高压共轨系统Word下载.docx
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高压燃油通过流量限制器从共轨到油嘴,它可以防止油嘴关闭不严时,燃油进入燃烧室。
图7高压蓄能器、限压阀与流量控制阀
1-共管;
2-自高压泵来的供油;
3-共管压力传感器;
4-限压阀;
5-回油;
6-流量限制器;
7-到喷油器的高压管
共轨的内部永久的充满压力油。
高压下的燃油的可压缩性被用来产生储能作用,当燃油从共轨被用于喷射时,即使喷油量较大,高压畜能器的压力保持实质上的定值。
高压共轨系统零部件之喷油器
喷油时刻和喷油量的调整是通过电子触发的喷油器实现的。
这些喷油器取代了喷油嘴-帽总成(喷油嘴和喷油嘴帽)。
与已经存在的直喷柴油机中的喷油嘴-帽总成相类似的压具同样被应用于气缸顶部用于安装喷油器,也就是说,共轨的喷油器可以在发动机无需变动的情况下,就安装在已存在的直喷柴油机的气缸顶部。
喷油器可以被拆分为一系列功能部件:
孔式喷油嘴,液压伺服系统和电磁阀。
燃油来自于高压油路,经通道流向喷油嘴,同时经节流孔流向控制腔,控制腔与燃油回路相连,途径一个受电磁阀控制其开关的泄油孔。
泄油孔关闭时,作用于针阀控制活塞的液压力超过了它在喷油嘴针阀承压面的力,结果,针阀被迫进入阀座且将高压通道与燃烧室隔离,密封。
当喷油器的电磁阀被触发,泄油孔被打开,这引起控制腔的压力下降,结果,活塞上的液压力也随之下降,一旦液压力降至低于作用于喷油嘴针阀承压面上的力,针阀被打开,燃油经喷孔喷入燃烧室。
这种对喷油嘴针阀的不直接控制采用了一套液压力放大系统,因为快速打开针阀所需的力不能直接由电磁阀产生,所谓的打开针阀所需的控制作用,是通过电磁阀打开泄油孔使得控制腔压力降低,从而打开针阀。
图8共轨系统喷油器
1-回油管;
2-回位弹簧;
3-线圈;
4-高压连接;
5-枢轴盘;
6-球阀;
7-泄油孔;
8-控制腔;
9-进油
口;
10-控制活塞;
11-油嘴轴针;
12-喷油嘴
图1-喷油器关闭图2-喷油器打开
此外,燃油还在针阀和控制柱塞处产生泄漏,控制和泄漏的燃油,通过回油管,会同高压泵和压力控制阀的回油流回油箱。
在发动机的运转和高压泵的产生压力状态下,将喷油器的工作过程划分为四个阶段:
-喷油器关闭(有高压时);
-喷油器打开(开始喷射);
-喷油器完全打开;
-喷油器关闭(喷射结束)。
这些工作阶段是由于作用于喷油器各零部件的分配力所导致的。
发动机停机时,共轨中没有压力时,喷油嘴弹簧使喷油器关闭。
喷油器关闭(自由状态):
在自由状态,电磁阀没有通电,所以它是关着的。
泄油孔关闭,阀的弹簧使枢轴的球体顶在泄油孔座上,共轨高压在阀控制腔建立,同样的压力也存在于喷油嘴的承压腔内。
共轨压力作用于控制活塞的末端面,与喷油嘴弹簧力共同作用,克服由由承压腔产生的开启力,维持喷油嘴在关闭位置。
喷油器打开(开始喷射):
喷油器处于它的自由状态,电磁阀通以用于保证它快速打开的峰值电流。
由电磁触发产生的力超过了阀的弹簧力,触发器打开了泄油孔。
几乎同时,较高的拾取电流降至较低的电磁铁所需的维持电流,磁路的磁隙变小使得仅需较小的维持电流使得控制阀保持开启。
当泄油孔打开时,燃油将从阀控制腔流入位于它上方的空腔,燃油并由此经回油管回到油箱。
泄油孔破坏了绝对的压力平衡,最终在阀控制腔内的压力也下降。
这导致阀控制腔内的压力低于仍与共轨有相同压力水平的喷油嘴承压腔的压力,阀控制腔内压力的减小,导致作用于控制活塞上的力的减小,最终喷油嘴针阀打开,喷射开始。
喷油嘴针阀的打开速度取决于流过控制腔的进、泄油孔时的不同流量。
控制活塞到达上方的停止位置,那里仍由在进、出油口之间的燃油流动所产生的缓冲保持着。
这时,喷油器喷油嘴完全打开,且燃油以几乎与共轨内的相同压力喷入燃烧室内。
喷油器的强制分配与它在打开阶段时相似。
喷油器关闭(喷射结束):
一旦电磁阀不被触发,阀弹簧使枢轴向下运动,球阀将关闭泄油孔。
枢轴被设计成两个元件,虽然枢轴盘在它向下运动过程中是由一个驱动凸肩导向的,但它能利用抵消弹簧对回位弹簧缓冲,从而尽量没有向下的作用力枢轴和球阀上。
泄油孔的关闭泄油口,燃油经进油口进入控制腔建立压力,这个压力与共轨内的压力相同,该压力在控制活塞末端面上产生一个增大的力,这个力再加上弹簧力,此时超过了由承压腔产生的力,所以喷油器针阀关闭。
喷油器针阀的关闭速度取决于进油孔的流量,一旦喷油嘴针阀又运动至底部密封位置时,喷射停止。
高压共轨系统零部件之各种传感器
1、温度传感器
根据其特定的应用范围,多种形式的温度传感器被使用,一种随温度变化的半导体测量电阻被安装于传感器的内部。
温度传感器中常常使用负阻系数的温度电阻(NTC),较少的温度传感器使用正阻系数的温度电阻(PTC)。
温度传感器的温度电阻作为5V分压电路的一部分,温度传感器的两端与受压电路相连接,当温度传感器的温度电阻随温度发生变化时,受压电路的电压发生变化,该电压被输入到ECU接口电路的模数转换电路。
电压与温度之间的关系特性曲线被存储在发动机的管理系统的ECU中。
2、压力传感器
压力传感器的测量元件安装于其中心部位,它与一个被微机械蚀刻的硅膜制成一体,四个变形的电阻分布在硅膜的膜片上。
当有微小压力作用于硅膜膜片上时它们的电阻值发生变化,测量元件的四周被一盖子环绕,测量元件与盖子一起将参考真空封闭。
微机械压力传感器也可以与温度传感器制成一体,独立的测量温度和压力。
根据压力测量的范围,传感器的膜片可以制成10…1000μm厚度。
压力传感器以惠斯登电桥(WheatstoneBridge)原理工作,当膜片在气压作用下发生变形时,四个测量电阻的其中的两个电阻值升高而其他两个电阻值降低,这将导致电桥的输出端产生电压,我们以该电压值代表压力。
信号处理电子电路被集成在传感器内部,该电路用于对电桥电压进行放大,同时补偿温度的影响,产生线性的压力特性曲线。
其输出电压在0…5V范围,通过端子与发动机的ECU连接,发动机ECU以此输出电压计算压力。
3、感应式发动机转速传感器
永久磁铁发出的磁场通过软铁芯传到触发轮,磁场的强度受到触发轮与传感器间得磁隙的影响,当触发轮轮齿向传感器接近时,磁场强度变强,当触发轮轮齿远离传感器时尺长强度变弱。
当触发轮旋转时,将会产生一个交变的磁场,从而使得电磁线圈产生一个正弦感应电压,交变电压的振幅随着触发轮转速的提高而加大(几mV…>
100V),我们要求至少在30rpm时就能产生合适的信号电压。
传感器安装正对着铁磁体的触发轮,它们之间被较小的空气间隙隔开。
在传感器内部有一个软铁芯,该铁心被线圈包围,并与一个永久磁铁相连。
4、霍尔效应相位传感器
霍尔线型传感器使用霍尔效应原理,一个铁磁体的触发轮随凸轮轴一起转动,霍尔效应的集成电路安装于触发论和永久磁铁间,永久磁铁产生垂直于霍尔元件的磁场。
如果其中一个触发轮齿通过栽流线型传感器元件(半导体晶片),它改变了垂直于霍尔元件的磁场强度,这将使得在长轴方向电压下驱动的电子向垂直于电流的方向偏离,从而在该方向产生mV级电压信号,其幅值与传感器相对于触发轮的转速有关。
与传感器霍尔集成电路制成一体的计算电路对信号进行处理并以方波信号输出。
5、电位计型加速踏板位置传感器
电位计型加速踏板位置传感器以分压电路原理工作,计算机供给传感器电路5V电压。
加速踏板通过转轴与传感器内部的滑动变阻器的电刷连接,加速踏板位置传感器的位置改变时,电刷与接地端的电压发生改变,计算机内部的受压电路将该电压转变成加速踏板的位置信号。
6、热膜式空气流量计
热膜式空气流量计是一个带有逻辑输出的空气质量传感器,为了获得空气流量,传感器元件上的传感器膜片被中间安装的加热电阻加热,膜片上的温度分配被与加热电阻平行安装的温度电阻测量。
通过传感器的气流改变了膜片上的温度分配,从而使得两个温度电阻的电阻值产生差异。
电阻值的差异取决于气流的方向和流量,因此空气流量传感器对空气的流量和方向具有较高的要求。
微机械制造的传感器元件的小尺寸和较低的热容量式的传感器的响应时间<
15ms。
如需要可以在传感器内部安装进气温度传感器,用以测量进气温度。
(来源:
福田汽车培训)
高压共轨系统零部件之限制器
1、限压阀(图示4)
限压阀具有与溢流阀一样的功能。
若压力过大,限压阀将打开泄油通道来控制共轨压力。
限压阀允许瞬时最大共轨压力为系统额定压力+50bar。
限压阀是由以下零部件构成的一个机械装置:
-带有螺纹的壳体;
-流回油箱的回油油路;
-活动柱塞;
-弹簧。
在通向共轨油路的末端,壳体上开有一个通道,柱塞的锥形末端顶住壳体的密封座,限压阀处于关闭状态。
在正常工作压力时弹簧力使柱塞抵住密封座,限压阀始终关闭。
一旦超过系统最大压力,共轨压力大于弹簧力,柱塞在共轨压力作用下将被迫上升,此时,高压燃油流通过通道流入柱塞,再通过它流向一段通往油箱的回油路。
当阀打开时燃油流出共轨,从而限制共轨内部压力。
2、流量限制器(图示6)
流量限制器的任务是阻止在某个喷油器关闭不严时的不期望情况下的连续喷射。
为了完成这个工作,只要流出共轨的燃油量超过一定量,流量限制器立即关闭通往有问题的喷油器的油路。
流量限制器由一个带有旋入高压共轨螺纹的金属壳体和一段为了旋入喷油器的螺纹组成。
壳体在每端都提供有为共轨和喷油器油路连接的通道。
在流量限制器内部有一个被弹簧推向燃油蓄能器方向的活塞,活塞与壳体内壁间密封,中间的轴向通道用来连接进油、出油口路。
轴向通道末端直径减小,其节流作用用作控制燃油流量。
正常工作过程:
活塞处于自由位置,即活塞抵靠在流量限制器的共轨端。
燃油喷射时,喷油器端的喷有压力下降,导致活塞向喷油器方向移动,流量限制器通过活塞移动来补偿由喷油器从共轨中获得的燃油量,而不是通过节流孔来补偿,因为它的孔径太小了。
在喷油过程结束时,处于居中位置活塞并未关闭出油口。
弹簧使它回位到自由位置,此时燃油通过节流孔向喷油器方向流动。
弹簧和节流孔是通过精确设计的,即使在最大喷油量(加上安全储备),活塞都有可能移回流量限制器共轨端位置,并保持在该位置直到下一次喷射开始。
大量泄漏故障状态下的工作过程:
由于大量燃油流出共轨,流量限制器活塞被迫离开自由位置,抵靠至出口处的密封座,即处于流量限制器的喷油器端,并保持在这个位置,阻止燃油进入喷油器。
少量缺少的故障工作过程由于燃油泄漏,流量限制器活塞无法回到自由位置,经过数次喷油后,活塞移向出油口处的密封座,并保持在这个位置,直到发动机熄火,关闭通向喷油器的进油口。
高压共轨系统零部件之压力控制阀
压力控制阀设定一个正确的对应于发动机负荷的共轨压力,并且将它保持在这一水平。
当共轨压力过大,压力控制阀打开,一部分燃油经回油管路流回油箱。
当共轨压力过小,压力控制阀关闭,并将高压与低压段密封隔开。
图6压力控制阀与压力传感器
1-共管压力传感器;
2-共管;
3-压力控制阀;
4-电子联接;
5-电路;
6-带传感器元件的膜片;
7-0.7mm节流孔;
8-球;
9-电子联接(
压力控制阀是通过一个安装法兰连接到高压泵或者高压蓄能器的。
为了使高压段与低压段之间有良好的密封,枢轴使一个球阀抵靠在密封座上,有两个力作用在枢轴上:
一是压下的弹簧力;
二是一个由电磁铁产生的作用力。
为了保证润滑和冷却,燃油必须流经枢轴。
压力控制阀由两个闭环控制组成:
-用于设定变化的平均共轨压力的慢速作用的电子控制环;
-用于补偿高频压力波动的快速作用的机械液压控制环。
压力控制阀未通电:
来自于共轨或者高压泵出口的高压作用于压力控制阀。
由于未通电的电磁铁不产生作用力,高压燃油压力超过弹簧弹力导致控制阀打开,并维持至由供油量决定的某种程度,以弹簧被设计成能产生近似100bar的压力。
压力控制阀通电:
若需要增大高压回路中的压力,由电磁铁产生的力将作用于弹簧上。
压力控制阀被触发并关闭,直到共轨的压力与弹簧弹力和电磁铁的合力平衡。
接着,阀保持部分开启,并维持一定的燃油压力。
泵的供油量的改变或者由于油嘴引起共轨油量的降低引起的压力变化由阀的不同开度设置来补偿的。
电磁铁的产生的力是与由变化的脉宽控制的激励电流的大小成比例的。
1KHz的脉冲频率足够用来防止不期望的电磁铁-衔铁运动或者共轨压力波动。
高压共轨系统零部件之高压泵
共轨系统的高压部分被分成高压发生器、压力蓄能器和燃油计量元件。
最重要的零部件:
配有元件关闭阀和压力控制阀的高压泵(CP1)或者带有进油计量比例阀的高压泵(CP2、CP3),高压蓄能器,共轨压力传感器,压力控制阀,流量控制阀和喷油器。
图5CP1高压泵
1-带偏心凸轮的驱动轴;
2-多边环;
3-油泵柱塞;
4-进油阀;
5-元件关闭阀;
6-出油阀;
7-套;
8-去共管的高压接头;
9-压力控制阀;
10-球阀/压力控制阀;
11-回油;
12-燃油供给250kPa(2.5bar);
13-节流阀(安全阀);
14-燃油供给通道
高压泵是高压回路和低压回路的分界面,在所有工况下,它主要负责在车辆的整个使用寿命中供给足够的高压燃油,同时还必须保证为使发动机迅速起动所需要的额外的供油量和压力要求。
高压泵不断的产生高压蓄能器所需的系统压力。
这就意味着燃油并不是在每个单一的喷射过程都必须被压缩(相对于传统的系统燃油)。
高压泵被较好的安装在与传统柴油机分配泵相同的位置上。
它是通过连轴器、齿轮、驱动链条、或者驱动齿带由发动机驱动,其最高转速不超过3000转/分钟。
高压泵可以通过低压油路过来的燃油或者由发动机主油道过来的机油润滑。
高压油泵上安装有用于进行压力控制的压力控制阀(压力控制阀亦可安装于高压蓄能器上)或者进油计量比例阀。
燃油被三个成辐射状安装互隔120°
的泵油柱塞压缩,高压泵每转一圈,有三次供油,峰值驱动扭矩较低,油泵驱动系统保持较稳定的负荷。
16N?
M的扭矩大概是驱动一个同等分配泵所需扭矩的1/9,这就意味着共轨系统比传统的喷射系统在泵的驱动方面具有较少的负荷。
驱动泵所需的动力是随着共轨压力和泵的速度(供油量)成比例上升的。
对于一个2升发动机,在标定转速共轨压力为1350bar时,高压泵仅需要3.8kw功率消耗(保证油泵效率接近90%)。
供油泵将燃油从油箱泵起,经过带有油水分离装置的燃油滤清器到达高压泵的进油口。
供油泵使燃油经安全阀的节流孔,进入高压泵的润滑和冷却回路。
凸轮轴使三个泵的柱塞按照凸轮的外形上下运动当供油油压超过安全阀的开启压力(0.5~1.5bar),当高压泵的柱塞正向下运动时(吸油行程),供油泵能使燃油经高压泵进油阀进入柱塞腔。
在高压泵柱塞越过下止点后,进油阀关闭。
这样,柱塞腔内的燃油被密封,它将以高于供油压力的油压被压缩,油压的升高一旦达到共轨的油压出油阀被打开,被压缩的燃油就进入了高压循环。
柱塞继续供给燃油,直至到达上止点(供油行程)。
上止点后,压力减小,导致出油阀关闭,仍然在柱塞腔内的燃油压力也下降,柱塞又向下运动。
只要柱塞腔内的压力降至低于供油泵的供油压力时,进油阀又开启,吸油过程又开始。
CP1高压泵是为大供油量而设计的,在怠速和部分载荷的工况下过量高压燃油经压力控制阀流回油箱。
压缩燃油在油箱中释放压力,由于能量是消耗在第一次压缩燃油的过程中,这个过程不仅对燃油的不必要加热,整体的效率也下降了。
从某种程度上讲,这种效率损失可以由关闭一个泵油部件来补偿。
当一个泵油部件被关闭时,将导致进入共轨的燃油量下降。
这项功能通过使某一个进油阀保持常开来实现。
当电磁阀被触发时,一个与它连接的销轴持续使进油阀打开,该泵油部件被断开。
结果,被引入泵油部件内的燃油在供油行程不能被压缩,因为在部件腔内没有压力产生,燃油又流回低压管道。
当需要较小动力时,一个泵油元件被断开,高压泵不是连续而是间歇的供给燃油。
对于CP3高压油泵而言,通过进油计量比例阀控制进入高压油泵的燃油量,从而控制高压油泵的供油量,以便满足共轨压力的要求。
此种设计方案能有效的降低动力消耗,同时避免对燃油进行不必要的加热。
高压泵的供油率是与它的旋转速度成比例的,它与油泵及发动机转速有关。
喷油泵传动比的确定的依据是使得喷油泵的供油量与发动机对燃油系统的性能要求相适应;
同时需保证在加速踏板到底的情况下的发动机燃油量的要求须覆盖全部范围。
相对于曲轴而言,传动比在1:
2到2:
3都是可能的。
高压共轨系统零部件之供油泵
低压部分(油路)为高压部分(油路)供给足够的油量,其中最重要的零部件有:
油箱,带有粗滤装置的供油泵,低压回路的进、出油管,细滤器,喷油泵,高压泵的低压区。
供油泵的工作是维持足够供给高压泵的燃油量。
在各种工作状态、在不同的必要的压力下、在整个工作寿命期都必须满足上述要求。
目前,在柴油机上主要使用机械齿轮驱动的燃油泵。
齿轮式燃油泵
图3齿轮泵
1-吸油端;
2-驱动齿轮;
3-压力端
在轿车,商务汽车和越野汽车上,齿轮式燃油泵是用来为共轨高压油泵提供燃油的。
它既可以集成在高压油泵中,由高压油泵驱动轴驱动,也可以直接连接到发动机上,由发动机驱动。
普通的驱动形式有:
连轴器,齿轮或者齿带式连接。
齿轮泵主要零部件是两个在旋转时相互啮合的反转齿轮。
燃油被吸入泵体和齿轮之间的空腔内,并被输送到压力侧的出油口,旋转齿轮间的啮合线在吸油端与泵的压力端提供了良好的密封,并且能防止燃油回流。
齿轮式燃油泵的供油量与发动机转速成比例,齿轮泵的供油量在进油口端的节流阀或者出油口端的溢流阀限制。
齿轮式燃油泵是免维护的。
在第一次起动前,或者油箱内燃油被用尽,燃油系统内要排尽空气,可以直接在齿轮式燃油泵上或者低压油路中安装一个手动泵。
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