高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)因?yàn)樵诳刂茋娪土俊娪蛪毫?、噴油正時(shí)及噴油率等方面所表現(xiàn)出的極大的靈活性而具有傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)和其它電控噴油系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，代表了柴油機(jī)電控噴油技術(shù)的發(fā)展方向。電控液壓噴油器是高壓共軌系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件，高壓共軌噴油系統(tǒng)的優(yōu)良性能必須通過噴油器來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　論文綜

2、述了柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)的分類和發(fā)展，詳細(xì)介紹了高壓共軌系統(tǒng)的特點(diǎn)和原理以及國外的典型系統(tǒng)，尤其對國外有代表性的電控液壓噴油器的結(jié)構(gòu)和原理作了全面的比較和分析。論文介紹作者參考國內(nèi)外高壓共軌噴油器的典型結(jié)構(gòu)和原理而設(shè)計(jì)的一種電控液壓噴油器。闡述該噴油器的特點(diǎn)，分析噴油器主要部件的特性和要求，分析噴油器的驅(qū)動電路，計(jì)算該噴油器關(guān)鍵零部件的重要參數(shù)。最后結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制了噴油器的裝配圖與零件圖，確定了噴油器各部分的材料與工藝要求。該噴油器能

3、夠?qū)崿F(xiàn)先緩后急的⊿噴油規(guī)律，達(dá)到降低有害排放物的目標(biāo)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：柴油機(jī), 高壓共軌, 電控液壓噴油器, 電路分析，參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The high pressure common rail injection system possesses the exc

4、ellent ability to improve the emission and economic performance of diesel engines, it presents the developing direction of fuel injection system for diesel engine and is the necessary way to make diesel engine reach more

5、 rigorous emission laws. The electro-hydraulic injector is one of the most important components of high pressure common rail injection system, the latter must rely on it to realize its excellent functions.</p><

6、;p>　　Based on consulting and researching extensive related literatures issued by international and domestic organizations, this paper summarizes the history of electronic controlled fuel injection system of diesel eng

7、ine, the principle and advantages of high pressure common rail injection system and its representative products of foreign countries, then introduces the structure and principle of representative electro-hydraulic inject

8、or made by west developed countries in details.</p><p>　　In this paper, an electro-hydraulic injector designed by the author is introduced detailedly. The paper summarizes the injector’s working principle、fe

9、atures and performance characteristic and analyzes the driver circuit of the injector，the important parameters of the injector were carried out through analysis and calculating. Finally, according to relevant data, rende

10、ring the injector assembly drawings and parts drawings, identify the material and technological requirements of various parts of t</p><p>　　Key words: diesel engine high pressure common rail, electro-hydraul

11、ic injector; circuit analysis, parameter calculation </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 緒論- 1 -<

12、/p><p>　　1.1柴油機(jī)電控噴油技術(shù)的發(fā)展- 1 -</p><p>　　1.2柴油機(jī)高壓共軌噴射系統(tǒng)- 2 -</p><p>　　1.2.1 高壓共軌系統(tǒng)的特點(diǎn)- 2 -</p><p>　　1.2.2 高壓共軌噴油系統(tǒng)的組成- 4 - </p><p>　　1.2.3 高壓共軌系統(tǒng)對柴油機(jī)排放的影響……

13、……………………….. 4</p><p>　　1.2.4 國外研究動態(tài)- 5 -</p><p>　　1.2.5 國內(nèi)研究狀況- 11 -</p><p>　　1.3 高壓共軌系統(tǒng)的電控液壓噴油器- 11 -</p><p>　　1.3.1Bosch 公司開發(fā)的 CR 系統(tǒng)噴油器- 12 -</p><p>

14、　　1.3.2 日本電裝公司 ECD-U2 系統(tǒng)噴油器- 13 -</p><p>　　1.3.3Lucas Varity 公司電控液壓噴油器- 14 -</p><p>　　1.4 本論文的主要工作- 14 -</p><p>　　1.5本章小結(jié)- 15 -</p><p>　　第二章 噴油器的工作特性與驅(qū)動電路- 16 -<

15、;/p><p>　　2.1噴油器的工作特性- 16 -</p><p>　　2.1.1噴油器的結(jié)構(gòu)與工作原理- 16 -</p><p>　　2.1.2 噴油器的特點(diǎn)- 18 -</p><p>　　2.2 噴油器噴油率的控制- 19 -</p><p>　　2.3 噴油器的噴霧特性20- 21 -</p&

16、gt;<p>　　2.4 噴油器燃油噴射量特性- 22 -</p><p>　　2.5 噴油器的液力特性- 23 -</p><p>　　2.6 噴油器的密封性的分析- 24 -</p><p>　　2.7 驅(qū)動電路的分析- 25 -</p><p>　　2.8 本章小結(jié)- 27 -</p><p&

17、gt;　　第三章 噴油器參數(shù)計(jì)算與選擇- 28 -</p><p>　　3.1.1 額定功率時(shí)的循環(huán)供油量- 28 -</p><p>　　3.1.2 噴油持續(xù)時(shí)間- 29 -</p><p>　　3.1.3噴油脈寬的計(jì)算與修正- 29 -</p><p>　　3.1.4 電磁力的計(jì)算- 34 -</p><p&

18、gt;　　3.2噴油器參數(shù)的研究- 34 -</p><p>　　3.2.1針閥彈簧的設(shè)計(jì)- 34 -</p><p>　　3.2.2電磁閥彈簧的計(jì)算- 37 -</p><p>　　3.2.3控制腔的設(shè)計(jì)- 38 -</p><p>　　3.2.4通流截面的設(shè)計(jì)- 42 -</p><p>　　3.2.5

19、噴油孔的設(shè)計(jì)- 43 -</p><p>　　3.3 本章小結(jié)- 43 -</p><p>　　第四章 電控液壓噴油器設(shè)計(jì)- 45 -</p><p>　　4.1整體設(shè)計(jì)要求- 45 -</p><p>　　4.2 針閥的設(shè)計(jì)- 46 -</p><p>　　4.3針閥體的設(shè)計(jì)- 47 -</p>

20、;<p>　　4.4 彈簧的設(shè)計(jì)- 48 -</p><p>　　4.5 銜鐵與定位套- 49 -</p><p>　　4.6控制閥座- 50 -</p><p>　　4.7 控制柱塞- 50 -</p><p>　　4.8 噴油器體- 51 -</p><p>　　4.9 電磁閥- 52 -

21、</p><p>　　4.10 電器插頭- 53 -</p><p>　　4.11密封環(huán)及濾網(wǎng)- 54 -</p><p>　　4.12 油管接頭- 54 -</p><p>　　4.13 球閥與閥芯- 54 -</p><p>　　4.14 本章小結(jié)- 55 -</p><p>　　

22、第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)- 56 -</p><p><b>　　致謝- 57 -</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 58 -</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1柴油機(jī)電控噴油技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　柴油機(jī)自 1897 年

23、由德國工程師魯?shù)婪?#183;狄塞爾發(fā)明以來至今已有 100 多年的歷史，由于其具有良好的動力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性而被廣泛用作船舶、固定式裝備及各種車輛的動力。融合了現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)的新型柴油機(jī)甚至進(jìn)入了豪華跑車和轎車領(lǐng)域，今后柴油機(jī)仍將繼續(xù)是社會的主要?jiǎng)恿ρb置之一。但是由于環(huán)境污染和能源危機(jī)的日趨嚴(yán)重，美國、歐盟和日本等國相繼頒布了非常嚴(yán)格的柴油發(fā)動機(jī)排放法規(guī)及燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)，以限制柴油機(jī)的有害排放物的數(shù)量，迫使柴油

24、發(fā)動機(jī)向低排放和低油耗的方向發(fā)展，我國也頒布了相應(yīng)的法規(guī)。在此背景下，柴油發(fā)動機(jī)今后發(fā)展的重要方向是要顯著地降低柴油發(fā)動機(jī)尾氣中的有害物排放、噪聲和燃油耗，滿足柴油發(fā)動機(jī)苛刻的排放法規(guī)的要求以及用戶對降低柴油發(fā)動機(jī)噪聲和燃油耗的強(qiáng)烈要求。</p><p>　　降低柴油機(jī)有害排放物、油耗以及噪聲的關(guān)鍵是合理地控制柴油發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的燃燒過程，因此需要更好地組織進(jìn)氣過程、燃油的供給過程和混合氣的形成及燃燒過程，為此需

25、要提高柴油發(fā)動機(jī)中進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)的性能，其中提高噴油系統(tǒng)的性能是改進(jìn)提高柴油發(fā)動機(jī)整體性能的關(guān)鍵措施之一，新型高性能燃油系統(tǒng)的開發(fā)己成為提高現(xiàn)代柴油機(jī)綜合性能的重要手段。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的飛速發(fā)展和成熟，人們把這些技術(shù)成果應(yīng)用到柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)，不斷開發(fā)出性能優(yōu)異的電控燃油噴射系統(tǒng)。</p><p>　　電控燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了位置控制式電控燃油系統(tǒng)、時(shí)間控制式電控燃油系統(tǒng)和壓力

26、－時(shí)間控制式電控燃油系統(tǒng)三個(gè)階段。位置控制式電控燃油系統(tǒng)的特點(diǎn)是完全保留了傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和脈沖高壓供油的原理，只是通過增設(shè)傳感器、執(zhí)行器和微處理器組成控制系統(tǒng)，對高壓油泵的齒條或滑套位置進(jìn)行電子控制，從而控制柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的燃油噴射量和噴油正時(shí)，提高燃油系統(tǒng)的控制能力和適應(yīng)性，并新增加了一些其他的控制功能，最終提高了燃油系統(tǒng)的整體性能。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)酷，也為了進(jìn)一步提高柴油機(jī)的競爭能力和整體性能水平，又發(fā)展了所謂時(shí)間控制式

27、電控燃油系統(tǒng)，如電控泵噴嘴系統(tǒng)和電控泵－管－嘴系統(tǒng)等。時(shí)間控制式燃油系統(tǒng)利用高速強(qiáng)力電磁閥的開啟時(shí)刻和閉合時(shí)刻準(zhǔn)確地控制燃油的噴射量和噴射定時(shí)，使燃油的噴射過程更加符合燃燒過程的要求，系統(tǒng)的控制精度、控制范圍、響應(yīng)速度和控制能力的進(jìn)一步拓展給柴油機(jī)整體性能的優(yōu)化匹配帶來了更大的自由空間，使柴油機(jī)在具有較高整體性能的同時(shí)又滿足現(xiàn)有排放法規(guī)的要求，也有利于汽車實(shí)現(xiàn)全面電子控制，但是原理和結(jié)構(gòu)上仍然采用脈沖高壓供油原理，噴射壓力受到轉(zhuǎn)速的影響

28、，制約了性能的進(jìn)一步改善，難以滿足更嚴(yán)格</p><p>　　在上世紀(jì) 90年代，一種更先進(jìn)的壓力－時(shí)間式燃油噴射系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這就是共軌式電控噴油系統(tǒng)。共軌燃油噴射系統(tǒng)又劃分為蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。高壓共軌燃油系統(tǒng)是建立在機(jī)械、液壓和電控技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種全新概念的噴油系統(tǒng)。高壓共軌系統(tǒng)拋棄了傳統(tǒng)的噴油系統(tǒng)的柱塞泵分缸脈動供油原理，而是用一個(gè)設(shè)置在供油泵

29、和噴油器之間的具有較大容積的共軌管把高壓油泵輸出的燃油蓄積起來并平抑壓力波動，再通過高壓油管輸送到每個(gè)噴油器上，由噴油器電磁閥的動作控制噴射的開始、終止和噴油率；電磁閥起作用的時(shí)刻決定噴油定時(shí)，起作用的持續(xù)時(shí)間和共軌壓力共同決定噴油量，電磁閥的流量特性控制噴油率。由于這種系統(tǒng)采用壓力時(shí)間式燃油計(jì)量原理，因此稱為壓力時(shí)間控制式電控噴射系統(tǒng)。</p><p>　　1.2柴油機(jī)高壓共軌噴射系統(tǒng)</p>&

30、lt;p>　　1.2.1高壓共軌系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　為了滿足歐洲 III 和美國 1998 年排放法規(guī)，未來的燃油噴射系統(tǒng)將具備如下特性：</p><p>　　(1)較高的、靈活可調(diào)的平均有效噴射壓力；</p><p>　　(2)低的初期噴油速率或預(yù)噴射功能；</p><p>　　(3)快速停油功能；</p>

31、<p>　　(4)靈活的噴油定時(shí)控制；</p><p>　　(5)與柴油機(jī)電控系統(tǒng)的適配性和兼容性。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)以上柔性控制功能是燃油噴射系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。高壓共軌燃油系統(tǒng)正是順應(yīng)這些需求而誕生。</p><p>　　高壓共軌燃油系統(tǒng)始于二十世紀(jì) 90 年代初期，屬于第三代電控噴油系統(tǒng)技術(shù),至90 年代中后期開始進(jìn)入實(shí)用階段。它和汽油機(jī)缸內(nèi)

32、多點(diǎn)直噴技術(shù)、DME 代用燃料被世界內(nèi)燃機(jī)行業(yè)公認(rèn)為20世紀(jì)三大突破,在21世紀(jì)將對世界各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)。</p><p>　　高壓共軌噴油系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?） 噴油壓力的建立不受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的限制，噴油壓力、噴油過程和噴油持續(xù)期可依據(jù)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和柴油機(jī)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。因而可以提高柴油機(jī)低速運(yùn)行和起動時(shí)的噴油壓力和噴油速率，并使低轉(zhuǎn)速時(shí)噴油持續(xù)期減小，有助于

33、改善柴油機(jī)低速時(shí)的性能和排放。</p><p>　?。?） 控制脈寬可以控制噴油量，通過控制脈沖起始時(shí)間可以在很寬的范圍內(nèi)控制噴油提前角，不受機(jī)械因素限制，控制靈活、精度高，能夠根據(jù)反饋的信息隨時(shí)修正控制量，兼顧柴油機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放的要求。</p><p>　?。?） 噴油定時(shí)與燃油量計(jì)量分開，響應(yīng)速度快，可以自由調(diào)整每缸的噴油量和噴油始點(diǎn)。</p><p>

34、　?。?） 柔性控制噴油速率變化，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，既可降低柴油機(jī)NOx和 PM，又能保證優(yōu)良的動力性和經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　?。?） 噴油器上無壓力增壓機(jī)構(gòu)，高度降低，安裝尺寸小，采用標(biāo)準(zhǔn)柴油機(jī)噴油嘴，有利于匹配各種機(jī)型，減少了柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和尺寸的改變。</p><p>　　1.2.2 高壓共軌噴油系統(tǒng)的組成</p><p>　　高壓

35、共軌電控燃油噴射系統(tǒng)主要由電控單元（ECU）、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。傳感器有發(fā)動機(jī)凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、加速踏板位置傳感器、燃油壓力傳感器、冷卻水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、增壓壓力傳感器和燃油溫度傳感器。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)動狀態(tài)，由電控單

36、元從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。</p><p>　　1.2.3 高壓共軌系統(tǒng)對柴油機(jī)排放的影響</p><p>　　為了降低柴油機(jī)的顆粒排放，在燃油的擴(kuò)散燃燒期間必須保持燃油和空氣的良好混合，并達(dá)到較高的火焰溫度。高壓共軌系統(tǒng)能使共軌管道內(nèi)的燃油壓力達(dá)到160MPa，并通過共軌管道將高壓燃油供給系統(tǒng)的噴油器，很小的噴孔尺寸又使噴

37、油嘴壓力室在燃油噴射過程中能保持很高的噴油壓力，而高壓噴射能使燃油霧化良好并且燃油噴注的動能和紊流程度較大，能使大量的空氣被卷吸入霧化良好的油霧中，在進(jìn)氣流動和燃燒室匹配良好的情況下，這能顯著改善可燃混合氣的形成過程；小噴孔直徑和高壓噴射使燃油在噴孔中的流動高度紊亂，則燃油噴注的噴射錐角變大。貫穿距離變小，動能及紊動能增加，燃油霧化更好，在形成良好的可燃混合氣的前提下柴油機(jī)可采用較弱的缸內(nèi)渦流強(qiáng)度，以減少燃燒過程中可燃混合物的動能耗散，

38、增加火焰的傳播速度和燃燒溫度，縮短可燃混合物的燃燒周期；在燃燒室的結(jié)構(gòu)形式與燃油噴注很好地匹配時(shí)，較低的動能耗散使空氣渦流在燃燒過程中能保持適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，提高了空氣的利用率和碳煙顆粒的氧化量，減少了碳煙顆粒的排放。在柴油機(jī)的低轉(zhuǎn)速和小負(fù)荷工況下高壓共軌系統(tǒng)仍能保持較高的燃油噴射壓力，可確保燃油的良好霧化及柴油機(jī)的冷啟動怠速性能，在柴油機(jī)的其他運(yùn)行</p><p>　　高壓共軌系統(tǒng)采用預(yù)噴射技術(shù)，降低柴油機(jī)初期燃燒過

39、程的溫度和壓力升高率以及初始放熱率，從而降低柴油機(jī)的 NOx 排放和噪聲水平，并且有效降低柴油機(jī)冷態(tài)白煙排放和改善冷啟動性能。預(yù)噴射與主噴射的壓力、油量、噴油率和噴油定時(shí)將對柴油機(jī)的比油耗產(chǎn)生影響，要仔細(xì)調(diào)整預(yù)噴射與主噴射的相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　為了減少柴油機(jī)的 HC 排放量，高壓共軌系統(tǒng)中噴油器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了電控液力伺服原理，使噴油器針閥有足夠大的關(guān)閉速度，以減少燃油噴射后期霧化不良的部分。噴油器在

40、噴油結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的大粒徑滴漏量對柴油機(jī)的 HC 排放影響較大，為此應(yīng)減少噴油器針閥密封面以下壓力室的有害容積，可采用小壓力室容積噴油嘴和無壓力室容積噴油嘴。無壓力室容積噴油嘴的噴孔位于噴油嘴針閥的座面上，隨噴油嘴針閥的落座而被關(guān)閉，使噴油嘴和柴油機(jī)燃燒室完全隔離開，極大地減少了噴油嘴噴油結(jié)束時(shí)的滴漏量。</p><p>　　1.2.4 國外研究動態(tài)</p><p>　　在高壓共軌噴油系統(tǒng)研究

41、方面具有代表性的公司及其系統(tǒng)有：(1)意大利菲亞特集團(tuán)（Unijet 系統(tǒng)），(2)德國 Robert Bosch 公司(CR 系統(tǒng))，(3)日本電裝公司（ECD-U2系統(tǒng)），(4)美國 BKM 公司(Servojet 系統(tǒng))。他們的產(chǎn)品代表了當(dāng)今高壓共軌系統(tǒng)的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢。另外美國 Caterpillar 公司的 HEUI 系統(tǒng)，美國底特律柴油機(jī)公司，英國 Lucas diesel system 公司，德國的 MTU 公司，美國

42、的 Stanadyne 公司、康明斯公司及德國的 Simmens 公司等也都在積極開發(fā)柴油機(jī)共軌蓄壓燃油系統(tǒng)，或已有產(chǎn)品開始投放市場。</p><p>　　1.意大利菲亞特集團(tuán)的 Unijet 系統(tǒng)</p><p>　　Fiat 公司是生產(chǎn)轎車用直噴式柴油機(jī)的先驅(qū)，為了解決轎車用直噴柴油機(jī)噪聲問題，于二十世紀(jì) 80 年代中期決定立項(xiàng)對柴油機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)行革命性的變革，并研制成功了 Unije

43、t 高壓共軌系統(tǒng),該系統(tǒng)于 1993 年底投入了工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p>　　該系統(tǒng)如圖 1-1 所示，主要由帶壓力調(diào)節(jié)器的高壓供油泵、共軌、各種油道壓力傳感器、電液控制噴油器和電控單元組成。該系統(tǒng)</p><p>　　圖 1-1 Unijet 高壓共軌系統(tǒng)</p><p>　　的主要技術(shù)參數(shù)：發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速800～5000r/min 范圍內(nèi)最大供油量 100mm

44、3/st、預(yù)噴量僅 1mm3，噴油壓力根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況可在 15～130Mpa 范圍內(nèi)任意變化，發(fā)動機(jī)氣缸間和工作循環(huán)間噴油量和正時(shí)可控制。該系統(tǒng)適用于不同尺寸和結(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)，缸蓋不作任何修改。</p><p>　　Unijet 燃油系統(tǒng)在預(yù)噴射定時(shí)和預(yù)噴射燃油量的控制方面具有極大的靈活性,有效地利用這種靈活性能在降低柴油機(jī)的燃燒噪聲、N0x 排放的同時(shí)繼續(xù)降低柴油機(jī)的微粒排放，預(yù)噴射在燃燒室內(nèi)造成了理想的溫

45、度和壓力條件，有利于主噴射的完美燃燒，降低了主燃燒壓力上升的陡度，從而使柴油機(jī)的燃燒噪聲降低 8dB（A）。采用該系統(tǒng)的柴油機(jī)與常規(guī)柴油機(jī)比較，動力性能平均提高 12％，油耗可降低 15％，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的噪聲可消減 6％，滿負(fù)荷工況時(shí)的噪聲可消減 20％。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是大量系統(tǒng)參數(shù)的可變性增加了保持低燃油耗時(shí)，在全負(fù)荷特性和部分負(fù)荷特性之間，在廢氣排放量和燃燒噪聲水平之間進(jìn)行優(yōu)化匹配的困難。</p><p>　　圖

46、1-2 日本電裝公司 ECD-U2 高壓共軌系統(tǒng)</p><p>　　2.日本電裝公司的 ECD－U2 系統(tǒng)</p><p>　　日本電裝公司是世界上開發(fā)研制電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)最早的企業(yè)。 ECD－U2 電控共軌式噴油系統(tǒng)是日本電裝公司從 1985 年左右開始著手研制的高壓共軌系統(tǒng)，ECD－U2 電控共軌式噴油系統(tǒng)的工作能力為最大噴油壓力為 150MPa，最大噴油量為250mm3/次

47、，該燃油系統(tǒng)的電控液壓噴油器早期采用三通閥控制燃油的噴射過程，但存在燃油泄漏量過多的問題，現(xiàn)在的電控液壓噴油器采用兩通閥控制燃油的噴射過程。在日本國內(nèi)被大量用于卡車柴油機(jī)，但在轎車柴油機(jī)中的用量較少。</p><p>　　相對于三通閥來說，二通閥式電控噴油器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　·漏油量減少，燃油耗降低；在 1 000 r/ min, 120 MPa 下，燃油泄漏

48、量從 220mm3/ st減少到 120 mm3/ st；</p><p>　　·結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，安裝自由度大，在發(fā)動機(jī)上布置比較方便；</p><p>　　·排放改善，可滿足高壓化要求；</p><p>　　·ECU、EDU 一體化；</p><p>　　·控制閥和針閥座面的耐磨性提高、密封面的密封

49、性提高、重要零件的強(qiáng)度增加、工作可靠性提高，共軌壓力明顯提高等。</p><p>　　該高壓共軌系統(tǒng)組成如圖 l－2 所示。ECD－U2 高壓共軌噴油系統(tǒng)是完全的“時(shí)間－壓力控制系統(tǒng)”。燃油計(jì)量由共軌壓力和噴油器電磁閥通電脈沖寬度決定。以共軌壓力為參數(shù)，噴油器的噴油量特性與噴油脈沖寬度成線性關(guān)系。利用這一特性，在發(fā)動機(jī)全部工作范圍內(nèi)，可以方便地得到目標(biāo)設(shè)定的調(diào)速特性。近來，電控噴油系統(tǒng)的噴油率控制方面取得了新的進(jìn)

50、展，在一次噴油循環(huán)中可以實(shí)現(xiàn) 5 段、甚至 7 段噴油(理論上可以實(shí)現(xiàn)更多段噴油)。但其中只有一次是主噴射，其余均為輔助噴射，目的在于改善燃燒質(zhì)量，改善排放等。在傳統(tǒng)的泵管嘴系統(tǒng)中經(jīng)常見到的、因液力效應(yīng)引起的控制困難區(qū)域、不可能控制區(qū)域、起因于調(diào)速器控制能力不足的調(diào)節(jié)不良等問題，在電控共軌噴油系統(tǒng)中原則上都能夠方便地解決。根據(jù) ECU 送來的電子控制信號，電控噴油器可以將共軌內(nèi)的高壓燃油以最佳的噴油時(shí)刻、最適當(dāng)?shù)膰娪土?、最合適的噴油率和

51、噴霧狀態(tài)噴入發(fā)動機(jī)燃燒室中。</p><p>　　3.德國 Robert Bosch 公司的 CR 系統(tǒng)</p><p>　　Robert Bosch公司是柴油機(jī)油泵和油嘴制造業(yè)的先驅(qū)，其為了提高轎車柴油機(jī)的性能，滿足EURO3和US98排放法規(guī)，研制開發(fā)了一種叫作 Common Rail的高壓共軌系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。╨）沒有限制燃油

52、噴射過程的供油凸輪，這意味著預(yù)噴射和主噴射的始點(diǎn)可以或多或少地自由選擇；</p><p>　?。?）高壓油泵的峰值驅(qū)動扭矩較低；</p><p>　?。?）噴油壓力可以自由選擇，因而可制備良好的油束，甚至在低速和小負(fù)荷下也是如此；</p><p>　?。?）一旦噴油嘴開啟，噴油壓力和選定的軌道壓力就一直在起作用，在針閥關(guān)閉的情況下也如此；</p>&l

53、t;p>　?。?）汽油機(jī)和柴油機(jī)共線生產(chǎn)成為可能，因?yàn)閷?shí)際上使用的是同樣的曲軸箱、同樣的總成結(jié)構(gòu)和同樣的曲軸/凸輪軸傳感器技術(shù)；</p><p>　　（6）在未來使用 DENOx催化轉(zhuǎn)化器時(shí)能自由選定后噴射。</p><p>　　CR 高壓共軌系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如表 1-1 所示，用于轎車的高壓共軌系統(tǒng)如圖1-3 所示。</p><p>　　CR 系統(tǒng)的高壓供

54、油泵為帶有電控壓力調(diào)節(jié)器的徑向柱塞泵，可實(shí)現(xiàn)部分停缸控制，因此低壓時(shí)的功率消耗可降低。軌內(nèi)壓力在 15～140MPa 范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)，能成功地實(shí)現(xiàn)低的噴油率、預(yù)噴射和多次噴射。電磁閥的開啟與閉合時(shí)間之和小于 0.27ms。</p><p>　　Bosch 公司成功地開發(fā)了第二代 1600 巴的共軌燃油噴射系統(tǒng)和電磁閥，與第一代產(chǎn)品的區(qū)別是：兩代電磁閥控制的高壓燃油噴射系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來講十分相似，兩者最大的區(qū)別在于其

55、高壓油泵。第二代 1600 巴的高壓油泵是在吸油側(cè)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)的，與第一代高壓油泵有著本質(zhì)上的區(qū)別。</p><p>　　表 1-1 Robert Bosch 公司高壓共軌系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　圖1-3 戴姆勒-奔馳公司轎車用高壓共軌系統(tǒng)</p><p>　　4.英國 Lucas Varity 公司共軌系統(tǒng)</p><p>　　

56、Lucas Varity 的共軌系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)少量油量的預(yù)噴射和后噴射，可以有效地降低噪音，提高去除 N0x 催化劑的效率。該系統(tǒng)在整個(gè)速度范圍內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)高壓噴射，故煙度低，經(jīng)濟(jì)性好。LucasVarity 共軌系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)就是利用轉(zhuǎn)速信號控制絕對扭矩，并用加速度傳感器來監(jiān)控燃燒敲缸現(xiàn)象(圖 1-4)。</p><p>　　圖1-4Lucas高壓共軌系統(tǒng)</p><p>　　1.2.5

57、 國內(nèi)研究狀況</p><p>　　我國對柴油機(jī)電控技術(shù)的研究起步比較晚，基礎(chǔ)薄弱，與世界先進(jìn)水平相比還有很大的差距。我國自 80 年代后期開始，黃家裕等人開發(fā)了節(jié)流式電控噴油系統(tǒng)，并在柴油機(jī)上進(jìn)行了實(shí)機(jī)試驗(yàn)。清華大學(xué)研究開發(fā)了泵－管－閥－嘴(PPVI)電控噴油系統(tǒng),高速電磁閥的響應(yīng)時(shí)間<1ms。一汽汽車研究所開發(fā)了一種可變預(yù)行程的電控噴油系統(tǒng)，天津大學(xué)開發(fā)了一種 PARICUI 共軌蓄壓式單體噴油器噴油系

58、統(tǒng)，無錫油泵油嘴研究所正在開發(fā)一種 ED021 高壓共軌電控噴油系統(tǒng),上海交通大學(xué)、北京理工大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)也在進(jìn)行這方面的工作。但大多數(shù)停留在實(shí)驗(yàn)研究和理論研究階段，至今無成功產(chǎn)品。其共軌系統(tǒng)在表現(xiàn)形式上雖然各不相同，但工作原理相近。</p><p>　　1.3 高壓共軌系統(tǒng)的電控液壓噴油器</p><p>　　高壓共軌系統(tǒng)中的電控液壓噴油器是機(jī)械、電氣、電磁和液壓技術(shù)一體化的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)精

59、巧性能優(yōu)異，電磁閥響應(yīng)周期最低達(dá)到 0.2ms，最小穩(wěn)定噴油量精確至 lmm3/st，噴油壓力高達(dá) 160Mpa 甚至更高，可靈活地改變噴油正時(shí)和噴油量，可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和后噴射。高壓共軌系統(tǒng)的噴油器在結(jié)構(gòu)和工作原理上都不同于傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)的噴油器。高壓共軌噴油器一般由高速強(qiáng)力電磁閥、針閥偶件、控制活塞、控制腔、實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的節(jié)流孔組成。其基本工作原理是：當(dāng)高壓共軌系統(tǒng)的電控單元（ECU）發(fā)出噴油指令時(shí)，該噴油器中的電磁閥會在激磁電流作用下于

60、規(guī)定的時(shí)刻執(zhí)行規(guī)定的動作，使該噴油器液壓系統(tǒng)中的壓力發(fā)生預(yù)定的變化過程，從而保證作用于噴油器針閥上的液壓合力使針閥產(chǎn)生規(guī)定的運(yùn)動規(guī)律，該針閥的運(yùn)動過程應(yīng)保證噴油器在規(guī)定的時(shí)刻將規(guī)定量的高壓燃油噴入到柴油機(jī)氣缸內(nèi)。由于噴油器的工作過程脫離了凸輪驅(qū)動的束縛，由電磁閥來控制燃油噴射，噴射定時(shí)由執(zhí)行器(電磁鐵)的開啟決定,取代凸輪驅(qū)動（而電控脈動泵高壓噴射系統(tǒng)沒有完全脫離，壓力受轉(zhuǎn)速影響較大）。針閥的開啟由控制活塞決定，通過執(zhí)行器的多次動作,可

61、實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射或多次噴射；通過對高壓共軌噴油器</p><p>　　國外各種高壓共軌系統(tǒng)的電控液壓噴油器的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理都幾乎一樣，關(guān)鍵性的零部件結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵性的技術(shù)如出一轍，但是各系統(tǒng)的電控液壓噴油器都具有自己的特色，并根據(jù)各高壓共軌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能開發(fā)，也只能與各自的系統(tǒng)配合才能正常工作。目前國外有代表性的噴油器有以下幾種。</p><p>　　1.3.1Bosch 公司開發(fā)的 CR

62、系統(tǒng)噴油器</p><p>　　它的功能組件是孔式噴油嘴、液壓伺服機(jī)系統(tǒng)和電磁閥。</p><p>　　原理如下：燃油從高壓接頭流經(jīng)進(jìn)油通道到噴油嘴，并經(jīng)進(jìn)油節(jié)流孔進(jìn)入閥控制腔?？刂魄唤?jīng)出油節(jié)流孔（由電磁閥控制）與回油孔相連。出油節(jié)流孔在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，作用在閥控活塞上的液力大于噴油嘴針閥承壓面上的力，針閥因此被壓在座面上，無燃油進(jìn)入燃燒室。當(dāng)電磁閥激勵(lì)時(shí)，回油節(jié)流孔打開，閥控制腔內(nèi)壓力下降，

63、閥控活塞承受壓力降低，一旦該壓力小于噴油嘴針閥承壓面上的壓力，噴油嘴針閥立即打開，燃油由噴孔噴入燃燒室。由于電磁閥不能直接產(chǎn)生迅速關(guān)閉針閥所需的力，該系統(tǒng)采用一液力放大系統(tǒng)對針閥實(shí)行間接控制。除噴射到燃燒室的燃油外，控制油量經(jīng)節(jié)流孔進(jìn)入回油通道。</p><p>　　該噴油器在發(fā)動機(jī)和高壓泵工作時(shí)可分為四個(gè)工作狀態(tài)：噴油器關(guān)閉（已存有高壓）、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）?？刂崎y為二

64、通閥，閥芯作用鋼球，密封面是球面與錐面配合密封?？资絿娪妥煅b在共軌式噴油器體中。噴油嘴的設(shè)計(jì)需考慮噴油量（噴油持續(xù)期和每度曲軸轉(zhuǎn)角的噴油量）、油束貫穿及燃油在燃燒室內(nèi)的分布（油束數(shù)量、油束形狀和油束的霧化）等因素。在驗(yàn)證過程中表明，為適應(yīng)在共軌系統(tǒng)中使用，噴油嘴針閥要進(jìn)行不同設(shè)計(jì)及工藝的匹配。例如，在針閥上加無定型碳制成的涂層來改善摩擦條件；針閥座面附近采用了第 2 個(gè)針閥導(dǎo)向部分，以便即使在最小升程時(shí)每個(gè)噴油孔的燃油噴束均勻分布。&l

65、t;/p><p>　　1.3.2日本電裝公司 ECD-U2 系統(tǒng)噴油器</p><p>　　ECD-U2 系統(tǒng)噴油器的主要零件是噴油嘴偶件、控制閥偶件、噴油器體偶件和電磁閥偶件。</p><p>　　使用二通閥的噴油器工作原理如下：噴油器控制噴油量和噴油定時(shí)是通過二通閥的開啟和關(guān)閉來進(jìn)行控制。當(dāng)二通閥開啟時(shí)，控制腔內(nèi)的高壓燃油經(jīng)節(jié)流孔板流入低壓腔中，控制腔中的燃油壓力降

66、低，此時(shí)噴油嘴壓力腔中的燃油壓力仍是高壓。壓力室中的高壓使針閥開啟，向氣缸內(nèi)噴射燃油。當(dāng)二通閥關(guān)閉時(shí)，通過節(jié)流孔板控制腔中的燃油壓力升高，使針閥下降，噴油結(jié)束。二通閥的通電時(shí)刻確定了噴油始點(diǎn)，通電時(shí)間確定了噴油量。這些基本噴油參數(shù)都是通過電子脈沖控制的。</p><p>　　二通閥通過控制噴油器控制室內(nèi)的壓力來控制噴油始點(diǎn)、噴油量、噴射率。噴油嘴為多孔式，噴油開啟壓力 17.8MPa。節(jié)流孔板既控制噴油嘴針閥的開

67、啟速度，也控制了噴油率的形狀。液壓活塞的作用是將控制室內(nèi)的油壓作用力傳遞到噴油嘴針閥上。</p><p>　　ECD-U2 系統(tǒng)用噴油器的控制閥早期為三通閥,閥體、內(nèi)閥、外閥兩兩相配。加工工藝要求較高，密封性能不易保證，實(shí)際表明，燃油泄漏量較大，后改為二通閥。效果良好。ECD-U2 系統(tǒng)中噴油嘴屬于常規(guī)噴油嘴，嵌入噴油器體內(nèi)。</p><p>　　1.3.3 Lucas Varity 公司

68、電控液壓噴油器</p><p>　　當(dāng) ECU 觸動電磁控制閥后，控制閥離開座面，針閥腔和控制腔內(nèi)的壓力下降，但是針閥前面的壓力仍然等于共軌中的燃油壓力，壓差使針閥上升，噴油開始。當(dāng)電磁線圈中的電流下降到零時(shí)，電磁閥內(nèi)的彈簧迫使控制閥落座，針閥控制腔內(nèi)的壓力增加，作用在針閥后面的壓力稍稍比針閥前面的壓力大，使針閥落座，結(jié)束噴油。液壓系統(tǒng)中的各節(jié)流孔用來調(diào)整最佳工作狀態(tài)。在整個(gè)速度范圍內(nèi)，主噴射前都可產(chǎn)生預(yù)噴射，以

69、減少燃燒噪音。</p><p>　　控制閥是該公司技術(shù)的關(guān)鍵,它與眾不同，電磁執(zhí)行器(電磁閥)非常小，反應(yīng)極快，同時(shí)離針閥很近，由于它結(jié)構(gòu)小,運(yùn)動質(zhì)量低，壓力平衡，響應(yīng)快，離針閥很近，控制閥發(fā)出的指令很快就到達(dá)針閥，它控制的一個(gè)信號到另一個(gè)信號之間很接近，這有利于預(yù)噴射，由于預(yù)噴射很接近主噴射，時(shí)間延遲短，可以改善預(yù)噴射的質(zhì)量。該公司正在研究如何使時(shí)間延遲更短。由于控制閥質(zhì)量輕，響應(yīng)時(shí)間短，可以降低噪音和排放。&

70、lt;/p><p>　　1.4 本論文的主要工作</p><p>　　本課題在廣泛查閱國內(nèi)外有關(guān)資料文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上確定采用電控液壓噴油器，分析其基本工作原理與工作特點(diǎn)，完成噴油器相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與設(shè)計(jì)。</p><p>　　論文重點(diǎn)介紹了電控液壓噴油器的原理，特點(diǎn)，以及工作特性，電磁閥的驅(qū)動電路與磁路及相關(guān)原理分析，并完成控制腔，針閥彈簧等結(jié)構(gòu)參數(shù)及噴油量、噴油時(shí)間等性能參

71、數(shù)的計(jì)算與設(shè)計(jì)，最后結(jié)合工藝制造水平確定噴油器的基本結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵零部件的選型，完成全部零件圖和裝配圖的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對電控噴油技術(shù)和電控液壓噴油器進(jìn)行了簡單介紹，并分析了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。最后對本課題的工作進(jìn)行了簡單論述。</p><p>　　第二章 噴油器的工作特性與驅(qū)動電路

72、</p><p>　　2.1 噴油器的工作特性</p><p>　　2.1.1 噴油器的結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　　在查閱國內(nèi)外大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)噴油器的基本工作原理，結(jié)合企業(yè)的工藝技術(shù)水平，確定了電控液壓噴油器的總體方案和主要零部件的選型，設(shè)計(jì)出高壓共軌系統(tǒng)的專用電控液壓噴油器。圖 2-1 是電控液壓噴油器的結(jié)構(gòu)圖。噴油器由以下幾個(gè)部分組成：電磁閥

73、部件、針閥組件、噴油嘴偶件、噴油器體部件。電磁閥部件包括電磁鐵部件、球閥部件、電磁鐵緊固螺母等。針閥組件包括控制活塞、挺桿、針閥彈簧和針閥等。噴油器體部件包括噴油器體 、過渡盤、縫隙式濾芯（圖中未畫出）等。</p><p><b>　　噴油器的工作原理：</b></p><p>　　噴油器不工作時(shí)，電磁鐵不通電，球閥在電磁鐵彈簧作用下關(guān)閉，此時(shí)，控制腔、針閥腔的燃油壓

74、力均等于共軌燃油壓力。由于控制活塞的承壓面積大于針閥的承壓面積，因此作用在控制活塞上的燃油的液壓力大于作用在針閥承壓面上的液壓力，二者方向相反，在以上兩種液壓力的作用下，加上針閥彈簧力的作用，針閥處于落座狀態(tài)。噴油器開始工作時(shí)，電子控制單元（ECU）向外圍電路發(fā)出噴油指令，噴油器驅(qū)動電路向電磁閥輸入 110V 的脈沖電壓，電磁鐵通電，電磁線圈電流很快升高，在 0.12ms左右達(dá)到最大值 20A，電磁閥銜鐵在電磁鐵鐵芯的吸力作用下，克服電

75、磁閥彈簧力，電磁閥開啟。隨著電磁閥的開啟，銜鐵氣隙減少，而線圈中的激磁電流繼續(xù)上升，所以電磁吸力將迅速增大，電磁閥達(dá)到最大開度，此后電磁鐵線圈中只要維持一個(gè)保持電流就能使銜鐵保持在球閥最大開度位置。球閥開啟后，控制腔中的高壓燃油通過回油節(jié)流孔泄出，而進(jìn)油節(jié)流孔減緩了控制腔燃油的補(bǔ)充，控制腔的壓力迅速降低，導(dǎo)致控制腔中燃油作用在控制活塞上的液壓力下降，而針閥腔的燃油壓力基本保持不變，因此高壓燃油作用在針閥承壓面上的壓力不變，當(dāng)控制腔燃油液

76、壓力與針閥彈簧力之和小于針閥承壓面</p><p>　　2-1電控噴油器的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　簧力之和大于針閥截面上液壓力，使針閥開啟速度降低，之后，前者又會小于后者，針閥繼續(xù)升起。如果噴油持續(xù)期足夠長，針閥上升達(dá)到最大升程時(shí)的機(jī)械止點(diǎn)，此后針閥保持在最大升程位置，高壓燃油噴入氣缸。如果噴油時(shí)間很短如預(yù)噴射，針閥不會上升到最大升程位置。當(dāng)燃油按照預(yù)定量噴入氣缸后，噴油要停止。由電子

77、控制單元向外圍電路發(fā)出噴油停止指令，噴油器驅(qū)動電路立即置電磁鐵驅(qū)動電壓為零，并使電磁鐵線圈中的電流快速衰減，隨著激磁電流的減小，鐵芯對銜鐵的電磁吸力也迅速減小，當(dāng)電磁鐵的電磁吸力不能夠克服電磁閥彈簧的作用力時(shí)，電磁閥銜鐵開始關(guān)閉?；赜凸?jié)流孔關(guān)閉，控制腔內(nèi)的燃油壓力迅速。上升，接近于共軌的壓力。隨著控制腔內(nèi)壓力的增加，高壓燃油作用在控制活塞上的液壓力增加，當(dāng)該力與針閥彈簧力的合力大于針閥腔中燃油作用在針閥承壓面上的力與針閥座面處燃油作用在

78、針閥密封面上力的合力時(shí)，針閥開始關(guān)閉。當(dāng)針閥關(guān)閉速度超過一定值后，控制腔內(nèi)的燃油壓力會下降，并在某一值附近波動，從而使作用于控制活塞的液壓力與針閥彈簧力之和小于針閥承壓面的液壓力之和，針閥關(guān)閉速度降低，隨著針閥關(guān)閉速度的降低，控制腔壓力又會上升，作用于控制活塞的液壓力與</p><p>　　2.1.2 噴油器的特點(diǎn)</p><p>　?。?）該噴油嘴偶件的頭部結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)噴油嘴偶件不同，噴油

79、嘴的噴孔尺寸較傳統(tǒng)噴油嘴的小，噴孔分上下兩層沿周向均勻布置。這是由于高壓共軌式發(fā)動機(jī)采用較小的進(jìn)氣渦流，可燃混合氣的形成主要依靠該噴油嘴的霧化作用，在燃油噴射期間希望保持較高的噴油壓力，并力圖在高噴射壓力下取得最小的穩(wěn)定噴油量。</p><p>　?。?）該噴油器的控制活塞起著密封控制腔及將控制腔高壓燃油對控制活塞的作用力傳遞到噴油嘴針閥的作用。由于控制腔壓力升高時(shí)，控制活塞與噴油器體之間配合間隙會加大，發(fā)生在控

80、制活塞處的泄漏量會急劇上升，因此在控制活塞上部中間位置加工一個(gè)圓柱孔，可以起到間隙補(bǔ)償?shù)淖饔茫瑥亩鴾p少泄漏。</p><p>　　該控制活塞直徑的大小極為重要，在噴油嘴針閥結(jié)構(gòu)尺寸一定時(shí)其不僅決定著作用于噴油器針閥上的液壓力大小，而且影響著控制腔的最小容積和控制活塞運(yùn)動時(shí)控制腔容積的變化率，在噴油嘴針閥落座時(shí)應(yīng)與進(jìn)油節(jié)流孔的流量很好地配合。</p><p>　　控制活塞密封面上等間距開有兩

81、道卸壓槽，用于儲存燃油以潤滑密封表面，并平衡周向壓力以減少液壓卡緊力，也可暫時(shí)容納雜質(zhì)，控制活塞頭部尺寸略小于控制腔內(nèi)徑，其作用與卸壓槽的作用相同。</p><p>　?。?）控制腔是噴油器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，而控制腔的最小容積、橫截面積、進(jìn)油節(jié)流孔和回油節(jié)流孔是控制腔的關(guān)鍵尺寸，它們能調(diào)節(jié)控制腔中的壓力變化過程，從而控制噴油嘴針閥的啟閉，對該噴油器的性能有重要的影響。</p><p>　　控制腔

82、的最小容積應(yīng)盡可能的小，以提高控制腔壓力對節(jié)流孔流量的響應(yīng)速度，從而提高噴油嘴針閥的動態(tài)響應(yīng)特性?？刂魄粰M截面積主要影響控制腔最小容積和控制活塞運(yùn)動時(shí)控制腔的容積變化率，會對控制腔的壓力響應(yīng)速度和變化過程產(chǎn)生影響。</p><p>　　進(jìn)油節(jié)流孔是影響針閥落座速度的量孔，其流量應(yīng)及時(shí)填補(bǔ)控制活塞隨針閥落座形成的空腔，在噴油嘴針閥落座過程中保持較高的控制腔壓力，并使控制腔壓力波動的幅值和時(shí)間較小，使噴油嘴針閥迅速達(dá)

83、到最大平均落座速度，并使此后的噴油嘴針閥落座速度維持在最大平均落座速度附近，從而使噴油嘴針閥具有較好的關(guān)閉特性。</p><p>　　回油節(jié)流孔為控制腔泄流控制量孔，極大地影響著控制活塞的最大平均開啟速度，其流通面積應(yīng)比進(jìn)油節(jié)流孔大，能在電磁閥銜鐵開啟過程中及時(shí)泄出進(jìn)油節(jié)流孔的進(jìn)油量和控制活塞排出的油量，保證控制腔壓力急劇降低、控制活塞和噴油嘴針閥迅速達(dá)到最大平均開啟速度。但是回油節(jié)流孔不能太大，否則會顯著增加回

84、油量，勢必導(dǎo)致高壓油泵供油量的增加，結(jié)果高壓油泵將過多地消耗發(fā)動機(jī)的有效功率。</p><p>　　2.2 噴油器噴油率的控制</p><p>　　控制噴油率，需對噴油器進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的噴油規(guī)律形狀，主要從以下三個(gè)方面考慮：</p><p>　　（1）噴油嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　噴油嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能有很重要的影響，燃油

85、噴射系統(tǒng)的性能在很大程度上由噴油嘴來確定；</p><p>　　（2）控制腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　控制室的容積的大小決定了針閥開啟時(shí)的靈敏度，控制腔的容積太大，針閥在噴油結(jié)束時(shí)不能實(shí)現(xiàn)快速的斷油，使后期的燃油霧化不良;控制腔容積太小，不能給針閥提供足夠的有效行程，使噴射過程的流動阻力加大，因此對控制腔的容積也應(yīng)根據(jù)機(jī)型的最大噴油量合理選擇?？刂剖夜?jié)流孔的大小的設(shè)計(jì)對噴油嘴的開啟和

86、關(guān)閉速度及噴油過程起著決定性的影響。雙量孔閥體的三個(gè)關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)是進(jìn)油量孔、回油量孔和控制腔，它們的結(jié)構(gòu)尺寸對噴油器的噴油性能影響巨大?；赜凸?jié)流孔與進(jìn)油節(jié)流孔的流量率之差及控制室的容積決定了噴油嘴針閥的開啟速度，而噴油嘴針閥的關(guān)閉速度由進(jìn)油節(jié)流孔的流量率和控制室的容積決定。進(jìn)油量孔的設(shè)計(jì)應(yīng)使噴油嘴針閥有足夠的關(guān)閉速度，以減少噴油嘴噴射后期霧化不良的部分。此外噴油嘴的最小噴油壓力取決于回油量孔和進(jìn)油量孔的流量率及控制活塞的端面面積。這樣在確

87、定了進(jìn)油量孔、回油量孔和控制室的結(jié)構(gòu)尺寸后，就確定了噴油嘴針閥完全開啟的穩(wěn)定、最短噴油過程，同時(shí)就確定了噴油嘴的穩(wěn)定最小噴油量?？刂剖胰莘e的減少可以使針閥的響應(yīng)速度更快，使燃油溫度對噴油嘴噴油量的影響更小。但控制室的容積不可能無限制減少，它應(yīng)能保證噴油嘴針閥的升程以使針閥完全</p><p><b>　?。?）電磁閥</b></p><p>　　電磁閥對噴油規(guī)律的影響

88、電磁閥的開啟響應(yīng)速度是影響噴油器預(yù)噴量的重要因素，預(yù)噴射是達(dá)到直噴柴油機(jī)噪聲和廢氣排放限值的關(guān)鍵變量，其預(yù)噴燃油量不能超過一個(gè)相對小的量，大約為 1.5mm/行程；同時(shí)電磁閥開啟保持階段的時(shí)間長短決定了噴油器主噴階段的時(shí)間，保持時(shí)間越長，相應(yīng)的主噴時(shí)間越長；在噴油結(jié)束時(shí)刻，電磁閥還需迅速關(guān)閉以實(shí)現(xiàn)噴油器快速實(shí)現(xiàn)斷油，減少 NOx排放。</p><p>　　2.3 噴油器的噴霧特性</p><p

89、>　　噴柱的貫穿特性：噴霧過程中，噴柱外形隨時(shí)間的擴(kuò)展規(guī)律稱為貫穿特性，在直噴式柴油機(jī)中，如果滯燃期內(nèi)噴柱能貫穿到壁面，而且又不相互干擾，就會為合理利用空氣和加速油、氣混合創(chuàng)造條件，噴柱的貫穿特性有三個(gè)指標(biāo)</p><p>　　1噴柱貫穿距離L </p><p>　　貫穿距離指某一瞬間噴柱頂與噴孔之間的距離。貫穿度與許多因素有關(guān)，主要有：噴孔內(nèi)外處的壓差，燃油和工質(zhì)的密度和粘度，噴

90、孔長度與孔徑之比，有時(shí)還取決于渦流比，級壓縮終了燃燒室內(nèi)旋流轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速之比。</p><p><b>　　2噴霧錐角 </b></p><p>　　噴霧錐角為噴孔出口處油柱外包絡(luò)線的兩條切線之間的夾角，在循環(huán)噴油量不變時(shí)，錐角越大，噴柱越分散，但貫穿度會減小。影響錐角的因素有，噴孔長徑比，缸內(nèi)氣體壓力p和燃油密度。此外，噴孔內(nèi)油流的雷諾數(shù)Re愈高，錐角愈大。&l

91、t;/p><p><b>　　3噴柱貫穿率</b></p><p>　　噴柱貫穿率指的是滯燃期內(nèi)，噴柱再無阻隔條件下所能達(dá)到的貫穿距離L與噴孔沿自身軸線到室壁的距離的之比值。貫穿率值反映了著火前燃油碰壁量的大致比例。對于有旋流的噴柱，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，貫穿值為1.1時(shí)具有最佳的動力性和經(jīng)濟(jì)性。這是因?yàn)?，燃燒室?nèi)的旋流可以促進(jìn)附壁燃油的氣化預(yù)混合。</p><

92、;p>　　噴柱的霧化特性：霧化特性主要研究噴柱內(nèi)霧粒子的大小、分布及其氣化和混合的規(guī)律，評定霧化特性的主要指標(biāo)如下。</p><p>　　1噴柱的索特平均粒徑SMD</p><p>　　霧化后被粉碎為細(xì)小油粒的燃油大大增加了與周圍空氣接觸的面積，加速了燃油氣化和混合氣的形成。霧化程度越高，燃燒就越快捷，發(fā)動機(jī)的動力性，經(jīng)濟(jì)性和煙度都會得到改善，但NO排放因溫度上升有所增加。</

93、p><p>　　索特平均粒徑是衡量霧化程度的一個(gè)通用指標(biāo)，它被定義為一次噴射中全部油粒體積的總和與全部油粒表面積的總和的比值。SMD取決于很多因素，其中最主要的就是噴油壓力。噴油壓力愈高，SMD愈小。</p><p><b>　　2噴柱微粒的均勻度</b></p><p>　　微粒的均勻度是指噴注中油粒尺寸的大小分布情況。SMD相同而均勻度不同時(shí)，

94、對混合氣行程及燃燒的影響有差異，如果粒度很不均勻，相當(dāng)數(shù)量的大顆粒會影響氣化速率，混合時(shí)間會拉長，影響噴柱貫穿和微粒SMD值的各因素也對噴霧均勻度有不同影響，其中噴油壓差、空氣密度、噴柱貫穿的時(shí)刻都有較大的影響。</p><p>　　2.4 噴油器燃油噴射量特性</p><p>　　一般情況下，噴油器的燃油噴射量特性常用靜待噴射量和動態(tài)噴射量來表示。噴油器的燃油噴射特性反映了噴油器的實(shí)際供

95、油過程。</p><p><b>　　噴油器的靜待噴射量</b></p><p>　　所謂噴油器的靜待噴射量，是指噴油器在規(guī)定壓力下，使針閥保持在最大開度位置時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的噴射的燃油量，單位是cm/min。</p><p><b>　　噴油器的動態(tài)噴射量</b></p><p>　　所謂噴油器的動態(tài)

96、噴射量，是指某一通電時(shí)間內(nèi)的燃油噴射量（mm）。一般以通電時(shí)間為2.5ms時(shí)每一針閥升程的噴射量來表示，單位是mm/str（立方毫米/升程）。</p><p>　　噴油器的噴射量特性，一般是指噴油器動態(tài)噴射量隨噴油器電磁線圈通電時(shí)間的變化規(guī)律。它反映出噴油器通電脈沖寬度的大小與每次噴油量之間的變化關(guān)系。</p><p>　　噴油器的噴油工作是按照噴油針閥的工作特性決定的，即發(fā)動機(jī)工作時(shí)噴油

97、器每通電一次，噴油器按照針閥的工作特性重復(fù)工作一次。</p><p>　　2.5 噴油器的液力特性</p><p>　　噴油器的液力特性表示在噴油過程中，單位時(shí)間內(nèi)通過的噴油量和噴射壓力關(guān)系?，F(xiàn)將關(guān)系表示如下：</p><p>　　式中 為噴油壓力（MPa）;為缸內(nèi)氣體壓力(MPa);W為每秒通過的燃料體積流量()。</p><p>　　噴油

98、器的液力特性有三個(gè)特性點(diǎn)：</p><p>　?。?）在針閥即將開啟時(shí)，噴孔流量為零，油管中燃油流速為零，此時(shí)噴油壓力值較高。</p><p>　　（2）當(dāng)針閥開啟后，噴油量由小變大，由于流速增加，造成噴油壓力稍有下降，而后才又隨著錐面流通面積的增大而壓力上升，在p-曲線上出現(xiàn)一個(gè)最低點(diǎn)，稱此時(shí)的流量為臨界流量，也稱為液力特性的拐點(diǎn)。</p><p>　　對多孔閉式

99、噴油器來說，燃油流通截面有兩個(gè)，一個(gè)在錐面處得流通截面，另一個(gè)是噴孔截面。前者壓力為，后者壓力為。</p><p>　　（3）當(dāng)針閥上升被止動時(shí)，液力特性的表達(dá)式為</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中 為蓄壓室的壓力和氣體壓力差。</p><p>　　此時(shí)針閥與閥座錐面流通面積最大，

100、截面與流量的關(guān)系為</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中為錐面的有效流通面積，為氣缸內(nèi)氣體的動態(tài)壓力。</p><p>　　考慮錐面流通面積的節(jié)流作用，噴油器的液力特性關(guān)系為</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>

101、　　式中 ；；為密封密封帶平均直徑(mm)；</p><p>　　y為升程（mm）;為針閥錐角之半。</p><p>　　由上式看出，噴油壓力與氣體僅壓力之差與燃油噴射流量的平方成正比，與噴孔有效截面積的平方成反比。 </p><p>　　當(dāng)噴孔有效流通面積確定時(shí)，噴油量與噴油器壓力和氣體壓力之差呈剖物線關(guān)系</p><p><b>

102、;　　(2-4) </b></p><p>　　2.6 噴油器的密封性的分析</p><p>　　由于系統(tǒng)壓力很高，造成高壓共軌噴油器的密封難度很大，泄漏會造成噴油規(guī)律的畸變，增加柴油機(jī)的功率損失，必須嚴(yán)格控制。噴油器的泄漏部位有液壓控制閥、控制活塞、針閥導(dǎo)向面和過渡板等處。液壓控制閥的密封性前面已經(jīng)論述。過渡板與噴油器體和油嘴偶件接觸處的泄漏必須百分之百地控制。該處密封為靜密

103、封，不需要考慮摩擦與磨損，在設(shè)計(jì)得當(dāng)與制造符合要求的情況下，可以做到長時(shí)期無泄漏。要使這兩處的泄漏百分之百地得到控制，接觸面的表面精度和位置精度非常重要，密封端面粗糙度不同，承載面積差別很大，密封端面越光滑，承載能力越大除此之外，油嘴偶件緊固螺母的擰緊力矩也非常重要，適當(dāng)?shù)臄Q緊力矩不但能保證密封所需要的緊固力，而且能避免造成零件的變形而發(fā)生泄漏由于控制活塞和針閥都是運(yùn)動件，因此控制活塞和針閥導(dǎo)向面的泄漏是必須的，但是也應(yīng)該控制在適當(dāng)?shù)姆?/p>

104、圍內(nèi)。其泄漏可以用層流粘性流體流動理論來分析，泄漏量的計(jì)算公式為：</p><p>　?。?-5） </p><p>　　式中：Q為泄漏率；D為元件直徑；G為半徑間隙（等于1/2直徑間隙）；L為間隙長度；ρ為密度；ν為運(yùn)動粘度。由上式可見泄漏量與間隙的三次方成正比。在系統(tǒng)壓力很高的情況下，由于零件的變形，將會導(dǎo)致針閥導(dǎo)向面處間隙和控制活塞處間隙的增所以材料的變形影響很重

105、要。有資料證明，對6mm的S型噴油嘴，當(dāng)系統(tǒng)壓力從0增加到200Mpa時(shí)，半徑間隙增加到0.005mm，僅僅由于間隙增加，泄漏率增加因子達(dá)到 27實(shí)際的增加因子會小于27，因?yàn)樵诮咏蛪哼@一側(cè)針閥間隙中的壓力下降了。</p><p>　　2.7 驅(qū)動電路的分析</p><p>　　噴油器電磁線圈的一端接24V-28V電源正極，另一端接ECU中的驅(qū)動電路，該電路中的 功率晶體管導(dǎo)通時(shí)才能接地

106、而使線圈通電。ECU以方波脈沖控制功率晶體管的導(dǎo)通與截止，即控制了噴油器線圈通電開始時(shí)刻和通電持續(xù)時(shí)間，從而控制噴油時(shí)刻和噴油量。驅(qū)動電路中的專用芯片叫做驅(qū)動器，驅(qū)動電路與相關(guān)元器件集成為驅(qū)動模塊。</p><p><b>　　1驅(qū)動電壓</b></p><p>　　在電磁閥開啟的初始階段, 驅(qū)動電壓越大，線圈電流上升就越快，電磁吸力的上升速度也越快,這將縮短銜鐵的吸