第3章柴油機(jī)管理系統(tǒng)3.1共軌式噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理電控共軌式噴油技術(shù)于20世紀(jì)90年代中期開始推向市場。它擯棄了以往傳統(tǒng)使用的泵管嘴脈動供油的形式，取而代之用一個高壓油泵在柴油機(jī)的驅(qū)動下，以一定的速比連續(xù)將高壓燃油輸送到共軌內(nèi)，高壓燃油再由共軌送入各個噴油器。在這里，高壓油泵并不直接控制噴油量，而僅僅是向共軌供油以維持所需的共軌壓力，并通過連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來控制噴射壓力。采用壓力-時間式燃油計量原理，用高速電磁閥控制噴射過程。噴射壓力、噴油量及噴油定時由電控單元靈活控制。目前國外已經(jīng)開發(fā)出許多共軌噴油系統(tǒng)，其中比較典型的有美國BKM公司的servojet系統(tǒng)、Caterpiller公司的HEUI系統(tǒng)、日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)和德國BOSCH公司的高壓共軌式噴油系統(tǒng)。本章以德國BOSCH公司的高壓共軌式噴油系統(tǒng)為例來詳細(xì)講述其結(jié)構(gòu)原理德國BOSCH公司的高壓共軌式噴油系統(tǒng)主要由高壓泵、燃油濾清器、燃油泵、高壓噴油器、高壓傳感器、限壓閥、油管等組成，如圖3.1和圖3.2所示。BOSCH公司的高壓共軌式噴油系統(tǒng)組成BOSCH公司的高壓共軌式噴油系統(tǒng)組成1．高壓泵結(jié)構(gòu)工作過程初級輸油泵把柴油輸送到二級油泵后，經(jīng)二級油泵進(jìn)一步提高壓力至7bar左右，然后進(jìn)入燃油壓力調(diào)節(jié)閥處，發(fā)動機(jī)電腦根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況通過PWM調(diào)制信號（占空比信號）對燃油壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)燃油壓力調(diào)節(jié)閥內(nèi)調(diào)節(jié)活塞向左移動時，二級油泵內(nèi)的燃油通過燃油壓力調(diào)節(jié)閥和進(jìn)油閥進(jìn)入泵腔，泵腔內(nèi)的燃油受到壓縮后頂開出油閥進(jìn)入燃油共軌，共軌內(nèi)的壓力大小主要靠進(jìn)入泵腔內(nèi)的燃油多少，進(jìn)入泵腔內(nèi)的燃油越多，進(jìn)入共軌腔內(nèi)的燃油就越多，由于共軌體積不變，所以共軌內(nèi)的壓力隨進(jìn)入泵腔內(nèi)的燃油多少而變化。共軌腔內(nèi)壓力變化范圍為150bar-1800bar。2.齒輪泵3．噴油器當(dāng)電磁線圈無電流通過時，高壓燃油經(jīng)進(jìn)油口進(jìn)入噴油器的控制腔和下端噴油嘴針閥處，此時上下兩處的燃油壓強(qiáng)相同，而由于閥門調(diào)節(jié)桿上方有效截面積比針閥處有效截面積大，所以閥門調(diào)節(jié)桿受到合力方向向下，噴油器針閥緊壓在針閥座上，噴油器停止噴油。電磁閥式噴油器工作過程：當(dāng)發(fā)動機(jī)控制單元給電磁線圈供電時，銜鐵上移，控制腔上端節(jié)流孔打開，控制腔壓力變小，針閥控制桿受到合力方向向上，針閥控制桿向上運(yùn)動，噴油器針閥開啟，高壓燃油噴入氣缸，完成燃油噴射過程，噴射時間根據(jù)電控單元給電磁線圈的通電時間而定，通電時間越長，則針閥打開的時間越長，噴入氣缸內(nèi)的燃油就越多。電磁閥式噴油器工作過程：3.2泵管嘴噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理AFB發(fā)動機(jī)的燃油系統(tǒng)組成簡圖徑向柱塞分配式噴油泵實物圖葉片泵在徑向柱塞分配式噴油泵內(nèi)有葉片泵，葉片泵從油箱內(nèi)抽取燃油并在徑向柱塞分配式噴油泵內(nèi)建立起壓力。葉片泵主要靠吸油腔和出油腔的體積變化實現(xiàn)泵油工作。徑向柱塞分配式噴油泵工作原理1）吸油過程：如圖所示，當(dāng)電磁閥打開時，徑向柱塞分配式噴油泵內(nèi)的壓力會將燃油壓入壓縮室內(nèi)。壓縮過程：如圖所示，燃油由兩個活塞來壓縮，活塞通過滾子由斜凸輪調(diào)整環(huán)來驅(qū)動，驅(qū)動力來自傳動軸。3）分配過程：如圖所示，電磁閥關(guān)閉時，燃油由分配軸和分配器體經(jīng)回油節(jié)流閥和噴油嘴分配到各氣缸。徑向柱塞分配式噴油泵噴油始點調(diào)節(jié)裝置工作原理工作原理：如圖所示，隨著轉(zhuǎn)速的升高，噴油始點應(yīng)“提前”。噴油始點調(diào)節(jié)裝置就是執(zhí)行該任務(wù)的。噴油始點調(diào)節(jié)裝置的控制活塞通過彈簧力壓在噴油始點調(diào)節(jié)活塞上，控制活塞的環(huán)形腔通過一個孔從噴油泵的內(nèi)腔得到燃油壓力，噴油始點閥確定控制活塞的環(huán)形腔內(nèi)燃油壓力的大小。⑷預(yù)熱系統(tǒng)1）預(yù)加熱打開點火開關(guān)后，若溫度低于9℃，預(yù)熱塞接通，同時預(yù)熱時間指示燈亮起。加熱過程結(jié)束后，指示燈熄滅，此時發(fā)動機(jī)可以起動。2）再加熱每次起動發(fā)動機(jī)后，不論是否已預(yù)加熱，發(fā)動機(jī)都會繼續(xù)加熱，這可以降低燃燒噪音、改善怠速狀況并減少廢氣排放。再加熱階段最長可持續(xù)四分鐘，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于4000轉(zhuǎn)/分時，再加熱過程被中斷。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)3.3泵噴嘴噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

泵噴嘴噴油系統(tǒng)組成2.泵噴嘴結(jié)構(gòu)3.工作過程⑴吸油過程如圖所示，當(dāng)凸輪軸上的凸輪轉(zhuǎn)到搖臂另一側(cè)時，噴油器中的活塞在回位彈簧的作用下向上運(yùn)動，高壓控制腔內(nèi)體積變大，壓力變小，燃油從進(jìn)油口吸入高壓控制腔。⑵壓縮過程如圖所示，當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)到上面時，搖臂以搖臂軸為中心順時針轉(zhuǎn)動，噴油器內(nèi)柱塞向下運(yùn)動，高壓控制腔產(chǎn)生高壓燃油，但此時噴油器針閥并不開啟，原因是高壓控制腔內(nèi)的高壓燃油通過控制閥芯流向針閥的下端和針閥頂座，由于針閥上下所承受壓力的有效面積不同，針閥受到的合力向下。⑶噴射過程發(fā)動機(jī)控制單元采集當(dāng)前的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、水溫等信號，計算出需要的噴油量，并控制噴油器動作。控制方式是給噴油器中的壓電元件通電，當(dāng)壓電元件有電壓作用時，由于逆壓電效應(yīng)，壓電元件會變形，變形量通過放大板作用到控制閥芯，如圖3.31和圖3.32所示。如圖3.33所示，控制閥芯向左運(yùn)動，把高壓腔通向針閥頂座的通道關(guān)閉，但高壓腔內(nèi)高壓燃油仍與針閥下端相通，隨著高壓腔內(nèi)壓力的持續(xù)增大，針閥受到的合力方向向上，針閥開啟噴油。⑷停油過程：如圖3.34所示，當(dāng)發(fā)動機(jī)控制單元確認(rèn)噴油量已經(jīng)滿足工況需求時，發(fā)動機(jī)控制單元將停止對噴油器中壓電元件供電。此時控制閥芯在回位彈簧的作用下向右移動，針閥上下端面受到相同燃油壓強(qiáng)，但因作用面積不同，針閥受到的合力向下，噴油器停止噴油。3.4柴油機(jī)輔助控制系統(tǒng)系統(tǒng)1.帶有旁通支路的廢氣渦輪增壓器如圖3.36所示，發(fā)動機(jī)控制單元根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷信號、轉(zhuǎn)速信號等確定目標(biāo)壓力，如需要增大壓力，那么發(fā)動機(jī)控制單元控制廢氣渦輪增壓器上的增壓電磁閥斷電，真空通道斷路，機(jī)械控制閥向上移動，廢氣側(cè)的旁通支路截面積變小，多數(shù)廢氣直接沖擊廢氣側(cè)葉輪，渦輪轉(zhuǎn)速加快，增壓壓力增大；當(dāng)發(fā)動機(jī)控制單元監(jiān)測到增壓壓力偏高時，就會向增壓控制電磁閥通電,機(jī)械控制閥向下移動，旁通空氣道截面積增大，大量廢氣從旁通支路排走，渦輪轉(zhuǎn)速降低，增壓壓力下降。3.4.1柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)原理2.可調(diào)葉片式廢氣渦輪增壓器3.4.2柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)⑴兩閥控制⑵單閥控制3.4.3柴油微粒過濾器（1）再生該功能是為了防止微粒過濾器被碳顆粒堵塞，因此微粒過濾器必須能夠正常再生。再生過程中，微粒過濾器上收集的碳顆粒被燃燒掉（氧化掉）。微粒過濾器有以下再生步驟：被動再生；加熱過程；主動再生；由客戶執(zhí)行的再生驅(qū)動；維修再生。1）被動再生被動再生時，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)不進(jìn)行干預(yù)，碳顆粒不斷被燃燒掉。這一過程首先會在發(fā)動機(jī)高負(fù)荷，廢氣溫度為350℃至500℃時進(jìn)行，例如快車道行駛時。這種情況下，碳顆粒通過和氮氧化合物反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氮氣。2）加熱過程為盡快加熱冷態(tài)氧化催化轉(zhuǎn)化器和微粒過濾器至工作溫度，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)在主噴油過程后啟動二次噴油過程。二次噴油在缸內(nèi)燃燒，升高了燃燒溫度級別。所釋放出的熱量通過廢氣流到達(dá)氧化催化轉(zhuǎn)化器和微粒過濾器，將其加熱。一旦氧化催化轉(zhuǎn)化器和微粒過濾器的工作溫度已到達(dá)一段時間后，加熱過程結(jié)束。3）主動再生大部分工況下廢氣溫度太低，無法啟動被動再生。此時由于碳顆粒無法被動消除，會在過濾器中累積起來。一旦過濾器中的碳顆粒含量到達(dá)一定程度，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)介入主動再生，工作過程如圖3.48所示。碳顆粒在廢氣溫度550致65