汽車新技術(shù) 第二章

Home第一節(jié)缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)第二節(jié)柴油機(jī)共軌技術(shù)第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第一節(jié)缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)一、基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)二、大眾FSI三、三菱GDI第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home一、基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)這里以Bosch公司電控缸內(nèi)直接噴射系統(tǒng)的機(jī)型為例來介紹各相關(guān)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。該系統(tǒng)主要有進(jìn)氣系統(tǒng)、噴油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、排氣后處理系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)等五大系統(tǒng)，所用的傳感器和執(zhí)行部件大體上與進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)相似，但為適應(yīng)缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)工作原理的特點(diǎn)而有所不同。圖2-1-1為采用Bosch公司MotronicMED7電控汽油機(jī)缸內(nèi)直接噴射系統(tǒng)的主要部件布置圖。這種高壓噴油系統(tǒng)是一種共軌蓄壓式噴射系統(tǒng)，燃油能夠按電控單元的指令，在任何時(shí)刻以所需要的壓力由電控噴油器精確計(jì)量并直接噴入氣缸，而所要求的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩值（即負(fù)荷大小）是由駕駛員根據(jù)行駛的需要踩下或松開加速踏板模塊，通過其中的“節(jié)氣門”位置傳感器發(fā)出的電信號(hào)通知電控單元來調(diào)節(jié)噴油量而實(shí)現(xiàn)的。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)分層燃燒與均質(zhì)燃燒兩種運(yùn)行方式，必須將進(jìn)氣量調(diào)節(jié)與加速踏板調(diào)節(jié)（負(fù)荷調(diào)節(jié)）分開，以便能夠在低負(fù)荷工況時(shí)節(jié)氣門全開，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)無節(jié)流運(yùn)行，而在高負(fù)荷工況時(shí)又能用節(jié)氣門來調(diào)節(jié)進(jìn)氣空氣量。進(jìn)氣空氣質(zhì)量可由電子節(jié)氣門（EGAS）自由調(diào)節(jié)，并應(yīng)用熱膜空氣質(zhì)量流量計(jì)來精確測(cè)量氣缸吸入的空氣質(zhì)量。而混合氣控制由一個(gè)普通氧傳感器（λ傳感器）來實(shí)現(xiàn)，用于進(jìn)行λ=1的均質(zhì)燃燒運(yùn)行或分層稀薄燃燒運(yùn)行調(diào)節(jié)，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx吸附式催化器的精確控制。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home進(jìn)氣系統(tǒng)由圖2-1-1可知，缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)包括熱膜空氣質(zhì)量流量計(jì)、電子節(jié)氣門（EGAS）、進(jìn)氣管壓力傳感器、廢氣再循環(huán)（EGR）閥和進(jìn)氣滾流閥（或渦流閥）等。在此只重點(diǎn)介紹缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)所應(yīng)用的進(jìn)氣滾流閥和渦流閥。缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)應(yīng)用的進(jìn)氣空氣運(yùn)動(dòng)方式有兩種：進(jìn)氣滾流和進(jìn)氣渦流。發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)對(duì)于氣體流動(dòng)方式的選擇起著決定性的作用。在四氣門汽油機(jī)上，若氣門夾角較大，則采用滾流支持的直噴式燃燒過程比較有利，而氣門夾角較小時(shí)則采用渦流支持的直噴式燃燒過程。對(duì)于兩氣門汽油機(jī)而言，則大多選擇渦流支持的直噴式燃燒過程。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（1）進(jìn)氣滾流缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)所應(yīng)用的進(jìn)氣滾流是進(jìn)氣空氣通過進(jìn)氣道的導(dǎo)向而在氣缸中形成的繞垂直于氣缸中心線的軸線旋轉(zhuǎn)的充量運(yùn)動(dòng)。根據(jù)滾流形成的方式又可細(xì)分為正向滾流（圖2-1-2）和逆向滾流（圖2-1-3）兩種。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home逆向滾流通常由直立式進(jìn)氣道產(chǎn)生，進(jìn)氣空氣直接沿著同側(cè)的氣缸壁面進(jìn)入氣缸而形成充量的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流動(dòng)順暢，具有較好的流量系數(shù)，但其氣缸蓋高度較高，會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的總體高度。如圖2-1-3所示為法國(guó)標(biāo)志雪鐵龍信團(tuán)（PSA）生產(chǎn)的2.0LHPi直噴式汽油機(jī)壁面引導(dǎo)式燃燒過程所應(yīng)用的直立式進(jìn)氣道及其逆向滾流。正向滾流的進(jìn)氣道則大多傾斜布置在氣缸蓋的一側(cè)，而噴油器布置在其下方。圖2-1-4所示為奧迪A3轎車2.0LFSI直噴式汽油機(jī)應(yīng)用這種進(jìn)氣道和滾流閥的情況，此時(shí)火花塞就可以對(duì)稱地布置在氣缸中央，對(duì)燃燒過程十分有利。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（2）進(jìn)氣渦流缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)所應(yīng)用的進(jìn)氣渦流是進(jìn)氣空氣通過進(jìn)氣道的導(dǎo)向而在氣缸中形成的繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的充量運(yùn)動(dòng)。進(jìn)氣渦流既適合于分層混合氣形成，也是均質(zhì)混合氣形成所需要的。歐寶（Opel）動(dòng)力總成公司2.2LEcotec直噴式汽油機(jī)采用均質(zhì)混合氣運(yùn)行，每缸具有兩個(gè)完全分開的進(jìn)氣道：切向進(jìn)氣道（也可采用螺旋氣道）和充氣進(jìn)氣道（圖2-1-5）在充氣進(jìn)氣道中裝有渦流調(diào)節(jié)閥，在部分負(fù)荷工況時(shí)由伺服電動(dòng)機(jī)通過杠桿機(jī)構(gòu)能將充氣進(jìn)氣道連續(xù)關(guān)小直至完全關(guān)閉，越來越多的進(jìn)氣空氣通過切向進(jìn)氣道進(jìn)入氣缸，從而提高渦流強(qiáng)度，提高充量均質(zhì)化，并有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)EGR的相容性。全負(fù)荷工況時(shí)渦流調(diào)節(jié)閥完全打開，以充分利用充氣進(jìn)氣道的流通能力來改善空氣供應(yīng)獲得高功率，此時(shí)得到與進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)相同的空氣流動(dòng)特性。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home2.噴油系統(tǒng)缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)噴油系統(tǒng)要求能夠自由選擇噴油時(shí)刻和可變的噴油壓力。共軌式噴油系統(tǒng)具有很大的控制自由度，能夠在任意一個(gè)時(shí)刻通過電控噴油器將存儲(chǔ)在共軌中達(dá)到運(yùn)行工況所要求壓力的燃油精確計(jì)量直接噴入燃燒室。首先由燃油箱內(nèi)的低壓電動(dòng)燃油泵供油模塊產(chǎn)生0.35～0.40MPa的初級(jí)輸油壓力。按需要向由發(fā)動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)的高壓燃油泵供油，它可將燃油共軌中的燃油壓力最高提高到12MPa。噴油器直接連接在燃油共軌上，由電控單元發(fā)出的控制信號(hào)（噴油脈沖，其寬度即通電持續(xù)時(shí)間）來確定噴油始點(diǎn)和噴油量。共軌中的燃油壓力由燃油壓力傳感器采集，并由同樣安裝在共軌上的燃油壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)到噴油脈譜圖所規(guī)定的壓力值。燃油壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)負(fù)荷狀況調(diào)節(jié)共軌通往回油管路的通道截面，以控制回油量。但這些多余的燃油量并不是返回到燃油箱，而是直接返回到高壓燃油泵的進(jìn)油口。這樣就能夠盡可能地減少高壓燃油泵的能量消耗，有利于降低燃油耗。（1）低壓輸油泵缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)的低壓輸油泵通常采用與進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)一樣的電動(dòng)燃油泵。大眾公司1.4L/1.6LFSI直噴式汽油機(jī)采用了一種可調(diào)節(jié)供油量的電動(dòng)燃油泵。為此在低壓進(jìn)油油路中安裝了一個(gè)壓力傳感器，根據(jù)此壓力信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元控制電動(dòng)燃油泵只供應(yīng)實(shí)際所必需的燃油量，以保持0.40MPa的初級(jí)輸油壓力，而不再有多余的燃油回流到燃油箱，這樣有利于降低燃油耗，還具有改變低壓進(jìn)油壓力的可能性。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（2）高壓燃油泵直噴式汽油機(jī)高壓燃油泵的任務(wù)是將燃油壓力由0.35～0.40MPa的初級(jí)輸油壓力提高到12MPa，甚至最高達(dá)20MPa，并要求泵油流量變化小，以減小共軌中的壓力波動(dòng)，并應(yīng)避免燃油與機(jī)油混合。高壓燃油泵應(yīng)具備比發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷噴油量要求的最大供油量更大的泵油量，以滿足實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中動(dòng)態(tài)壓力變化的需要。缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)所應(yīng)用的高壓燃油泵的結(jié)構(gòu)類型大致有軸向柱塞泵、徑向柱塞泵和直立式柱塞泵三種。從各方面綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果來看，徑向柱塞泵更為有利，其中三個(gè)柱塞徑向均勻布置，對(duì)驅(qū)動(dòng)軸的徑向作用力可部分抵消，而且結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度較短，特別是可由發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)，因此在使用壽命和工作效率方面均具有優(yōu)勢(shì)，直噴式汽油機(jī)應(yīng)用最廣，如圖2-1-6所示。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home這種徑向柱塞泵的供油量波動(dòng)性主要取決于柱塞的數(shù)目。為了獲得較小的供油波動(dòng)，至少需要三個(gè)柱塞交替泵油。徑向柱塞泵由發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)在裝配、效率和成本等方面更為有利。大眾1.4L/1.6LFSI分層直噴式汽油機(jī)和奧迪A32.0LFSI分層直噴式汽油機(jī)都采用了Bosch公司新開發(fā)的可按需要調(diào)節(jié)供油量的HDP2型單柱塞高壓燃油泵（圖2-1-7）。這種高壓燃油泵不僅具有較輕的質(zhì)量、較小的外形尺寸和較高的效率，而且泵油量能按需調(diào)節(jié)，降低了高壓燃油泵的驅(qū)動(dòng)功率（約40%），具有明顯的節(jié)油效果。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（3）燃油共軌燃油共軌是一種管狀鑄鋁件，并具有與高壓燃油泵、噴油器、燃油壓力調(diào)節(jié)閥和燃油壓力傳感器連接的接頭。考慮到燃油的可壓縮性和填充共軌容積所需要的時(shí)間，其蓄壓容積的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循這樣的原則：一方面要求具有較大的蓄壓容積，以便能抑制向噴油器周期性供油而引起的壓力波動(dòng)以及高壓泵供油的波動(dòng)性，盡量保持共軌燃油壓力的平穩(wěn)；另一方面又要求具有盡量小的蓄壓容積，以便共軌壓力能夠足夠迅速地建立起發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的燃油壓力。一般來講，就排量為2.2L的直噴式汽油機(jī)而言，共軌蓄壓容積為45cm3較為合適。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（4）共軌壓力調(diào)節(jié)器共軌壓力調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示，其任務(wù)是在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)按照脈譜圖的規(guī)定值來調(diào)節(jié)共軌壓力，而與高壓燃油泵的供油量和噴油器的噴油量無關(guān)。這是通過調(diào)節(jié)其節(jié)流閥和閥座之間的橫截面積控制回油體積流量來實(shí)現(xiàn)的。由于作用在節(jié)流閥上的電磁線圈激勵(lì)的電磁力與液壓力保持著動(dòng)態(tài)平衡，所以共軌壓力和勵(lì)磁電流之間存在著直接關(guān)系，可采用脈寬調(diào)制信號(hào)來控制電磁線圈中的勵(lì)磁電流，從而達(dá)到調(diào)節(jié)共軌壓力的目的。由于這種方式產(chǎn)生的磁性銜鐵的強(qiáng)迫振動(dòng)沒有摩擦力，并且能幾乎無滯后地動(dòng)作，因而具有非常高的燃油共軌壓力調(diào)節(jié)精度。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（5）共軌壓力傳感器共軌壓力傳感器用于測(cè)量共軌中的燃油壓力，其中焊有一片貴金屬薄膜作為傳感元件，在它上面應(yīng)用薄膜技術(shù)制有測(cè)量電阻，通過傳感器殼體中的專用集成電路上集成的平衡電路、補(bǔ)償電路和計(jì)值電路，即可輸出與共軌燃油壓力相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。（6）電控噴油器電控噴油器是缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)噴油系統(tǒng)中的核心部件，一方面必須滿足噴油器在結(jié)構(gòu)緊湊的氣缸蓋上的裝配條件，另一方面噴油器必須滿足對(duì)較短的噴油持續(xù)時(shí)間和較大的噴油量線性動(dòng)態(tài)流量范圍等方面特別高的要求，同時(shí)燃油噴束特性對(duì)于調(diào)節(jié)分層混合氣燃燒過程又具有特別重要的作用。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home①噴油嘴型式的選擇噴油嘴型式除應(yīng)具有良好的霧化品質(zhì)之外，還必須不易積炭，并能夠?qū)崿F(xiàn)傾斜于噴油器軸線的噴射油束，以及易于加工和適合于大批量生產(chǎn)。表2-1-1為三種噴油嘴型式的綜合評(píng)價(jià)，其中噴油嘴針閥的開啟方式存在著原則的區(qū)別，對(duì)其性能產(chǎn)生重大的影響。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)HomeA型噴嘴針閥向外開啟，具有較好的抗積炭能力，但噴射油束形狀是一個(gè)透明的空心圓錐體，霧化品質(zhì)略差，呈現(xiàn)有限的傘狀油束，較為適合于噴射油束引導(dǎo)的分層燃燒過程。I型旋流噴嘴的針閥向內(nèi)開啟，并能在密封座面上方產(chǎn)生燃油的橫向旋流，因而能形成良好的霧化品質(zhì)，并能產(chǎn)生傾斜于噴油嘴軸線的噴射油束，便于噴油器在氣缸蓋上的布置，特別適合于空氣滾流引導(dǎo)和壁面引導(dǎo)的分層燃燒過程。這種霧化方法及其油束方位的靈活性和不易積炭的特點(diǎn)，使其具有明顯的優(yōu)勢(shì)，從而獲得了廣泛應(yīng)用。多孔噴嘴特點(diǎn)是可通過每一個(gè)噴孔噴射出界限分明的單個(gè)油束，霧化品質(zhì)不如旋流噴嘴，但可通過有針對(duì)性地設(shè)計(jì)各個(gè)噴孔的長(zhǎng)度與孔徑比，調(diào)整油束在燃燒室中的位置和單個(gè)分支錐形油束的貫穿度，能靈活地適應(yīng)燃燒室的幾何形狀。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home②噴油器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)噴油系統(tǒng)應(yīng)用的噴油器，按針閥控制的方式可分為電磁閥控制式噴油器和壓電控制式噴油器兩種：a.電磁閥控制式噴油器缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)一般采用電磁閥控制式噴油器。針閥的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量較小，能達(dá)到高頻率噴油必須快速開關(guān)的時(shí)間要求，從而在最大噴油持續(xù)時(shí)間5ms的情況下獲得了噴油量1∶12的線性動(dòng)態(tài)流量范圍，能夠滿足一般缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)的要求。這種汽油噴油器的頭部細(xì)長(zhǎng)，并選用盡可能小的噴油器套直徑，有利于在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋上的布置，這樣可以使氣缸蓋有足夠的冷卻水套。但是，隨著升功率的提高，對(duì)噴油器最小和最大噴油量之間的噴油量跨度，即噴油量的線性動(dòng)態(tài)流量范圍的要求也有明顯提高。西門子威迪歐（SiemensVDO）汽車電子子公司開發(fā)了新一代Deka-D1-XL2型電磁閥控制式噴油器，其噴油量動(dòng)態(tài)范圍＞20。這種新一代噴油器具有的噴油量跨度能適用于升功率高達(dá)95kW/L的渦輪增壓汽油機(jī)。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Homeb.壓電控制式噴油器壓電噴油器，具有更迅速的針閥開關(guān)特性，能夠獲得更精確的燃油計(jì)量和更小的噴油量，不但能夠降低噪聲和燃油耗，還能減少有害物的排放。圖2-1-9所示的是SiemensVDO公司開發(fā)的壓電噴油器。這種噴油器最重要的特點(diǎn)是壓電執(zhí)行器以及由其直接操縱的向外開啟的針閥和機(jī)油阻尼熱補(bǔ)償器等，具有高的抗結(jié)焦能力和非常短的開關(guān)時(shí)間（0.2ms），并能實(shí)現(xiàn)多次噴射以及噴嘴針閥的全升程和部分升程。其最短的噴油時(shí)間可達(dá)0.1ms，同時(shí)具有高的靜態(tài)流量值，大大拓展了噴油器的動(dòng)態(tài)流量范圍。壓電噴油器具有重復(fù)性較好的高計(jì)量精度、穩(wěn)定的錐形油束和高的抗結(jié)焦能力，特別適合于油束引導(dǎo)燃燒過程，并能夠在很大的運(yùn)行范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)充量分層運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使汽車獲得特別好的行駛經(jīng)濟(jì)性。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home3.點(diǎn)火系統(tǒng)缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)普遍采用分缸獨(dú)立高能點(diǎn)火系統(tǒng)，各缸的高能點(diǎn)火線圈直接與火花塞相連，因而對(duì)火花塞提出了更高的要求：（1）高的耐熱性能為了實(shí)現(xiàn)分層燃燒，混合氣應(yīng)有足夠的時(shí)間暴露在火花塞觸點(diǎn)周圍，點(diǎn)火點(diǎn)應(yīng)盡量深入到易于點(diǎn)燃的、足夠濃的混合氣區(qū)域，并且為了保證穩(wěn)定可靠地點(diǎn)燃，火花塞電極周圍處于著火界限內(nèi)的混合氣區(qū)域應(yīng)足夠大，因此缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)的火花塞要位于燃燒室較深的部位，其端部的溫度也要比進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)更高，因而必須具有更高的耐熱性能。為了使火花塞能夠更好地散熱，采用以下措施：①采用突出的金屬殼來降低接地電極的溫度；②采用銅芯接地電極來傳熱。（2）高的抗積炭性能分層燃燒時(shí)，較濃的混合氣集中在火花塞周圍，特別是油束引導(dǎo)的分層燃燒過程噴射的油束會(huì)直接碰撞到火花塞，導(dǎo)致火花塞更容易積炭，這將會(huì)降低火花塞的絕緣性能而引起漏電，從而導(dǎo)致火花塞不點(diǎn)火，因此缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)用的火花塞應(yīng)具有自潔能力和高抗積炭性能。為此，采用以下措施來提高火花塞的抗積炭性能：①采用直徑較小的直形絕緣體末端來提高自潔能力；②減小火花塞間隙，防止積炭；③采用兩段直徑中心電極來提高自潔能力；④采用半表面放電型設(shè)計(jì)來提高自潔能力。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（3）高的點(diǎn)火性能和耐久性為了實(shí)現(xiàn)分層稀燃，必須確保在稀混合氣中穩(wěn)定可靠地點(diǎn)火，因此要求火花塞具有高的點(diǎn)火能量和較長(zhǎng)的火花持續(xù)時(shí)間，并用銥合金的觸點(diǎn)來提高火花塞的耐久性。目前用于缸內(nèi)直噴的火花塞的類型、特征及性能見表2-1-2。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home4.排氣后處理系統(tǒng)均質(zhì)燃燒直噴式汽油機(jī)由于與進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)一樣，在所有運(yùn)轉(zhuǎn)工況下都用過量空氣系數(shù)或空燃比來表示混合氣濃度。無論是HC還是NOx排放都與進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)差不多，因此排氣后處理相對(duì)比較簡(jiǎn)單?？刹捎眠M(jìn)氣道噴射汽油機(jī)已廣泛應(yīng)用的三效催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)來進(jìn)行排氣后處理。在三效催化轉(zhuǎn)化器中三種主要污染物CO、HC和NOx能同時(shí)被高效地凈化，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的過量空氣系數(shù)在1附近時(shí)，其轉(zhuǎn)化效率最高。為此由發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中的空燃比調(diào)節(jié)功能（圖2-1-10），通過進(jìn)氣空氣質(zhì)量流量計(jì)和安裝在三效催化轉(zhuǎn)化器前的λ傳感器（氧傳感器）來調(diào)節(jié)噴油量，以實(shí)現(xiàn)所需要的精確的過量空氣系數(shù)。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home三效催化轉(zhuǎn)化器的芯子由圓形或橢圓形的蜂窩狀多孔陶瓷（MgO2、Al2O3、SiO2）載體及其表面的催化涂層所組成，其體積是汽油機(jī)排量的50%～80%左右。為了在較小的體積內(nèi)具有較大的催化表面，將三效催化轉(zhuǎn)化器的芯子載體做成蜂窩狀通道，蜂窩密度越大，單位體積中的催化表面越大，一般為400目（蜂窩通道數(shù)/英寸），蜂窩通道壁厚在0.2mm左右，單位體積中的載體表面在28cm2/cm3以上，能承受980℃以上高溫。載體蜂窩通道壁表面涂層（圖2-1-11）的主要活性催化材料是貴金屬鉑（Pt）和銠（Rh），用量為每升載體1.4～1.7g。鉑（Pt）主要催化HC和CO的氧化反應(yīng)，而銠（Rh）則催化NOx的還原反應(yīng)。兩者的用量比例為5∶1。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home當(dāng)汽油機(jī)以過量空氣系數(shù)等于1的混合氣運(yùn)行，排氣流經(jīng)三效催化轉(zhuǎn)化器蜂窩通道時(shí)，其中的CO和HC在鉑（Pt）的催化作用下被剩余的O2氧化凈化成CO2+H2O，而所產(chǎn)生的H2和沒有氧化凈化完的CO和HC作為NOx還原反應(yīng)凈化成N2所必需的還原劑。這樣，三種主要污染物CO、HC和NOx就能同時(shí)轉(zhuǎn)化凈化。如果混合氣太稀（λ＞1），空氣過量，排氣中的O2就富余，CO和HC及其氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的H2就會(huì)首先被完全氧化掉，因此NOx的還原凈化反應(yīng)因缺乏還原劑而無法進(jìn)行。相反，如果混合氣太濃（λ＜1），空氣不足，排氣中的O2就不足以使得CO和HC被氧化凈化。三效催化轉(zhuǎn)化器對(duì)CO、HC和NOx的轉(zhuǎn)化凈化效率還與溫度有關(guān)，通常將催化轉(zhuǎn)化效率達(dá)到50%的溫度稱為三效催化轉(zhuǎn)化器的起燃溫度，一般為250℃左右。為了提高轉(zhuǎn)化凈化效率和防止過熱，三效催化轉(zhuǎn)化器的使用溫度應(yīng)控制在350～450℃。采用三效催化轉(zhuǎn)化器的汽油機(jī)轎車，在城市標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試循環(huán)中排放污染物的50%～80%是在冷啟動(dòng)后1min內(nèi)排放的。因此提高三效催化轉(zhuǎn)化器在冷啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)化凈化效率是滿足越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。為此，缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)將三效催化轉(zhuǎn)化器置于與排氣管緊密耦聯(lián)的位置，以便減少經(jīng)過連接管路時(shí)的熱量損失，使得三效催化轉(zhuǎn)化器能在冷啟動(dòng)時(shí)迅速升溫以及在低負(fù)荷時(shí)保持足夠高的工作溫度，有利于提高其催化轉(zhuǎn)化效率。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，三效催化轉(zhuǎn)化器的活性表面也會(huì)老化失效，具體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)化凈化效率下降，起燃溫度上升。通常，汽車經(jīng)過15萬公里行駛以后，三效催化轉(zhuǎn)化器的起燃溫度會(huì)從250～270℃提高到350℃以上，而CO和HC的轉(zhuǎn)化凈化效率減少20%～30%，NOx的轉(zhuǎn)化凈化效率減少50%。三效催化轉(zhuǎn)化器老化的主要原因有兩個(gè)：（1）過熱老化：由于使用溫度過高造成催化轉(zhuǎn)化器載體表面燒結(jié)而導(dǎo)致活性損失，一般三效催化轉(zhuǎn)化器的使用溫度不宜超過900℃。在日常使用中應(yīng)盡量避免長(zhǎng)時(shí)間高速高負(fù)荷行駛或急加速。（2）化學(xué)毒化：燃油和潤(rùn)滑油中的一些元素（如鉛、硫等）和催化轉(zhuǎn)化器載體表面活性材料反應(yīng)，或覆蓋在催化轉(zhuǎn)化器載體的活性表面上，造成催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率下降，因此使用三效催化轉(zhuǎn)化器的汽油機(jī)必須使用無鉛汽油，并對(duì)使用的潤(rùn)滑油的成分提出了新的要求，在日常使用中必須使用規(guī)定的汽油和潤(rùn)滑油牌號(hào)，絕不能任意更換。5.電子控制系統(tǒng)均質(zhì)燃燒缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)由于運(yùn)行狀況與進(jìn)氣管噴射汽油機(jī)相似，電控系統(tǒng)也基本相似。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home大眾燃油分層直噴技術(shù)FSI(FuelStratifiedInjection)是近幾年在汽車工程界脫穎而出的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。FSI發(fā)動(dòng)機(jī)在2000年開始應(yīng)用在批量生產(chǎn)的車型上，先后塔載在大眾高爾夫、波羅、帕薩特、奧迪等不同型號(hào)的車型上?，F(xiàn)在的FSI發(fā)動(dòng)機(jī)有三種工作方式：分層充氣模式、均質(zhì)稀混合氣模式、均質(zhì)混合氣模式，在不同的工況下采用不同的混合氣濃度。FSI發(fā)動(dòng)機(jī)按照發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷工況，可以自動(dòng)選擇在低負(fù)荷時(shí)采用分層充氣模式；在高負(fù)荷時(shí)則采用均質(zhì)混合氣模式；在中間負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，采用均質(zhì)稀混合氣模式。在三種運(yùn)行模式中，燃料的噴射時(shí)間有所不同，真空作用的開關(guān)閥進(jìn)行開啟/關(guān)閉來控制進(jìn)氣氣流的形態(tài)。二、大眾FSI第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home1.分層充氣模式如圖2-1-12所示，在這種工作模式中過量空氣系數(shù)為1.6～3。在分層充氣模式下，空氣經(jīng)過接近全開的節(jié)氣門（節(jié)氣門不能完全打開，因?yàn)榭傄３忠欢ǖ恼婵沼糜诨钚蕴脊扪b置和廢氣再循環(huán)裝置）引入燃燒室。此時(shí)，進(jìn)氣歧管翻板會(huì)將下部進(jìn)氣道完全關(guān)閉，這樣吸入的空氣在上部進(jìn)氣道流動(dòng)的速度就加快了，于是空氣會(huì)呈旋渦狀流入氣缸內(nèi)?；钊系陌伎訒?huì)增強(qiáng)這種渦旋流動(dòng)效果，與此同時(shí)，節(jié)氣門會(huì)進(jìn)一步打開，以便盡量減小節(jié)流損失。在壓縮行程上止點(diǎn)前約60時(shí)，高壓燃油以50～110bar的壓力噴入到火花塞附近。燃油的噴射時(shí)刻對(duì)混合氣的形成有很大的影響，混合氣形成只發(fā)生在40～50曲軸角之間，如果曲軸角小于這個(gè)范圍就無法點(diǎn)燃混合氣，如果曲軸角大于這個(gè)范圍，混合氣就變成均質(zhì)充氣了，如此稀薄的均質(zhì)混合氣是無法點(diǎn)燃的。由于燃油噴射角非常小，燃油霧氣實(shí)際并不與活塞頂接觸，所以稱為“空氣引入”方式，并且只在火花塞附近聚集了具有良好點(diǎn)火性能的混合氣，這些混合氣在壓縮行程中被點(diǎn)燃。另外在燃燒后，被點(diǎn)燃的混合氣與氣缸壁之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)隔離用的空氣層，它的作用是降低通過發(fā)動(dòng)機(jī)缸體散發(fā)掉的熱量，提高了熱效率。分層充氣模式并不是在整個(gè)特性曲線范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)的。特性曲線范圍受到限制，這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)荷增大時(shí)，需要使用較濃的混合氣，燃油消耗方面的優(yōu)勢(shì)也就隨之下降了。另外，當(dāng)過量空氣系數(shù)小于1.4時(shí)，燃燒穩(wěn)定性就變差了，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速升高后，混合氣準(zhǔn)備時(shí)間就不足了，且空氣的渦旋流動(dòng)也對(duì)燃燒穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home2.均質(zhì)稀混合氣模式如圖2-1-13所示，這種工作模式的過量空氣系數(shù)為1.55左右，在這種工作模式下也和分層充氣一樣，節(jié)氣門開度大，進(jìn)氣歧管關(guān)閉，不過是在點(diǎn)火上止點(diǎn)前300℃左右時(shí)噴入燃油，這樣形成混合氣的時(shí)間比較長(zhǎng)，有利于形成均勻的稀混合氣，這種工作模式稱為均質(zhì)稀混合氣模式。均質(zhì)稀混合氣模式是一種特殊的工作模式，同分層充氣模式一樣，也只能在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)正常工作，并且還需要滿足以下條件：（1）沒有與排放系統(tǒng)有關(guān)的故障。（2）冷卻液溫度必須超過50℃。（3）氮氧化物催化轉(zhuǎn)換器的溫度為250～500℃范圍內(nèi)。（4）進(jìn)氣閥必須保持關(guān)閉狀態(tài)。在均質(zhì)稀薄燃燒這種運(yùn)行模式中，燃油在進(jìn)氣沖程噴射，并且由于產(chǎn)生加速稀薄混合氣燃燒的縱渦流，開關(guān)閥被關(guān)閉。這時(shí)，阻礙燃燒的廢氣再循環(huán)（EGR）暫不進(jìn)行。與均質(zhì)理論空燃比燃燒不同的是，吸入空氣量超過燃油噴射量燃燒的需要，此時(shí)的過量空氣系數(shù)大于1。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home3.均質(zhì)混合氣模式如圖2-1-14所示，均質(zhì)混合氣模式的過量空氣系數(shù)為1。節(jié)氣門開度按照油門踏板的位置來控制，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較大且轉(zhuǎn)速較高時(shí)，進(jìn)氣歧管翻板就會(huì)完全打開，于是吸入的空氣就經(jīng)過上、下進(jìn)氣道進(jìn)入氣缸。燃油噴射并不是像分層充氣模式那樣在壓縮行程時(shí)發(fā)生，而是發(fā)生在進(jìn)氣行程中，這樣燃油和空氣就有更充足的時(shí)間來混合，并且可以利用空氣流動(dòng)旋轉(zhuǎn)的渦流來?yè)羲槿加皖w粒，使之混合更加充分。均質(zhì)模式的優(yōu)點(diǎn)在于燃油是直接噴入燃燒室內(nèi)，而吸入的空氣可抽走一部分燃油汽化時(shí)所產(chǎn)生的熱量。這種內(nèi)部冷卻可以降低爆震趨勢(shì)，因此可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比和熱效率。在高負(fù)荷中所進(jìn)行的均質(zhì)理論空燃比燃燒中，燃油則是在進(jìn)氣沖程中噴射。理論空燃比的均質(zhì)混合氣易于燃燒，不必借助渦流作用，由于進(jìn)氣阻力減少，開關(guān)閥打開。而在全負(fù)荷以外，進(jìn)行廢氣再循環(huán)，限制泵吸損失，采用直噴化可使壓縮比提高到12∶1，即使在均質(zhì)理論空燃比混合氣燃燒中，仍能降低燃油消耗。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home大眾FSI發(fā)動(dòng)機(jī)具有獨(dú)特的燃燒室和活塞頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，在一個(gè)工作循環(huán)過程中進(jìn)行兩次噴油，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入進(jìn)氣行程時(shí)，噴油器第一次向氣缸內(nèi)噴入較少的燃油，這與普通的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣管內(nèi)噴油類似，但由于噴油量較小，氣缸內(nèi)混合氣濃度也相對(duì)較稀。在進(jìn)入壓縮行程后，較稀的混合氣甚至不能在火花塞發(fā)出的電弧下發(fā)火燃燒，這樣就避免了汽油在高壓縮比下產(chǎn)生爆燃。當(dāng)進(jìn)入壓縮行程末段時(shí)，活塞還未運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，噴油器在氣缸內(nèi)進(jìn)行第二次噴油。此時(shí)，高速噴出的燃油在高壓下，借助活塞頂部的特殊凹陷結(jié)構(gòu)在氣缸內(nèi)形成強(qiáng)渦流，運(yùn)動(dòng)到燃燒室頂部，在火花塞附近形成一個(gè)混合氣濃度相對(duì)較高的區(qū)域，此處混合氣的濃度足以保證火花塞放出的電弧能將其引燃，在渦流的作用下，火焰也很快從混合氣濃度較高的區(qū)域擴(kuò)散到濃度較低的區(qū)域。利用這一過程，較高的壓縮比和強(qiáng)大的渦流就使稀薄的混合氣可以在氣缸內(nèi)充分燃燒，提高了汽油的燃燒效率，達(dá)到增大功率的同時(shí)又節(jié)省了燃油的消耗量。這就是大眾的FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程。實(shí)際上，在這一過程中為了實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒的目的，燃油的分層燃燒才是最核心的技術(shù)，而將燃油直接噴射到氣缸中，只是實(shí)現(xiàn)燃油分層燃燒的技術(shù)基礎(chǔ)第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home三、三菱GDI三菱GDI(GosolineDirectInjection)發(fā)動(dòng)機(jī)采用更為主動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)分層燃燒。利用噴油器主動(dòng)向火花塞附近噴油，噴出的燃油會(huì)形成喇叭狀，越靠近噴油嘴的區(qū)域，混合氣濃度就越高，越遠(yuǎn)離噴油嘴的區(qū)域，混合氣的濃度也就越低，利用這一原理將噴油器布置在火花塞附近，就更利于形成混合氣濃度較高的區(qū)域。GDI發(fā)動(dòng)機(jī)和FSI發(fā)動(dòng)機(jī)都是采用一個(gè)工作循環(huán)兩次噴油的供油方式，GDI發(fā)動(dòng)機(jī)在第一次噴油時(shí)，其過程和所實(shí)現(xiàn)的目的與FSI發(fā)動(dòng)機(jī)完全相同，而在第二次噴油時(shí)，GDI發(fā)動(dòng)機(jī)則不需要利用渦流來形成混合氣濃度相對(duì)較高的區(qū)域，如圖2-1-15所示。表2-1-3列出了GDI的主要技術(shù)、目標(biāo)和方法。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)第二節(jié)柴油機(jī)共軌技術(shù)一、柴油機(jī)電控系統(tǒng)簡(jiǎn)述二、燃油系統(tǒng)的組成及工作原理三、電控系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理四、典型高壓共軌噴射系統(tǒng)介紹Home一、柴油機(jī)電控系統(tǒng)簡(jiǎn)述柴油機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展柴油機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了三代：（1）第一代（位置控制方式）柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展保留了傳統(tǒng)柴油機(jī)供給系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，只是取消了機(jī)械控制部件（調(diào)速器等），增加了傳感器、ECU、執(zhí)行器等組成的控制系統(tǒng)，使控制精度和響應(yīng)速度得以提高。柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)幾乎不需改動(dòng)，便于對(duì)現(xiàn)有柴油機(jī)進(jìn)行升級(jí)換代，但響應(yīng)慢，控制精度不高，供油壓力不能控制。在直列柱塞泵上實(shí)施位置控制的有：日本電裝公司的ECD-P1、ECD-P2、ECD-P3系統(tǒng)，德國(guó)博世（Bosch）公司的EDR系統(tǒng)，美國(guó)卡特皮勒（Caterpiller）公司的PEEC系統(tǒng)等。在分配泵上實(shí)施位置控制的有：日本電裝（Denso）公司的ECD-V1系統(tǒng)，德國(guó)Bosch公司的EDC系統(tǒng)，美國(guó)思達(dá)耐（Standyne）公司的PCF系統(tǒng)等。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（2）第二代（時(shí)間控制方式）第二代柴油機(jī)電控系統(tǒng)基本保留了傳統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，通過高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時(shí)噴射。一般情況下，電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油；電磁閥打開，噴油結(jié)束。因此既可實(shí)現(xiàn)供油量控制，又可實(shí)現(xiàn)供油正時(shí)的控制?？刂谱杂啥雀?，供油加壓與供油調(diào)節(jié)在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，使噴油泵結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，強(qiáng)度得到提高。高壓噴油能力大大加強(qiáng)，但供油壓力無法控制。在分配泵上實(shí)施時(shí)間控制的有日本電裝公司的ECD-V3系統(tǒng)，美國(guó)Standyne公司的DS型和RS型（DS型已用于GM公司1994年的增壓柴油機(jī)，RS型已用于GM公司的客貨兩用車和越野車），日本豐田公司的ECD-2系統(tǒng)；電控泵噴嘴系統(tǒng)有德國(guó)Bosch公司的PDE27/PDE28系統(tǒng)等。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（3）第三代（時(shí)間-壓力控制方式）該方式基本改變了傳統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，主要以電控共軌（各缸噴油器共用一個(gè)高壓油管）式噴油系統(tǒng)為特征，直接對(duì)噴油器的噴油量、噴油正時(shí)、噴油速率和噴油規(guī)律、噴油壓力等進(jìn)行時(shí)間-壓力控制。油壓油泵并不直接控制噴油，而僅僅向共軌供油以維持所需的共軌壓力，并通過連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來控制噴射壓力，可實(shí)現(xiàn)高壓噴射（最高達(dá)200MPa），噴射壓力獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，具有良好的噴射特性。目前在卡車和轎車柴油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展迅速。國(guó)外典型共軌噴射系統(tǒng)有日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)，美國(guó)Caterpiller公司的HEUI系統(tǒng)等。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home2.柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（1）改善低溫起動(dòng)性電子控制系統(tǒng)能夠以最佳的程序替代駕駛員進(jìn)行麻煩的起動(dòng)操作，使柴油機(jī)低溫起動(dòng)更容易。（2）降低氮氧化物的排放和煙度采用柴油機(jī)電控技術(shù)，可精確地將噴油量控制在不超過冒煙界限的適當(dāng)范圍內(nèi)，同時(shí)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況調(diào)節(jié)噴油時(shí)刻，從而有效地抑制排煙。（3）提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性采用柴油機(jī)電控系統(tǒng)，無論負(fù)荷怎樣增減，都能保證發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下以最低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，有利于提高其經(jīng)濟(jì)性。（4）提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性柴油機(jī)電控系統(tǒng)中，ECU根據(jù)傳感器信號(hào)精確計(jì)算噴油量和噴油正時(shí)，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。（5）精確控制渦輪增壓采用電子控制技術(shù)可以對(duì)增壓裝置進(jìn)行精確的控制。（6）適應(yīng)性廣只要改變ECU的控制程序和數(shù)據(jù)，一種噴油泵就能廣泛應(yīng)用在各種柴油機(jī)上，而且柴油機(jī)燃油噴射控制可與變速器控制、怠速控制等各種控制系統(tǒng)進(jìn)行組合實(shí)現(xiàn)集中控制，有利于縮短柴油機(jī)電控系統(tǒng)開發(fā)周期，降低成本，從而擴(kuò)大柴油機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home汽車柴油機(jī)電控高壓共軌噴油系統(tǒng)由低壓供油部分和高壓供油部分組成，如圖2-2-1、圖2-2-2所示。二、燃油系統(tǒng)的組成及工作原理第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home1.低壓部分低壓部分向高壓部分提供足夠的燃油，其主要組成部件如圖2-2-3所示。（1）輸油泵輸油泵的任務(wù)是在任何工況下，為燃油提供所需壓力，并在整個(gè)使用壽命期內(nèi)，向高壓泵提供足夠的燃油。目前輸油泵有兩種類型，即電動(dòng)輸油泵（滾子葉片泵）和機(jī)械驅(qū)動(dòng)的齒輪泵。電動(dòng)輸油泵用于乘用車和輕型商用車。除了向高壓泵輸送燃油外，電動(dòng)輸油泵在監(jiān)控系統(tǒng)中還起到了在必要時(shí)中斷燃油輸送的作用；齒輪輸油泵用于乘用車和輕型商用車的共軌噴油系統(tǒng)中，向高壓泵輸送燃油。其裝在高壓泵中，與高壓泵共用驅(qū)動(dòng)裝置，或裝在發(fā)動(dòng)機(jī)旁配有單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置一般為聯(lián)軸節(jié)、齒輪或齒帶。（2）燃油濾清器燃油中的雜質(zhì)可能使泵油元件、出油閥和噴油嘴損壞，因此使用滿足噴油系統(tǒng)要求的燃油濾清器是保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作和延長(zhǎng)使用壽命的前提條件。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home2.高壓部分高壓部分除了產(chǎn)生高壓力的組件外，還有燃油分配和計(jì)量組件，如圖2-2-4所示。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home（1）高壓泵高壓泵（圖2-2-5）位于低壓部分和高壓部分之間，它的任務(wù)是在車輛所有工作范圍和整個(gè)使用壽命期間，在共軌中持續(xù)產(chǎn)生符合系統(tǒng)壓力要求的高壓燃油，以及快速啟動(dòng)過程和共軌中壓力迅速升高時(shí)所需的燃油儲(chǔ)備。高壓泵通常裝在柴油機(jī)上，以齒輪、鏈條或齒形皮帶連接在發(fā)動(dòng)機(jī)上，最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，依靠燃油潤(rùn)滑。調(diào)壓閥通常直接裝在高壓泵旁，或固定在共軌上。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home燃油是由高壓泵內(nèi)三個(gè)相互呈120徑向布置的柱塞壓縮的。由于每轉(zhuǎn)一圈有三個(gè)供油行程因此驅(qū)動(dòng)峰值扭矩小，泵驅(qū)動(dòng)裝置受載均勻。驅(qū)動(dòng)扭矩為16N·m，僅為同等級(jí)分配泵所需驅(qū)動(dòng)扭矩的1/9左右，所以共軌噴油系統(tǒng)對(duì)泵驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)要求比普通噴油系統(tǒng)低，泵驅(qū)動(dòng)裝所需的動(dòng)力隨共軌壓力和泵轉(zhuǎn)速（供油量）的增加而增加。排量為2L的柴油機(jī)，額定轉(zhuǎn)速下共軌壓力為135MPa時(shí)，高壓泵（機(jī)械效率約為90%）所消耗功率為3.8kW。噴油嘴中的泄漏和所需的噴油量，及調(diào)壓閥的回油，使其實(shí)際功消耗率要更高些。燃油通過輸油泵加壓經(jīng)帶油水分離器的濾清器送往安全閥，通過安全閥上的節(jié)流孔將燃油壓到高壓泵的潤(rùn)滑和冷卻回路中。帶偏心凸輪的驅(qū)動(dòng)軸或彈簧根據(jù)凸輪形狀相位的變化而將泵柱塞推上或壓下。如果供油壓力超過了安全閥的開啟壓力（0.05～0.15MPa），則輸油泵可通過高壓泵的進(jìn)油閥將燃油壓入柱塞腔（吸油行程）。當(dāng)柱塞達(dá)到下止點(diǎn)后而上行時(shí)，進(jìn)油閥被關(guān)閉，柱塞腔內(nèi)的燃油被壓縮，只要達(dá)到共軌壓力就立即打開排油閥，被壓縮的燃油進(jìn)入高壓回路。到上止點(diǎn)前，柱塞一直泵送燃油（供油行程）。達(dá)到上止點(diǎn)后，壓力下降，排油閥關(guān)閉。柱塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，剩下的燃油降壓，直到柱塞腔中的壓力低于輸油泵的供油壓力時(shí)，吸油閥再次被打開，重復(fù)進(jìn)入下一工作循環(huán)。第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)（2）調(diào)壓閥調(diào)壓閥的任務(wù)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀況調(diào)整和保持共軌中的壓力：共軌壓力過高時(shí)，調(diào)壓閥打開，一部分燃油經(jīng)回油管返回油箱；共軌壓力過低時(shí)，調(diào)壓閥關(guān)閉，高壓端對(duì)回油管封閉。調(diào)壓閥（圖2-2-6）有安裝法蘭，用以固定在高壓泵或共軌上。銜鐵銷將鋼球壓在密封座上，以使高壓端對(duì)低壓端密封。一方面彈簧將銜鐵銷往下壓，另一方面電磁線圈還對(duì)銜鐵銷有作用力。為進(jìn)行潤(rùn)滑和散熱，整個(gè)電磁閥周圍都有燃油流過。調(diào)壓閥有兩個(gè)調(diào)節(jié)回路：低速電調(diào)節(jié)回路，用于調(diào)整共軌中可變化的平均壓力值；高速機(jī)械液壓調(diào)節(jié)回路，用于補(bǔ)償高頻壓力波動(dòng)。Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)共軌或高壓泵出口處的高壓燃油通過高壓油進(jìn)口作用在調(diào)壓閥上。由于無電流的電磁線圈不產(chǎn)生作用力，燃油的高壓力大于彈簧力，調(diào)壓閥打開。根據(jù)供油量的大小，調(diào)壓閥調(diào)整打開的開度。該彈簧是按最大壓力約10MPa設(shè)計(jì)的。如果要提高高壓回路中的壓力，就必須在彈簧力的基礎(chǔ)上再建立電磁力。當(dāng)電磁力和彈簧力與燃油高壓力達(dá)到平衡時(shí)，調(diào)壓閥停留在某個(gè)開啟位置，燃油壓力保持不變。泵油量的變化和燃油從噴油器中噴出時(shí)，調(diào)壓閥通過不同的開度予以補(bǔ)償。電磁閥的電磁力與控制電流成正比，而控制電流的變化通過脈寬調(diào)制來實(shí)現(xiàn)。脈寬的調(diào)制頻率為1kHz，可避免銜鐵銷的運(yùn)動(dòng)干擾共軌中的壓力波動(dòng)。（3）共軌共軌的任務(wù)是存儲(chǔ)高壓燃油，高壓泵的供油和噴油所產(chǎn)生的壓力波動(dòng)由共軌的容積進(jìn)行緩沖。在輸出較大燃油量時(shí)，所有氣缸共用的共軌壓力也應(yīng)保持恒定，從而確保噴油器打開時(shí)噴油壓力不變。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝條件不同，帶流量限制器（選裝件）、共軌壓力傳感器、調(diào)壓閥和限壓閥的共軌（圖2-2-7、圖2-2-8）可進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)。Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)（4）噴油器噴油始點(diǎn)和噴油量用電子控制的噴油器調(diào)整，它替代了普通噴油系統(tǒng)中的噴油嘴和噴油器總成。與直噴式柴油機(jī)中的噴油器體相似，噴油器用卡夾裝在氣缸蓋中。共軌噴油器在直噴式柴油機(jī)中的安裝不需要?dú)飧咨w在結(jié)構(gòu)上有很大改變。噴油器由孔式噴油嘴、液壓伺服系統(tǒng)、電磁閥組件構(gòu)成。如圖2-2-9所示，燃油從高壓接頭經(jīng)進(jìn)油通道送往噴油器，并經(jīng)過進(jìn)油節(jié)流孔進(jìn)入閥控制室，而閥控制室經(jīng)由電磁閥控制的回油節(jié)流孔與回油孔相通。出油節(jié)流孔在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，作用在閥控制活塞上的液壓力大于作用在噴油嘴針閥承壓面上的力，噴油嘴針閥被壓在其座面上，緊緊關(guān)閉通往噴油孔的高壓通道，因而沒有燃油噴入燃燒室。電磁閥動(dòng)作時(shí)，打開回油節(jié)流孔，閥控制室內(nèi)的壓力下降，只要作用在閥控制活塞上的液壓力小于作用在噴油嘴針閥承壓面上的力，噴油嘴針閥立即打開，燃油經(jīng)過噴孔噴入燃燒室。用電磁閥不能直接產(chǎn)生迅速關(guān)閉針閥所需的力，因此采用經(jīng)液力放大系統(tǒng)間接控制噴油嘴針閥。其間除噴入燃燒室的燃油量之外，附加的控制油量經(jīng)控制室的回油節(jié)流孔進(jìn)入回油通道，此外還有針閥導(dǎo)向和閥活塞導(dǎo)向部分的泄油。這種控制油量和泄油量經(jīng)集油管（溢流閥、高壓泵和調(diào)壓閥也與集油管接通）的回油通道返回油箱。Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)和高壓泵工作時(shí)，噴油器的功能可分為四個(gè)工作狀態(tài)：噴油器關(guān)閉（依靠其中存有的高壓）、噴油器打開（噴油開始）、噴油器完全打開、噴油器關(guān)閉（噴油結(jié)束）。上述工作狀態(tài)是通過噴油器構(gòu)件上力的分配產(chǎn)生的。發(fā)動(dòng)機(jī)不工作和共軌中沒有壓力時(shí)，噴油嘴彈簧將噴油器關(guān)閉。①噴油器關(guān)閉（靜止?fàn)顟B(tài)）電磁閥在靜止?fàn)顟B(tài)不被控制，因此是關(guān)閉的，如圖2-2-9（a）所示?；赜凸?jié)流孔關(guān)閉時(shí)，銜鐵的鋼球通過閥彈簧壓在回油節(jié)流孔的座面上。閥控制室內(nèi)建立起共軌高壓，同樣的壓力也存在于噴油器的內(nèi)腔容積中。共軌壓力在控制柱塞端面上施加的力和噴油嘴彈簧力使針閥克服作用在其承壓面上的開啟力而處于關(guān)閉狀態(tài)。Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)②噴油器打開（噴油開始）噴油器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，一旦電磁線圈通入吸動(dòng)電流，電磁線圈的吸力大于閥彈簧力，銜鐵就將回油節(jié)流孔打開，如圖2-2-9（b）所示。由于磁路的空隙較小，因此有可能在極短的時(shí)間內(nèi)，急劇升高的吸動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成較小的電磁閥保持電流。隨著回油節(jié)流孔的打開，燃油從閥控制室流入其上面的空腔，并經(jīng)回油通道返回油箱，使閥控制室內(nèi)的壓力下降，而進(jìn)油節(jié)流孔可防止壓力完全平衡，導(dǎo)致閥控制室內(nèi)的壓力小于噴油嘴內(nèi)腔容積中的壓力，從而針閥被打開，開始噴油。針閥的開啟速度取決于進(jìn)、回油節(jié)流孔之間的流量差?？刂浦_(dá)到其上極限位置，并在該處固定在進(jìn)、回油節(jié)流孔之間的燃油墊上。此時(shí)噴油器完全被打開，燃油以近似共軌壓力噴入燃燒室。噴油器上的力分布大致等于開啟階段中的力分布。Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)③噴油器關(guān)閉（噴油結(jié)束）如果電磁閥控制電流結(jié)束，則銜鐵在閥彈簧力的作用下向下將鋼球壓在閥座上，關(guān)閉回油節(jié)流孔。銜鐵被設(shè)計(jì)成由兩部分組合，雖然銜鐵盤由銜鐵銷帶著一起向下運(yùn)動(dòng)，但它是壓著回位彈簧一起向下運(yùn)動(dòng)的，因此銜鐵和鋼球的落座沒有較大的向下沖擊力。由于回油節(jié)流孔的關(guān)閉，進(jìn)油節(jié)流孔的進(jìn)油又使控制室中建立起與共軌中相同的壓力，從而使作用在控制活塞上的力增加，再加上彈簧力，超過了噴油嘴內(nèi)腔容積中的液壓力，于是針閥關(guān)閉。Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)三、電控系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理電控系統(tǒng)的組成電控系統(tǒng)由噴油泵、油軌、噴油器、ECU、電子油門踏板、傳感器和執(zhí)行器等組成?，F(xiàn)有Bosch共軌系統(tǒng)分輕型和重型，輕型系統(tǒng)主要適用于3.5噸以下卡車和乘用車，該系統(tǒng)采用EDC16控制系統(tǒng)，重型車采用EDC7控制系統(tǒng)。Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)2.電控系統(tǒng)的工作原理ECU根據(jù)駕駛員的需求，即電子油門踏板的位置（輸入到ECU里的油門電壓信號(hào)），以及發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛當(dāng)前的工況（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、當(dāng)前負(fù)載等），在ECU內(nèi)計(jì)算出駕駛員需要的噴油量、噴油時(shí)刻、噴油次數(shù)和噴油壓力（噴油時(shí)的軌壓），并發(fā)出指令使軌壓控制在需要值和讓噴油器按計(jì)算結(jié)果噴油。ECU典型功能介紹：軌壓控制功能：軌壓的控制是閉環(huán)控制，ECU發(fā)出指令要求軌壓控制到設(shè)定值，軌上的軌壓傳感器會(huì)回饋當(dāng)前軌壓信息給ECU，形成一個(gè)閉環(huán)。

EGR系統(tǒng)：ECU根據(jù)不同工況下在標(biāo)定數(shù)據(jù)中計(jì)算出的需要的新鮮進(jìn)氣量，總進(jìn)氣量減去新鮮進(jìn)氣則為需要的廢氣再循環(huán)量，通過控制真空電磁閥來控制EGR閥的開度，以得到需要的廢氣循環(huán)量。ECU發(fā)出指令要求新鮮的進(jìn)氣量為設(shè)定值，空氣流量計(jì)回饋當(dāng)前新鮮進(jìn)氣量。此控制也是一個(gè)閉環(huán)控制過程。修正功能：ECU還可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、大氣壓力傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行噴油量、噴油始點(diǎn)、噴油次數(shù)、噴油壓力及預(yù)熱時(shí)間等的修正以適應(yīng)特定的工況，例如得到在低溫下更好的冷起動(dòng)性能，在高原上盡可能保證動(dòng)力性的情況下得到更好的排氣煙度等。預(yù)熱功能：歐III預(yù)熱控制系統(tǒng)與歐II系統(tǒng)相比，安裝布置和原理未更改，只是ECU控制策略不同。歐II系統(tǒng)預(yù)熱策略、控制和預(yù)熱塞加電都由預(yù)熱ECU完成。歐III系統(tǒng)控制策略、控制由ECU完成，預(yù)熱控制器（GCU）只是執(zhí)行ECU的指令，為預(yù)熱塞加電，僅起繼電器作用。Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)四、典型高壓共軌噴射系統(tǒng)介紹德國(guó)Bosch高壓共軌系統(tǒng)到目前為止，Bosch公司總共規(guī)劃和設(shè)計(jì)了四代高壓共軌系統(tǒng)。圖2-2-10所示為Bosch公司的高壓共軌噴射系統(tǒng)。第一代已經(jīng)于1997年批量投放市場(chǎng)，噴射壓力達(dá)135MPa，主要應(yīng)用于轎車。第二代于2000年開始量產(chǎn)，最大系統(tǒng)壓力為160MPa，并開始使用具有油量調(diào)節(jié)功能的高壓泵，經(jīng)改進(jìn)的電磁閥噴油器噴射循環(huán)由預(yù)噴射、主噴射和多級(jí)噴射等多次噴射組成，主要適用于功率在55kW/L以下的發(fā)動(dòng)機(jī)，采用降噪新技術(shù)。Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)Home第二章發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射新技術(shù)2003年5月，Bosch公司開始生產(chǎn)創(chuàng)新的壓電直列技術(shù)的第三代共軌系統(tǒng)。前兩代的共軌系統(tǒng)Bosch公司主要重視提高噴油壓力，而第三代共軌系統(tǒng)的重心轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜度和精密度上，其壓力暫時(shí)保持在160MPa。第三代共軌系統(tǒng)的特殊之處在于它采用了一個(gè)快速開關(guān)的緊湊的壓電直列噴油器。一個(gè)壓電執(zhí)行器內(nèi)置于噴油器軸體上，且非?？拷鼑娪推鲊娮灬橀y。新的噴油器減少了約75%的運(yùn)動(dòng)件及75%的質(zhì)量（圖2-2-11）。與電磁閥執(zhí)行器的共軌系統(tǒng)噴油器