代商用車噴油器CRIN2。在電磁閥不通電時，電樞將球閥緊緊壓在閥座上，此時控制室和壓力室內(nèi)壓力平衡，油嘴針閥被彈簧預緊力緊緊壓在油嘴座面上不抬起，即噴油器不噴油；當電磁閥通電時，電磁閥通過吸力將電樞抬起，此時控制室內(nèi)燃油經(jīng)球閥量孔泄漏，控制室壓力迅速下降，而壓力室壓力沒有變化，從而油嘴針閥被抬起，即噴油器開始噴油；當電磁閥關閉時，控制室的壓力上升，油嘴針閥兩端壓力再次平衡，在彈簧預
