比较两种电磁阀控制的高压共轨喷油器性能差异

高压共轨喷油器目前大多数采用两位两通高速电磁阀控制其喷油过程，这种高压共轨喷油器的基本结构原理图如图5-40所示，有一个控制针阀启闭的控制柱塞（或挺杆）以及与之配合的控制柱塞套，在控制柱塞的上端形成了一个控制腔，该控制腔有一个进油阻尼孔（或进油节流孔）和一个出油阻尼孔（或出油节流孔）。进油阻尼孔和高压油源连通，即和共轨管连通，来自共轨管的高压燃油还和喷油器针阀的盛油槽连通。而出油阻尼孔必须通过两位两通高速电磁阀才能和低压燃油箱连通。这种喷油器，例如前述的BOSCH公司的高压共轨喷油器，当电磁阀不通电时，电磁铁的动铁心，即衔铁在静铁心内的复位弹簧的作用下，脱离静铁心的吸合，把钢球压倒圆锥形的阀座上，堵塞喷油器控制腔的出油阻尼孔，这种状态，对应图5-40中的两位两通电磁阀机能符号的常闭状态，即电磁阀不通电时，电磁阀的进、出油口被切断。由于此时电磁阀的进、出油口被切断，即控制腔的出油阻尼孔关闭，而控制腔的进油阻尼孔，始终和高压油源连通，因此控制腔中迅速建立起高压，将控制柱塞向下推动，进而推动针阀落座，关闭喷油器的喷孔，喷油器停止喷油。

图5-40 两位两通高速电磁阀控制的高压共轨喷油器的结构原理

当喷油器要喷油时，电磁阀通电，此时动铁心在电磁吸力的作用下，克服复位弹簧的作用力，被静铁心吸合，这样压在钢球上的复位弹簧的作用力消除，钢球在控制腔内的高压燃油的作用下抬起，使控制腔的燃油通过两位两通电磁阀和低压燃油箱连通，控制器开始泄压，此即两位两通电磁阀的连通状态。但是，此时针阀盛油槽中的燃油压力，由于进油阻尼孔的阻尼作用，基本上和共轨管里的燃油压力相同，因此当控制腔中的燃油压力下降到一定的程度，针阀盛油槽以及针阀下端锥面处的燃油产生的、作用在针阀上的向上的作用力，克服控制腔中的燃油产生的作用在控制柱塞上端面的向下的压力以及针阀的复位弹簧的作用力，针阀被抬起，开始喷油。显然，此时控制器的进、出油阻尼孔都在开启状态，因此，在喷油器的喷油过程中，将有相当数量的高压燃油流经共轨管、控制腔的进、出油阻尼孔、两位两通电磁阀流回燃油箱，这一部分高压燃油具有很高的压力，但没做功，白白流回油箱，完全变成了热，这是严重的能源浪费。这是这种两位两通电磁阀控制的高压共轨喷油器的一个严重的问题。而且由于此时控制器的进、出油阻尼孔的连通，共轨管中的高压燃油直接流回油箱，使共轨压力下降，结果使实际喷油压力下降。因此为了维持比较高的实际喷油压力，必须使进油阻尼孔孔径尽可能的缩小，以形成比较大的阻尼，使经过进油阻尼孔的油液产生比较大的压力差，即保持进油阻尼孔前的油液压力尽可能高一些。但是进油阻尼孔孔径太小，又会影响喷油结束时的针阀落座速度，使喷油持续期延长。这是因为针阀的落座速度取决于电磁阀关闭控制腔的出油阻尼孔后，控制腔中的燃油压力的建立速度，此速度取决于进油阻尼孔的大小（在控制腔的容积确定的前提下），当进油阻尼孔的孔径太小时，由于其流通截面过小，拖延了控制腔中燃油压力的建立，致使针阀的落座延迟。如果将进油阻尼孔的孔径加大，虽然可以改善喷油器停止喷油时针阀的落座速度，但为了保证喷油器的可靠的正常喷射，出油阻尼孔的孔径必须相应的加大，以满足出油阻尼孔的孔径≥进油阻尼孔的孔径的条件，这样当喷油器喷油时，流经进油阻尼孔、出油阻尼孔的高压燃油的流量也相应会加大，这意味着增加能量的损失，而且使共轨管中的燃油压力建立不起来。

此外这种两位两通电磁阀控制的高压共轨喷油器，其进油阻尼孔、出油阻尼孔的选择还要受共轨压力的运行范围的限制。

正是基于这些原因，国外有的公司采用两位三通高速电磁阀控制高压共轨喷油器，如前述的美国Caterpillar公司，其典型结构原理图如图5-41所示。其中同样有一个控制针阀的控制柱塞（或挺杆）和控制柱塞套，在控制柱塞的上端形成了一个控制腔，但是此控制腔只有一个进、出油口。注意，此油口不是节流口或阻尼孔口，此油口和一个两位三通电磁阀的控制口连通，喷油器就是在两位三通电磁阀的控制下，通过控制此控制腔中的高压燃油的流进、流出，实现喷油器的燃油喷射。

如图5-41所示，电磁阀不通电时，电磁阀的阀芯在复位弹簧的作用下，运动到右位，此时，控制腔和低压燃油箱的通道被切断，和来自共轨管的高压燃油相通，这样来自共轨管的高压燃油通过两位三通电磁阀流进喷油器的控制腔，在控制腔中建立起高压。与此同时，高压燃油也通过喷油器中的相应的油道流进针阀的盛油槽和针阀下端锥面处，高压燃油要在这里建立起试图使针阀开启喷油的向上的作用力，但是在喷油器不喷油的条件下，控制腔中的燃油压力和针阀盛油槽处的燃油压力大小相等，但是由于控制腔中控制柱塞的上端面的面积比较大，高压燃油在此端面上产生的向下的作用力也比较大，再加上喷油器中针阀一般都有一个辅助其关闭落座的复位弹簧，因此此时针阀只能可靠地落座，不喷油。

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图5-41 两位三通高速电磁阀控制的高压共轨喷油器的结构原理

如果要喷油，两位三通电磁阀在电磁铁的作用下换向，如图5-41所示，阀芯运动到左位，控制腔中的燃油经由电磁阀中的油道流回燃油箱，而来自共轨管中的高压燃油则被电磁阀截止，不能进入控制腔，因此控制腔中的燃油很快泄走，使其压力下降，但此时和共轨管中的燃油压力相同的高压燃油依然存在于喷油器针阀的盛油槽和针阀下端锥面处，因此当控制腔中的燃油压力下降到一定的程度，针阀在其盛油槽和下端锥面上的燃油压力作用下，克服控制腔中的燃油压力和针阀复位弹簧的作用开启喷油。显然，在此喷油器喷油过程中，不会像两位两通电磁阀控制的喷油器那样，始终有高压燃油经由控制腔的进油阻尼孔、出油阻尼孔、电磁阀流回燃油箱，产生不必要的能源浪费。当然，这种喷油器的两位三通电磁阀在换向的中间过渡过程中，会出现短暂的高、低压油路沟通的现象，即此时电磁阀的三个油路会同时沟通，但此过程很短。而一旦电磁阀换向到位，则来自共轨管的高压燃油必然被电磁阀截止，不能进入控制腔，因此这种喷油器在喷油过程中，没有高压燃油的浪费，这是两位三通电磁阀控制的喷油器的一个显著的优点。

两位三通电磁阀一旦断电，电磁阀在其内部的复位弹簧的作用下又换向，电磁阀阀芯换向到右位，此时喷油器控制腔和低压燃油箱的通道又被切断，但是和共轨管的高压燃油的通道被接通，因此高压燃油流进控制腔，在其中建立起高压，迫使控制柱塞向下运动，推动针阀落座，停止喷油。在此过程中，由于喷油器控制腔和电磁阀的连接油道中无节流孔或阻尼孔，因此控制腔中的燃油压力的建立过程很快，而此高压的建立过程取决于电磁阀的高压燃油的进油口的流通截面大小（因为控制腔与电磁阀只有一个进、出油孔，此油孔要兼顾进油、排油，因此孔径不会太小）。这样可大大减缓针阀落座的延迟，改善喷油器的喷射特性。同样在喷油器启喷时，当电磁阀换向到控制腔与低压回油路接通时，由于无任何出油节流孔或阻尼孔，因此控制腔的泄压过程也很快，这可实现喷油器的快速启喷。而这个泄压的过程取决于电磁阀的泄压油口的流通截面的大小。

很明显电磁阀中的泄压油口和高压油口的流通截面的选择是互相独立的，不像两位两通电磁阀控制的喷油器中控制腔的进油阻尼孔和出油阻尼孔的选择是互相制约的，这是因为在两位两通电磁阀控制的喷油器中为了实现可靠的喷油，控制器的进油阻尼孔的孔径必须小于出油阻尼孔的孔径，如果相反，当控制腔的出油阻尼孔开启泄压时，由于进油阻尼孔的孔径大于出油阻尼孔的孔径，则控制腔的燃油压力是不可能下降的。另外，再考虑针阀的开启速度，落座速度等因素，进、出油阻尼孔孔径的选择只能是多种因素的折中。

因此两位三通电磁阀控制的喷油器的电磁阀的泄压油口的流通截面可以选的小一些，以控制针阀的开启速度，而电磁阀的高压油口的孔径可以选的大一些，以实现针阀的快速落座，停止喷油，改善排放。

但是，两位三通电磁阀控制的喷油器制造成本比较高，特别是为了控制喷油器的喷射特性的一致性，最好在电磁阀的内部增加相应的、比较精密的控制油口，即加工精密的泄压油口和高压油口，使其保持比较高的流量特性的一致性，然后装配到电磁阀中。但这势必增加电磁阀的成本。这也反映了两位三通电磁阀控制的高压共轨喷油器喷射特性的一致性的保证是比较困难的。