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1、图 6-22 燃油供给系统组成图6.5.2 共轨式电控燃油喷射系统工作原理共轨式电控燃油喷射系统的基本工作原理是 :高压供油泵从油箱中吸出柴油并将油压提高 后输入共轨，多余的燃油经回油管流回油箱。共轨上设有油压传感器，传感器将共轨油压的 信号输送给电控单元，由电控单元对PCV阀（调压阀）实施闭环控制，使共轨中油压稳定 于目标值。电控单元控制的PCV阀则通过调整电磁阀线圈中电流的大小来调节共轨中的油 压。共轨中的燃油压力由电控单元根据柴油机工况的要求进行调节，并由共轨上的油压传感 器向电控单元提供油压反馈控制信号。共轨油压决定喷油压力，而喷油压力和喷油器中电磁 阀通电持续时间决定了循环喷油量，通
2、电时刻决定了喷油起始点。下面以 Bosch 公司的共轨 系统为例，说明系统零部件的组成及工作原理。1. 高压供油泵在电控高压共轨式喷油系统中，高压供油泵的功能是向共轨中提供高压燃油。供油压力由压 力限制器进行设定。供油泵结构如图6-23 所示，油泵上有三套柱塞组件，彼此成120分 布，柱塞由偏心凸轮驱动。从图上可以看出，这种偏心轮驱动平面和柱塞垫块之间为面接触， 比传统的凸轮与滚轮之间的线接触的接触应力要小得多，更有利于高压喷射。高压泵的基本 工作原理如下:当柱塞下行时，来自输油泵的压力为0.05 MPa0.15 MPa的燃油流过安全阀 5，经过低压油路6到达各柱塞组件的进油阀，并由进油阀11
3、进入柱塞腔10，实现进油过 程。还有一部分燃油经节流小孔流向偏心凸轮室8 供润滑冷却用。当偏心凸轮转动使柱塞上 行时，进油阀11关闭，燃油建立起高压。当柱塞腔10压力高于共轨中的压力时，出油阀1 被顶开，柱塞腔10的燃油在PCV阀的控制下进入共轨中。图 6-23 高压供油泵结构示意图 1出油阀;2密封件;3调压阀;4球阀;5安全阀;6低压油路;7驱动轴;8偏心凸轮 室;9柱塞泵油元件;10柱塞腔;11进油阀;12柱塞单向阀在怠速或小负荷时，输出油量有剩余，可以经调压阀 3 流回油箱。还可以通过控制电路使柱 塞单向阀 1 2通电，使电枢上的销子下移，顶开进油阀1 1 ，切断某缸柱塞供油，以减少供
4、油 量和功率损耗。2. 调压阀（PCV）调压阀安装在高压供油泵旁或共轨管上，其作用是根据发动机负荷状况调整和保持共轨管中 的压力。当共轨压力过高时，调压阀打开，一部分燃油经集油管流回油箱;当共轨压力过低 时，调压阀关闭，高压端对低压端密封。调压阀结构示意图如图6-24 所示，球阀的一侧是 来自共轨燃油的压力，另一侧衔铁受弹簧预紧力和电磁阀电磁力的作用。而电磁阀产生电磁 力的大小与电磁阀线圈中的电流大小有关。当电磁阀不通电的时候，弹簧预紧力使球阀紧压 在密封座面上，当燃油压力超过10 MPa时，才能将其打开，即共轨腔中的燃油压力至少达 到10 MPa时，才有可能从PCV阀处泄流到低压回路。若要提
5、高共轨中的油压，需使PCV 阀通电。燃油压力除了要克服弹簧预紧力之外，还要克服电磁力，即电磁阀的电磁力通过衔 铁作用在球阀上的力的大小也决定了共轨中的燃油压力。电磁阀的电磁力可以通过调整电磁 阀线圈中电流的大小来控制。3. 共轨组件 共轨组件包括共轨本身和安装在共轨上的高压燃油接头、共轨压力传感器、起安全作用的压 力限制阀、连接共轨和喷油器的流量限制阀等，其作用是存储高压油，保持压力稳定，如图 6-25所示。共轨本身容纳高达150 MPa以上的高压燃油，材料和高压容积对于共轨压力的 控制都是至关重要的。图 6-24 调压阀结构示意图图 6-25 共轨组件 （1）限压阀（压力限制阀）限压阀的作用
6、是限制共轨中的压力。当共轨中的燃油压力过高 时，限压阀连通共轨到低压的燃油回路，实现安全泄压，保证整个共轨系统中的最高压力不 超过极限安全压力。共轨内允许的短时间最高压力为150 MPa。如图6-26所示，当压力超 过弹簧的弹力时，阀门打开卸压，高压油经通孔和回油孔流回油箱。（2）流量限制阀流量限 制阀的作用是在非正常情况下防止喷油器常开并导致持续喷油的现象。一旦共轨输出的油量 超出规定的水平，流量限制阀就关闭通往喷油器的油路。流量限制阀的一侧通过螺纹连接到 共轨上，另一侧通过螺纹拧入喷油器的进油管。外壳两端有孔，以便与共轨或喷油器进油管 建立液压联系。流量限制阀内部有一个活塞，一根弹簧将此活
7、塞向共轨方向压紧，如图6-27 所示。正常工作时，活塞在静止状态，由于受弹簧的作用力，总是靠在堵头一端。在一次喷 油后，喷油器端压力下降，活塞在共轨压力作用下向喷油器端移动。在喷油终了时，活塞停 止运动，但并不关闭密封座面，这时弹簧将活塞重新压回到静止位置。当喷油量过大时，由 于出油量过多，活塞从静止位置被压到喷油器端的密封面上，从而关闭通往喷油器的进油口， 这种情况一直停留到发动机停机。图 6-26 限压阀结构示意图图 6-27 流量限制阀结构示意图图 6-28 共轨压力传感器结构示意图（3）共轨压力传感器共轨压力传感器的作用是测定共轨中的实时燃油压力，并向ECU提供 电信号。如图6-28所
8、示。高压燃油经压力室的小孔流向膜片，膜片上装有半导体压敏元件， 可将压力转换为电信号，通过连接导线将产生的电信号传送到ECU。当膜片形状改变时， 膜片上涂层的电阻发生变化，使5V供电的电阻电桥中产生的电压也发生变化。电压在0 70 mV之间变化,经电路放大到0.5 V4.5 V，并通过连接导线将产生的电信号传送到ECU。 4.喷油器喷油器是共轨柴油喷射系统中的核心部件，其作用是准确控制向汽缸喷油的时间、喷油量 和喷油规律。图 6-29为 Bosch 共轨式喷油器的结构简图，喷油器的顶端装有电磁阀，用来 控制喷射过程。图 6-29 Bosch 共轨式喷油结构简图 当电磁阀断电时，球阀在弹簧力的作
9、用下压紧在电磁阀的阀座上，高压和低压之间的流通通 道被隔断，来自共轨的高压燃油流经喷油器上的高压燃油接口、进油截流孔进入到柱塞控制 腔中，并作用在控制柱塞上，同时另有一部分高压燃油还经喷油器体的斜油道流入喷油器底 部喷嘴针阀承压锥面上。由于柱塞截面面积大于喷嘴针阀承压锥面面积，加上弹簧的预紧力， 作用在柱塞顶部的燃油压力便克服喷油器底端针阀承压锥面上的燃油压力，使得柱塞和针阀 向下紧压在喷油器针阀座面上，针阀关闭，喷油器不喷射。当电磁阀通电后，球阀受电磁力 的作用离开阀座，柱塞控制腔和燃油回油口连通，高压和低压之间的流通通道打开，柱塞控 制腔中的部分高压燃油经过溢流截流孔、球阀进入低压回路。由
10、于进油截流孔和溢流截流孔 都很小，因此流体的截流作用导致柱塞控制腔的压力小于来自共轨的高压燃油的压力，高压 燃油在喷油器针阀承压面上的压力使柱塞和针阀抬起，喷油器就开始喷油。电磁阀断电时， 球阀再次关闭，共轨中的燃油压力又重新作用在控制柱塞的上方，针阀重新关闭。整个喷射 过程简述如下:当电磁阀通电时，针阀抬起，喷射开始;当电磁阀断电时，针阀落座，喷射结 束。由于共轨中的压力一直存在，所以任何时刻喷油器都可以在电磁阀的控制下喷油，这是 与第二代时间控制式系统喷油电磁阀的不同之处。由此可见，在此“时间压力控制”系统 中，ECU控制供油压力调节阀使喷油器的喷油压差保持不变，再通过控制电磁阀工作实现
11、喷油量和供油正时的控制。电磁阀通电开始时刻决定了喷油的开始时刻，其通电时间决定喷 油量。6.5.3 共轨式电控燃油喷射系统的特点 共轨式电控燃油喷射系统具有如下特点:（1）可实现高压喷射，喷射压力比一般喷油泵高出 一倍，最高已达200 MPa。（2）共轨式燃油喷射系统喷油压力独立于发动机转速，可改善发 动机低速及低负荷性能。（3）具有良好的喷油特性，喷油器电磁阀直接对喷油定时和喷油脉 宽进行控制，可优化燃烧过程，使发动机油耗、烟度、噪声及排放等性能指标得到明显改善， 并有利于改进发动机转矩特性。（4）可实现共轨压力的闭环控制。共轨上的压力传感器实时 反馈共轨中的压力，通过控制PCV阀的电流来调
12、整进入共轨的燃油量和轨道压力，形成独 立的共轨压力闭环子系统。（5）共轨沿发动机纵向布置，高压泵、共轨和喷油器各自的位置 相互独立，便于在发动机上安装和布置。（6）从技术总体实现难度上看，共轨系统组成较复 杂，机械、液压力和电子、电磁阀耦合程度高，加工制造、控制匹配要求的水平高，与第二 代时间控制式相比，具有好性能的同时，开发难度也加大。6.6 柴油机电控燃油喷射系统实例6.6.1 捷达 SDI 柴油发动机电控轴向压缩式分配泵系统1. 电控轴向压缩式分配泵系统的组成 捷达 SDI 柴油发动机电控轴向压缩式分配泵系统的 组成如图6-30所示。该系统使用Bosch生产的VP37型电控分配泵，属于第
13、一代位置式控 制系统。图 6-30 捷达 SDI 柴油发动机电控轴向压缩式分配泵系统的组成图1加速踏板位置传感器;2制动灯开关;3离合器开关;4车速信号;5转速信号; 6电 子节气门;7针阀升程传感器;8冷却液温度传感器;9进气温度传感器; 10燃油温度传 感器;11喷油泵;12EGR阀;13故障指示灯2. 电控单元 电控单元控制框图如图 6-31 所示。图 6-31 电控单元控制框图 电控单元外壳一般用金属制成，所有的电路和芯片都封装在金属盒内，传感器、执行器和电 源通过一个多针电气插头与之相连。 ECU 内部有印刷电路板，上面有各种集成电路芯片、 电子元件、单片微型计算机等，如图6-32所
14、示。3. 轴向压缩分配泵 与机械式轴向压缩分配泵相比，电子控制式取消了机械调速器，改由电驱动的执行器来控制油量控制套筒，定时机构也实施了电子控制。电控轴向压缩式分配泵主要由电子控制式油 量调节机构、供油提前角自动调节机构、泵油机构、驱动机构、滑片式输油泵及燃油切断装 置等部分组成。图 6-33 为轴向分配泵的零件图。图 6-32 电控单元实物图图 6-33 轴向分配泵的零件图 1燃油分配泵驱动轮固定螺栓;2燃油分配泵驱动轮;3轮毂螺母;4进油管;5密封环;6 燃油切断控制阀;7连接管;8回油管;9压紧螺母;10高压油管;11连接管;12、22 螺栓;13喷油器;14、18紧固螺栓;15支架;1
15、6底座;17隔热密封环;19供油正时控制 阀;200形环;21滤网;23轴套;24分配泵支架;25固定螺栓4. 油量调节机构油量调节机构如图 6-34 所示，调节活塞位置传感器检测调节活塞的位置并以电信号的形式 输送到电控单元。油量调节器实际上是一个电磁转动电位计，由电控单元控制。油量调节器 上的偏心轴在高压活塞上移动调节活塞，从而移动油量控制套筒以达到调节喷油量的作用。5. 供油提前角自动调节机构 通过供油提前角调节电磁阀来控制压力腔内的油压，压力腔内的油压与弹簧的平衡位置不 同，使得正时活塞能够左右移动，带动传力销相对转动一个位置，这样就改变了压力滚轮与 凸轮盘的相对位置，从而改变了供油提
16、前角，如图 6-35 所示。图 6-34 油量调节机构图图 6-35 供油提前角自动调节机构图6.6.2宝来TDI柴油发动机泵喷嘴系统1. 泵喷嘴电控系统 泵喷嘴电控系统由传感器、电控单元和执行元件三部分组成。传感器包括:空气流量计、发 动机转速传感器、霍尔传感器、加速踏板位置传感器、强制低挡开关、怠速开关、冷却液温 度传感器、进气歧管压力传感器、离合器踏板开关、燃油温度传感器。辅助信号有:车速信 号、空调信号、巡航开关等。执行元件包括:喷油器电磁阀、燃油冷却泵（燃油冷却泵继电 器）、预热塞（预热塞继电器）、废气再循环电磁阀、增压压力控制电磁阀、进气歧管翻板转 换电磁阀等。图 6-36 宝来泵喷嘴实物图2. 泵喷嘴的结构及工作过程 泵喷嘴主要包括压力产生泵、喷油器和电磁阀，并组合在一起形成一个整体。宝来泵喷嘴实物图如图6-36所
