高压共轨系统的研究与应用

张刚

【摘 要】随着排放法规的日益严格和柴油机电控技术的不断进步，高压共轨燃油喷射系统作为一种高度柔性控制的燃油喷射系统，以其显著的优越性，已经成为现代柴油机技术的发展趋势之一。本文结合我公司车辆现状着重介绍了电控高压共轨燃油喷射系统的结构、原理、发展趋势、特点和维修，并给出了今后的发展方向。

【关键词】柴油机；燃油喷射系统；高压共轨；发展趋势

1.绪论

1.1项目背景

由于发动机柴油混合气形成时间极短，只占15°-35°的曲轴转角，燃烧室各处的混合气成分很不均匀，所以需要柴油发动机的燃油供给系统拥有良好的匹配。而传统的柴油机完全通过机械间的作用来完成这一匹配，就导致了大家印象中的冒黑烟，大噪声的出现，而且柴油发动机燃油经济性的优势也被埋没。随着科技的进步，特别是当共轨技术成功运用于柴油发动机上后，柴油发动机燃油经济性的优势立马体现出来，而冒黑烟之类的弊病也不再存在。越来越多的车辆都开始使用高压共轨系统。经过多年的发展完善，柴油电控喷射系统已由第一代的位移控制到第二代的时间控制一直发展到了现在的压力时间控制，也就是大家所熟知的共轨喷射技术，作为第三代的柴油机电控喷射技术，共轨系统放弃了传统使用的直列泵系统，供油泵建立一定油压后送到各缸公用的高压油管（也就是所说的共轨），再由共轨将柴油送入各缸的喷油器。这样一来，共轨柴油喷射系统的喷油压力就与喷油量无关，也不受发动机负荷和转速的影响，能根据要求任意改变压力水平，这样不仅提高了发动机输出功率，改善了汽车的燃油经济性，而且使氮氧化物和颗粒物排放都大为降低。

1.2我公司设备现状及存在的问题

我公司目前车辆339台，其中高压共轨车辆12台（其中沃尔沃客车4台、宇通客车2台、35吨北起多田野吊车6台）。

目前的维修技术力量主要集中在欧Ⅰ、欧Ⅱ排放车辆的修理上，对欧Ⅲ及以上的电控共轨车辆维修仅仅停留在机件和电路的常规维修上，而对电控高压共轨系统的修理技术缺乏，因此一直以来都是委托外部人员进行修理，随着电控高压共轨车辆的不断发展，势必面临电控维修技术缺乏的境地，界时将严重影响公司的生产经营。

1.3预计实施的解决方案

为降低车辆故障发生率，提高车辆工作率，减少维修成本，提高车辆运行效益，专门成立共轨技术攻关小组，对汽车电控高压共轨系统维修技术进行攻关。

2.高压共轨电控燃油喷射系统及基本单元

它主要由电控单元、高压油泵、蓄压器（高压共轨管）、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压油轨（蓄压器），高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。

3.共轨式电控燃油喷射技术的原理

在共轨式蓄压器喷射系统中，ECU通过接收各传感器的信号，借助于喷油器上的电磁阀，让柴油以正确的喷油压力在正确的喷油点喷射出正确的喷油量，保证柴油机最佳的燃烧比、雾化和最佳的点火时间，以及良好的经济性和最少的污染排放。

4.高压共轨系统的技术特点

电控高压共轨技术是指在高压油泵、共轨管、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此分开的一种技术，由高压油泵把高压燃油输送到共轨管，通过对共轨管内的油压进行闭环控制，喷压独立可调。这种系统具有以下特点：

4.1可靠性

对轻型车来说系统零部件成熟且有长期使用考核验证、中型比较成熟；但是对重型柴油机使用寿命未经验证（单体泵供应商声称100万公里，而共轨供应商尚无一敢承诺30万公里）。

4.2继承性

结构简单，安装方便。

4.3灵活性

共轨油压独立于发动机转速控制、整车控制功能强，适应轻型车特别是乘用车的要求。

4.4优化噪声

预喷技术可以降低怠速噪声。

4.5喷油规律

共轨系统的初始喷射率太高，不符合柴油机燃烧所需要的先缓后急的规律，不利于排放控制。

4.6喷油压力

一代共轨喷油压力1350-1450bar，二代做到1600bar，总体来说比单体泵和泵喷嘴要低，所以在油耗上有3%左右的劣势；将来做到1800bar以上但是需要采用增压共轨技术，还没有成熟，成本增加较大。

4.7多次喷射

可以实现多次喷射，目前最好的共轨系统可以进行6次喷射；共轨系统的灵活性好，但是势必带来匹配工作的难度。时间和技术人员的水平，决定了一定阶段在中国使用太灵活的系统不一定能达到预期的效果。

5.柴油共轨系统的发展

柴油共轨系统已开发了3代，它有着强大的技术潜力 。

第一代共轨高压泵总是保持在最高压力，导致能量的浪费和很高的燃油温度。第二代可根据发动机需求而改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能。

由于其强大的技术潜力，今天各制造商已经把目光定在了共轨系统第3代—压电式共轨系统，压电执行器代替了电磁阀，于是得到了更加精确的喷射控制。

“电控”是指喷油系统由电脑控制， ECU（俗称电脑）对每个喷油嘴的喷油量、喷油时刻进行精确控制，能使柴油机的燃油经济性和动力性达到最佳的平衡，而传统的柴油机则是由机械控制，控制精度无法得以保障。

“高压”是指喷油系统压力比传统柴油机要高出3倍，最高能达到200MPa（而传统柴油机喷油压力在60-70MPa），压力大雾化好燃烧充分，从而提高了动力性，最终达到省油的目的。

“共轨”是通过公共供油管同时供给各个喷油嘴，喷油量经过ECU精确的计算，同时向各个喷油嘴提供同样质量、同样压力的燃油，使发动机运转更加平顺，从而优化柴油机综合性能。而传统柴油发动机由各缸各自喷油，喷油量和压力不一致，运转不均匀，造成燃烧不平稳，噪音大，油耗高。

6.实施情况

6.1综合诊断技术

一般当共轨车辆出现问题时诊断维修步骤如下。

①咨询驾驶员车辆存在何种故障现象。

②检查仪表盘是否有故障显示。

③连接解码器，读取故障码，查看并记录当前和历史故障信息，然后进行清除故障码，如果故障未清除，则说明故障为当前故障。

④读取数据流，有时候故障显示并不准确，需要与数据流对比方能判断其好坏。

⑤根据解码器诊断结果实施修理，在进行检修过程中，主要判断电器元件、线路。

6.2取得的效果

2012年通过公关小组的不断研究与学习，累计排除故障汽车电控系统故障33项，故障问题全部得到排除，恢复了车辆性能，累计产生经济效益约38.37万元，主要是节约的修理费、材料费用，高效、快速的解决了共轨系统故障。

6.3存在的问题

传统的柴油滤清器只能过滤10微米以上的颗粒，3微米的颗粒过滤效率很差。高压共轨系统要求滤清器提供95%的水分离效率和98.6%的3-5微米的颗粒过滤效率。目前满足该性能要求的柴油滤清器均被国外公司或外资企业在国内的投资工厂生产垄断。

目前高压共轨系统部件成本昂贵，如果未按使用说明定期更换滤清器，会造成喷油器，高压泵损坏，维修成本相当昂贵。

高压共轨系统的维修，不仅是电工、机修、配修等单方面的工种维修，而是一项三方面全面考虑维修的技术，而目前国内这方面的维修人员较少。

7.结论

通过近一年来持续不断的钻研、学习、分析，以及不断的修理验证，维修人员基本掌握了高压共轨系统的维修技术，基本能够解决出现的故障，为了进一步熟练掌握这项技术，降低公司外委修理费用，下一步将加大钻研和学习的力度，为公司生产运输提供良好的保障。 [科]