电控柴油机燃油系统有哪些类型和喷射方式
发布时间：2024-03-15 点击：205
柴油机电喷燃油系统的类别、组成与原理
关于柴油发动机电控燃油系统的种类，大约分为四种方式。首先，按喷射方式不同，电控燃油喷射系统可分为连续喷射方式和间歇喷射方式。在采用间歇喷射方式的多点电控燃油喷射系统中，按各缸喷油器的喷射顺序又可分为同时喷射系统、分组喷射和系统顺序喷射系统。?其次，按对进气量的计量方式不同，电控燃油喷射系统可分为d型喷射系统和i型喷射系统。然后，按喷射位置不同，电控燃油喷射系统可分进气管喷射和缸内直接喷射两种类型。最后再按有无反馈信号，可分为开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统（无氧传感器）不能实现最佳控制。闭环控制系统（有氧传感器）是在发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入汽缸的混合气空燃比，再通过ecu与设定的目标空燃比值进行比较，并根据误差修正喷油器喷油量，使空燃比保持在设定的目标值附近。
一、液压驱动电控单体式喷油器
柴油机液压驱动电控单体式喷油器（heui）是一种独特的电喷系统，一般的柴油机燃油系统是由凸轮轴驱动摇臂组成，使喷油器的喷油柱塞向下运动，升高封闭在喷油套筒内的燃油压力到足以打开喷油器喷头总成内的喷油针阀。而heui燃油系统中，增压活塞上的高压机油代替摇臂作用于各喷油器端部，即由高压机油提供动力的喷油压力，由机油压力决定压力的大小。
1、heui电喷系统工作原理简述
heui燃油系统的喷油速率采用液压方式控制，喷油速率随柴油机转速而变化，使柴油机的性能提高，燃油经济性改善并排放降低。在喷油电磁阀接到来自ecm的信号产生激励时heui喷油器柱塞动作，与其他机械驱动的燃油系统不同，柴油机凸轮转速和凸起持续时间控制喷油器的柱塞运动，所以喷油控制更加精确。
图1 柴油机液压驱动电控单体式喷油器（heui）结构图
2、heui电喷系统的组成
总的来说heui系统由三大部分组成：低压燃油系统、高压机油系统和由ecm控制的喷油系统。
（1）低压燃油系统
heui属于低压燃油系统，如图2所示，燃油经燃油箱被吸出，经滤清器、低压油泵、燃油集合管至喷油器，向各个喷油器的供油量大于实际喷油量，以保证充分的润滑和冷却喷油器，没有喷出的燃油离开油道，最后经回油管的喷油压力阀（释放压力设定为414kpa）回到燃油箱。
低压燃油系统中无高压燃油流动，取消了高压油管，目的是防止燃油的可压缩性和油管的弹性在油管内形成压力波动，防止打开已关闭的针阀，产生二次喷射燃烧的不正常，出现不完全燃烧。
图2 柴油机液压驱动电喷系统低压燃油流程
（2）高压机油系统
柴油机的润滑系统可分为两部分：低压和高压。如图1所示可以看出，在低压机油泵的作用下，油底壳机油被吸起，通过机油冷却器和过滤器，此时机油分为两路，一路对柴油机体进行润滑，另一路从高压油泵进入，进入高压油泵中的多余机油部分流回油底壳。此部分属于润滑系统的低压部分。在高压油泵的作用下，高压机油通往喷油器，此部分就是润滑系统的高压部分。
实际上，润滑系统的高压部分不仅仅起润滑的作用，更重要的是控制驱动喷油器的高压喷油。喷油压力控制系统如图3所示，系统内流动的都是高压机油，由高压机油泵、喷油压力稳压阀、喷油压力控制传感器等组成。
图3 柴油机液压驱动电喷系统喷油压力控制系统
它是由曲轴带动7个活塞的高压机油泵，在正常运行条件下，机油被加压至3100kpa到20685kpa之间，一个路轨式压力控制阀（railpressure control valve，rpcv）控制油泵输出的压力，当开启调压控制阀时，溢流的机油回柴油机油底壳中。调压控制阀是一个电控溢流阀，起控制液压机油泵的泵油压力的作用，ecm调节机油泵的输出供油压力，通过改变电控溢流阀的信号电流。调压控制阀的剖面图如图4所示，在柴油机停机时，调压控制阀内部的滑阀被复位弹簧推到右侧，机油溢流口关闭；在启动柴油机时，ecm发出信号给调压控制阀，电磁线圈产生磁场将衔铁推动菌状阀和推杆，流入滑阀腔内的机油压力和弹簧力共同作用使滑阀处于右端，继续使机油溢流油口关闭，使全部机油进入各气缸盖内铸造的机油油道中，直到机油油道内达到期望的机油压力。
图4 柴油机液压驱动电喷系统机油调压控制阀.
（3）喷油器
喷油器由电磁阀、提动阀、酸化增强活塞、喷油嘴总成等组成，如图5所示。
机油液压能量提供喷油器的喷射动力，喷油器内的活塞及柱塞的移动由液压压力及速度控制，由喷油器中电磁阀开关时间的长短达到控制喷油量 ecm发出脉冲的时间控制，当电磁阀通电时提动阀打开其阀座，推动活塞及柱塞在高压机油推动下行至最低，喷油器进行喷油。ecm输出信号控制断开喷油器的电磁阀电源，停止喷油，关闭提动阀。当关上提动阀，高压机油关闭输送管道，对酸化增强活塞停止供油，转动空槽内排入酸化增强活塞内的高压机油。柱塞弹簧将酸化增强活塞及柱塞推回原位。当柱塞向上移动时，燃油阀打开，柱塞腔内开始注入低压燃油。ecm通过喷油器有效控制发动机的喷射速度、喷油时间及高压喷射压力。
喷射速度的控制：喷油器的执行由液压系统控制，速度比传统的机械式要快，柴油机速度与喷射速度及压力无关。
图5 柴油机液压驱动电喷系统喷油器.
图6 柴油机液压驱动电喷系统管理系统
在heui的喷油过程中，由于电磁阀的速度响应极快，为“先导喷射”即“二次喷射”创造条件。所谓“先导喷射”，即通过喷油嘴喷入少量燃油到燃烧室，缓慢地使燃烧室内形成软性火焰前锋，这样气缸内的峰值温度和压力都低于普通一次喷射系统，此时由ecm检测喷油延时，在形成火焰前锋后，根据ecm提供的数据，喷油嘴再次持续开启向气缸内喷入准确的油量，燃烧室内的燃油喷入活塞顶的碗形空间内，这有助于空气和燃油形成涡流。由于气缸内的压力升高率降低了，燃烧噪声降低了，油耗下降，同时大大降低排出的废气浓度。
二、bosch的电控喷油泵-高压油管-喷油嘴（pde）系统
pde电控多柱塞直列式喷油泵的燃油系统主要由高压油泵、高压油管、喷油器等组成。不同的是高压油泵控制系统不同。燃油喷射所需要的高压仍然由在套筒内作往复运动的柱塞产生，但油量控制齿条的位置及一定油门位置和负载下的喷油量都由电子控制单元（ecu）进行控制。
三、电控单体式喷油泵（eup）系统
电控单体式喷油泵（eup）是在以bosch 喷油泵-高压油管-喷油嘴（pln）系统为基础发展起来的，它由凸轮轴驱动，并实现了电子控制。单体式喷油泵泵体内的滚轮随动机构由凸轮轴驱动，推动套筒内的柱塞向上运动，产生喷油所需的高压，单体式喷油泵的基本组成如图7所示。
eup的控制原理：在电磁阀关闭且凸轮轴推动eup壳体内的柱塞向上移动时才会喷油，当电磁阀开启且在柱塞回位弹簧4作用下向下移动时，低压燃油将会发生溢流。高压燃油从eup通过小管径高压油管被输送到喷油嘴，大约在31027～34475kpa油压作用下克服弹簧压力而开启，此时喷油压力大约为179.3mpa。
图7 柴油机电控单体式喷油泵示意图
四、电控分配泵（edp）系统
电控分配泵是在机械分配泵的基础上发展而来的。它继承了原机械分配泵体积小、噪声小、运转平稳、受力均衡的优点，又大大简化了原机械分配泵的结构，其结构如图8所示。由于电控分配泵燃油系统主要应用在车辆用柴油机发动机中，故在此不作详细介绍。
图8 电控柴油机的ve型分配泵
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一、液压驱动电控单体式喷油器
柴油机液压驱动电控单体式喷油器（heui）是一种独特的电喷系统，一般的柴油机燃油系统是由凸轮轴驱动摇臂组成，使喷油器的喷油柱塞向下运动，升高封闭在喷油套筒内的燃油压力到足以打开喷油器喷头总成内的喷油针阀。而heui燃油系统中，增压活塞上的高压机油代替摇臂作用于各喷油器端部，即由高压机油提供动力的喷油压力，由机油压力决定压力的大小。
1、heui电喷系统工作原理简述
heui燃油系统的喷油速率采用液压方式控制，喷油速率随柴油机转速而变化，使柴油机的性能提高，燃油经济性改善并排放降低。在喷油电磁阀接到来自ecm的信号产生激励时heui喷油器柱塞动作，与其他机械驱动的燃油系统不同，柴油机凸轮转速和凸起持续时间控制喷油器的柱塞运动，所以喷油控制更加精确。
图1 柴油机液压驱动电控单体式喷油器（heui）结构图
2、heui电喷系统的组成
总的来说heui系统由三大部分组成：低压燃油系统、高压机油系统和由ecm控制的喷油系统。
（1）低压燃油系统
heui属于低压燃油系统，如图2所示，燃油经燃油箱被吸出，经滤清器、低压油泵、燃油集合管至喷油器，向各个喷油器的供油量大于实际喷油量，以保证充分的润滑和冷却喷油器，没有喷出的燃油离开油道，最后经回油管的喷油压力阀（释放压力设定为414kpa）回到燃油箱。
低压燃油系统中无高压燃油流动，取消了高压油管，目的是防止燃油的可压缩性和油管的弹性在油管内形成压力波动，防止打开已关闭的针阀，产生二次喷射燃烧的不正常，出现不完全燃烧。
图2 柴油机液压驱动电喷系统低压燃油流程
（2）高压机油系统
柴油机的润滑系统可分为两部分：低压和高压。如图1所示可以看出，在低压机油泵的作用下，油底壳机油被吸起，通过机油冷却器和过滤器，此时机油分为两路，一路对柴油机体进行润滑，另一路从高压油泵进入，进入高压油泵中的多余机油部分流回油底壳。此部分属于润滑系统的低压部分。在高压油泵的作用下，高压机油通往喷油器，此部分就是润滑系统的高压部分。
实际上，润滑系统的高压部分不仅仅起润滑的作用，更重要的是控制驱动喷油器的高压喷油。喷油压力控制系统如图3所示，系统内流动的都是高压机油，由高压机油泵、喷油压力稳压阀、喷油压力控制传感器等组成。
图3 柴油机液压驱动电喷系统喷油压力控制系统
它是由曲轴带动7个活塞的高压机油泵，在正常运行条件下，机油被加压至3100kpa到20685kpa之间，一个路轨式压力控制阀（railpressure control valve，rpcv）控制油泵输出的压力，当开启调压控制阀时，溢流的机油回柴油机油底壳中。调压控制阀是一个电控溢流阀，起控制液压机油泵的泵油压力的作用，ecm调节机油泵的输出供油压力，通过改变电控溢流阀的信号电流。调压控制阀的剖面图如图4所示，在柴油机停机时，调压控制阀内部的滑阀被复位弹簧推到右侧，机油溢流口关闭；在启动柴油机时，ecm发出信号给调压控制阀，电磁线圈产生磁场将衔铁推动菌状阀和推杆，流入滑阀腔内的机油压力和弹簧力共同作用使滑阀处于右端，继续使机油溢流油口关闭，使全部机油进入各气缸盖内铸造的机油油道中，直到机油油道内达到期望的机油压力。
图4 柴油机液压驱动电喷系统机油调压控制阀.
（3）喷油器
喷油器由电磁阀、提动阀、酸化增强活塞、喷油嘴总成等组成，如图5所示。
机油液压能量提供喷油器的喷射动力，喷油器内的活塞及柱塞的移动由液压压力及速度控制，由喷油器中电磁阀开关时间的长短达到控制喷油量 ecm发出脉冲的时间控制，当电磁阀通电时提动阀打开其阀座，推动活塞及柱塞在高压机油推动下行至最低，喷油器进行喷油。ecm输出信号控制断开喷油器的电磁阀电源，停止喷油，关闭提动阀。当关上提动阀，高压机油关闭输送管道，对酸化增强活塞停止供油，转动空槽内排入酸化增强活塞内的高压机油。柱塞弹簧将酸化增强活塞及柱塞推回原位。当柱塞向上移动时，燃油阀打开，柱塞腔内开始注入低压燃油。ecm通过喷油器有效控制发动机的喷射速度、喷油时间及高压喷射压力。
喷射速度的控制：喷油器的执行由液压系统控制，速度比传统的机械式要快，柴油机速度与喷射速度及压力无关。
图5 柴油机液压驱动电喷系统喷油器.
图6 柴油机液压驱动电喷系统管理系统
在heui的喷油过程中，由于电磁阀的速度响应极快，为“先导喷射”即“二次喷射”创造条件。所谓“先导喷射”，即通过喷油嘴喷入少量燃油到燃烧室，缓慢地使燃烧室内形成软性火焰前锋，这样气缸内的峰值温度和压力都低于普通一次喷射系统，此时由ecm检测喷油延时，在形成火焰前锋后，根据ecm提供的数据，喷油嘴再次持续开启向气缸内喷入准确的油量，燃烧室内的燃油喷入活塞顶的碗形空间内，这有助于空气和燃油形成涡流。由于气缸内的压力升高率降低了，燃烧噪声降低了，油耗下降，同时大大降低排出的废气浓度。
二、bosch的电控喷油泵-高压油管-喷油嘴（pde）系统
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三、电控单体式喷油泵（eup）系统
电控单体式喷油泵（eup）是在以bosch 喷油泵-高压油管-喷油嘴（pln）系统为基础发展起来的，它由凸轮轴驱动，并实现了电子控制。单体式喷油泵泵体内的滚轮随动机构由凸轮轴驱动，推动套筒内的柱塞向上运动，产生喷油所需的高压，单体式喷油泵的基本组成如图7所示。
eup的控制原理：在电磁阀关闭且凸轮轴推动eup壳体内的柱塞向上移动时才会喷油，当电磁阀开启且在柱塞回位弹簧4作用下向下移动时，低压燃油将会发生溢流。高压燃油从eup通过小管径高压油管被输送到喷油嘴，大约在31027～34475kpa油压作用下克服弹簧压力而开启，此时喷油压力大约为179.3mpa。
图7 柴油机电控单体式喷油泵示意图
四、电控分配泵（edp）系统
电控分配泵是在机械分配泵的基础上发展而来的。它继承了原机械分配泵体积小、噪声小、运转平稳、受力均衡的优点，又大大简化了原机械分配泵的结构，其结构如图8所示。由于电控分配泵燃油系统主要应用在车辆用柴油机发动机中，故在此不作详细介绍。
图8 电控柴油机的ve型分配泵
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