柴油機(jī)高壓共軌及其油壓控制

李明誠(chéng)

柴油機(jī)高壓共軌及其油壓控制

李明誠(chéng)

為了實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、減少排放的總目標(biāo)，柴油機(jī)由純機(jī)械控制升級(jí)為電子控制屬必由之路。柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)電子控制的首選方案，是采用高壓共軌柴油噴射系統(tǒng)。目前高壓共軌柴油噴射系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家主要有博世、德爾福、西門子、電裝等幾家跨國(guó)公司，本文以博世公司的高壓共軌柴油噴射系統(tǒng)（見圖1）為例，說明共軌油壓的控制過程。

圖1　博世CP2燃油噴射系統(tǒng)布置圖

1　電噴系統(tǒng)的組成

“高壓共軌”的控制系統(tǒng)由三大部分組成——傳感器、控制器（又稱電控單元、ECU）和執(zhí)行器，控制器與傳感器和執(zhí)行器組成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。高壓共軌噴射系統(tǒng)將燃油壓力的產(chǎn)生和燃油的噴射過程完全分開，所以燃油壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，克服了常規(guī)柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化而波動(dòng)的缺陷。

高壓共軌噴射系統(tǒng)的油路分為低壓油路和高壓油路兩部分。

低壓油路包括燃油箱、帶粗濾器的輸油泵、進(jìn)油管、出油管、細(xì)濾器及高壓油泵的低壓區(qū)。低壓油路的作用是為高壓油路提供足夠的燃油量。

高壓油路包括高壓油泵、共軌壓力傳感器、油壓限制器（又稱限壓閥）、流量限制閥和噴油器。高壓油路除了產(chǎn)生高壓油以外，燃油分配和燃油計(jì)量也發(fā)生在高壓油路部分。

2　公共油軌的結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由各缸各自噴油，所以噴油壓力和噴油量難以一致，往往造成柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻、噪音大和油耗高。高壓共軌系統(tǒng)利用一個(gè)公共的油管（稱為共軌管、油軌），同時(shí)供給各個(gè)噴油器，并且提供相同質(zhì)量、相同壓力的燃油，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，并優(yōu)化柴油機(jī)的綜合性能。

共軌管是一根鍛造鋼管，內(nèi)徑10 mm左右，其外形和安裝位置如圖2和圖3所示。高壓共軌噴射系統(tǒng)利用共軌腔將高壓油泵輸出的高壓燃油蓄積起來（起蓄壓器的作用），并且由共軌管分配給各缸噴油器。油軌的較大容積有利于削減供油壓力的波動(dòng)和由噴油引起的壓力震蕩，使油軌內(nèi)的油壓波動(dòng)控制在5 MPa以下；但油軌的容積也不能太大，以保證噴射系統(tǒng)有較快的壓力響應(yīng)速度，并即時(shí)跟蹤柴油機(jī)的工況變化。

圖2　激光焊接油軌的外形

圖3　油軌在發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝位置

3　油軌壓力的控制

在公共油軌上，安裝了共軌壓力傳感器、油壓限制閥和流量限制閥（見圖4），其中軌壓傳感器向ECU提供共軌燃油的壓力信號(hào)。

圖4　共軌管及其軌壓傳感器、油壓限制閥與流量限制閥

（1）油軌壓力傳感器。膜片式油軌壓力傳感器的安裝位置如圖5所示。

膜片式油軌壓力傳感器的工作原理如下：在該傳感器的膜片上設(shè)置了半導(dǎo)體敏感元件，當(dāng)高壓燃油經(jīng)過壓力室的小孔流向膜片時(shí)，膜片的形狀發(fā)生改變，膜片涂層的電阻發(fā)生變化，并產(chǎn)生電壓變化，于是向ECU發(fā)送油壓的電信號(hào)，見圖6。

圖5　油軌壓力傳感器的安裝位置及插接器端子

圖6　膜片式油軌壓力傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖7　流量限制閥剖視圖

如果柴油機(jī)難以啟動(dòng)，證實(shí)是油軌壓力不足引起，應(yīng)當(dāng)使用故障診斷儀檢查油軌壓力傳感器的初始電壓值是否為0.5 V左右，設(shè)定的油軌燃油壓力是否為30～50 MPa。

（2）油壓限制閥（簡(jiǎn)稱限壓閥）。由于高壓油泵的柱塞屬于間歇性泵油，加上噴油器的短暫噴射，所以共軌管內(nèi)的燃油壓力可能發(fā)生波動(dòng)，為此設(shè)置了限壓閥。在正常壓力下，限壓閥柱塞的錐形頭部與閥體的密封座保持關(guān)閉，彈簧力使柱塞緊緊地壓在密封座上，使共軌管保持密封狀態(tài)；當(dāng)油軌內(nèi)燃油出現(xiàn)異常的高壓力，并且超過限定值時(shí)，彈簧受壓縮，柱塞被頂起，限壓閥的溢流口打開，燃油溢出，迅速泄放部分燃油，使油軌壓力下降，從而穩(wěn)定油軌壓力。

（3）流量限制閥。流量限制閥（見圖7）的功用是在某個(gè)噴油器關(guān)閉不嚴(yán)的情況下阻止連續(xù)噴油，防止大流量泄漏。只要從油軌流出的燃油量超過一定限值，流量限制閥立即關(guān)閉通往故障噴油器的油路，能夠減小共軌管和高壓油管中的油壓波動(dòng)。

上海市浦東新區(qū)東昌新村21號(hào)303室，200120