共轨式柴油机系统的工作过程

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共轨式柴油机系统的工作过程
该供油系统主要由各种传感器、ECU、各种执行器及连接线束组成，系统供油过程由电控单元（ECU）进行自动控制。ECU除了直接控制供油系统内的有关执行器外，还控制EGR系统、空调、电风扇等与柴油机工作有关的其他。

系统组成 ：脚踏板位置传感器,转速传感器,相位传感器,共轨及压力传感器,空气流量传感器, 喷油器 , 真空调节器,高压油泵及进油计量比例阀和阶跃回油阀 ,EGR阀
  

共轨式柴油机主要由传感器群、ECU、执行器群及连接这些零部件的线束组成。传感器有水温传感器、发动机转速传感器、凸轮轴相位传感器、脚踏板位置传感器、空气流量传感器、共轨压力传感器等。执行器部分由低压油路、高压油路构成，低压油路部分由油箱、输油管、燃油滤清器、输油泵、高压油泵的低压区组成；高压油路部分由高压油泵高压区、共轨、高压油管、喷油器等部件组成。
  

系统功能
  

•柴油机的供油提前角，供油量，供油规律均由ECU根据不同工况通过喷油器上的电磁阀进行控制，喷油压力由ECU根据不同工况的需要，接受脚踏板位置传感器，空气流量（进气）传感器，凸轮相位传感器，发动机转速等信号，通过高压油泵上的电磁阀进行控制。因此，高压油泵只是独立的燃油压力源，高压油泵产生的被ECU控制的燃油压力蓄压于共轨中，共轨以该压力向喷油器供油。
  

低压油路部分
  

•低压部分油路为高压部分油路供给足够的油量，主要零部件有：油箱，低压回路的进、出油管，燃油滤清器，输油泵，高压泵的低压区。
  

输油泵

•输油泵的工作是向高压泵供给足够的燃油量。在各种工作状态、在不同的必要的压力下、在整个工作寿命期都必须满足上述要求。
  

•目前，有两种可能的形式。电子滚子式输油泵是一种标准型式；另一种是机械齿轮驱动的输油泵。
  

齿轮式输油泵
  

齿轮式输油泵用来给高压油泵提供燃油。主要零件是两个在旋转时相互啮合的反转齿轮
  

•燃油被吸入泵体和齿轮之间的空腔内，并被输送到压力侧的出油口，旋转齿轮间的啮合线能保证良好的密封，能防止燃油回流。

•齿轮式输油泵的供油量与发动机转速成比例，齿轮泵的供油量在进油口端的节流阀或者出油口端的溢流阀限制。

•齿轮式输油泵是免维护的。在第一次起动前或油箱内燃油被用尽时，起动前应排出燃油箱系统内的空气。排出空气时，用手动泵压送柴油直到油路中没有空气为止，手动泵是和柴油滤清器做成一体的。
  

燃油滤清器
  

•燃油中若含有杂质，将导致油泵零部件、出油阀、喷油嘴的损坏。因此必须装用燃油滤清器，燃油滤清器必须符合喷射系统的特定要求，否则燃油 供给系统正常运转和相关元件的使用寿命将无法得到保证。柴油中含有可溶性乳状液或者自由水（例如：用于温度变化的冷却水），若这种水进入喷射系统，将会引起燃油系统元件的穴蚀。柴油机带有油水分离器的燃油滤清器，可以把水从水分收集器中排出。随着柴油机使用时间的增加，燃油滤清器的水分收集器水位达到一定高度时，通过自动报警装置报警灯来提示的，驾驶员需进行水分收集器排水作业。
  

高压部分（油路）

•共轨系统的高压部分被分成高压发生器（高压泵）、压力蓄能器（共轨）和燃油计量元件（电磁阀）。 主要的零部件：配有电磁阀的高压油泵（CP1H型），共轨，共轨压力传感器，喷油器。

高压油泵

•高压油泵是高压回路和低压回路的分界面，在所有工况下，它主要负责在车辆的整个使用寿命中供给足够的高压燃油，同时还必须保证为使发动机迅速起动所需要的额外的供油量和压力要求。

•高压油泵不断的产生共轨所需的系统压力。这就意味着燃油并不是在每个单一的喷射过程都必须被压缩（相对于传统的系统燃油）。

•高压油泵安装在与传统柴油机分配泵相同的位置上。它是通过带轮发兰、带轮、齿带由发动机驱动。高压泵借以低压油路过来的燃油润滑。高压油泵上安装有用来进行压力控制的电磁阀  。燃油被三个成辐射状安装互隔 120°的泵油柱塞压缩，高压泵每转一圈，有三次供油，峰值驱动扭矩较低，油泵驱动系统 保持较稳定的负荷。共轨系统比传统的喷射系统在泵的驱动方面具有较少的负荷 。所需的动力是随着共 轨压力和泵的速度（供油量）成比例上升的。 对于一个 2 升发动机，在标定转速共轨压力 为 145Mpa 时，高压油泵仅需要 3.8kw 功率消耗（保证油泵效率接近 90％）。

•输油泵将燃油从 油箱泵吸,经过带有油水分离装置的燃油滤 清器到达高压泵的进 油口。输油泵使燃油经安全阀的节流孔，进入高压泵的润滑和冷却 回路。凸轮轴使三个泵的柱塞按照凸轮的外 形上下运动。

•当 供油油压超过 安 全 阀 的 开 启 压 力 （0.5～1.5bar），高 压泵的柱塞正向下运动时（吸油行程）  ， 输油泵能使燃油经高压泵进油阀进入柱塞腔。在高压泵柱塞越过下止点后，进油阀关闭。这样 ，柱塞腔内的燃油被密封，它将以高于供油压力的油压被压缩，油压的升高一旦达到共轨的油压，出油阀被打开，被压缩的燃油就进入了高压循环。柱塞继续供给燃油，直至到达上止点（供油行程） ，压力减小，导致出油阀关闭，仍然在柱塞腔内的燃油压力也下降，柱塞又向下运动。只要柱塞腔内的压力降至低于输油泵的供油压力时，进油阀又开启，吸油过程又开始。

•高压泵是为大供油量而设计的，在怠速和部分载荷的工况下，过量高压燃油经压力控制阀流回油箱。由于回油箱的燃油是被压缩过的，这部分压缩功不仅对燃油不必要的加热，而且降低油泵的效率。 这个问题通过关闭一个油缸的办法得到补偿。

•当一个油缸被关闭时，将导致进入共轨的燃油量下降。这项功能通过使某一个进油阀保持常开来实现。当电磁阀被触发时，一个与它连接的销轴持续使进油阀打开，该油缸被断开。结果，被引入油缸内的燃油在供油行程不能被压缩，因为在部件腔内没有压力产生，燃油又流回低压管道。当需要较小动力时， 一个油缸被断开，高压泵不是连续而是间歇的供给燃油。

•高压泵的供油率与它的旋转速度成正比例的，与油泵及发动机转速有关。确定喷油泵传动比的依据是使得喷油泵的供油量与发动机对燃油系统的性能要求相适应；同时需保证在加速踏板踩到底的情况下的发动机燃油量的要求须覆盖全部工况范围。高压泵与曲轴，传动比为 1：2。

安装在高压油泵上的阶跃回油阀的作用是保持进油计量比例阀燃油进油口处的油压为0.5Mpa。

共轨压力传感器

•为了输出一个相对于给定压力的电压给 ECU，共轨压力传感器必须测量共轨的燃油压力，压力传感器需保证足够的精度和响应速度。

•共轨压力传感器由以下几部分构成：

•－  焊接在压力装置上的集成的传感器部件；

•－  装有电子检测回路的印刷电路板；

•－  装有电子插入式连线的传感器外壳。

•  燃油通过共轨上的一个小孔流向共轨压力传感器，它的尽头是用传感器膜片密封。有压力的燃油通过一个盲孔到达传感器膜片。一个将压力信号转换为电信 号的传感器部件（半导体装置）被安装在此膜片上，传感器产生的信号被输入一个用于放大拾取信号并将它送入 ECU 的检测回路。

•共轨压力传感器的工作如下：当膜片形状变化时，连接于膜片的电阻层阻值也将改变。系统压力的建立，导致膜片形状变化（近似于在 1500bar 时 1mm）， 改变的电阻值将引起通过 5v 电桥的电压变化。电压变化范围为 0～70mv（依赖 于应用压力），并且被放大电路增幅至 0.5～4.5v。精确的压力测量值是系统准确工作的必要前提，这就是为什么共轨压力传感器在压力测定过程中只有很小的 公差的原因之一。在主要的工作范围，测量精度近似于燃油压力读取值的±2％。 若共轨压力传感器损坏，压力控制阀的触发也失去作用，ECU 将启用紧急停车功能。

•共轨存储高压燃油，由于高压泵的供油和燃油喷射产生的高压 振荡在共轨容积中衰减，这样保证在喷油器打开时刻，喷射压力维持定值。 共轨同时起燃油分配器作用。

•共轨上装有用来测量供油压力的共轨压力传感器及流量限制器。
  

•由高压油泵过来的高压燃油通过高压油管到达共轨的进油口。通过进油口燃油进入共轨并被分配到各个喷油嘴。

•燃油压力由共轨压力传感器测量并通过ECU和高压油泵电磁阀调节到所要求的压力值。      

•共轨内部永久充满压力油。高压下的燃油可压缩性被用来产生储压作用，当燃油从共轨送到喷油器进行喷射时，即使喷油量较大，共轨内的压力保持实质上的定值。

•喷油时刻和喷油量的调整是通过电子触发的喷油器实现的。喷油器由孔式喷油嘴 ，液压伺服系统和电磁阀组成， 燃油来自于高压油路，经通道流向喷油嘴，同时经节流孔流向控制腔，控制腔与回油管路相连，途径一个受电磁阀控制其开关的泄油孔。
  

•泄油孔关闭时，作用于针阀控制活塞的液压力超过了它在喷油嘴针阀承压面 的力，结果，针阀被迫进入阀座且将高压通道与燃烧室隔离，密封。

•当喷油器的电磁阀被触发时，泄油孔被打开，针阀控制腔的压力下降，作用于活塞顶部的压力也随 之下降。一 旦压力降至低于作用于喷油嘴针阀承压面上的力，针阀被打开，燃 油经喷孔喷入燃烧室 。即采用了一套液压放大系统 ，电磁阀打开泄油孔使得针阀控制腔压力降低，从而产生控制柱塞的上下压差，在压差作用下打开针阀。

•此外，燃油还在针阀和控制柱塞处产生泄漏，这些油通过回油管，会同高压泵和压力控制阀出来的回油共同流回油箱。

•在发动机运转和高压泵产生压力的状态下，将喷油器工作过程划分为四个阶段：

•－  喷油器关闭（有高压时）；

•－  喷油器打开（开始喷射）；

•－  喷油器完全打开；

•－  喷油器关闭（喷射结束）。 。

•这些工作阶段是由于作用于喷油器各零部件的分配力所导致的 。 发动机停机，共轨中没有压力时，喷油嘴弹簧压力使喷油器关闭。

•喷油器关闭（自由状态）：  在自由状态，电磁阀没有通电。泄油孔关闭，                                  电磁阀的回位弹簧使枢轴的球阀顶在泄油孔座上，共轨高压在针阀控制腔内建立，同样的压力也存在于喷油嘴的承压腔内。共轨压力作用于控制活塞的顶端内，与喷油嘴弹簧力共同作用，   克服由承压腔产生的针阀开启力，维持喷油嘴在关闭位

•喷油器打开（开始喷射）：喷油器处于它的自由状态，电磁阀通以能保证它快速打开的峰值电流。由电磁触发产生的力超过了阀的弹簧力，触发器打开了泄油孔。几乎同时，较高的拾取电流降至较低的电磁铁所需的维持电流，磁路的磁隙变小使得仅需较小的维持电流使得控制阀保持开启状态。当泄油孔打开时，燃油将从针阀控制腔流入位于它上方的空腔，燃油并由此经回油管回到油箱。泄油孔破坏了绝对的压力平衡，最终在针阀控制腔内的压力也下降。这导致针阀控制腔内的压力低于仍与共轨有相同压力水平的喷油嘴承压腔的压力，针阀控制腔内压力的减小，导致作用于控制活塞顶端的压力减小，最终喷油嘴针阀打开，喷射开始。

•喷油嘴针阀的打开速度取决于流过控制腔的进、泄油孔时的不同流量。控制活塞到达上方的停止位置，喷油器喷油嘴完全打开，且燃油以几乎与共轨内的相同压力喷入燃烧室内。

•喷油器关闭（喷射结束）：一旦电磁阀结束触发，电磁阀弹簧使枢轴向下运动，球阀将关闭泄油孔。燃油经进油口进入针阀控制腔建立压力，这个压力与共轨内的压力相同，这个力再加上弹簧力，超过了由承压腔产生的力，所以喷油器针阀关闭。喷油器针阀的关闭速度取决于进油孔的流量，一旦喷油嘴针阀下降至针阀座密封位置时，喷射停止。

•EDC （Electronic Diesel Control）电控单元，传感器为EDC电控单元提供发动机的当前工况信息，电控单元对传感器的信号进行分析以后，根据预定的控制策略对执行器发出控制信号，控制喷油量、喷油始点、废气再循环和电热塞系统。EDC电控单元通过喷油量、发动机转速和冷却水温等信号确定最优喷油始点，给喷油泵中的电磁阀发出相应的控制信号。

•EDC系统模块,共轨用电子柴油机控制装置（EDC）主要包括三个系统模块：

1.用于收集运行条件和期望值的传感器和设定值发生器。它可将不同的物理参数转换成电子信号。

2.ECU 根据特定的数学计算方式将信息处理成电子输出信号。

3.执行机构，将ECU 的电子输出信号转换成机械参数。

TF-W型温度传感器中使用负阻系数的温度电阻（NTC）。

•温度传感器的温度电阻作为5V分压电路的一部分，温度传感器的两端与受 压电路相连接，当温度传感器的温度电阻随温度发生变化时，受压电路的电压 发生变化，该电压被输入到ECU接口模数转换电路。电压与温度之间的关系特性曲线被存储在ECU中。

转速传感器

•传感器安装正对着铁磁体的触发轮，它们之间被较小的空气间隙隔开。在传感器内部有一个软铁芯，该铁心被线圈包围，并与一个永久磁铁相连。

•永久磁铁发出的磁场通过软铁芯

•传到触发轮，磁场的强度受到触发轮与传感器间的磁隙的影响，当触发轮轮齿向传感器接近时， 磁场强度变强，当触发轮轮齿远离传感器时磁场强度变弱。当触发轮旋转时，将会产生一个交变的磁场，从而使得电磁线圈产生一个正弦感应电压，交变电压的振幅随着触发轮转速的提高而加大（几mV…>100V）

霍尔效应相位传感器

•霍尔线型传感器使用霍尔效应原理，一个铁磁体的触发轮随凸轮轴一起转动，霍尔效应的集成电路安装于触发论和永久磁铁间，永久磁铁产生垂直于霍尔元件的磁场。

•如果其中一个触发轮齿通

•过栽流线型传感器元件（半导体晶片），它改变了垂直于霍尔元件的磁场强度，这将使得在长轴方向电压下驱动的电子向垂直于电流的方向偏离，从而在该方向产生mV级电压信号，其幅值与传感器相对于触发轮的转速有关。与传感器霍尔集成电路制成一体的计算电路对信号进行处理并以方波信号输出。

脚踏板传感器

电位计型加速踏板位置传感器以分压电路原理工作，计算机供给传感器电路5V电压。加速踏板通过转轴与传感器内部的滑动变阻器的电刷连接，加速踏板位置传感器的位置改变时，电刷与接地端的电压发生改变，计算机内部的受压电路将该电压转变成加速踏板的位置信号
  

热膜式空气流量传感器
  

热膜式空气流量计是一个带有逻辑输出的空气质量传感器，为了获得空气流量，传感器元件上的传感器膜篇被中间安装的加热电阻加热， 膜片上的温度分配被与加热电阻平行安装的温度电阻测量。通过传感器的气流改变了膜片上的温度分配，从而使得两个温度电阻的电阻值产生差异。电阻值的差异取决于气流的方向和流量，因此空气流量传感器对空气的流量和方向具有较高的要求。如需要可以在传感器内部安装进气温度传感器，用以测量进气温度

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电工小陈

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