柴油机高压共轨燃油喷射系统-北京理工大学

柴油机电控高压共轨燃油喷射系统北京理工大学柴油机燃油喷射系统发展三个里程碑•20年代－机械泵供油•50年代－增压•80年代－电控柴油机燃油喷射系统发展•①位置控制式燃油喷射系统的电子控制（保留原喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的机械传动机构，只对齿条或滑套的运动位置予以电子控制）•②时间控制式燃油喷射系统的电子控制（取消以上机械机构）•③压力——时间控制式燃油喷谢系统的电子控制（压力时间式燃油计量原理，电磁阀控制喷射过程）柴油机燃油喷射系统发展•直列泵•可变预行程直列泵•转子泵（轴向压缩、径向压缩）•泵喷嘴（EUI、UIS）•单体泵（EUP、UPS）•共轨系统CRS（蓄压式、液压式、高压共轨）高压共轨供油系统TheCommonRailSystem降低平均燃油消耗低速时的加速性能废气排放降噪…………高压共轨目的高压共轨原理脉动式的喷油加压原理发展为稳定压力喷油高压油泵将高压燃油输送到公共供油管(Rail)，通过公共供油管内的油压，实现喷油量和喷油时刻的精确控制可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度高压共轨系统分类美国BKM公司的Servojet系统（中压共轨）蓄压式美国Caterpiller公司HEUI系统（中压共轨）液压式日本电装公司的ECD-U2系统（高压共轨）德国BOSCHCR系统（高压共轨）意大利Fiat集团Unijet喷油系统BKM公司Servojet系统Caterpiller公司HEUI系统电磁线圈的通电时刻喷油器喷油时刻电磁线圈通电，控制滑阀位于上部，增压活塞上部与共轨液压接通，增压活塞和柱塞下行，开始喷油电磁线圈断电，控制滑阀在弹簧作用下位于下部，液压喷油器增压活塞上部油腔与共轨管内液压隔绝，与液压喷油器上部泄压油道接通，增压活塞和柱塞在回位弹簧作用下上行，燃油进入柱塞腔内、喷油器在针阀弹簧作用下关闭，停止喷油；喷油量共轨压力电磁线圈通电时间特点•中压共轨电控液压式喷射系统；•系统共轨中采用燃油和柴油机润滑油两条共轨，因此系统中有润滑油和燃油两套油路；•采用机油共轨油道驱动燃油增压活塞，对燃油增压，实现高压喷油；•利用高速开关电磁阀控制共轨油道中机油进出增压活塞，实现燃油压力的上升与下降，从而实现喷油的定时控制；•通过采用预喷射量孔控制初期喷油率实现预喷；•喷油压力与柴油机转速和负荷无关。日本电装ECD-U2系统共轨压力、喷油量、喷油时刻、喷油速率共轨压力控制——PCV阀当柱塞向上运动时，柱塞腔内的燃油在柱塞推动下经油泵控制电磁阀（PCV）产生溢流，只有当电磁阀通电关闭时，柱塞才能产生高压、将燃油输送至共轨管。高压油泵是由两个到三个顺序工作的柱塞泵组成，在每一个柱塞泵的进油口上安装了一个油泵控制电磁阀（PCV）。当柱塞向下运动时，油泵控制电磁阀（PCV）开启，低压燃油被吸进柱塞腔内喷油启停控制——三通阀结构和原理停止喷油:三通阀三通阀电磁线圈断电，外阀落下，通道2与3断开，通道1与2接通，控制油压增加，针阀落座.开始喷油:三通阀电磁线圈通电，外阀抬起，通道1与2断开，通道2与3接通，控制油压降低，针阀抬起.喷油速率控制——单向阀、节流孔型喷油规律：喷射率渐升速停。喷油器三通阀的方有一个由单向阀和节流孔组成的环型油路，可实现三角型喷射率。三通阀接通时，控制室内压力降低，针阀上升，开始喷油，由于节流孔节流作用，控制室内压力不能迅速降低，针阀升程只能缓慢增加。三通阀关闭时，共用管压力通过单向阀迅速到达控制室使针阀关闭，形成渐升速停三角型喷射率，改变节流孔径可改变三角型形状。预喷型喷射率：通过在主喷射之前给三通阀一个小脉冲实现。改变小脉冲宽度可实现不同预喷量。预喷型喷射每次喷油过程中，三通阀通电两次，针阀动作两次。喷油过程中信号、控制压力和针阀时序控制压力下降呈两段，是由于控制阀的液力效应引起的A--点划线B--实线虚线：最小喷油脉宽的情况德国BOSCH高压共轨系统德国BOSCH高压共轨系统喷油器结构喷油过程原理电磁线圈再次断电:控制活塞腔的泄流通道切断，控制活塞腔内的压力因共轨管内的燃油不断进入而升高，直至与共轨压力相等，在此过程中，喷油器控制活塞和针阀因活塞上部不断增加的向下压力而向下移动关闭针阀、喷油器停止喷油。电磁线圈断电:球座电磁阀关闭，控制活塞腔的泄流通道切断，控制活塞腔压力和针阀压力室压强相等，由于控制活塞面积大于压力室面积，所以两个受力面合力向下将针阀关闭，喷油器不喷油。电磁线圈通电:球座电磁阀打开，由于进油节流孔的节流作用，控制活塞顶部油压下降，针阀压力室截面产生的向上推力大于针阀弹簧的预紧力，针阀抬起、喷油器喷油。喷油器特性预喷油量仅为1.5mm3/次喷油量：电磁阀的控制脉宽+共轨管压力球阀升程仅为50um针阀升程仅为0.2mm主喷与预喷间隔仅为1ms左右CRS电磁喷油器CRS压电喷油器CRS压电喷油器CRS压电喷油器——工作原理逆压电效应：在一个合适的晶体上施加一个电压，这样就会引起晶体晶格的变形，从而产生一种线性位移。逆压电效应就成为了压电共轨喷油系统的技术基础。CRS压电喷油器——工作过程压电执行器在非工作状态时处于原始位置，伺服阀关闭，高压范围和低压范围相互隔断。液压接杆补偿可能存在间隙(例如由于热膨胀所引起的)，喷嘴借助于紧挨着控制室的共轨压力保持关闭状态。压电执行器起作用时就将伺服阀打开，从而使控制室中的压力降低，喷嘴开启。若伺服阀关闭，控制室中的压力随之增大，喷嘴针阀也随之关闭。CRS压电喷油器——工作过程特点1.高喷压200MPa2.没有机械力通过推杆作用在喷嘴针阀上，运动质量和摩擦大大降低3.稳定性和喷油误差比通常的电磁阀控制喷油系统明显改善4.伺服阀与喷嘴针阀的紧密连接使得针阀对压电执行器的动作能直接作出迅速的反应，控制始点与喷油始点之间的延迟时间总共约150μs，这样就能获得高的针阀速度和重复性较好的最小喷油量5.液压传递路线从152mm缩短至42mm，减少了2/3。最大的喷嘴针阀运动速度可达1.3m/s，要比电磁阀式共轨喷油系统约高一倍6.很短的喷射间隔7.在整个发动机使用寿命期内能做到无泄漏运行，避免了有害的功率损耗，充分挖掘了降低燃油耗的潜力多级喷射：在压缩上止点附近，3~4ms内，精确控制喷射5、6次InjectionRate-60TDC+60+120°CA与传统电磁控制喷油器性能比较共轨优势•与欧2柴油机的继承性好，除油系统以外的所有零部件都可以通用•低速喷油压力高，发动机低速扭矩大•多次喷射，能实现欧5/欧6排放标准•油泵凸轮扭振小，发动机噪声低•……谢谢！