电控柴油机喷油器与电控汽油机喷油器工作原理比较

电控柴油机喷油器与电控汽油机喷油器工作原理比较1:电控柴油机喷油器:柴油机电控系统的组成：柴油机电控系统由传感器(Sensors)电控器(ECU)与执行器(Actuator)三部分组成。1、传感器：传感器的功用是检测柴油机及车辆运行时的各种信息。2、电控器：电控器(ECU)是柴油机电控的核心部分。3、执行器：接受ECU传来的指令，并完成所需调控的各项任务。电控高压共轨系统电控共轨系统中，将产生高压与控制喷射的功能分开，共轨腔只起着蓄压器的作用，共轨中燃油压力可以由ECU与压力调节阀控制，不受柴油机的转速影响，低速下能保证良好的喷雾，高速下能实现柔性控制。因此增大了调节自由度和改善了控制精度。下图为Bosch公司为Daimlar-Crysler公司的奔驰轿车柴油机提供的高压共轨系统图（图1）。图1：电控高压共轨系统电控柴油机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。BOSCH和ECD-U2的电控喷油器的结构基本相似，都是由于传统喷油器相似的喷油嘴、控制活塞、控制量孔、控制电磁阀组成，图2为BOSCH的电控喷油器结构图。在电磁阀不通电时，电磁阀关闭控制活塞顶部的量孔A，高压油轨的燃油压力通过量孔Z作用在控制活塞上，将喷嘴关闭；当电磁阀通电时，量孔A被打开，控制室的压力迅速降低，控制活塞升起，喷油器开始喷油；当电磁阀关闭时，控制室的压力上升，控制活塞下行关闭喷油器完成喷油过程。控制了喷油率的形状，需对其进行合理的优化设计，实现预定的喷油形状。控制室的容积的大小决定了针阀开启时的灵敏度，控制室的容积太大，针阀在喷油结束时不能实现快速的断油，使后期的燃油雾化不良；控制室容积太小，不能给针阀提供足够的有效行程，使喷射过程的流动阻力加大，因此对控制室的容积也应根据机型的最大喷油量合理选择。控制量孔A、Z的大小对喷油嘴的开启和关闭速度及喷油过程起着决定性的影响。双量孔阀体的三个关键性结构是进油量孔、回油量孔和控制室，它们的结构尺寸对喷油器的喷油性能影响巨大。回油量孔与进油量孔的流量率之差及控制室的容积决定了喷油嘴针阀的开启速度，而喷油嘴针阀的关闭速度由进油量孔的流量率和控制室的容积决定。进油量孔的设计应使喷油嘴针阀有足够的关闭速度，以减少喷油嘴喷射后期雾化不良的部分。此外喷油嘴的最小喷油压力取决于回油量孔和进油量孔的流量率及控制活塞的端面面积。这样在确定了进油量孔、回油量孔和控制室的结构尺寸后，就确定了喷油嘴针阀完全开启的稳定、最短喷油过程，同时就确定了喷油嘴的稳定最小喷油量。控制室容积的减少可以使针阀的响应速度更快，使燃油温度对喷油嘴喷油量的影响更小。但控制室的容积不可能无限制减少，它应能保证喷油嘴针阀的升程以使针阀完全开启。两个控制量孔决定了控制室中的动态压力，从而决定了针阀的运动规律，通过仔细调节这两个量孔的流量系数，可以产生理想的喷油规律。由于高压共轨喷射系统的喷射压力非常高，因此其喷油嘴的喷孔截面积很小，如BOSCH公司的喷油嘴的喷孔直径为0.169mm×6，在如此小的喷孔直径和如此高的喷射压力下，燃油流动处于极端不稳定状态，油束的喷雾锥角变大，燃油雾化更好，但贯穿距离变小，因此应改变原柴油机进气的涡流强度、燃烧室结构形状以确保最佳的燃烧过程。图2：BOSCH电控喷油器对于喷油器电磁阀，由于共轨系统要求它有足够的开启速度，考虑到预喷射是改善柴油机性能的重要喷射方式，控制电磁阀的响应时间更应缩短。高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除燃油中的压力波动，然后再输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。其主要特点可以概括如下：共轨腔内的高压直接用于喷射，可以省去喷油器内的增压机构；而且共轨腔内是持续高压，高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。通过高压油泵上的压力调节电磁阀，可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨腔内的油压进行灵活调节，尤其优化了发动机的低速性能。通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时，喷射油量以及喷射速率，还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔。图3：压电晶体直接作用的外开式电控喷油器1：针阀2：压电执行器在各种电控喷射系统中，电控泵嘴系统和电控共轨系统均能实现高压喷射，且均采用高速电磁阀实现时间式控制方案，控制比较灵活、精确。因此这两种高压喷射系统最有发展前途。上图即为一种利用压电晶体在电场作用下能够迅速产生变形的原理来控制针阀运动的外开式电控喷油器（图3）。2:电控汽油机喷油器:汽油机电控系统的组成：现代车用汽油机电控系统的种类与型号很多，但结构与原理均大同小异，它们一般均可分为传感(Sensor)、电控器（ECU）与执行器（Actuator）三部分(图:4)。图4：汽油机电控喷射系统组成示意图电控汽油机喷油器：在所有的执行器中，喷油器无疑是最关键的一种执行器。它接受电控器送来的喷油脉冲信号，精确地计量燃油喷油量，使燃油在一定压力下及时喷射在进气道内以形成可燃混合气。对喷油器要求其动态流量特性稳定，抗堵塞与抗污染能力强，雾化性能好。就喷嘴计量孔的形式来说，可以分为轴针式和孔式两类。按进油方式不同又可分为上部(顶端)进油(图5a)和下部(侧面)进油方式(图5b)两种。前者的优点是整个燃油供给系统在发动机上安装与布置的自由度较大；后者由于直接嵌装在燃油轨中，侧面与进油总管相通，停止喷油时，回流的燃油流过喷油器起着冷却并带走气泡的作用，因此保证了喷油器在高温环境下的正常工作，这种结构还有缩短喷油器的长度，有利于降低发动机高度的优点。图5所示为两种轴针式喷油器的结构，它们由喷嘴体6、针阀7、电磁铁3等组成，当电磁线圈无电流时，喷油器的针阀在弹簧压力下关闭，当ECU发出的电脉冲信号将电磁线圈与电源回路接通时，产生磁场，吸引衔铁并带动针阀从座面上上移（针阀针程约为0.06~0.1mm，吸动与下降时间为1.0~1.5ms），燃油遂在燃油轨保持的恒定压力下，从针阀与座面之间的锥面以及轴针与喷孔之间的环形间隙喷出，针阀开启与关闭时，由于轴针在喷孔中的往复运动，使喷孔不易堵塞，另外还可以通过轴针头部不同倒锥角的设计来调节油束喷雾锥角的大小并改善喷雾。孔式喷油器种类也很多，按喷孔数目可分单孔、多孔与双孔等形式，按关闭阀门形式又可分为片阀与球阀等。在单点喷射系统中，要求油束锥角大，只能用轴针式或多孔喷嘴，在多点喷射系统中；对于2气门(一个进气门)发动机一般用油束锥角较小的轴针式喷油器或单孔喷油器，对于4气门(两个进气门)发动机则采用双孔喷油器。为了进一步改善燃油与空气的混合，采用片阀式多孔(或双孔)喷油器结构，同时还可以附加空气辅助喷雾的措施，其结构外形与工作原理如图6所示。图5：轴针式电磁喷油器a：上部(顶端)进油b：下部(侧面)进油图6：空气辅助式喷油器1：空气2：燃油3：空气—燃油混合物由图可见，空气可通过体外侧绕到片阀前与经计量孔喷出的燃油混合，从而提高了喷雾质量，改善了混合气形成，而且这个效应在部分负荷下比较显著，因为这时进气道内保持了较高的真空度，能够将气流顺利地吸人喷嘴。