柴油機電控燃油噴射系統技術解析

現在的柴油發動機大多使用了電控噴射系統，與傳統的機械噴射系統相比，電控噴射系統可以有效的提高柴油機的動力性和經濟性，同時大幅度的降低尾氣的污染。今天我們就來簡單說說柴油機電控噴射系統的工作原理和組成結構。

柴油機可燃混合氣形成有什麼特點

1．混合空間小、時間短：供油的持續時間只有汽油機的1/20～1/10，只佔曲軸轉角的15°～35°

2．混合氣不均勻，α值變化範圍很大：大負荷時噴油量多、α值小、混合氣濃；怠速時噴油量少、α值大、混合氣稀，α值可達4～6。

3. 邊噴邊燃，成分不斷變化。

柴油機燃燒過程

燃燒過程可以分為四個階段：

備燃期Ⅰ：從燃油噴出（A點）到出現火焰中心（B點）為止。

備燃期特點：

1、首先著火的是濃度合適是地方，火源是位置和數量是不固定的；

2、此時噴入的油量占每循環供油量的30%----40%；

3、備燃期積油量越多，達到一定程度時，一旦燃燒，由於同時著火的油量多，壓力升高率過大，衝擊性的壓力是燃燒噪音加大，工作粗暴，機件磨損加劇。

速燃期Ⅱ：從出現火焰中心（B 點）到產生最大壓力點（C點）為止。

速燃期特點：

1、活塞正靠近上止點，燃燒幾乎在等容下進行；

2、由於速燃的結果，造成了邊噴油邊燃燒的有利條件；

3、這一階段進行的好壞的標誌是工作是否平穩、柔和，它決定於上一時期積油量的多少，積油量越少，壓力升高率越低，工作越平穩柔和。

緩燃期Ⅲ：從最高壓力點（C點）到最高溫度點（D點）為止。

緩燃期特點：

1、由於容積的增大，燃燒近似在等壓下進行；

2、前期燃燒速度快，後期由於氧氣減少，廢氣增多，燃燒速度越來越慢，燃燒條件越來越壞，某些缺氧區域出現燃燒不完全現象，易造成排氣污染；

3、緩燃期終了溫度可達2000---2300K，放熱量達到每循環總放熱量的70%---80%；

4、怠速時，由於噴油量少，這一階段不出現。

后燃期Ⅳ：從最高溫度點（D點）到燃料基本燒完（E點）為止。 后燃期特點：

1、氣缸容積加大，壓力和溫度降低，有效的熱量已經很少；

2、氣流運動減弱，廢氣量增多，燃燒條件比緩燃期更惡劣，形成碳煙的可能性更大；

3、這一時期的延長將使發動機排氣溫度升高，發動機過熱，導致動力性和經濟性降低。

由於柴油機這樣的燃燒特點，所以，柴油機供油系統有自己獨特的噴油規律：如果開始噴油速率大，則工作粗暴，雜訊大；如果後期噴油速率小，則補燃增加，經濟性差；如果平均噴油速率小（噴油時間長），燃燒速度慢，動力性和經濟性差。因此理想噴油規律：先緩后急，並盡量縮短噴油時間。這樣傳統的機械式燃油供給方式已經很難滿足柴油機的噴油規律，因此，電控柴油噴射系統應運而生。

現在的柴油電控系統大多採用高壓共軌系統，也有部分車型使用了單體泵和泵噴嘴，但是比較少見。

柴油機電控燃油噴射系統的優點

1、改善低溫起動性

電子控制系統能夠以最佳的程序替代駕駛員進行這種麻煩的起動操作，使柴油機低溫起動更容易。

2、降低氮氧化物和煙度的排放

採用柴油機電控技術，可精確地將噴油量控制在不超過冒煙界限的適當範圍內，同時根據發動機工況調節噴油時刻，從而有效地抑制排煙。

3、提高發動機運轉穩定性

採用柴油機電控系統，無論負荷怎樣增減，都能保證發動機怠速工況下以最低的轉速穩定運轉，有利於提高其經濟性。

4、提高發動機的動力性和經濟性

柴油機電控系統中，ECU根據感測器信號精確計算噴油量和噴油正時。從而提高發動機的動力性和經濟性。

5、控制渦輪增壓

採用電子控制技術可以對增壓裝置進行精確的控制。

6、適應性廣

只要改變ECU的控制程序和數據，一種噴油泵就能廣泛用在各種柴油機上，而且柴油機燃油噴射控制可與變速器控制、怠速控制等各種控制系統進行組合實現集中控制，有利於縮短柴油機電控系統開發周期，並降低成本，從而擴大柴油機電控系統的應用範圍。

高壓共軌系統由五個部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元、各類感測器和執行器。

工作過程：

供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的進油口，由發動機驅動的高壓油泵將燃油增壓後送入共軌腔內，再由電磁閥控制各缸噴油器在相應時刻噴油。

共軌電控噴射系統中，最重要的控制就是噴油器噴射過程的控制，一般都採用帶有電磁閥、具備預噴射功能的電控噴油器。具體噴射過程如下：

預噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內發生預混合或者部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內壓力升高率和峰值壓力都會下降，發動機工作比較緩和，同時缸內溫度降低使得NOX排放減小。預噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統的冷起動性能。主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內噴入氣缸內的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時間從而縮短緩燃期，使燃燒在發動機更有效的曲軸轉角範圍內完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳氫排放。

柴油機電控燃油噴射系統感測器

加速踏板位置感測器

功用：又稱負荷感測器，用來檢測加速踏板被駕駛員踩下的位置及位置變化。

凸輪軸/曲軸位置感測器

凸輪軸位置感測器：檢測曲軸轉角基準。 曲軸位置感測器：檢測曲軸轉角。

功用：產生的信號用於供（噴）油正時控制。

安裝位置：曲軸、凸輪軸或飛輪處；

供（噴）油量感測器

功用：用來檢測柴油機的實際供（噴）油量，產生的信號用來實現供（噴）油量的閉環

供（噴）油正時感測器

功用：用來檢測柴油機的實際供（噴）油正時，產生的信號用來實現供（噴）油正時的閉環控制 。

壓力感測器

柴油機電控系統中的壓力感測器包括：進氣管絕對壓力感測器、增壓壓力感測器、大氣壓力感測器、排氣壓力感測器、壓差感測器、燃油壓力感測器。常用類型：壓敏電阻式、壓電式和電容式三種。

溫度感測器

功用:檢測進氣溫度感測器、冷卻液溫度感測器、燃油溫度感測器、排氣溫度感測器等。 用來檢測發動機各部位的溫度，以修正供油量和供油時刻，還可以控制發動機的排氣污染。

空氣流量感測器

功用：測量進氣量，用於進氣控制和廢氣再循環控制。

柴油機電控燃油噴射系統主要附件

低壓輸油泵：低壓輸油泵的輸出油壓一般在1MPa以下，作用

是將柴油從油箱中吸出來供給高壓油泵。

高壓輸油泵：高壓油泵的主要作用是供給柴油機足夠的高壓柴油，同時保證柴油機迅速起動所需額外供油量和壓力要求。

柴油濾清器

功用：濾除柴油中的雜質和水分。

常用的柴油濾清器為整體不可拆式，它旋裝在泚清器座上 。一般

有粗濾和細濾兩種。

共軌

功用：貯存高壓輸油泵提供的高壓燃油，並根據需要分配給各噴油器，即起蓄壓器的作用；此外，共軌應能抑制高壓油泵供油和噴油器噴油時引起的壓力波動，以保持共軌中壓力的穩定。

共軌—流量限制器

功用：在非常情況下防止噴油器常開並持續噴油，即：一旦某噴油器常開並持續噴油，導致共軌輸出的油量超過一定限值，流量限制器則會關閉該噴油器的供油通道上。

原理：由於彈簧和節流孔的作用，使限制閥向下移動的量隨噴油速率增加而增大。噴油器異常泄漏使「噴油」速率和噴油量超過正常噴油最大值，限制閥完全關閉停止給噴油器供油。

共軌—限壓閥

位置：一般安裝在輸油泵內或共軌上。

功用：限制共軌中的最高壓力 。

原理：彈簧的預緊力根據規定的共軌最高壓力調定。閥左側承受的共軌壓力超過右側的彈簧力時，閥右移離開閥座，共軌中的燃油經限壓閥流回油箱或輸油泵進油側，使共軌壓力下降。

調壓閥

位置：一般安裝在輸油泵出口或共軌上。

功用：根據ECU的指令實現對共軌壓力的閉環控制。

原理：占空比控制型電磁閥。

與限壓閥的主要區別：限壓閥限制的最高壓力取決於彈簧力，只能在其限制的最高壓力附近調節壓力且響應速度慢；調壓閥則可在寬廣的範圍內按ECU指令調節油壓，且響應速度快。

噴油器：

採用的是電磁閥式噴油器，由孔式噴油嘴和電磁閥（噴油器電磁閥的靈敏度為0.2 ms左右）等組成。噴油器噴孔的數量一般為6個左右。來自高壓共軌的高壓燃油，經油道流向噴油嘴，同時經節流孔流向針閥控制腔，針閥控制腔通過球閥控制的泄油孔與回油管路相連。

當噴油孔的電磁閥不通電時，泄油孔關閉，作用在針閥控制活塞頂部的壓力大於作用在針閥承壓面上的壓力，針閥被迫進入閥座而將高壓油道與燃燒室隔離。當噴油器的電磁閥通電時，泄油孔被打開，針閥控制腔的壓力降低，作用於針閥控制活塞頂部的壓力也隨之下降。一旦壓力降至低於作用於噴油嘴針閥承壓面上的壓力，針閥上升，燃油經噴油嘴噴孔噴入燃燒室。此外，在控制柱塞處泄漏的燃油，通過回油管和高壓油泵出來的回油一起流回燃油箱。

老侯點評

柴油機電控噴射系統是在汽油機電控噴射系統基礎上發展而來的，所以二者的基本結構與控制方式基本相同，區別只是柴油電控噴射系統壓力更高，噴油器更複雜，並且沒有點火控制。同時採用電控噴射系統版本很多，有博世的、電裝的、德爾福的等等，各家的結構和控制方式略有差別，但基本的功能是一樣的。

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