新技術總是為解決一些實際生活中的實際問題而生的,柴油機的共軌技術的產生,離不開實際問題對研究人員的困擾,所以,我們首先了解一下沒有使用共軌電噴系統的柴油機的供油系統有何問題。
在非共軌式燃油系統的柴油機的供油系統中,每個噴油器都連接有一根高壓油管和一根回油管,采用高壓油泵來提供高壓油的壓力,在高壓油管中不同的位置不同的時間,油壓都不相同。這種結構柴油機噴油器噴油的規律在理論上取決于柱塞的運動規律,并且在調速器的協助下自動調整供油提前角,使柴油機工作情況穩定。但是在實際的使用過程中,由于柴油的可壓縮性質和高壓油管中柴油壓力的波動,使得實際的噴油狀態與噴油泵所規定的柱塞供油規律有了較大的差異。比如油管內的壓力波動有時還會在噴射之后使高壓油管內的壓力再次上升,達到令噴油器針閥開啟的壓力,將已經關閉的針閥重新打開,產生二次噴油現象。由于二次噴油不可能完全燃燒,于是就會增加煙度和碳氫化合物的含量,造成尾氣超標和燃油消耗增大。由于每一次的噴射循環之后高壓油管內的殘留壓力都會發生變化,產生噴油不均勻的信箱,嚴重時發生間歇性不噴射現象。且這種現象在低速下更容易發生。因為以上的缺陷,所以誕生了電控共軌技術。
二、共軌技術的歷史和基本原理
1. 柴油機的電控燃油噴射技術的發展歷程可以分為三代。
第一代柴油機電控燃油噴射系統被稱為位置控制系統,采用電子伺服機構(如線性螺線管、線性直流電機等)代替機械式調速器來控制供油齒桿的位置(直列泵)或控制溢油環的位置(分配泵)實現噴油量的控制,由EUC控制的電液執行機構改變發動機驅動軸
三、共軌式電控燃油噴射系統的分類
按照噴油高壓來源的不同,共軌式電控燃油噴射系統分為兩類:中壓共軌系統采用較小的壓力(10-13兆帕)來將燃油輸送到共軌管中,在共軌管中將燃油的脈動壓力消除后,再通過帶有增壓柱塞的噴油器將燃油以高速噴出,在高壓柱塞的作用下,油壓可達120~150兆帕,其噴射時間也是通過ECU發送的指令來控制的,同樣,高速電磁閥是其不可或缺的部件。
C. 電控噴油器:噴油器是整個電控系統最關鍵和最核心的部件,它的作用是在ECU的控制下適時適量的噴射高壓柴油。結構上主要有噴油器體、電磁閥、柱塞閥組件、噴油嘴針閥組件和彈簧組成,其組成外形如右圖所示。負責針閥開閉的電磁閥具有極快的動作速度,其開啟時間不超過110±10μs,關閉時間不超過30±5μs。其基本動作過程是這樣的:在噴油器的上部,柱塞的閥體上表面有細小回流節油油道,該油道被一小球密封(小球被電磁閥彈簧通過銜鐵間接壓緊),高壓油可以到達柱塞上腔,所以高壓油在對柱塞閥體施加壓力的同時不會從回流節油道泄露,這樣就保證了柱塞對噴油嘴針閥有一個較大的向下的壓力,使得噴油嘴針閥緊密的壓在出油口上,雖然針閥下端也受到高壓油的作用而有向上運動的趨勢,但是這個力遠小于柱塞上表面受到的力,所以針閥可以穩穩地壓緊在噴油口上,從而密封住高壓油。當需要噴油時,電磁閥就受到ECU的控制,線圈在由ECU提供的電壓的作用下,產生磁力克服彈簧的壓緊力,將銜鐵向上吸起,同時,小球也打開了回油通道,柱塞上腔與回油管連通,由于回油管內油壓約為大氣壓力,所以柱塞受到的油的壓力迅速減小,而因為回流節油油道本身很小,故進油壓力不會在柱塞閥體組件上方卸荷,而針閥下方壓力基本為進油壓力,所以針閥受到的合力向上,針閥打開,噴油過程開始,當線圈斷電時,彈簧力使小球重新壓緊,柱塞閥體組件所受高壓重新建立,等待下一次噴射。
D. 高壓油管:高壓油管是聯通共軌管和電控噴油器的通道。它應該有足夠的燃油流量減小
燃油流動時的壓降,并且使高壓管路系統中的的壓力波動較小。能夠承受高壓燃油的沖擊,且啟動時油壓可以盡快建立。每一個氣缸所連接的高壓管應該基本等長,以使噴油壓力盡量相同。并且使長度盡量小,以減小壓力的損失。
五、共軌技術的特點、優點與發展趨勢
1. 特點:
A. 可以自由調節噴油壓力
B. 可以自由調整噴油油量
C. 可以自由調整噴油時間
D. 可以自由調整噴油率形狀
2. 高壓共軌電控燃油噴射技術的優點:
A. 具有多功能的自動調節特性
B. 減輕了質量、縮小了尺寸、結構更加緊湊。這是因為省去了供油提前角自動調節
器和調速器。
C. 部件安裝方便,維護也方便。
D. 具有故障自診斷的功能,可以通過調取故障代碼來方便的進行故障診斷和檢測。 E. 有害氣體排放量、震動與噪音顯著下降。
3. 發展趨勢:
A. 解決高壓共軌系統中共軌壓力的微小波動引起的噴油量不均勻現象。
B. 解決高壓共軌系統的高壓密封問題。
C. 解決微小結構、高頻響電磁開關閥的設計與制造過程中的關鍵技術問題。
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