汽車柴油機(jī)蓄壓式共軌噴油系統(tǒng)培訓(xùn)課件柴油機(jī)蓄壓式共軌噴油系統(tǒng)ECDCR山東交通學(xué)院吳際璋軌者，道也。多個(gè)噴油器并聯(lián)在一個(gè)蓄油管道上噴油，為“共軌噴油”。英文稱COMMONRAIL（共用軌道），簡(jiǎn)稱CR。它用于柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)ECD，稱為“柴油機(jī)蓄壓式共軌噴油系統(tǒng)”（DIESELACCUMULATORFUELINJECTIONSYSTEMCOMMONRAIL）。簡(jiǎn)稱ECDCR系統(tǒng)。一、共軌控制噴油系統(tǒng)的性能參數(shù)表ECD控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式有多種，如直列式泵、分配式泵等，都是在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上修補(bǔ)改進(jìn)。而共軌噴油系統(tǒng)ECDCR完全擺脫了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，較徹底的溶入先進(jìn)的電控系列，成為柴油機(jī)發(fā)展的新模式。二、柴油機(jī)可燃混合氣形成的特點(diǎn)1、空間小、時(shí)間短在壓縮終了時(shí)噴油，可燃混合氣在狹小的燃燒室內(nèi)形成，其過程是噴油汽化混合燃燒邊噴邊燃。噴油的持續(xù)時(shí)間為汽油機(jī)的1/201/10，只占曲軸轉(zhuǎn)角的1530。而汽油機(jī)混合氣形成是從進(jìn)氣持續(xù)到壓縮終了，占曲軸轉(zhuǎn)角的360左右。2、混合氣不均勻、空燃比變化范圍極大由于以上原因的影響，混合氣成分在燃燒室內(nèi)分布很不均勻，在油霧噴射區(qū)的油粒多偏濃，其他區(qū)油粒少偏稀。柴油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)空燃比為1451，為了完全燃燒，減少碳煙的產(chǎn)生，空氣要過量1040，空燃比可達(dá)1620（NOX高峰）。各工況下一般不進(jìn)行“進(jìn)氣節(jié)流控制”，只改變噴油量的多少（質(zhì)調(diào)節(jié)），空燃比將在極大的范圍內(nèi)變化，造成大負(fù)荷工況冒黑煙，怠速工況過稀而熄火，需加裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的調(diào)速器。3、邊噴、邊燃、成分不斷變化不僅有空間方面的變化，也有時(shí)間方面的變化。在空間方面，濃區(qū)缺氧產(chǎn)生碳煙；稀區(qū)產(chǎn)生NOX。在時(shí)間方面，燃燒的前期氧多、油少，不易著火，延長(zhǎng)了“備燃期”，造成壓力升率（P/）加大，振嗓感加大（DIESEL敲擊）。燃燒的后期氧少、廢氣多，燃燒條件惡化，排氣冒黑煙。柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、凈化性和振噪感的好壞，決定于噴油壓力、噴油時(shí)刻、噴油質(zhì)量、噴油規(guī)律、空氣量的多少、渦流的好壞等多方面因素。其中的“噴油時(shí)刻和噴油規(guī)律”與“燃燒過程”精確的匹配問題，柴油機(jī)凈化以NOX和碳煙為主。只有ECDCR系統(tǒng)才能解決，“共軌控制”系統(tǒng)就應(yīng)而生。三、ECDCR系統(tǒng)機(jī)理特點(diǎn)1、提高噴油壓力是排氣凈化的最佳手段直接噴射的柴油機(jī)，燃燒室緊湊，熱損失少，省油率可達(dá)1015。只有提高噴油壓力（達(dá)140MPA），才能使燃油分布均勻，加速油氣混合的速度，改善燃燒條件，微粒碳煙的生成量才能減少。2、用電腦精確控制噴油規(guī)律，是提高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、凈化性和減小振噪感的最佳手段所謂“噴油規(guī)律”，它包括了噴油時(shí)刻的早晚、噴油量的多少及噴油率的好壞。噴油率是一個(gè)噴油周期，始點(diǎn)到終點(diǎn)間油量的變化情況。最好是按“先少、后多”分段噴油的規(guī)律變化。即先預(yù)噴再主噴又補(bǔ)噴（補(bǔ)噴是為了凈化，減少NOX生成量），分三個(gè)過程進(jìn)行。這樣，才能和柴油機(jī)的燃燒規(guī)律一致（即備燃期、速燃期、緩燃期、后燃期），相輔相成的配合，獲得最佳燃燒狀態(tài)。3、壓力的產(chǎn)生與噴油過程分離，可以準(zhǔn)確的控制循環(huán)供油量（G）_傳統(tǒng)的柱塞泵壓力的產(chǎn)生和噴油分不開，相互影響，其供油始點(diǎn)與噴油始點(diǎn)相差8，是“管脹油縮”造成的，仃噴后又“管縮油脹”，造成滴油。為此需有“出油閥”，減壓防漏。傳統(tǒng)噴油泵的速度特性是循環(huán)供油量（G）隨轉(zhuǎn)速的加大而加大，這是因柱塞副的漏泄和回油孔的節(jié)流作用的加大，出現(xiàn)的惡果。因而，需加裝出油閥和調(diào)速器，復(fù)雜了結(jié)構(gòu)內(nèi)容，加大了故障率。而共軌系統(tǒng)的噴油壓力是用專門的高壓泵供油，并恒壓存儲(chǔ)于蓄壓器中，時(shí)刻準(zhǔn)備噴油，各缸的噴油器用電腦控制其電磁閥準(zhǔn)確開閉噴油，能做到G和V的合理匹配。噴油壓力恒定與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，因而去消了成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率較高的出油閥和調(diào)速器。4、共軌控制的噴油特性（1）預(yù)噴射在上止點(diǎn)前一定角度噴出少量燃油，進(jìn)行“預(yù)燃”，可縮短“備燃期”，壓力升高率P/可減小，振噪感減小，工作柔和。（2）主噴射是在上止點(diǎn)后噴油，功率的增大和扭矩的提高，是來(lái)自主噴射，在恒壓情況下貫穿整個(gè)噴油過程。（3）補(bǔ)噴射在柴油機(jī)燃燒過程的緩燃期的后期，燃燒溫度己達(dá)高峰，如適量噴油，可改善燃燒條件和凈化性，減少了NOX的生成量。5、共軌控制實(shí)際噴油量的獲得電腦ECU根據(jù)各種傳感器的反饋信號(hào)，用開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的方式，對(duì)噴油量進(jìn)行精確的隨機(jī)計(jì)算控制。實(shí)際噴油量的獲得6、共軌噴油系統(tǒng)傳感器信號(hào)和執(zhí)行元件的內(nèi)容有十四個(gè)傳感器信號(hào)，通過電腦ECU處理后，指令十一個(gè)執(zhí)行控制系統(tǒng)，進(jìn)行隨機(jī)控制（無(wú)OX、碳罐、KNK）。四、BOSCH式共軌噴油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成是由低壓油路、高壓油路、各種傳感器、電腦ECU、各種執(zhí)行元件等，由五個(gè)部分組成。（一）低壓油路油箱、輸油泵、濾油器、輸油管。1、油箱由抗磨蝕的尼龍材料制成，帶閥的油箱蓋，在任何條件下保持箱內(nèi)壓力略高于大氣壓力30KPA，以便正常輸油。2、輸油泵為永磁直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，偏心轉(zhuǎn)子變?nèi)轁L子式輸油泵，將燃油輸入高壓泵中，輸油壓力250KPA，有定時(shí)電路控制，SWON，自動(dòng)供油9S，不起動(dòng)即自動(dòng)斷開。它和液位指示器并裝于油箱中。永磁直流電機(jī)輸油泵3、濾油器為紙質(zhì)袋式濾芯，濾去雜質(zhì)和水份，防止相關(guān)機(jī)件磨蝕和卡死。柴油含水份量較高，因溫度的變化，會(huì)產(chǎn)生冷凝水，常因結(jié)冰而堵塞油道，水份還能生成硫化物腐蝕噴油器機(jī)件。為此，在外殼下方設(shè)有集水腔和放水開關(guān)，應(yīng)定期放出集水。有的還裝有水含量自動(dòng)報(bào)警燈開關(guān)，及時(shí)燈亮提醒司機(jī)。（二）高壓油路高壓泵、高壓蓄壓器（軌道）、軌道壓力傳感器、壓力限制閥、流量限制閥、噴油器。1、高壓泵為三腔徑向柱塞油泵，快速的向蓄壓器穩(wěn)定供油，保持軌道油壓為140MPA。噴油時(shí)燃油不再壓縮，保持恒壓噴油。它用齒輪、鏈條或齒形皮帶驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為發(fā)動(dòng)機(jī)的1/2，最高達(dá)3000R/MIN，供油間隔為120，形成壓力堆積，供油壓力較穩(wěn)定。（1）工作過程SWON后，電動(dòng)輸油泵工作，其輸油壓力超過安全閥開啟壓力50KPA時(shí)，低壓油即進(jìn)入高壓泵腔。柴油機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，高壓泵的驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)偏心輪旋轉(zhuǎn)，柱塞徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生吸油和壓油過程。燃油經(jīng)進(jìn)油閥吸入泵腔（該閥為片狀彈簧），又從出油閥壓出，將燃油壓入軌道腔，建立所需的壓力，多余的燃油經(jīng)油壓控制閥和回油管，流回油箱。油泵偏心輪每旋轉(zhuǎn)一周，供油三次，壓力均勻穩(wěn)定輸出，供油量和供油壓力與其轉(zhuǎn)速成正比。少量柴油經(jīng)過安全閥的節(jié)流孔進(jìn)入泵的內(nèi)腔，進(jìn)行自身的潤(rùn)滑和冷卻。（2）泵組仃油閥高壓泵是大流量輸出泵，在怠速和小負(fù)荷工況時(shí)，高壓油會(huì)過量，過量油將不斷流回油箱，加大了柴油機(jī)的功率損失。為此，高壓泵有一泵組裝有停油電磁閥，ECU根據(jù)工況信號(hào)（轉(zhuǎn)速和加速踏板信號(hào)），使仃油電磁閥通電，其推桿即推閉進(jìn)油閥，仃止泵油而卸載空轉(zhuǎn)，只有其他兩個(gè)泵組工作。當(dāng)進(jìn)入大負(fù)荷工況時(shí)，又自動(dòng)斷電，恢復(fù)泵油。（3）油壓控制閥（PWM閥）_高壓泵輸出管道上并裝有電磁式油壓控制閥，球閥的推桿右側(cè)有吸力盤，作用于球閥上有兩個(gè)力一為，彈簧力；二為，線圈的磁吸力，它與高壓腔的油壓力相互爭(zhēng)斗平衡。關(guān)系式為彈簧力磁吸力軌道油壓力球閥關(guān)閉，不回油；反之則開啟，回油。其工作過程如下A如果軌道油壓超過規(guī)定值（140MPA），ECU根據(jù)軌道壓力傳感器的反饋信號(hào)，使油壓控制閥斷電退磁而開啟，泄掉部分燃油而降壓。B如果軌道壓力低于規(guī)定值油壓控制閥即通電生磁而關(guān)閉，因而升壓。C油壓控制電磁閥是用占空比方式控制其開閉，不斷調(diào)節(jié)，保持恒定的軌道壓力，防止油壓的波動(dòng)，以便精確的控制噴油量。D壓力波動(dòng)來(lái)自兩個(gè)方面一為，柱塞式輸油泵的脈動(dòng)供油；二為，噴油器噴油時(shí)泄油產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)。2、高壓蓄壓器（軌道）為一個(gè)高強(qiáng)度鋁合金管，用來(lái)存儲(chǔ)高壓油，抑制壓力脈動(dòng)，保持壓力恒定，使噴油計(jì)量精確。軌道上裝有壓力限制閥、流量限制閥、軌道壓力傳感器等輔助元件。（1）壓力限制閥P/V裝于通油箱的回油端，是溢流閥原理，它用彈簧控制錐形閥門，當(dāng)軌道壓力超過規(guī)定值時(shí)（140MPA），即打開回油，防止油壓過高。（2）流量限制閥連接噴油器的管道，也是一個(gè)用彈簧控制的柱塞閥，用來(lái)防止在非正常情況下，噴油器端大量漏泄時(shí)，及時(shí)關(guān)斷軌道出油口。其工作過程如下A噴油器端工作正常時(shí)噴油后管口壓力瞬時(shí)下降，柱塞下移，但不關(guān)斷，腔內(nèi)燃油排出，使噴油器端獲得補(bǔ)償油壓，壓力值恢復(fù)。B噴油器仃噴時(shí)柱塞又上移回位，燃油從節(jié)流孔流出補(bǔ)償。C噴油器端大量漏油時(shí)壓力差使柱塞下移，關(guān)閉管口通道，起保護(hù)作用。（3）軌道壓力傳感器為半導(dǎo)體壓敏應(yīng)變電阻形的橋式電路，感受到油壓變量值后，放大處理輸出O5V45V的隨動(dòng)電壓。它隨機(jī)檢測(cè)軌道中的瞬時(shí)油壓力，將變量壓力信號(hào)反饋紿ECU。ECU據(jù)此信號(hào)，發(fā)令使油壓控制閥投入調(diào)壓工作。3、噴油器利用電腦ECU控制噴油時(shí)刻和噴油量的多少。它由噴油嘴、電磁閥、液壓增益伺服系統(tǒng)組成，是“間接繼動(dòng)伺服控制”的工作原理。噴油器是瞬時(shí)高電壓、大電流“峰值保持型”，開啟速度快、計(jì)量準(zhǔn)確。（1）共軌控制的噴油器工作原理傳統(tǒng)的噴油器是靠油壓控制噴油，由調(diào)壓彈簧關(guān)斷噴油嘴。高壓共軌噴油嘴的關(guān)斷，不能單純依靠調(diào)壓彈簧，還須依靠油壓共同關(guān)斷噴油嘴，電磁閥的磁吸力不可能直接吸動(dòng)控制柱塞開啟噴油，必須利用液壓繼動(dòng)伺服控制。此即謂“間接繼動(dòng)伺服控制原理”。噴油器控制柱塞上的關(guān)斷作用力有兩個(gè)一為，彈簧力F1；二為，控制油腔道壓力F2。而噴油開啟力為承壓錐面上的油壓力P，其噴油和關(guān)斷是這三個(gè)力的爭(zhēng)斗和平衡。其工作過程關(guān)系式如下（2）噴油器的工作過程A、噴油器關(guān)閉控制電磁閥OFF，向上的磁吸力消失，閥的鐵芯受彈簧力的作用下移，推動(dòng)球閥關(guān)閉泄油孔，控制油腔為軌道壓力，F(xiàn)1F2P，控制柱塞下移，錐閥關(guān)閉，仃止噴油。B、噴油器開啟控制電磁閥ON，產(chǎn)生的磁吸力大于鐵芯的彈簧力，鐵芯上移，泄油孔的球閥打開，燃油從控制油腔流入上方空腔，并從上方空腔流回油箱，由于量孔的存在，瞬時(shí)產(chǎn)生壓力差。此時(shí)，F(xiàn)1F2P，控制柱塞上移，錐閥開啟噴油。開啟時(shí)間的長(zhǎng)短，決定于噴油控制的脈沖寬變。C、從回油管流回油箱的燃油，除少量的控制油液外，還有噴油器柱塞副磨損后漏泄的燃油。當(dāng)回油管回油過量時(shí)，說明噴油器需要換新了。柴油機(jī)蓄壓式共軌噴油系統(tǒng)ECDCR（BOSCH）（三）共軌控制系統(tǒng)的各種傳感器該系統(tǒng)的大部分傳感器，結(jié)構(gòu)和工作原理及檢測(cè)方法與汽油機(jī)電控噴射系統(tǒng)類同，故從略講述1、曲軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角傳感器SP和曲軸位置傳感器NE為磁電式傳感器，產(chǎn)生交變電壓信號(hào)，用來(lái)決定曲軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角和曲軸的位置及各缸活塞的位置。曲軸上的觸發(fā)齒圈為60個(gè)齒，一個(gè)齒的對(duì)應(yīng)角度為360/606，齒輪上有一個(gè)缺兩個(gè)齒的缺口，為一缸上止點(diǎn)信號(hào)TDC的位置，產(chǎn)生不同于轉(zhuǎn)角的NE信號(hào)。著火間隔為720/缸數(shù)。四缸機(jī)為180，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)過30個(gè)齒即應(yīng)按工作順序噴油著火。2、凸輪軸轉(zhuǎn)角傳感器凸輪軸控制著進(jìn)、排氣門，其轉(zhuǎn)速為曲軸的1/2，該傳感器用來(lái)邦助曲軸轉(zhuǎn)角傳感器判定活塞向上時(shí)，是壓縮行程還是排氣行程它為霍爾（HL）式傳感器，將一個(gè)磁鐵塊裝于轉(zhuǎn)輪上，每轉(zhuǎn)一圈激勵(lì)一次HL片，產(chǎn)生一個(gè)HL電壓信號(hào)，提示己進(jìn)入壓縮行程，給電腦ECU提供噴油信號(hào)。故又稱“點(diǎn)火相位傳感器?！?、熱膜式空氣流量計(jì)（AFS）用來(lái)精密測(cè)量進(jìn)入氣缸的實(shí)際空氣量，以便決定噴油量的多少。其結(jié)構(gòu)和工作原理和汽油機(jī)電噴系統(tǒng)空氣流量計(jì)AFS類同。4、水溫CTS、氣溫ATS、油溫傳感器T/S為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的傳感器，輸出05V的電壓信號(hào)給ECU，以便進(jìn)行反饋控制。5、加速踏板位置傳感器為一個(gè)滑鍵式電位計(jì)，反映司機(jī)的意圖和扭矩大小的需求，產(chǎn)生隨動(dòng)電壓信號(hào)給ECU，用來(lái)決定噴油量的多少。其原理同汽油機(jī)電噴系統(tǒng)節(jié)氣門位置傳感器（TPS）。6、軌道壓力傳感器為橋式壓敏電路，監(jiān)測(cè)軌道油壓的高低，當(dāng)軌道壓力達(dá)規(guī)定值后（140MAP），ECU發(fā)令使油壓控制閥動(dòng)作，調(diào)節(jié)油壓。7、增壓器壓力傳感器裝于進(jìn)氣管中，用來(lái)測(cè)量進(jìn)氣管增壓后絕對(duì)壓力值的高低，為壓敏橋式傳感器，原理同汽油機(jī)壓力傳感器（MAP）。以便控制廢氣旁通閥及時(shí)開啟，降低渦輪轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)“壓比”的高低，防止過量增壓，空燃比A/F失控。（“壓比”是壓氣機(jī)出口壓力PK與進(jìn)口壓力P0之比值，一般控制在兩倍左左）。8、車速傳感器VSS裝于變速器的輸出軸上，提供車速信號(hào)，以便ECU進(jìn)行邏揖控制。多采用磁電式或霍爾式VSS。9、起動(dòng)信號(hào)起動(dòng)機(jī)繼電器L線圈的搭鐵電壓信號(hào)給ECU，起動(dòng)供油量即增加，使混合氣瞬時(shí)變濃，以利于著火完爆。不必再踩加速踏板，進(jìn)行滿負(fù)荷操作，即可順利起動(dòng)。10、離合器和制動(dòng)踏板開關(guān)信號(hào)踩下踏板時(shí)，電壓信號(hào)使ECU發(fā)令減小噴油量，以便換檔或減速。（四）共軌控制電腦ECU的多項(xiàng)功能共軌控制簡(jiǎn)化了噴油系統(tǒng)的機(jī)械部件（如多組式高壓柱塞泵、離心式調(diào)速器等），降低了柴油機(jī)的故障率，提高了使用性能和可靠性。它的電腦ECU是智能化的高速計(jì)算機(jī)，完全替代了機(jī)械控制所難以完成的控制任務(wù)，具體功能如下1、接收和處理各種傳感器的輸入信號(hào)；2、進(jìn)行起動(dòng)額外加濃控制3、進(jìn)行共軌恒壓控制4、進(jìn)行噴油時(shí)刻和噴油量及噴油規(guī)律控制；5、進(jìn)行穩(wěn)定怠速控制6、進(jìn)行額外負(fù)荷自調(diào)控制7、進(jìn)行汽車恒速行駛控制8、進(jìn)行防止超速運(yùn)轉(zhuǎn)控制9、進(jìn)行突變工況穩(wěn)定控制10、進(jìn)行增壓器壓比控制；11、進(jìn)行廢氣再循環(huán)控制；12、進(jìn)行和其他網(wǎng)絡(luò)信息交換控制（AT、ABS等）13、進(jìn)行熄火斷油控制14、進(jìn)行防盜斷油控制15、進(jìn)行故障報(bào)警和自診控制。（五）共軌控制的各種執(zhí)行元件1、冷起動(dòng)電熱塞柴油機(jī)冷態(tài)起動(dòng)不易著火完爆，為改善冷起動(dòng)性能，在起動(dòng)前用電熱塞對(duì)燃燒室進(jìn)行加熱，它利用一個(gè)電開關(guān)和加熱控制器及繼電器形成一個(gè)專門的控制電路，與電腦ECU聯(lián)網(wǎng)工作。因此，就具備了加熱顯示和自我截止及保護(hù)監(jiān)控的功能（指示燈亮滅顯示）。電熱塞是正溫度系數(shù)（PTC）的電阻絲繞成線圈狀，裝于管中并填有導(dǎo)熱性好的氧化鎂粉，通電后在4S內(nèi)溫度可達(dá)850。柴油機(jī)著火后，電熱仍繼續(xù)通電3MIN，可改善熱起過程燃燒條件，減小了噪聲和排放值。2、增壓器壓力調(diào)節(jié)器它包括了電動(dòng)真空泵、真空電磁閥（VSV）、真空?qǐng)?zhí)行器、廢氣旁通閥，形成一個(gè)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它用來(lái)調(diào)節(jié)增壓器在大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速時(shí)排氣的流量，防止壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速過高，“壓比”過大，空燃比A/F失控，發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，排氣污染加大（NOX加大）。“壓比”（PK/PO）是壓氣機(jī)的出口壓力PK與進(jìn)口壓力P0之比值，一般控制在兩倍左右。廢氣旁通閥是利用電動(dòng)真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓吸力而關(guān)閉，何時(shí)開啟旁通卸流，由ECU根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)和增壓器壓力傳感器信號(hào)，控制真空電磁閥VSV截止真空道，利用廢氣流的壓力打開廢氣旁通閥，放掉一部分廢氣，降低渦輪和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速。3、廢氣再循環(huán)EGR控制系統(tǒng)它包括了真空泵、真空