高压共轨

柴油机高压共轨技术发展状况随着世界能源危机和环境污染的加重,为了节约能源、降低排放,使得柴油机电控喷射技术得到了飞速的发展。既要想保住直喷柴油机卓越的燃油经济性能,又要满足日益严格的排放法规,最重要的一步还是改善燃烧过程,而燃油喷射系统的性能又是影响柴油机燃烧过程至关重要的环节。高压共轨电控燃油喷射技术的应用则发挥了巨大的威力,进一步降低燃油消耗、增强了动力性能和满足了更加严格的排放法规,并使系统具有更高的喷射压力和更加灵活的喷油方式。目前,国外在柴油机电控共轨喷射系统方面的研究与发展正进行得如火如荼,并有多种高压共轨系统投入使用。共轨技术简介共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中,将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管,通过对公共供油管内的油压实现精确控制,使高压油管压力大小与发动机的转速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化,因此,也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量,喷油量大小取决于燃油轨(公共供油管)压力和电磁阀开启时间的长短。共轨技术的特点与现状它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。该技术的主要特点是：1.采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀；2.采用共轨方式供油；3.高速电磁开关阀频响高，控制灵活；4.系统结构移植方便，适应范围宽。这一技术的研究与开发热点在于：（1）如何解决高压共轨系统的恒高压密封问题；（2）如何解决高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题；（3）如何解决高压共轨系统的多MAP（三维控制数据表）优化问题；（4）如何解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。高压共轨系统的结构燃油系统：油箱、管路、过滤器、齿轮泵、燃油计量单元、柱塞泵、共轨管、喷油器。电控系统:ECU、传感器、执行器。主要部件介绍高压油泵高压油泵的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生于燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮。日电装公司采用了一个三作用凸轮的直列泵来产生高压，如图2所示。该高压油泵对油量的控制采用了控制低压燃油有效进油量的方法，其基本原理如图3所示。a柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔；b柱塞上行，但控制阀中尚未通电，处于开启状态，低压燃油经控制阀流回低压腔；c在达到供油量定时时，控制阀通电，使之关闭，回流油路被切断，柱塞腔中的燃油被压缩，燃油经出油阀进入高压油轨。利用控制阀关闭时间的不同，控制进入高压油轨的油量的多少，从而达到控制高压油轨压力的目的；d凸轮经过最大升程后，柱塞进入下降行程，柱塞腔内的压力降低，出油阀关闭，停止供油，这时控制阀停止供电，处于开启状态，低压燃油进入柱塞腔进入下一个循环。共轨管共轨管将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中，起蓄压器的作用，ECD-U2系统的供轨管如图所示。它的容积应削减高压油泵的供油压力波动和每个喷油器由喷油过程引起的压力震荡，使高压油轨中的压力波动控制在5Mpa之下。但其容积又不能太大，以保证共轨有足够的压力响应速度以快速跟踪柴油机工况的变化。ECD-U2系统的高压泵的最大循环供油量为600mm3，共轨管容积94000mm3。高压共轨管上还安装了压力传感器、液流缓冲器（限流器）和压力限制器。压力传感器向ECU提供高压油轨的压力信号；液流缓冲器（限流器）保证在喷油器出现燃油漏泄故障时切断向喷油器的供油，并可减小共轨和高压油管中的压力波动；压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时，迅速将高压油轨中的压力进行放泄。电控喷油器电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用根据ECU发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。高压油管高压油管是连接共轨管和电控喷油器的通道，它应有足够的燃油流量减小燃油流动时的压降，并使高压管路系统中的压力波动较小，能承受高压燃油的冲击作用，且起动时共轨中的压力能很快建立。各缸高压油管的长度应尽量相等，使柴油机每一个喷油器有相同的喷油压力，从而减少发动机各缸之间喷油量的偏差。各高压油管应尽可能短，使从共轨到喷油嘴的压力损失最小。低压油管低压供油部分,除采用钢管外还可使用阻燃的包有钢丝编织层的柔性管。油管的布置必须能够避免机械损伤，并且在其上滴落的燃油既不能聚积，也不会被引燃。输油泵输油泵的任务是在任何工况下，为燃油提供所需的压力，并在整个使用寿命期内，向高压泵提供足够的燃油。传感器在共轨喷射系统中，除了测定发动机实际运行状态的传感器（如空气流量传感器、增压压力传感器、水温传感器、燃油温度传感器、油门开度传感器等）外，还须安装压力传感器来准确测量共轨管内的压力。一般要求共轨压力传感器的测量范围是20-180MPa,测量精度要求达到士2%-3%，而且还应在各种运行工况下都能有很高的可靠性共轨技术的原理及工作情况原理：共轨式电控燃油喷射技术通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。工作情况：低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的map图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。高压共轨技术特点高压共轨式喷油系统采用高压供油泵，将高压燃油储存在轨道内并保持一个高压环境，依靠喷油器电磁阀的开闭控制喷油时间和喷油量。高压共轨喷油系统的轨道压力始终保持在设定值，便于实现喷射的灵活控制，容易实现单循环多次喷射。独特的技术使其更容易达到欧Ⅲ标准之后更高的排放要求。其特点如下：(1)共轨喷油器高速电磁阀一次喷射最多可进行5次脉动，要求响应速度更快，对电子控制要求较高。(2)共轨轨道压力较高(一般为150～180MPa)，焊接和铆接工艺水平要求高，一旦发生漏油，可能会危及到人员的安全。(3)轨道和高压油管始终处在高压环境下，对密封材料和金属材质的要求更高。(4)对燃油品质比较敏感。油品中会对燃油系统产生不良影响的是燃油中的水分、杂质和芳香烃等，杂质会加速运动副磨损甚至使其卡死，芳香烃会使橡胶失去弹性从而影响密封。维护保养1.高压共轨系统为保证高压喷射，精确流量控制，其各组成部分的精度都非常高，偶件间隙控制相当严格，部分直线度在0.8微米以下，偶件间隙在1.5－3.7微米之间，所以对柴油清洁度提出了很高的要求。传统的柴油滤清器只能过滤10微米以上的颗粒，3微米的颗粒过滤效率很差。高压共轨系统要求滤清器提供95％的水分离效率和98.6％的3－5微米的颗粒过滤效率。目前满足该性能要求的柴油滤清器均被国外公司垄断，主机厂配套几乎都是国外公司的进口产品或外资企业在国内的投资工厂生产，目前也有民族品牌进入主机配套，如苏州工业园区的达菲特。这些企业的产品质量可靠，主要的有：外资企业：曼.胡（MH）、帕克(Parker)、费列加(Fleetguard)、博世(BOSCH)等；国产品牌有如达菲特（DIFITE）等。2.目前高压共轨系统部件成本昂贵，如果按使用说明定期更换滤清器会造成喷油器，高压泵损坏，维修成本相当昂贵。以目前一台重卡的喷油气体为例，大概需要1500元以上的费用。谢谢！制作：王修龙赵全景讲课:胡伟涛