电控共轨燃油喷射系统的组成与特点

图6-25所示是博世公司的第一代高压电控共轨燃油系统，其主要由燃油箱、滤清器、燃油泵、溢流阀、压力传感器、燃油轨、喷油器、ECU等组成。

电控共轨系统的特点：

1）自由调节喷油压力（共轨压力）：利用共轨压力传感器测量共轨内的燃油压力，从而调整供燃油泵的供油量、控制共轨压力。共轨压力就是喷油压力。此外，还可以根据发动机转速、喷油量的大小与设定的最佳值（指令值）始终一致地进行反馈控制。

2）自由调节喷油量：以发动机的转速及油门开度信息等为基础，由计算机计算出最佳喷油量，通过控制喷油器电磁阀的通电、断电时刻直接控制喷油参数。

3）自由调节喷油率形状：根据发动机用途的需要，设置并控制喷油率形状，预喷射、后喷射、多段喷射等。

4）自由调节喷油时间：根据发动机的转速和负荷等参数，计算出最佳喷油时间，并控制电控喷油器在适当的时刻开启和关闭等，从而准确控制喷油时间。

1.电控喷油器

博世电控喷油器的代表性结构如图6-26所示。

喷油器可分为孔式喷油嘴、液压伺服系统和电磁阀等功能组件。

燃油从高压接头经一进油通道送往喷油嘴，经进油节流孔送入控制室。控制室通过由电磁阀打开的回油节流孔与回油孔连接。

回油节流孔在关闭状态时，作用在控制活塞上的液压力大于作用在喷油嘴针阀承压面上的力，因此喷油嘴针阀被压在座面上，从而没有燃油进入燃烧室。

图6-25 博世公司电控共轨式燃油系统

图6-26 博世共轨式喷油器

a）喷油器关闭状态（不喷油） b）喷油器开启状态（喷油）

电磁阀动作时，打开回油节流孔，控制室内的压力下降，当作用在控制活塞上的液压力低于作用在喷油嘴针阀承压面上的作用力时，喷油嘴针阀立即开启，燃油通过喷油孔喷入燃烧室，如图6-26所示。由于电磁阀不能直接产生迅速关闭针阀所需的力，因此，经过一个液力放大系统实现针阀的这种间接控制。在这个过程中，除喷入燃烧室的燃油量之外，还有附加的所谓控制油量经控制室的节流孔进入回油通道。

在发动机和供油泵工作时，喷油器的功能可分喷油器关闭（以存有的高压）、喷油器打开（喷油开始）、喷油器关闭（喷油结束）三个工作状态。

（1）喷油器关闭（以存有的高压）电磁阀在静止状态不受控制，因此是关闭的，如图6-26a所示。

回油节流孔关闭时，电枢的钢球通过阀弹簧压在回油节流孔的座面上。控制室内建立共轨的高压，同样的压力也存在于喷油嘴的内腔容积中。共轨压力在控制柱塞端面上施加的力及喷油器调压弹簧的力大于作用在针阀承压面上的液压力，针阀处于关闭状态。

（2）喷油器开启（喷油开始）喷油器一般处于关闭状态。当电磁阀通电后，在吸动电流的作用下迅速开启，如图6-26b所示。当电磁铁的作用力大于弹簧的作用力时回油节流孔开启，在极短时间内，升高的吸动电流成为较小的电磁阀保持电流。随着回油节流孔的打开，燃油从控制室流入上面的空腔，并经回油通道回流到燃油箱。控制室内的压力下降，于是控制室内的压力小于喷油嘴内腔容积中的压力。控制室中减小了的作用力引起作用在控制柱塞上的作用力减小，从而针阀开启，开始喷油。

针阀开启速度决定于进、回油节流孔之间的流量差。控制柱塞达到上限位置，并定位在进、回油节流孔之间。此时，喷油嘴完全打开，燃油以近于共轨压力喷入燃烧室。

（3）喷油器关闭（喷油结束）如果不控制电磁阀，则电枢在弹簧力的作用下向下压，钢球将关闭回油节流孔。

电枢设计成两部分组合式，电枢板经一拨杆向下引动，但它可用复位弹簧向下回弹，从而没有向下的力作用在电枢和钢球上。

回油节流孔关闭，进油节流孔的进油使控制室中建立起与共轨中相同的压力。这种升高了的压力使作用在控制柱塞上端的压力增加。这个来自控制室的作用力和弹簧力超过了针阀下方的液压力，于是针阀关闭。

针阀关闭速度决定于进油节流孔的流量。

2.供油泵

供油泵的主要作用是将低压燃油加压成高压燃油，储存在共轨内，等待ECU的喷油指令，如图6-27所示。供油压力可以通过流量控制器进行设定。所以，在共轨系统中可以自由地控制喷油压力。

博世公司电控共轨系统中采用的供油泵如图6-28所示。

图6-27 博世公司电控燃油系统的高压部分

供油泵是低压部分和高压部分之间的接口，它的作用是在车辆所有工作范围和整个使用寿命期间准备足够的、已被压缩了的燃油。除了供给高压燃油之外，它的作用还在于保证在快速起动过程和共轨中压力迅速上升过程所需要的燃油储备，持续产生高压燃油存储器（共轨）所需的系统压力。

图6-28 供油泵结构图

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图6-29 6HK1—TC柴油机电控共轨燃油系统电路图

3.ECU

ECU的基本功能是结合实时工况和外界条件，始终使发动机控制在最佳燃烧状态。

ECU按照预先设计的程序计算各种传感器送来的信息，如图6-29所示，经过处理以后，把各个参数限制在允许的电压电平上，再发送给各相关的执行机构，执行各种预定的控制功能。

微处理器根据输入数据和存储在MAP中的数据，计算喷油时间、喷油量、喷油率和喷油定时等，并将这些参数转换为与发动机运行匹配的随时间变化的电量。由于发动机的工作是高速变化的，而且要求计算精度高，处理速度快，因此ECU的性能应当随发动机技术的发展而发展，微处理器的内存越来越大，信息处理能力越来越高。

图6-30 共轨压力传感器

4.特种传感器

（1）共轨压力传感器 共轨压力传感器如图6-30所示。

作用：以足够的精度，在相应较短的时间内，测定共轨中的实时压力，并向ECU提供电信号。

燃油经一个小孔流向共轨压力传感器，传感器的膜片将孔的末端封住。高压燃油经压力室的小孔流向膜片。膜片上装有半导体型敏感元件，可将压力转换为电信号。通过连接导线将产生的电信号传送到一个向ECU提供测量信号的求值电路。

工作原理：当膜片形状改变时，膜片上涂层的电阻发生变化。这样，由系统压力引起膜片形状变化（150MPa时变化量约1mm），促使电阻值改变，并在用5V供电的电阻电桥中产生电压变化。电压在0～70mV之间变化（具体数值由压力而定），经求值电路放大到0.5～4.5V。精确测量共轨中的压力是电控共轨系统正常工作的必要条件。为此，压力传感器在测量压力时允许偏差很小。在主要工作范围内，测量精度约为最大值的2%。共轨压力传感器失效时，具有应急行驶功能的调压阀以固定的预定值进行控制。

（2）流量限制器 流量限制器的作用是防止喷油器可能出现的持续喷油现象。为此，由共轨流出的油量超过最大流量时，流量限制器将自动关闭流向相应喷油器的进油口，停止继续喷油。

流量限制器（图6-31）有一个金属外壳，外壳有外螺纹，以便拧在共轨上，另一端的外螺纹用来拧入喷油器的进油管。外壳两端有孔，以便与共轨或喷油器进油管建立液压联系。流量限制器内部有一个活塞，一根弹簧将此活塞向共轨方向压紧。活塞对外壳壁部密封。活塞上的纵向孔连接进油孔和出油孔。纵向孔直径在末端是缩小的，这种缩小的作用就像流量精确规定的节流孔效果一样。

图6-31 流量限制器

正常工作状态：活塞处在静止位置，即靠在共轨端的限位体上。一次喷油后，喷油器端的压力略有下降，从而活塞向喷油器方向运动。活塞压出的容积补偿了喷油器喷出的容积。在喷油终了时，活塞停止运动，不关闭密封座面，弹簧将活塞压回到静止位置。燃油经节流孔流出。弹簧和节流孔尺寸如此设计，使得在最大喷油量（包括一个安全储备量）时活塞仍能抵达共轨端的限位体位置。此静止位置一直保持到下一次喷油。

泄油量过大时的保护性工作原理：由于喷出的油量过大，活塞从静止位置被压到出油端的密封座面上。然后，活塞在此位置一直保持到发动机停机时靠在喷油器端的限位体上，从而关闭通往喷油器的进油口。

图6-32 流量限制器工作原理

泄油量过小时的保护性工作原理（图6-32）：由于产生泄油，活塞不再能达到静止位置。经过几次喷油后，活塞移动到出油端的密封座面上。即在此处，活塞停留到发动机停机时靠在喷油器端的限位体上，从而将通往喷油器的进油口关闭。

（3）调压阀 调压阀的作用是根据发动机的负荷状况调整和保持共轨中的压力。当共轨压力过高时，调压阀打开，一部分燃油经集油管流回燃油箱；当共轨压力过低时，调压阀关闭，高压端对低压端密封。

博世公司电控共轨系统中的调压阀（图6-33）有一个固定凸缘，通过该凸缘将其固定在供油泵或者共轨上。电枢将一钢球压入密封座，使高压端对低压端密封。为此，一方面弹簧将电枢往下压，另一方面电磁铁对电枢作用一个力。为进行润滑和散热，整个电枢周围有燃油流过。

调压阀有两个调节回路：一个是低速电子调节回路，用于调整共轨中可变化的平均压力值；另一个是高速机械液压式调节回路，用以补偿高频压力波动。

图6-33 调压阀

工作原理：

1）调压阀不工作时：共轨或供油泵出口处的压力高于调压阀进口处的压力。由于无电流的电磁铁不产生作用力，当燃油压力大于弹簧力时，调压阀打开，根据输油量的不同，保持打开程度大一些或小一些。弹簧的设计负荷约为10MPa。

2）调压阀工作时：如果要提升高压回路中的压力，除了弹簧力之外，还需要再建立一个磁力。控制调压阀，直至磁力和弹簧力与高压压力之间达到平衡时才被关闭。然后调压阀停留在某个开启位置，保持压力不变。当供油泵改变，燃油经喷油器从高压部分流出时，通过不同的开度予以补偿。电磁铁的作用力与控制电流成正比。控制电流的变化通过脉宽调制来实现。调制频率为1kHz时，可以避免电枢的干扰运动和共轨中的压力波动。

（4）限压阀 限压阀的作用相当于溢流阀，它的基本作用是限制共轨中的压力。当共轨中燃油压力过高时，打开放油孔卸压。共轨内短时间允许的最高压力为150MPa。

图6-34 限压阀示意图

博世公司电控共轨系统中的限压阀（图6-34），主要由下列构件组成：外壳（有外螺纹，以便拧装在共轨上）、通往燃油箱的回油管接头、活塞和弹簧等。

外壳在通往共轨的连接端有一个小孔，一般工况下，此孔被外壳内部密封座面上的锥形活塞头部关闭。在标准工作压力（135MPa）下，弹簧将活塞紧压在座面上。此时，共轨呈关闭状态。当共轨中的燃油压力超过规定的最大压力时，活塞在高压燃油压力的作用下压缩弹簧，高压燃油从共轨中流出。燃油经过通道流入活塞中央的孔，然后经集油管流回燃油箱。随着阀的开启，燃油从共轨中流出，共轨中的压力降低。