柴油机高压共轨及其油压控制

李明诚

柴油机高压共轨及其油压控制

李明诚

为了实现节约能源、减少排放的总目标，柴油机由纯机械控制升级为电子控制属必由之路。柴油机实现电子控制的首选方案，是采用高压共轨柴油喷射系统。目前高压共轨柴油喷射系统的生产厂家主要有博世、德尔福、西门子、电装等几家跨国公司，本文以博世公司的高压共轨柴油喷射系统（见图1）为例，说明共轨油压的控制过程。

图1　博世CP2燃油喷射系统布置图

1　电喷系统的组成

“高压共轨”的控制系统由三大部分组成——传感器、控制器（又称电控单元、ECU）和执行器，控制器与传感器和执行器组成一个闭环控制系统。高压共轨喷射系统将燃油压力的产生和燃油的喷射过程完全分开，所以燃油压力大小与发动机的转速无关，克服了常规柴油机供油压力随发动机转速变化而波动的缺陷。

高压共轨喷射系统的油路分为低压油路和高压油路两部分。

低压油路包括燃油箱、带粗滤器的输油泵、进油管、出油管、细滤器及高压油泵的低压区。低压油路的作用是为高压油路提供足够的燃油量。

高压油路包括高压油泵、共轨压力传感器、油压限制器（又称限压阀）、流量限制阀和喷油器。高压油路除了产生高压油以外，燃油分配和燃油计量也发生在高压油路部分。

2　公共油轨的结构

传统柴油发动机由各缸各自喷油，所以喷油压力和喷油量难以一致，往往造成柴油机运转不均匀、噪音大和油耗高。高压共轨系统利用一个公共的油管（称为共轨管、油轨），同时供给各个喷油器，并且提供相同质量、相同压力的燃油，使发动机运转比较平稳，并优化柴油机的综合性能。

共轨管是一根锻造钢管，内径10 mm左右，其外形和安装位置如图2和图3所示。高压共轨喷射系统利用共轨腔将高压油泵输出的高压燃油蓄积起来（起蓄压器的作用），并且由共轨管分配给各缸喷油器。油轨的较大容积有利于削减供油压力的波动和由喷油引起的压力震荡，使油轨内的油压波动控制在5 MPa以下；但油轨的容积也不能太大，以保证喷射系统有较快的压力响应速度，并即时跟踪柴油机的工况变化。

图2　激光焊接油轨的外形

图3　油轨在发动机上的安装位置

3　油轨压力的控制

在公共油轨上，安装了共轨压力传感器、油压限制阀和流量限制阀（见图4），其中轨压传感器向ECU提供共轨燃油的压力信号。

图4　共轨管及其轨压传感器、油压限制阀与流量限制阀

（1）油轨压力传感器。膜片式油轨压力传感器的安装位置如图5所示。

膜片式油轨压力传感器的工作原理如下：在该传感器的膜片上设置了半导体敏感元件，当高压燃油经过压力室的小孔流向膜片时，膜片的形状发生改变，膜片涂层的电阻发生变化，并产生电压变化，于是向ECU发送油压的电信号，见图6。

图5　油轨压力传感器的安装位置及插接器端子

图6　膜片式油轨压力传感器的内部结构

图7　流量限制阀剖视图

如果柴油机难以启动，证实是油轨压力不足引起，应当使用故障诊断仪检查油轨压力传感器的初始电压值是否为0.5 V左右，设定的油轨燃油压力是否为30～50 MPa。

（2）油压限制阀（简称限压阀）。由于高压油泵的柱塞属于间歇性泵油，加上喷油器的短暂喷射，所以共轨管内的燃油压力可能发生波动，为此设置了限压阀。在正常压力下，限压阀柱塞的锥形头部与阀体的密封座保持关闭，弹簧力使柱塞紧紧地压在密封座上，使共轨管保持密封状态；当油轨内燃油出现异常的高压力，并且超过限定值时，弹簧受压缩，柱塞被顶起，限压阀的溢流口打开，燃油溢出，迅速泄放部分燃油，使油轨压力下降，从而稳定油轨压力。

（3）流量限制阀。流量限制阀（见图7）的功用是在某个喷油器关闭不严的情况下阻止连续喷油，防止大流量泄漏。只要从油轨流出的燃油量超过一定限值，流量限制阀立即关闭通往故障喷油器的油路，能够减小共轨管和高压油管中的油压波动。

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