汽车电器与电控技术 课件 07 柴油机的电喷技术（8讲）

《汽车电器与电子控制技术》军事交通学院舒华AutomobileElectricalEquipmentand

ElectronicControlTechnology中国人民解放军

主讲：舒华教授汽车电控技术

AutomobileElectronicControlTechnology中国人民解放军军事交通学院第1讲柴油机电控喷油技术发展概况主讲：舒华教授

第4章柴油机电控喷油技术

AutomobileElectronicControlTechnology

4.1柴油机电控喷油技术概述第4章柴油机电控喷油技术4.2柴油机电控喷油的基本原理4.3高压共轨式柴油喷射系统组成与特点4.4高压共轨式电控系统的关键技术4.5高压共轨式电控系统的控制4.6电控柴油喷射技术课程小结一、教学内容1.柴油机电控喷油技术的基础知识（发展、分类、组成、原理、特点等）2.高压共轨式电控柴油喷射系统的关键技术（高压泵、压力控制阀PCV、共轨组件、限压阀、流量限制阀、共轨油压传感器、电控喷油器）3.高压共轨式电控柴油喷射系统的控制（喷油量、喷油压力、喷油特性）二、教学要求1.了解电控柴油喷射技术的基础知识2.熟悉高压共轨系统的结构组成、控制原理与控制过程3.掌握高压共系统关键部件的功用、结构组成、工作原理与工作特性第4章柴油机电控喷油技术4.1柴油机电控喷油技术基础柴油发动机电子控制燃油喷射系统：电子控制柴油发动机系统ECD——ElectronicControlDieselEngineSystem，日本电装公司电子式柴油机控制系统EDC：——ElectronicDieselEngineControlSystem，德国博世Bosch公司计算机控制柴油喷射系统CDI：——ComputedControlledDieselInjectionSystem，德国奔驰Benz公司高压共轨系统CRS：高压共轨式柴油喷射系统——CommonRailSystem——德国博世Bosch公司

提高动力性：控制喷油压力——200MPa（2000atm）

降低燃油消耗：控制喷油量

减少有害物质排放：引导喷射、预喷射、主喷射、后喷射、次后喷射

CRS目的4.1.1柴油机电控喷油技术的发展蒸汽动力汽车：1769年，法国人尼古拉•约瑟夫•库格诺（NicholasJosephCugnot）利用蒸汽作动力发明——蒸汽机动力；电动汽车：

1881年，法国电气工程师古斯塔夫•特鲁夫（GustaveTrouve）利用电力作动力发明——电动机动力；内燃机汽车：

1886年1月29日（专利申请日），在法国工作的德国工程师卡尔•奔驰（KarlBenz）利用内燃机作动力发明。柴油机汽车1893年2月23日（发明专利申请日），德国人鲁道夫•狄塞尔（RudolfDiesel）博士发明了狄塞尔发动机（柴油发动机或柴油机），

1924年，第一台柴油发动机卡车面世。柴油机汽车蒸气动力汽车电动汽车内燃机汽车4.1.1柴油机电控喷油技术的发展

模拟计算机控制：传感器、模拟电子电路和执行器组成的电子控制系统来取代控制喷油量的调速器，并能比较精确的控制柴油机的转速。单片机（微型计算机代替模拟电子电路）＋电磁阀（执行器）控制喷油量，大大提高了控制电路的设计自由度和系统的控制精度，比较圆满的解决了当时提出的节约燃油、排气净化和降低噪声等问题。日本杰克赛尔Zexel公司喷油定时可变型燃油喷射系统TICS：——TimingandInjectionRateControlSystem微型计算机控制喷油量与喷油定时的电控分配泵系统COVEC-F：——ComputedVepumpControlSystem-Full日本电装公司ECD-V3型电控分配泵系统；德国博世公司EDC型和VP系列电控分配泵系统等。20世纪70年代20世纪80年代4.1.1柴油机电控喷油技术的发展

高压共轨式电子控制柴油喷射系统研制成功，开辟了柴油机电控燃油喷射技术的新纪元。人们对共轨式燃油喷射系统的基本原理并不陌生。——20世纪30年代，汽油发动机就已采用共轨式燃油喷射技术并应于军用战斗机；20世纪50年代应用于赛车的汽油发动机。到20世纪末，各型汽油机都圆满完成了从机械式供油系统（即化油器供油系统）向电控燃油喷射系统的转换。

在柴油机共轨式电控燃油喷射技术的研究方面，20世纪60年代后期，瑞士的哈勃（Hiber）教授开发成功了柴油机共轨式电控系统的基本原型，随后瑞士工业大学以加尼斯（Ganser）教授为中心的研究团队对柴油机共轨式电控燃油喷射系统进行了一系列的研究。——到20世纪90年代中期，柴油机共轨式电控燃油喷射技术达到实用阶段。20世纪90年代柴油共轨实用4.1.1柴油机电控喷油技术的发展

德国博世（Bosch）公司也是世界著名的汽车电器与电控技术开发商，在共轨式电控柴油喷射技术的研究方面亦有杰出贡献。——1994年初，Bosch公司开始与戴姆勒—奔驰公司合作研制高压共轨式电控柴油喷射系统。同年，Bosch公司将高压共轨式电控柴油喷射系统应用于直喷式柴油机，并进行了200万公里室外道路试验验证，证实了共轨式电控柴油喷射系统在降低排放、减小噪声和简化发动机结构设计等方面的优越性。

1997年年末，Bosch公司研制的轿车柴油机用高压共轨式电控系统（CRS，CommonRailSystem）开始批量投放市场。——2002~2003年，研制成功第二代电控喷油器（即压电晶体式喷油器），替代了共轨式电控喷油系统的高速电磁阀控制式喷油器（即第一代电控喷油器），喷油压力提高到160MPa，每个喷射循环都可实现预喷射、主喷射和多段喷射。——2009年，Bosch公司将喷油压力提高到了200MPa。Bosch杰出贡献柴油共轨CRS4.3.1高压共轨式喷油系统组成

空气供给系统———供气系统

燃油供给系统———供油系统

燃油喷射电控系统—电控系统1.空气供给系统

供给并检测进入汽缸的空气量。空气流量传感器：检测增压器增压后空气量；进气温度传感器：设在空气流量传感器内，检测进入汽缸空气的温度；大气压力传感器：设在ECU内部印刷电路板上，检测海拔高度不同时的大气压力；增压压力传感器：安装在进气管上，检测增压器增压后的空气压力。进气温度、大气压力和增压压力三种传感器信号用于空气量修正计算。∵柴油机的理论空燃比为14.3，∴ECU根据空气量，即可在每个燃烧循环调整每只喷油器的喷油量，从而大大减小有害物质的排放量。λ＝A/FF＝A/14.3功用CRS组成4.3.1柴油机电控喷油系统组成1.空气供给系统2.燃油供给系统供给压力足够高和油量足够大的燃油。。最高油压可达200MPa甚至更高;供油量可达1600mm³/r。

燃油箱→输油泵（电动燃油泵）→柴油滤清器（粗滤器和细滤器）→→低压输油管→高压油泵；低压回油管→燃油箱。

高压泵(供油泵或高压油泵)→高压油管→公共油轨(共轨)→限压阀→→流量限制阀→电控喷油器。安全装置：限压阀（限制最高压力）和流量限制阀（限制喷油器泄露高压燃油）功用CRS组成低压通道高压通道4.3.1柴油机电控喷油系统组成3.电子控制系统——控制喷油量——控制喷油压力

曲轴与凸轮轴位置传感器

加速踏板位置传感器

冷却液温度传感器

电控单元ECU

电控喷油器——执行器功用：—根据各种传感器提供的柴油机转速、负荷等工况信息，控制喷油量、喷油定时和喷油特性（喷油量与喷油时间之间的的关系）等参数，实现预喷射、主喷射、后喷射和多段喷射（已可实现5次或更多次喷射），提高柴油机的动力性、经济性和排放性能。电控喷油控制系统CRS组成功用4.3.1柴油机电控喷油系统组成1.空气供给系统2.燃油供给系统3.电子控制系统——控制喷油量——控制喷油压力

共轨油压传感器

电控单元ECU

共轨压力控制阀PCV（执行器）功用：——控制共轨管中的燃油压力（即喷油压力），实现高压喷射，使柴油良好雾化、提高燃烧效率，从而达到降低油耗、减少排放、降低噪声和减小振动之目的。CRS组成电控油压控制系统课程小结（1）这次课主要介绍了：1.柴油机电控喷油技术的发展2.高压共轨式喷油系统组成这一讲是电控柴油喷射技术的基础知识，重点是高压共轨式喷油系统组成。希望同学们认真复习、掌握重点，打好基础。接下来，请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第2讲柴油机喷油系统分类与控制策略主讲：舒华教授

第4章柴油机电控喷油技术

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4.1.3柴油机电控喷油系统分类

位置控制式柴油喷射系统——调节齿杆或滑套的位移量

时间控制式柴油喷射系统——电磁阀控制

高压共轨式燃油喷射系统按控制对象：——电控喷油泵系统——ECU控制喷油泵——共轨式喷油系统——ECU控制喷油器（喷油量）和共轨压力（喷油压力）直列泵式电控喷油系统分配泵式电控喷油系统泵喷嘴式电控喷油系统单体泵式电控喷油系统。

高压共轨式喷油系统——广泛使用

中压共轨式喷油系统——很少应用按控制方式按供油机构的结构型式共轨式喷油4.1.3柴油机电控喷油系统分类

燃油箱内的燃油由输油泵（电动燃油泵）输送到高压泵（高压油泵），燃油压力约250kPa；——再由高压泵将低压燃油加压压缩成高压燃油并直接输送到公共油轨（即共轨、公共油管、燃油分配管或油架）内，燃油压力达150MPa以上。∴在高压共轨喷油系统中，从高压泵到喷油器之间均为高压区域。

输油泵将燃油输送到共轨后再送入喷油器（燃油为中、低压燃油，压力为10~30MPa）；——在中压共轨式喷油系统的喷油器中，设置有液压放大机构（即增压器或增压机构），中低压燃油由液压放大机构增大到120MPa以上再喷入汽缸。∴在中压共轨式喷油系统中，高压区域仅局限在喷油器中。高压共轨特点中压共轨特点4.1.3柴油机电控喷油系统分类电控喷油泵系统——ECU控制喷油泵共轨式喷油系统——ECU控制喷油器（喷油量）和共轨压力（喷油压力）直列泵式电控喷油系统分配泵式电控喷油系统泵喷嘴式电控喷油系统单体泵式电控喷油系统。在电控柴油喷射系统中，只有共轨式电控喷油系统是一种全新的电控柴油喷射系统，其他系统都是在Bosch公司1926年开发的喷油泵的基础上增设电控系统而构成，在技术上没有实质性的进步。按供油机构的结构型式技术水平4.2.1柴油机电控喷油系统的功能功能控制功能控制内容备

注喷油量控制基本喷油量控制

起动喷油量控制

怠速转速（喷油量）控制

加速时喷油量控制

各缸不均匀油量补偿控制

恒定车速（巡航）控制

喷油定时控制基本喷油定时控制

起动喷油定时控制

低温时喷油定时控制

喷油压力控制基本喷油压力控制共轨式电控喷射系统可以实现喷油特性控制预喷油量控制

预行程控制

多段喷射（引导喷射、预喷射、主喷射、后喷射、次后喷射）控制高压共轨式电控喷油系统才能实现辅助控制故障自诊断控制

故障应急处理控制

进气量控制

废气再循环EGR控制EGR系统才能实现……

4.2.2柴油机电喷系统的控制策略技术类别控制策略典型燃油系统名称控制项目技术特点喷油量喷油定时喷油压力喷油特性

第一代（70年代）凸轮压油＋位置控制COVEC-F●●○○

喷油量由ECU控制油量调节齿杆或滑套的位移量进行控制；喷油定时由定时控制阀TCV通过控制液压提前器活塞高压腔与低压腔之间的压差来控制。ECD-V1●●○○TICS●●○○

第二代（80年代）凸轮压油＋电磁阀时间控制ECD-V3●●○○

喷油量由ECU控制电磁阀进行控制；喷油定时控制方法与第一代相同。VP●●○○

第三代（90年代）燃油蓄压＋喷油器时间控制ECD-U2ECD-U2PUNIJETCRS●●●●喷油量和喷油定时均由ECU通过控制各缸喷油器的电磁机构来控制；喷油压力由ECU通过控制压力控制阀PCV来控制，燃油压力的产生与发动机转速和负荷无关。注：符号“●”表示具有该项控制功能；符号“○”表示没有该项控制功能。位置控制式柴油喷射系统一、电装ECD-V1型电控分配泵系统组成传感器：9-油泵转速传感器；1-滑套位置传感器；7-喷油提前器活塞位置传感器；执行器：10-线性电磁线圈；

6-喷油定时控制阀；

5-滑套。2-最大供油量调节螺钉；3-断油电磁阀；4-出油阀；8-叶片式输油泵；ECD-V1型电控系统结构特点（1）喷油量采用电子调速器控制保留了博世VE型分配泵的油量控制滑套，取消了原有离心式调速器，采用电子调速器来控制喷油量；（2）喷油定时采用电子提前器控制。保留了博世VE型分配泵原有的液压提前器，

采用电子提前器来控制喷油定时。ECD-V1型电控系统喷油量控制控制喷油量：电子调速器喷油泵转速传感器油门开度传感器

ECU和线性电磁铁机构喷油量反馈控制：控制喷油修正量

滑套位置传感器

ECU和线性电磁铁机构时间控制式电控喷油系统概念：时间控制

利用高速电磁阀控制喷油结束时刻来调节喷油量。一、控制方法

将控制柴油机齿杆（或滑套）的位移改为直接控制电磁阀阀门打开，使高压柴油立即卸压溢流结束喷油。时间控制式电控系统控制方法ECU根据油门开度AC和转速ne信号→从MAP图中查寻目标喷油量数值；根据目标喷油量和喷油泵转角信号计算确定对应的喷油目标转角；向高速电磁阀发出控制指令，电磁阀动作，从而实现喷油量控制。4.2.3柴油机喷油量的计算方法

基本喷油量起动喷油量怠速喷油量课程小结（2）主要介绍了：1.柴油机电控喷油系统的分类方法2.柴油机电控喷油系统的功能与控制策略3.柴油机电控喷油系统的喷油量的计算方法这一讲也是电控柴油喷射技术的基础知识，重点是电控喷油系统的分类和喷油量的计算。希望同学们认真复习、掌握重点，打好基础。接下来，请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第3讲电控喷油泵的控制原理与CRS特点主讲：舒华教授

第4章柴油机电控喷油技术

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4.2.4电控喷油泵系统喷油量的控制原理1.喷油量控制原理

在机械式燃油系统中，采用机械式调速器来调节喷油量，利用离心力与弹簧作用力的平衡关系决定调节齿杆的位移，从而控制喷油量的大小。

喷油器在电控单元ECU的控制下喷射燃油。每循环的基本喷油量Qj则是经过精确计算和反复试验，将试验最佳数据（柴油机在不同转速和负荷下对应的最佳基本喷油量）以数据MAP形式存储在ROM中。柴油机工作时，ECU直接控制执行器喷油。机械控制电子控制4.2.4电控喷油泵系统喷油量的控制原理1.喷油量控制原理2.喷油量控制过程加速踏板位置传感器（负荷)信号Ac发动机曲轴位置传感器(转速)信号ne

再利用计算机的数学计算与逻辑判断功能以及其他传感器提供的喷油量修正信号，即可计算确定最佳喷油量，ECU控制执行器（电磁铁机构、直流电动机或电磁阀）动作，使喷油器按最佳喷油量喷射柴油，完成一次喷油过程。

在柴油机中，每循环喷油量是由柴油机的工作负荷确定，∴反映负荷的加速踏板位置传感器信号Ac与反应发动机进气量的发动机转速（曲轴位置）传感器信号ne是确定喷油量最基本也是最重要的信号。因此，加速踏板位置或发动机转速传感器一旦发生故障，ECU将控制发动机处于应急状态（跛行状态）运行。数据MAP最佳基本喷油量Qj美国卡特皮勒Caterpillar公司高压共轨式电控柴油喷射系统HEUI

1.空气供给系统2.燃油供给系统3.电子控制系统共轨油压传感器电控单元ECU燃油压力调节阀CRS组成电控油压控制系统4.3.1柴油机电控喷油系统组成1.空气供给系统2.燃油供给系统供给压力足够高和油量足够大的燃油。。最高油压可达200MPa甚至更高;供油量可达1600mm³/r。

燃油箱→输油泵（电动燃油泵）→柴油滤清器（粗滤器和细滤器）→→低压输油管→高压油泵；低压回油管→燃油箱。

高压泵(供油泵或高压油泵)→高压油管→公共油轨(共轨)→限压阀→→流量限制阀→电控喷油器。安全装置：限压阀（限制最高压力）和流量限制阀（限制喷油器泄露高压燃油）功用CRS组成低压通道高压通道4.3.1柴油机电控喷油系统组成3.电子控制系统——控制喷油量——控制喷油压力

曲轴与凸轮轴位置传感器

加速踏板位置传感器

冷却液温度传感器

电控单元ECU

电控喷油器——执行器功用：—根据各种传感器提供的柴油机转速、负荷等工况信息，控制喷油量、喷油定时和喷油特性（喷油量与喷油时间之间的的关系）等参数，实现预喷射、主喷射、后喷射和多段喷射（已可实现5次或更多次喷射），提高柴油机的动力性、经济性和排放性能。电控喷油控制系统CRS组成功用4.3.1柴油机电控喷油系统组成1.空气供给系统2.燃油供给系统3.电子控制系统——控制喷油量——控制喷油压力

共轨油压传感器

电控单元ECU

共轨压力控制阀PCV（执行器）功用：——控制共轨管中的燃油压力（即喷油压力），实现高压喷射，使柴油良好雾化、提高燃烧效率，从而达到降低油耗、减少排放、降低噪声和减小振动之目的。CRS组成电控油压控制系统4.3.2高压共轨式柴油喷射系统的特点

喷油压力与喷油过程由ECU分别独立进行控制，能够自由调节喷油压力、喷油量、喷油定时和喷油特性。

（1）喷油压力高。喷油压力（共轨压力）维持在160MPa以上，最高可达200MPa，比直列泵的喷油压力（60~95MPa）高出1倍。——喷油压力高→燃油雾化好→燃烧过程改善→发动机的油耗、排放及噪声等性能得到明显改善→提高发动机的动力性。（2）喷油压力自由调节（用压力控制阀PCV进行调节）。——喷油压力的产生与发动机转速和负荷无关。电动燃油泵（输油泵）将燃油箱内的柴油输送到高压油泵之后，高压油泵供入共轨管内的燃油压力（即喷油压力），由ECU控制压力控制阀PCV调节高压油泵供入共轨管内的燃油量来调节喷油压力。——喷油压力调节范围：20~200MPa。显著特点CRS优点4.3.2高压共轨式柴油喷射系统的特点（3）喷油量自由调节。喷油量和喷油定时的数据图谱MAP通过台架试验测定并预存ROM中，发动机ECU根据发动机转速和负荷传感器信号查询得到最佳参数直接控制各缸喷油器的电控机构（电磁线圈或压电元件）实现精确控制。——喷油量的大小由ECU控制喷油器电磁线圈或压电元件的通电时间决定。——通电时间越长，喷油量越大；通电时间越短，喷油量越小。（4）喷油特性满足排放要求。——在发动机的一个工作循环内，能够实现引导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射以及更多次喷油控制→柴油雾化良好、混合均匀→燃烧效率提高→减少氮氧化物NOx和颗粒物PM（炭烟或浮游微粒）排放、降低噪声和节约燃油。（5）适用于旧柴油机升级改造。CRS既能与小型、中型和重型柴油机匹配使用，也适用于现有柴油机的升级改造。高压泵、共轨和喷油器安装位置相互独立，便于在发动机上安装和布置。对旧柴油机进行改造时，对缸体和缸盖的改动很小。课程小结（3）主要介绍了：1.柴油机电控喷油泵系统的控制原理2.高压共轨式电控柴油喷射系统的显著特点与优点这一讲也是电控柴油喷射技术的基础知识，重点是高压共轨式电控柴油喷射系统的显著特点与优点。希望同学们认真复习、掌握重点，打好基础。接下来，请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第4讲高压共轨式电控系统的关键技术主讲：舒华教授

第4章柴油机电控喷油技术

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4.4高压共轨式电控系统的关键技术1.高压共轨系统CRS与汽油机燃油喷射系统EFI异同

（1）各种传感器和供气系统部件的功用、结构原理与EFI基本相同；

（2）燃油箱、粗滤器、细滤器、低压油管和高压油管等部件的结构原理及功用与机械式柴油机基本相同。

（1）用高压泵取代了原来的喷油泵；（2）新增输油泵(电动燃油泵，250kPa）和储存高压燃油的共轨组件；（3）用电控喷油器取代了原来的机械式喷油器；（4）高压油管的直径略有加大。如电装公司ECD-U2型高压共轨式电控喷油系统各缸高压油管的外径由6.35mm增大到了8mm，内径由2mm增大到了4mm。——电源（点火）开关一旦接通，ECU便控制油泵继电器接通输油泵电路，输油泵就开始供油。如果在规定时间内（9s左右）仍未接通起动开关起动发动机，ECU将自动切断输油泵电源电路，输油泵将停止运转。相同点不同点朝柴电控发动机采用(Bosch)控制部件。传感器朝柴CPS/CIS传感器安装位置①曲轴位置（转速）传感器CPS——信号发生器安装在飞轮壳上作用：计算确定发动机曲轴转速与转角、喷油定时控制、喷油量控制②凸轮轴位置（相位）传感器CIS——信号发生器安装在齿轮室内作用：确定一缸压缩上止点TDC、各缸的TDC位置曲轴与凸轮轴位置传感器同型：DG6，磁感应式信号发生器（可互换使用）。朝柴电控柴油机用(Bosch)关键部件

输油泵、压力控制阀PCV、喷油压力传感器、电控喷油器

高压泵、共轨组件、限压阀、流量限制阀。关键部件部件外形4.4.2高压泵

在柴油机各种工况下，将低压柴油加压压缩，向共轨管内供入压力足够高、油量足够大的高压燃油——提供高压燃油。——高压泵与普通喷油泵一样，安装在柴油机缸体上，由发动机通过离合器、齿轮、链条或齿带驱动。但其安装位置无需考虑喷油定时，只需考虑供油功能。功用（1）高压泵—高压油泵、供油泵组成：偏心轮（转子）：面接触、易升压柱塞组件：3套柱塞、柱塞套、弹簧柱塞垫块：3个、面接触、寿命长进油阀、出油阀、壳体和油道功用：提供高压燃油

（2）高压泵的工作原理当偏心轮转动使柱塞下行时（左图）：柱塞腔容积增大→压力降低使进油阀打开→低压燃油由进油阀进入柱塞腔→对高压泵充油。当偏心轮转动使柱塞上行时（右图）：柱塞腔容积减小→压力增大使进油阀关闭→燃油压力升高。当柱塞上行行程增大使腔内压力高于共轨中的燃油压力时，出油阀打开，高压燃油在压力控制阀PCV的控制下供入共轨管内。（3）单向阀与供油切断电磁阀供油切断(断油)电磁阀功用：适时切断柱塞供油，减少高压泵的功率消耗。

高压泵按最大供油量设计，发动机怠速和部分负荷时，多余燃油经压力控制阀PCV和共轨上的限压阀等流回油箱，损失压缩能量，还使燃油升温。

当发动机怠速和部分负荷时，电磁阀通电使进油阀打开，燃油不受压缩又流回低压通道，柱塞腔不会建立高压。高压泵与发动机的传动比：i=2∶1（或2.5∶1）止回阀（单向阀）功用：保持低压油路油压，保证再次起动发动机能可靠起动。

当高压泵停转时，关闭进油口防止燃油回流，保持一定燃油压力（50kPa以上），保证发动机再次起动顺利。课程小结（4）主要介绍了：1.高压共轨系统CRS与汽油机燃油喷射系统EFI区别2.高压共轨系统高压泵的结构原理3.高压共轨系统压力控制阀PCV的结构原理与调压过程这一讲是电控柴油喷射系统的关键技术，重点是高压共系统压力控制阀PCV的调压原理与调压过程。希望同学们认真复习、掌握重点，打好基础。接下来，请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第5讲高压共轨系统的关键技术主讲：舒华教授

第4章柴油机电控喷油技术

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4.4.3压力控制阀PCV压力控制阀PCV：PressureControlValve——调压阀、共轨压力控制阀、喷油压力控制阀或供油泵控制阀PCV：PumpControlValve

根据发动机转速和负荷变化，自动调节供入共轨管内的燃油压力（包括压力升高、降低或保持不变）。。功用4.4.3压力控制阀PCV1.压力控制阀PCV的结构组成电磁线圈：电阻值3.2Ω衔铁：铁芯球阀：焊接在衔铁一端复位弹簧：高压接头：通高压泵出油口、共轨管2.压力控制阀PCV的工作原理

通过调节高压泵供入共轨管内的燃油量来调节喷油压力。——供油量越大，燃油压力越高；反之，供油量越小，燃油压力越低。——如果不计高压管路的油压损失（实际压降也很小）：共轨油压＝喷油压力＝高压泵出口压力——PCV阀：电磁阀→安装方便，即可在高压泵上，也可安装在共轨管上。基本原理4.4.3压力控制阀PCV3.压力控制阀PCV的调压过程

共轨管燃油压力

复位弹簧预紧力

电磁线圈电磁力静态时：弹簧力使球阀关闭。工作时：燃油压力p＝弹簧力(10MPa)＋电磁力FE当需要p升高时，ECU占空比RC↑→线圈平均电流IA↑→衔铁电磁力FE↑→球阀承受压力↑→共轨油压p随供油量增大而升高，直到p＝弹簧力＋电磁力——平衡

当需要p降低时，ECU的RC↓→平均电流IA↓→衔铁电磁力FE↓→球阀承压↓→共轨油压p随回油量增大而降低，直到p＝弹簧力＋电磁力——平衡

当需要p不变时，RC＝C→共轨油压p＝弹簧力＋电磁力FE，p＝C试验证明：f=1kHz→油压波动微小调压范围p＝20~200MPa3个作用力4.4.4共轨组件共轨：公共油轨公共油管高压油轨油

架

（1）储存一定数量和一定压力的燃油，保证柴油机起动和怠速时燃油迅速升压，满足起动和怠速工况对燃油压力的需求；（2）利用燃油液体的可压缩性，减小电控喷油器阀门开闭以及高压泵工作时引起的油压波动。——共轨腔内容积较小(约300mL)、燃油压力高（达160~200MPa）功用4.4.5限压阀限压阀：压力限制阀、压力限制器——安全阀组成：阀体锥形活塞复位弹簧限位套

限制共轨管内燃油的最高压力，防止供油系统部件损坏。

阀体一端设外螺纹，用其将阀安装在共轨管上；

另一端设内螺纹，连接限位套和通往油箱的低压回油管接头。调节限位套拧入阀体的位置→调节复位弹簧预紧力→调节限压阀限定的最高压力。锥形活塞：阀芯，头部设有锥形阀，锥面上设有节流孔。当锥形阀打开时，共轨中的高压燃油从该节流孔溢流卸压。功用结构特点4.4.5限压阀工作原理：——在正常工作压力下，弹簧预紧力使锥形阀压在阀座上，节流小孔被关闭，如图a所示。此时共轨压力随供油压力升高而升高。——当共轨中的燃油压力超过规定的最高压力时，锥形活塞在高压燃油压力作用下压缩复位弹簧并向右移，如图b所示，高压燃油从共轨中经节流小孔和锥面节流孔节流卸压后流回燃油箱，使共轨中的燃油压力降低，从而限定最高压力，防止供油系统部件或发动机损坏。

共轨→阀座节流小孔→活塞锥面节流孔→活塞内腔→限位套内腔→通孔→低压回油管接头→回油管→燃油箱。限压阀回油通道课程小结（5）主要介绍了：1.高压共轨系统压力控制阀PCV的结构原理、调压方式与调压过程2.高压共轨系统共轨组件的组成与功用3.高压共轨系统限压阀的结构原理这一讲是电控柴油喷射系统的关键技术，重点是压力控制阀PCV的调压原理与调压过程。希望同学们认真复习、掌握重点，打好基础。接下来，请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第6讲高压共轨系统的关键技术主讲：舒华教授

第4章柴油机电控喷油技术

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4.4.8电控喷油器（电动喷油器）

将燃油以雾状形式喷射到汽缸内燃烧，并计量燃油的喷射量。

电磁控制式喷油器——电磁式喷油器

压电晶体式喷油器——压电式喷油器功用分类生产公司名称德国博世Bosch日本电装Denso英国卢卡斯Lucas西门子SiemensTEMIC电控机构形式电磁线圈压电晶体PZT电磁线圈电磁线圈电磁线圈压电晶体PZT电磁线圈喷油压力最高喷油压力/MPa最高喷油压力/MPa180160160200160150180最低喷油压力/MPa最低喷油压力/MPa20202020202025引导喷射喷油量/（mm³/行程）喷油量/（mm³/行程）1.01.01.5~2.51.5~2.50.60.64~6时间间隔/ms时间间隔/ms0.30.20.40.40.30.10.4允许喷油次数/次5535---电控机构外形尺寸最大外径/mm331726.528.5172826高度/mm45454568453570喷油机构外径/mm17、18、19三种规格17、18、19三种18、19两种规格171714、17两种规格1.电磁控制式喷油器结构组成电磁喷油器＝电磁控制机构+液压伺服机构+孔式喷油器电磁控制机构：电磁阀电磁线圈+阀芯（铁芯）复位弹簧（上部）球阀液压伺服机构：柱塞:控制腔通进/回油节流孔孔式喷油器：喷嘴针阀（锥面、阀座）复位弹簧（下部）连接：线束插座高压接口（入口，共轨）低压回油口（出口，回油管）结构组成2.电磁控制式喷油器工作原理

利用电磁阀控制针阀偶件的背压来间接控制针阀的开启。∵高压共轨系统燃油压力高、控制难度大，即电磁执行机构难以直接产生迅速打开针阀所需的电磁力，必须增设具有液力放大作用的液压伺服机构。∴利用高速电磁阀使球阀打开接通回油通道，燃油回流使柱塞控制腔压力降低，针阀锥面燃油压力使针阀上升将阀门打开喷油。基本原理2.电磁控制式喷油器工作原理

共轨→高压接头→进油节流孔→柱塞控制腔→回油节流孔→球阀→回油口油箱当电磁阀断电时：喷油器不喷油。图c示复位弹簧张力使球阀压在阀座上，高、低压通道关闭，柱塞控制腔压力＋针阀复位弹簧力＞针阀锥面压力→针阀关闭→不喷油。当电磁阀通电时：喷油器喷射燃油。图d示电磁力克服弹簧张力使球阀阀芯上移，球阀打开→回油通道接通，部分高压燃油经进油和回油节流孔节流后流回油箱→柱塞控制腔压力降低，针阀锥面压力＞控制腔压力+柱塞弹簧力→针阀上移→阀门打开→喷油。回油通道2.电磁控制式喷油器工作原理

电磁阀通电时间等于喷油持续时间，电磁阀断电时间等于停止喷油时间。当燃油压力一定时，通电时间越长，喷油量越大；通电时间越短，喷油量越小。∵电磁阀不能产生足够的电磁力来克服高压燃油作用力使阀门开启，∴巧妙地采用液力放大机构（控制柱塞、针阀承压面、复位弹簧、进油节流孔和回油节流孔等），利用电磁阀控制针阀偶件的背压来间接控制针阀开启，通过控制少量燃油回流，实现高压燃油喷射。——电磁阀线圈的控制电流也高达30A左右。如博世CRIN2型喷油器参数：针阀开启电流为30A，保持电流为12A；针阀开启时间为110µs±10µs，针阀关闭时间为30µs±5µs；电磁阀线圈静态电阻值为0.23Ω。结论3.压电控制式喷油器（压电喷油器）

由机械压力引起电介质晶体放电，或应用电压而使电介质晶体产生压力。

压电控制式喷油器：

压电晶体（PZT，PiezoelectricCrystal）式喷油器

压电跃变（PZT，PiezoelectricTransition）式喷油器压电概念第二代喷油器3.压电控制式喷油器结构组成压电喷油器＝压电控制机构+液压伺服机构+孔式喷油器压电控制机构：压电晶体：多层（层厚20~200µm）陶瓷烧结成压电晶体堆芯，层间设有电极。生产技术与电容器相似大活塞小活塞球阀止回阀液压伺服机构：同电磁式孔式喷油器：同电磁式结构组成3.压电控制式喷油器工作原理

利用压电晶体控制针阀偶件的背压来间接控制针阀的开启。∵压电晶体受电压作用而伸长→推动大活塞向下移动→球阀打开接通回油通道，燃油回流使柱塞控制腔压力降低，针阀锥面燃油压力使针阀上升将其阀门打开喷油。∴工作原理与电磁控制式大同小异，仅仅是将球阀打开的控制方式不同。基本原理3.压电控制式喷油器工作原理

共轨→燃油入口→进油节流孔→柱塞控制腔→回油节流孔→球阀→回油口→油箱。当压电晶体断电时，不喷油（图c）复位弹簧使球阀关闭，控制腔建立高压，针阀关闭，喷油器不喷油。当压电晶体通电时，喷射燃油（图d）压电晶体通电堆芯伸长l→球阀打开回油→控制腔压力降低，针阀锥面压力＞控制腔压力+柱塞弹簧力→针阀上升→阀门打开喷油。结论：通电时间越长，喷油量越大；

通电时间越短，喷油量越小。回油通道3.压电控制式喷油器显著优点

响应速度快（开关动作时间约30µs）、喷油时间间隔小（喷油间隔角度越大，喷油控制越容易实现）、每行程喷油量小。喷射时间间隔与引导喷射喷油量指标：——第二代喷油器的优势——西门子公司压电晶体式喷油器分别为100µs和0.6mm³/行程；——博世公司压电晶体式喷油器分别为200µs和1.0mm³/行程。∵喷油时间间隔小能够实现多段喷射（引导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射），从而减少有害物质排放和降低燃烧噪声。——引导喷射可通过预混合燃烧来减少颗粒物排放；——预喷射可缩短主喷射的着火延迟时间，从而降低NOx排放和燃烧噪声；——后喷射可促进扩散燃烧来降低颗粒排放；——次后喷射可使排气温度升高，增加催化剂的活性。显著优点课程小结（6）主要介绍了：1.高压共轨系统电磁控制式喷油器的结构原理2.高压共轨系统压电晶体式喷油器的结构原理3.高压共轨系统共轨油压传感器的结构原理这一讲是电控柴油喷射系统的关键技术，重点是电磁控制式喷油器的结构原理。希望同学们认真复习、掌握重点，打好基础。接下来，请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第7讲共轨油压传感器与喷油控制主讲：舒华教授

第4章柴油机电控喷油技术

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4.4.7共轨油压传感器高压传感器、喷油压力传感器

检测共轨管内的燃油压力。安装：共轨上1.共轨油压传感器的结构特点（电阻应变计式压力传感器）安装接头：螺纹拧入共轨管弹性传感元件：金属膜片＋电阻应变片——金属膜片焊接在安装接头上，直接承受共轨管内高压燃油的压力。电阻应变片的应变电阻制做在金属膜片上，连接成惠斯顿电桥电路，并与信号处理电路连接。信号处理电路：信号处理与放大线束插头：连接ECU功用4.4.7共轨油压传感器1.共轨油压传感器的结构特点2.共轨油压传感器的工作原理当油压为0Pa时，电压为1.0V；当油压100MPa时，电压3.0V；当油压160MPa时，电压4.2V。——当共轨管内油压作用到传感元件时，传感元件的金属膜片和电阻应变片一同产生变形（油压150MPa时，变形量约1mm）→应变片上的应变电阻阻值随之发生变化→电桥电路的电压随之改变（电源电压为5V时，输出电压在0~70mV之间变化），经信号处理后，传感器输出电压（0.5~4.5V）。4.4.6流量限制阀（流量限制器）

在喷油器及其高压油管泄漏燃油时，使高压油路关闭、停止供油，防止燃油持续泄漏（导致火灾）。安装：共轨与喷油器之间，每缸1只1.流量限制阀的结构特点复位弹簧：阀芯复位阀体(壳体)：两端制外螺纹、内制阀座阀芯(柱塞)：截面直径不同，密封安放在阀体腔内。阀芯轴向设有直径不同的内孔，孔径较大一端（图中上部）为进油孔，与共轨内腔相通；孔径较小一端（图中阀芯中部）的径向设有节流孔（出油孔）。——在静态下，复位弹簧将阀芯压向共轨一端的密封限位件一端。功用4.4.6流量限制阀工作原理1.流量限制阀的结构特点2.正常喷油时的工作原理

当正常工作时，阀芯处于静止位置，上端靠在共轨一端的密封限位件上，高压燃油经节流孔（出油孔）流出。燃油通道：共轨油腔→流量限制阀进油口→阀芯内孔→节流孔→流量限制阀阀座（出油口）→各缸高压油管→各缸喷油器。

当喷油器喷射一次燃油后，流量限制阀出口油压略有下降，阀芯向喷油器方向（向下）略有位移，图a所示，阀芯下移压出燃油的容积就等于喷油器喷出燃油的容积。此时，阀芯并未移到阀座上，燃油通道仍然畅通。

当喷油终了时，复位弹簧力将阀芯压回静止位置，并保持到下一次喷油。流量限制阀4.4.6流量限制阀工作原理1.流量限制阀的结构特点2.正常喷油时的工作原理3.燃油泄漏时的保护原理

在最大喷油量（括储备量）时，阀芯既不下移到阀座上关闭出油通道，也能将阀芯向上压回复位到共轨一端的密封限位体上。——当某只喷油器漏油量过大或其高压油管漏油故障、导致流过流量限制阀的燃油流量远远超过最大流量时，由于阀芯下移量过大，因此，阀芯将从静止位置移动到出油端的阀座上关闭油道停止供油，图b示，并保持到发动机停机为止。——当某只喷油器漏油量不大或其高压油管漏油故障、导致流过流量限制阀的燃油流量超过最大流量不多时→泄漏燃油使流量增大→阀芯下移量增大。由于节流孔只允许流过最大喷油量，因此，阀芯不能向上复位到静止位置。经过几次喷油后，阀芯便下移到阀座上关闭出油通道停止供油，直到停机为止。工作特性图c。流量限制阀设计原则4.5高压共轨系统的控制当喷油压力一定时，喷油量取决于喷油器电磁线圈或压电晶体通电时间：——“时间—压力调节系统”4.5.1

喷油量的控制原理加速踏板位置传感器（负荷）Ac信号发动机曲轴位置传感器(转速)ne信号冷却液温度tw、进气温度和电源电压等信号→喷油修正量→CPS/CIS上止点TDC信号计算确定喷油定时→向执行器发出控制指令→喷油器喷射柴油→完成一次喷油过程。控制原理数据MAP最佳基本喷油量Qj最佳喷油量Q预喷射主喷射后喷射4.5.1高压共轨系统喷油量控制过程当四缸发动机转速n=4000r/min、喷油提前角θ=18°、喷油时间t=1ms——喷油时间对应喷油角度α=(4000×360°)×1ms÷60000ms）=24°4.5.1高压共轨系统喷油量控制过程2.喷油时间控制过程

当发动机转速一定时，喷油脉宽（即喷油时间）对应于曲轴转过的一定转角。因此，喷油时间（喷油量）的控制事实上转变为喷油角度的控制。——当四缸发动机转速n=4000r/min、喷油提前角θ=18°、喷油时间t=1ms【对应的喷油角度α=(4000×360°)×1ms÷60000ms）=24°】。

凸轮轴位置传感器CIS提供汽缸识别信号，曲轴位置传感器CPS提供曲轴转角信号，1°曲轴转角计数信号由ECU内部晶振产生，以便控制喷油提前角θ和喷油角度α。——CIS信号转子每转一转（曲轴旋转720°）提供一个低电平信号，其下降沿对应于1缸活塞压缩上止点前88°（即BTDC88°）；CPS信号转子每转一转提供58个高电平信号（每个信号占曲轴转角均为3°）、57个低电平信号（每个信号占曲轴转角也为3°）和一个脉宽较宽低电平信号（占曲轴转角15°）。该宽低电平信号后的第一个高电平信号对应于1缸或4缸活塞上止点前81°。已知条件4.5.1高压共轨系统喷油量控制过程发动机工作时，ECU→Ac/ne信号→数据MAP→喷油时间t=1ms(α=24°)最佳喷油提前角θ=18°

当ECU收到CIS信号下降沿时，说明4缸活塞处于排气上止点前88°，ECU开始监测CPS信号，当收到CPS宽脉冲信号上升沿时，1°信号开始计数。∵最佳喷油提前角θ=18°∴计数到63次(81°－18°=63°)结束，从第64次开始接通喷油器喷油，并对喷油角度计数。∵喷油角度α=24°，∴当计数到第24次时，ECU将切断喷油器电路停止喷油，从而实现喷油持续1ms时间。课程小结（7）主要介绍了：1.高压共轨系统共轨油压传感器的功用、结构原理与工作特性2.高压共轨系统流量限制阀的功用、结构原理与工作特性3.高压共轨系统喷油量的控制原理与控制过程这一讲是电控柴油喷射系统的核心内容，重点是喷油量的控制原理与控制过程、共轨油压传感器的功用、结构原理。希望同学们认真复习、掌握重点，打好基础。接下来，请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第8讲喷油压力控制与多段喷油特性主讲：舒华教授

第4章柴油机电控喷油技术

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4.5.2高压共轨喷油压力控制1.喷油压力控制的目的——车用汽油和柴油是炼油厂用炼油塔将原油（石油）加热蒸馏得来。

车用轻质柴油的沸点较高（300℃~365℃，汽油沸点75℃~200℃），柴油机很难得到均匀混合气。在燃油浓度高的区域(大负荷工况)，局部高温缺氧，燃油被裂解成碳，∴柴油机会产生炭烟（俗称"冒黑烟"）。

使柴油良好雾化，提高燃烧效率、降低油耗和减少排放。

炭

烟↓