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柴油机电控燃油喷射系统技术解析

信息来源:汽车之家       发布日期:2018-10-22       分享到:

现在的柴油发动机大多使用了电控喷射系统,与传统的机械喷射系统相比,电控喷射系统可以有效的提高柴油机的动力性和经济性,同时大幅度的降低尾气的污染。今天我们就来简单说说柴油机电控喷射系统的工作原理和组成结构。

柴油机可燃混合气形成有什么特点

1.混合空间小、时间短:供油的持续时间只有汽油机的1/20~1/10,只占曲轴转角的15°~35°

2.混合气不均匀,α值变化范围很大:大负荷时喷油量多、α值小、混合气浓;怠速时喷油量少、α值大、混合气稀,α值可达4~6。

3. 边喷边燃,成分不断变化。



柴油机燃烧过程



燃烧过程可以分为四个阶段:

备燃期Ⅰ:从燃油喷出(A点)到出现火焰中心(B点)为止。

备燃期特点:

1、首先着火的是浓度合适是地方,火源是位置和数量是不固定的;

2、此时喷入的油量占每循环供油量的30%----40%;

3、备燃期积油量越多,达到一定程度时,一旦燃烧,由于同时着火的油量多,压力升高率过大,冲击性的压力是燃烧噪音加大,工作粗暴,机件磨损加剧。

速燃期Ⅱ:从出现火焰中心(B   点)到产生最大压力点(C点)为止。

速燃期特点:

1、活塞正靠近上止点,燃烧几乎在等容下进行;

2、由于速燃的结果,造成了边喷油边燃烧的有利条件;

3、这一阶段进行的好坏的标志是工作是否平稳、柔和,它决定于上一时期积油量的多少,积油量越少,压力升高率越低,工作越平稳柔和。

缓燃期Ⅲ:从最高压力点(C点)到最高温度点(D点)为止。

缓燃期特点:

1、由于容积的增大,燃烧近似在等压下进行;

2、前期燃烧速度快,后期由于氧气减少,废气增多,燃烧速度越来越慢,燃烧条件越来越坏,某些缺氧区域出现燃烧不完全现象,易造成排气污染;

3、缓燃期终了温度可达2000---2300K,放热量达到每循环总放热量的70%---80%;

4、怠速时,由于喷油量少,这一阶段不出现。

后燃期Ⅳ:从最高温度点(D点)到燃料基本烧完(E点)为止。 后燃期特点:

1、气缸容积加大,压力和温度降低,有效的热量已经很少;

2、气流运动减弱,废气量增多,燃烧条件比缓燃期更恶劣,形成碳烟的可能性更大;

3、这一时期的延长将使发动机排气温度升高,发动机过热,导致动力性和经济性降低。



由于柴油机这样的燃烧特点,所以,柴油机供油系统有自己独特的喷油规律:如果开始喷油速率大,则工作粗暴,噪声大;如果后期喷油速率小,则补燃增加,经济性差;如果平均喷油速率小(喷油时间长),燃烧速度慢,动力性和经济性差。因此理想喷油规律:先缓后急,并尽量缩短喷油时间。这样传统的机械式燃油供给方式已经很难满足柴油机的喷油规律,因此,电控柴油喷射系统应运而生。

现在的柴油电控系统大多采用高压共轨系统,也有部分车型使用了单体泵和泵喷嘴,但是比较少见。



柴油机电控燃油喷射系统的优点

1、改善低温起动性

电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作,使柴油机低温起动更容易。

2、降低氮氧化物和烟度的排放

采用柴油机电控技术,可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内,同时根据发动机工况调节喷油时刻,从而有效地抑制排烟。

3、提高发动机运转稳定性

采用柴油机电控系统,无论负荷怎样增减,都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转,有利于提高其经济性。

4、提高发动机的动力性和经济性

柴油机电控系统中,ECU根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时。从而提高发动机的动力性和经济性。

5、控制涡轮增压

采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。

6、适应性广

只要改变ECU的控制程序和数据,一种喷油泵就能广泛用在各种柴油机上,而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制,有利于缩短柴油机电控系统开发周期,并降低成本,从而扩大柴油机电控系统的应用范围。



高压共轨系统由五个部分组成,即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。

工作过程:

供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口,由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内,再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。



共轨电控喷射系统中,最重要的控制就是喷油器喷射过程的控制,一般都采用带有电磁阀、具备预喷射功能的电控喷油器。具体喷射过程如下:

预喷射在主喷射之前,将小部分燃油喷入气缸,在缸内发生预混合或者部分燃烧,缩短主喷射的着火延迟期。这样缸内压力升高率和峰值压力都会下降,发动机工作比较缓和,同时缸内温度降低使得NOX排放减小。预喷射还可以降低失火的可能性,改善高压共轨系统的冷起动性能。主喷射初期降低喷射速率,也可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量。提高主喷射中期的喷射速率,可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期,使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成,提高输出功率,减少燃油消耗,降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油,降低烟度和碳氢排放。



柴油机电控燃油喷射系统传感器

加速踏板位置传感器

功用:又称负荷传感器,用来检测加速踏板被驾驶员踩下的位置及位置变化。

凸轮轴/曲轴位置传感器

凸轮轴位置传感器:检测曲轴转角基准。 曲轴位置传感器:检测曲轴转角。

功用:产生的信号用于供(喷)油正时控制。

安装位置:曲轴、凸轮轴或飞轮处;

供(喷)油量传感器

功用:用来检测柴油机的实际供(喷)油量,产生的信号用来实现供(喷)油量的闭环

供(喷)油正时传感器

功用:用来检测柴油机的实际供(喷)油正时,产生的信号用来实现供(喷)油正时的闭环控制 。

压力传感器

柴油机电控系统中的压力传感器包括:进气管绝对压力传感器、增压压力传感器、大气压力传感器、排气压力传感器、压差传感器、燃油压力传感器。常用类型:压敏电阻式、压电式和电容式三种。

温度传感器

功用:检测进气温度传感器、冷却液温度传感器、燃油温度传感器、排气温度传感器等。 用来检测发动机各部位的温度,以修正供油量和供油时刻,还可以控制发动机的排气污染。

空气流量传感器

功用:测量进气量,用于进气控制和废气再循环控制。



柴油机电控燃油喷射系统主要附件

低压输油泵:低压输油泵的输出油压一般在1MPa以下,作用

是将柴油从油箱中吸出来供给高压油泵。

高压输油泵:高压油泵的主要作用是供给柴油机足够的高压柴油,同时保证柴油机迅速起动所需额外供油量和压力要求。



柴油滤清器

功用:滤除柴油中的杂质和水分。

常用的柴油滤清器为整体不可拆式,它旋装在泚清器座上 。一般

有粗滤和细滤两种。



共轨

功用:贮存高压输油泵提供的高压燃油,并根据需要分配给各喷油器,即起蓄压器的作用;此外,共轨应能抑制高压油泵供油和喷油器喷油时引起的压力波动,以保持共轨中压力的稳定 。



共轨—流量限制器

功用:在非常情况下防止喷油器常开并持续喷油,即:一旦某喷油器常开并持续喷油,导致共轨输出的油量超过一定限值,流量限制器则会关闭该喷油器的供油通道上。

原理:由于弹簧和节流孔的作用,使限制阀向下移动的量随喷油速率增加而增大。喷油器异常泄漏使“喷油”速率和喷油量超过正常喷油最大值,限制阀完全关闭停止给喷油器供油。



位置:一般安装在输油泵内或共轨上。

功用:限制共轨中的最高压力 。

原理:弹簧的预紧力根据规定的共轨最高压力调定。阀左侧承受的共轨压力超过右侧的弹簧力时,阀右移离开阀座,共轨中的燃油经限压阀流回油箱或输油泵进油侧,使共轨压力下降。



调压阀

位置:一般安装在输油泵出口或共轨上。

功用:根据ECU的指令实现对共轨压力的闭环控制。

原理:占空比控制型电磁阀。

与限压阀的主要区别:限压阀限制的最高压力取决于弹簧力,只能在其限制的最高压力附近调节压力且响应速度慢;调压阀则可在宽广的范围内按ECU指令调节油压,且响应速度快。



喷油器:

采用的是电磁阀式喷油器,由孔式喷油嘴和电磁阀(喷油器电磁阀的灵敏度为0.2 ms左右)等组成。喷油器喷孔的数量一般为6个左右。来自高压共轨的高压燃油,经油道流向喷油嘴,同时经节流孔流向针阀控制腔,针阀控制腔通过球阀控制的泄油孔与回油管路相连。

当喷油孔的电磁阀不通电时,泄油孔关闭,作用在针阀控制活塞顶部的压力大于作用在针阀承压面上的压力,针阀被迫进入阀座而将高压油道与燃烧室隔离。当喷油器的电磁阀通电时,泄油孔被打开,针阀控制腔的压力降低,作用于针阀控制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压力,针阀上升,燃油经喷油嘴喷孔喷入燃烧室。此外,在控制柱塞处泄漏的燃油,通过回油管和高压油泵出来的回油一起流回燃油箱。



点评

柴油机电控喷射系统是在汽油机电控喷射系统基础上发展而来的,所以二者的基本结构与控制方式基本相同,区别只是柴油电控喷射系统压力更高,喷油器更复杂,并且没有点火控制。同时采用电控喷射系统版本很多,有博世的、电装的、德尔福的等等,各家的结构和控制方式略有差别,但基本的功能是一样的。


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