电控共轨燃油系统喷油特性详解

2023-09-23 理论教育版权反馈

【摘要】：普通喷油系统中压力的产生和喷油量的计量是通过凸轮和供油柱塞来实现的。对喷油特性来讲，普通喷油系统的喷油方法会产生下列现象。在车用柴油机的高压共轨燃油喷射系统中，产生喷油压力的高压泵采用径向柱塞泵，其转速以固定的传动比与柴油机转速相关，而压力的建立与喷油量无关。在共轨喷油系统中，整个喷油过程的喷油压力近似恒定不变。

1.普通喷油系统的喷油特性

在普通的喷油系统，例如分配泵和直列泵中，只有主喷射而没有预喷射和后喷射（图4-3），而在电磁阀控制的分配泵中仅可实现预喷射。普通喷油系统中压力的产生和喷油量的计量是通过凸轮和供油柱塞来实现的。

对喷油特性来讲，普通喷油系统的喷油方法会产生下列现象。

①喷油压力随转速和喷油量的增加而升高。

②喷油过程中喷油压力上升，但到喷油终了时又降低到喷油器关闭压力。

因此，普通喷油系统的喷油会产生下列结果。

①小喷油量时的喷油压力较低。

②峰值喷油压力是平均喷油压力的两倍以上。

③喷油过程曲线近似于三角形，这有利于燃烧完善。

峰值喷油压力对喷油泵及其驱动装置构件承受的负荷具有决定性的影响。对普通喷油系统而言，它是燃烧室中混合气形成质量好坏的评价尺度。

图4-3 普通喷油系统的喷油特性图

2.共轨喷油系统的喷油特性

对理想的喷油特性，除了普通喷油特性的要求之外，还有下列要求。

①对柴油机的任何一个工况点，喷油压力和喷油量的确定都可以是互为独立的。

②喷油开始初期（即喷油开始到燃烧开始之间的着火延迟期内）的喷油量应尽可能小。

带有预喷射和主喷射的共轨喷油系统可满足上述要求（图4-4～图4-6）。

图4-4 共轨喷油系统的喷油特性图

图4-5 无预喷射时的喷油器针阀升程和压力特性曲线

共轨喷油系统采用模块式结构，喷油特性主要决定于下列组件：①电磁阀控制的喷油器，用螺纹紧固安装在气缸盖上；②压力存储器（共轨）；③高压泵；④ECU；⑤曲轴转速传感器；⑥凸轮轴位置传感器。

在车用柴油机的高压共轨燃油喷射系统中，产生喷油压力的高压泵采用径向柱塞泵，其转速以固定的传动比与柴油机转速相关，而压力的建立与喷油量无关。由于近乎连续的供油，高压泵比普通喷油系统用的高压泵小得多，设计时考虑的峰值驱动转矩也较小。

喷油器通过高压油管与共轨相连（图4-7），主要由一个喷油嘴和一个电磁阀构成。ECU使电磁阀通电，开始喷油。在一定压力下，喷入的燃油量与电磁阀的接通时间成正比，而与柴油机或泵的转速无关（时间控制的喷油方式）。喷油量可通过电磁阀的相应设计，并在ECU中采用高电压和大电流来控制，以提高电磁阀的响应特性。

图4-6 有预喷射时的喷油器针阀升程和压力特性曲线

图4-7 ECU、高压泵、共轨管和喷油器

喷油正时是通过电控系统中的角度—时间系统来控制的。为此在曲轴上装有一个转速传感器，并且为了识别缸序或相位，在凸轮轴上装有一个相位传感器。

3.燃油喷射分类

（1）预喷射预喷射可在上止点前90°曲轴转角内进行。如果预喷射的喷油始点早于上止点前40°曲轴转角，则燃油可能喷到活塞顶面和气缸壁上使润滑油稀释到不允许的程度。预喷射时，少量燃油（1～4mm³）喷入气缸，促使燃烧室产生“预调节”，从而改善燃烧效率。压缩压力由于预反应或局部燃烧而略有提高，因此缩短了主喷油量的着火延迟期，降低了燃烧压力的上升幅度和燃烧压力峰值，燃烧较为柔和。这种效果减小了燃烧噪声和燃油消耗，许多情况下还降低了排放。

在无预喷射时的压力特性曲线（图4-5）中，在上止点前的范围内，压力上升比较平缓，但随着燃烧的开始压力迅速上升，达到压力最大值时，形成一个较陡的尖峰。压力上升幅度的增加和尖峰导致柴油机的燃烧噪声明显提高。而在有预喷射的压力特性曲线（图4-6）中，在上止点前范围内，压力值略高，但燃烧压力的上升变缓。

预喷射间接地通过缩短着火延迟期而有助于柴油机转矩的增加。根据主喷射始点和预喷射与主喷射之间的时间间隔的不同，燃油消耗降低或增加。

（2）主喷射主喷射提供了柴油机输出功率所需的能量，从而基本上决定了柴油机的转矩。在共轨喷油系统中，整个喷油过程的喷油压力近似恒定不变。

（3）后喷射对于那些催化NO_x的催化器而言，后喷射的燃油充当还原剂，用于还原NO_x。它在主喷射之后的做功行程或排气行程中进行，其范围一般在上止点后200°曲轴转角内。

与预喷射和主喷射不同，后喷射的燃油在气缸中不会燃烧，而是在废气中剩余热量的作用下蒸发，带入NO_x催化器中作为NO_x的还原剂，以降低废气中NO_x的含量。

过迟的后喷射会导致燃油稀释柴油机的润滑油，其喷射范围要由柴油机制造厂家通过试验来确定。

电控共轨燃油系统喷油特性详解

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