高壓共軌系統(tǒng)組成和工作原理分析1.1概述本章首先分析了整個(gè)高壓共軌系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，描述了關(guān)鍵部件在整個(gè)系統(tǒng)中的作用。然后對(duì)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了闡述，為我們后續(xù)的數(shù)學(xué)建模和仿真組件建模工作做準(zhǔn)備。1.1.1高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的組成如圖2-1所示，高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)。如圖所示可以將高壓共軌系統(tǒng)分為三部分。（1）低壓油路部分包括：燃油箱，低壓油泵，燃油過濾器，低壓回油路等。（2）高壓油路部分包括：高壓供油泵，高壓管道，共軌管，噴油器，壓力限制閥，流量限制器，共軌管壓力傳感器等。（3）電子控制單元包括：各種傳感器，微型控制器等。圖2-1高壓共軌系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.1.2高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的工作原理如圖2-1所示，燃油箱中的燃油首先通過粗的燃油濾清器來到低壓油泵內(nèi)，低壓油泵會(huì)將燃油泵到高壓油泵，中間會(huì)通過在高壓油泵之前的燃油細(xì)過濾器。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將會(huì)帶動(dòng)高壓油泵的柱塞，柱塞會(huì)在柱塞腔內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)柱塞腔運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)要往下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，柱塞腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生真空環(huán)境將燃油吸入，當(dāng)柱塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)的時(shí)候整個(gè)柱塞腔就吸滿了燃油，這就是柱塞的吸油過程；隨后柱塞會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下繼續(xù)在柱塞腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)柱塞在下止點(diǎn)要往上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)燃油進(jìn)行加壓。當(dāng)燃油的壓力上升到能打開高壓油泵的出口閥門的額定壓力值時(shí)，閥門會(huì)打開，將高壓燃油推往高壓供油管來到共軌管內(nèi)部進(jìn)行下一步的加壓，共軌管將會(huì)儲(chǔ)存來自高壓油泵的高壓燃油，并將高壓燃油分配到各個(gè)噴油器。當(dāng)噴油器接收到來自電控單元的電信號(hào)時(shí)，噴油器上的高速電磁閥在驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)下迅速打開，噴油器針閥抬起噴油器噴油。共軌式燃油噴射系統(tǒng)的噴油正時(shí)和噴油量并不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)行工況的制約，這是區(qū)別于其它噴油系統(tǒng)最明顯的標(biāo)志[18]。高壓共軌系統(tǒng)將會(huì)收到電子控指單元的電信號(hào)，使每一個(gè)氣缸都能實(shí)現(xiàn)循環(huán)供油，使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。這就是整個(gè)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)系統(tǒng)的工作原理。1.2高壓油泵總成1.1.1高壓油泵的結(jié)構(gòu)三柱塞徑向式的高壓油泵擁有供油穩(wěn)定、供油效率高以及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，在高壓共軌系統(tǒng)中應(yīng)用最多。三柱塞徑向高壓油泵其結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。圖2-2三柱塞徑向式高壓泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-驅(qū)動(dòng)軸2-凸輪3-柱塞4-柱塞腔5-進(jìn)油閥門6-電磁線圈7-出油閥門8-高壓接頭9-高壓燃油出口10-電液比例溢流閥閥桿11-電液比例溢流閥閥座12-回油孔13、16-低壓燃油進(jìn)油口14-單向閥15-低壓油道1.1.2高壓油泵工作原理燃油首先在油箱中由于低壓油泵的驅(qū)動(dòng)下通過油箱中的粗過濾器，進(jìn)行簡(jiǎn)單過濾，然后低壓油泵將會(huì)把燃油輸送到高壓油泵的低壓燃油進(jìn)油口，在進(jìn)油口處有精過濾器對(duì)燃油進(jìn)行第二次過濾。經(jīng)過兩次過濾的燃油，會(huì)在高壓油泵柱塞到達(dá)上止點(diǎn)要開始向下止點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)被吸入到柱塞腔中，當(dāng)柱塞運(yùn)動(dòng)到柱塞腔的底端也就是來到了下止點(diǎn)，柱塞腔內(nèi)會(huì)吸滿燃油，整個(gè)吸油過程結(jié)束，這就是高壓油泵的吸油過程。當(dāng)?shù)竭_(dá)下止點(diǎn)的柱塞將會(huì)在凸輪的帶動(dòng)下開始往上止點(diǎn)的方向運(yùn)動(dòng)，柱塞的機(jī)械能將會(huì)施加在燃油上壓縮燃油，使燃油擁有壓力能，在柱塞腔內(nèi)持續(xù)升高壓力，當(dāng)燃油壓力達(dá)到出油閥門的開始?jí)毫χ禃r(shí)，出油閥門便會(huì)打開，使高壓燃油泵出柱塞腔來到高壓供油管，這就是整個(gè)柱塞的供油過程。柱塞腔由于泵出了高壓燃油，柱塞腔內(nèi)的壓力就會(huì)隨之降低，壓力低到不足以打開出油閥門時(shí)，出油閥門就會(huì)關(guān)閉，而此時(shí)燃油就會(huì)因?yàn)榈蛪河捅玫墓┯陀謥淼搅说蛪喝加腿肟谔帲藭r(shí)柱塞剛好在上止點(diǎn)要往下止點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，柱塞腔又會(huì)開始吸油。以上便是高壓油泵單個(gè)柱塞的吸油供油過程，三柱塞泵的三個(gè)柱塞原理相同，只是彼此會(huì)存在120°的相位差。1.3共軌管總成共軌管總成主要有共軌管主體和其周邊的閥門和傳感器組成。閥門包括有流量限制閥和壓力限制閥，傳感器主要為壓力傳感器，用于監(jiān)測(cè)共軌管內(nèi)的壓力。1.3.1共軌管高壓共軌管在高壓共軌系統(tǒng)中的作用就是儲(chǔ)存來自高壓油泵的高壓燃油和將高壓燃油分配到各個(gè)噴油器。高壓共軌管是高壓共軌系統(tǒng)與其他柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)區(qū)分開的標(biāo)志，高壓共軌管是高壓共軌系統(tǒng)獨(dú)有的部件。圖2-3為共軌管結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2-3共軌管結(jié)構(gòu)示意圖1-限壓閥2-共軌本體3-供油管接口4-流量限制器5-壓力傳感器6-高壓油管接口1.3.2流量限制閥流量限制閥的安裝位置如圖2-3所示位置。流量限制閥也可以叫做流量限制器，結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-4所示。流量限制閥得輸入接口連接共軌管的輸出接頭上，流量限制閥的輸出口連接高壓油管。當(dāng)噴油器的針閥受到某種原因被破壞時(shí)，無法正常落座，會(huì)發(fā)生持續(xù)噴油等其他異常的燃油噴射現(xiàn)象，流量限制閥就會(huì)阻斷與發(fā)生異常的噴油器的進(jìn)油口，通過這種辦法阻斷異常噴油。圖2-4流量限制閥1-輸入接口2-限位塊3-閥芯4-復(fù)位彈簧5-閥體6-輸出口7-圓錐形閥座8-阻尼孔1.3.3壓力限制閥共軌管上的壓力限制閥的功能就是在共軌管內(nèi)的壓力超過了限定的壓力值時(shí)，便會(huì)打開閥門開始進(jìn)行對(duì)共軌管內(nèi)泄壓。保護(hù)共軌管不受過高的軌壓造成損壞。本質(zhì)相當(dāng)于是具有安全功能的溢流閥，并可以調(diào)節(jié)限定的壓力值。其結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5壓力限制閥1-高壓接頭2-閥門3-通道4-柱塞5-壓力彈簧6-限位件7-閥體8-回油1.4噴油器總成1.4.1高壓共軌噴油器的結(jié)構(gòu)高壓共軌系統(tǒng)噴油器為電磁式噴油器，屬于高精度部件，噴油器的工作原理與常規(guī)噴油系統(tǒng)有很大不同，作為共軌燃油噴射系統(tǒng)的核心元件，其技術(shù)水平高，技術(shù)難度大。開發(fā)性能優(yōu)良的噴油器需要大量的工作，能否達(dá)到理想的噴油曲線取決于噴油器的性能。噴油器總成如圖2-6所示。圖2-6電磁式共軌噴油器結(jié)構(gòu)示意圖1.4.2高壓共軌噴油器的工作原理噴油器主體的結(jié)構(gòu)由高速電磁閥、球閥閥體、控制活塞、針閥彈簧、針閥閥體、殼體組成。由圖2-6電磁式噴油器的結(jié)構(gòu)分析后可以看出，高壓燃油由共軌管通過高壓油管與噴油器相連，高壓燃油會(huì)通過噴油器內(nèi)的油道，一部分進(jìn)入到控制腔另外一部分進(jìn)入到針閥下的盛油槽中。如果電子控制單元沒有發(fā)出讓高速電磁閥的電磁鐵通電的電信號(hào)時(shí)，控制腔因?yàn)橥ㄟ^油道和盛油槽相連所以此時(shí)兩個(gè)位置的壓力是相等的，但是柱塞與燃油接觸的面積比針閥接觸燃油的面積大，加上針閥彈簧的的彈力，此時(shí)針閥是無法抵消這些力而抬起的，所以噴油器就無法噴出燃油；當(dāng)電子控制單元給高速電磁閥發(fā)出電壓信號(hào)后，電磁鐵獲得電信號(hào)吸引球閥向上抬起，此時(shí)控制腔的燃油因?yàn)榍蜷y的抬起與低壓回油路相連，高壓燃油就會(huì)泄入到低壓油路，控制腔內(nèi)的壓力減少到一定值，盛油槽的燃油壓力就會(huì)大于控制腔的壓力和復(fù)位彈簧的彈力的合力，因此針閥就可以抬起，噴油器便會(huì)開始噴射燃油。當(dāng)噴油結(jié)束信號(hào)從電子控制單元發(fā)出時(shí)，高速電磁閥關(guān)閉，出油阻尼孔的泄油通道因?yàn)榍蜷y的落座而受阻，控制腔內(nèi)燃油壓