论文-柴油机电控系统的改造方案设计

猛龙哥

摘要

摘要：面对日益严重的能源危机和环境污染,寻找内燃机在汽车工业可持续发展的途径越来越必要。柴油机日新月异的发展中,燃油喷射系统研究与应用是一个关键。目前柴油机燃油喷射系统的发展已经进入到电子控制的第三代——电控共轨式燃油喷射系统。现在,国外在柴油机方面已普遍采用电子控制技术,而且电子控制共轨喷射技术也进入实用阶段,并取得了显著的经济效益。与此同时也有力地推动了柴油机电子控制系统的进一步发展,使得控制功能更全、工作更可靠的新产品曾出不穷。 在我国,车用柴油机的发展速度相当缓慢,电子喷射技术也是才刚刚起步,共轨式研究更是处于试验阶段,现有的某些发动机上的共轨系统也是从国外进口的。为解决柴油机的可持续发展问题,在我国采用电子控制技术,特别是电控共轨式喷射技术已势在必行。本文以柴油机燃油喷射理论为基础,分析了电控燃油系统的机理及发展过程,并重点研究了柴油机电控共轨式燃油喷射系统。

关键词 柴油机；电子控制；共轨


Abstract

Abstract: As energy crisis and air pollution become more and more serious, it is very necessary for engine to find a way of sustainable development in motor vehicles industry. Today the change of diesel engine is quick day by day. At present, the diesel engine fuel injection system has entered the third generation of the electronically controlled fuel injection system—common rail fuel injection system. Now, it is very popular in many other countries, such as Japan, Germany and so on, that the electronically controlle...

Key words: Diesel Engine; Electronic Control;Common Rail

目录
中文摘要…………………………………………………………………… Ⅰ  
英文摘要…………………………………………………………………… Ⅱ
第1章  绪论…………………………………………………………………1                             1.1  柴油机电子控制技术的产生与发展…………………………… 1
1.1.1  柴油机电子控制技术的发展状况及发展趋势………… 1
1.1.2  柴油机高压共轨技术的产生…………………………… 4
1.2  柴油机电子控制技术改造的目的、意义及优点…………………6
1.2.1  目的……………………………………………………… 6
1.2.2  意义……………………………………………………… 6
1.2.3  优点……………………………………………………… 6
    本章小结…………………………………………………………………7
第2章  柴油机共轨式电控燃油喷射技术…………………………………8
2.1  柴油机共轨式电控燃油喷射技术的原理……………………… 8
2.2  柴油机共轨式电控燃油喷射技术的分类………………………10
2.2.1  高压共轨系统……………………………………………10
2.2.2  中压共轨系统……………………………………………10
2.3  柴油机共轨式电控燃油喷射技术的特点………………………10
本章小结……………………………………………………………… 11
第3章  柴油机采用共轨式燃油喷射技术的方案……………………… 12
3.1  发动机的选择……………………………………………………12
3.2  共轨式燃油喷射系统各部件的选择及在发动机上的布置方案13
3.2.1  共轨式燃油喷射系统各部件的选择……………………13
3.2.2  共轨式燃油喷射系统各部件在发动机上的布置………15
    3.3 导气屏式进气涡流控制………………………………………… 16
    本章小结……………………………………………………………… 16
结论………………………………………………………………………… 17
致谢………………………………………………………………………… 18
参考文献…………………………………………………………………… 19
附录………………………………………………………………………… 20

第1章  绪论
1.1 柴油发动机电子控制技术的产生与发展
1.1.1 柴油机电子控制技术的发展状况及发展趋势
1.柴油机电子控制技术的发展状况
柴油机电子控制技术始于20世纪70年代，20世纪80年代以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，以满足日益严格的排放法规要求。
德国博世公司是首家于1997年开始批量生产采用共轨燃油喷射系统的乘用车的汽车公司,当时博世和奔驰联合推出采用共轨技术的奔驰C级别柴油乘用车,而在当时阿尔法•罗密欧156型也是最早使用高压共轨的乘用车之一。在国产柴油车中,华泰现代使用的是共轨喷射系统。截止目前,柴油共轨系统已开发了3代。
第1代共轨高压燃油泵总是保持在最高压力,导致燃油的浪费和很高的燃油温度。第1代共轨系统是为商用汽车设计的,最高喷射压力为140兆帕,其中乘用车喷射压力为135兆帕。
第2代共轨系统可根据发动机需求而改变输出压力,并具有预喷射和后喷射功能。带有控制油量的油泵,喷射压力能达到160兆帕。即使在压力较低的情况下,该系统也可以根据柴油机实际工况提供适量的喷油压力,这不仅有助于降低燃油消耗,而且还可以降低燃油温度,从而省去燃油冷却装置。预喷射降低了发动机噪声:在主喷射之前百万分之一秒内少量的燃油被喷进了气缸压燃,预热燃烧室。预热后的气缸使主喷射后的压燃更加容易,缸内的压力和温度不再是突然地增加,有利于降低燃烧噪声。在膨胀过程中进行后喷射,产生二次燃烧,将缸内温度增加200℃～250℃,降低了尾气中的碳氢化合物的含量。博世公司的第2代共轨系产品已经在沃尔沃的S60、V70D5及宝马的230d等型乘用车上试用。
第3代共轨系统带有压电直列式喷油器。2003年,第3代共轨系统面世,压电式共轨系的压电执行器代替了电磁阀,于是得到了更加精确的喷射控制,省去了回油管,在结构上更简单。压力在20～200兆帕弹性调节;最小喷射量可控制在0.5毫升,降低了颗粒物和氮氧化物的排放量;最高喷射压力达到180兆帕。这套采用压电直列式喷油器的共轨系统使带预喷射和后喷射的喷油率曲线范围更为自由。
高压共轨喷油系统于20世纪90年代中后期才正式进入实用化阶段。目前,国外柴油发动机的电控燃油喷射技术已相当普及,世界各国军队装备的军用车辆已基本实现柴油机化。民用轻型车辆使用的小排量柴油机已普遍采用“共轨”式直接燃油喷射技术,中、重型车辆的柴油机开始使用此项技术,一些重型军用车辆也开始应用此项技术。军用车辆采用电控燃油喷射装置的车型逐渐增多,表现出强劲的发展势头。
由于高压共轨式燃油喷射系统具有可以对喷油定时、喷油持续期、喷油压力、喷油规律进行柔性调节的特点,该系统的采用可以使柴油机的经济性、动力性和排放性能进一步提高。可以预见,我军军用车辆柴油发动机采用“高压共轨”式直接燃油喷射技术的车型也将会不断增多,代表着军用车辆柴油发动机电控燃油喷射技术的发展方向。
    由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特点，柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用范围越来越广，数量越来越多。同时对柴油机的动力性能、经济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。依靠传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求，也难以实现喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。近年来，随着计算机技术、传感器技术及信息技术的迅速发展，使电子产品的可靠性、成本、体积等各方面都能满足柴油机进行电子控制的要求，并且电子控制燃油喷射很容易实现。
    实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多，NOX排放量与汽油机相近，只是排气微粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。柴油机是一种非均质燃烧，可燃混合气形成时间很短，而且可燃混合气形成与燃烧过程交错在一起。通过分析柴油机喷油规律得到：喷入燃料的雾化质量、汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展以及有害排放物的生成。提高喷油压力和柴油雾化效果、使用预喷射、分段喷射等可以有效的改善排放。
    经过多年的研究和新技术应用，柴油机的现状已与以往大不相同。现代先进的柴油机一般采用电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。随着国际上日益严格的排放控制标准(如欧洲Ⅳ、Ⅴ标准)的颁布与实施，无论是汽油机还是柴油机都面临着严峻的挑战，解决的办法之一是采用电子控制燃油喷射的技术。现在，柴油机电子控制技术在发达国家的应用率已达到60%以上。
2.何谓电喷柴油机
采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电喷柴油机。电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、油门踏板位置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器，将实时检测的参数同时输入计算机(ECU)，与已储存的设定参数值或参数图谱(MAP图)进行比较，经过处理计算按照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量(供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间)和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)，同时对废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运行状态达到最佳。
3.柴油机电子控制技术的发展趋势
（1）高的喷射压力
    为满足排放法规的要求，柴油喷射压力从10MPa提高到200MPa。如此高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，缩短着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气排放。
（2）独立的喷射压力控制
    传统柴油机的供油系统的喷射压力与柴油机的转速负荷有关。这种特性对于低转速、部分负荷条件下的燃油经济性和排放不利。若供油系统具有不依赖转速和负荷的喷射压力控制能力，就可选择最合适的喷射压力使喷射持续期、着火延迟期最佳，使柴油机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。
（3）改善柴油机燃油经济性
    用户对柴油机的燃油消耗率非常关注。高喷射压力、独立的喷射压力控制、小喷孔、高平均喷油压力等措施都能降低燃油消耗率，从而提高了柴油机的燃油使用经济性。
（4）独立的燃油喷射正时控制
    喷射正时直接影响到柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量，决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度。高的汽缸压力和温度可以改善燃油使用经济性，但导致NOX增加。而不依赖于转速和负荷的喷射正时控制能力，是在燃油消耗率和排放之间实现最佳平衡的关键措施。
（5）可变的预喷射控制能力
    预喷射可以降低颗粒排放，又不增加NOX排放，还可改善柴油机冷启动性能、降低冷态工况下白烟的排放，降低噪声，改善低速扭矩。但是预喷射量、预喷射与主喷射之间的时间间隔在不同工况下的要求是不一样的。因此具有可变的预喷射控制能力对柴油机的性能和排放十分有利。
（6）最小油量的控制能力
    供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的小油量控制能力发生矛盾。当供油系统具有预喷射能力后将会使控制小油量的能力进一步降低。由于工程机械用柴油机的工况很复杂，怠速工况经常出现，而电喷柴油机容易实现最小油量控制。
（7）快速断油能力
    喷射结束时必须快速断油，如果不能快速断油，在低压力下喷射的柴油就会因燃烧不充分而冒黑烟，增加HC排放。电喷柴油机喷油器上采用的高速电磁开关阀很容易实现快速断油。
（8）降低驱动扭矩冲击载荷
    燃油喷射系统在很高的压力下工作，既增加了驱动系统所需要的平均扭矩，也加大了冲击载荷。燃油喷射系统对驱动系统平稳加载和卸载的能力，是一种衡量喷射系统的标准。而电喷柴油机技术中的高压共轨技术则大大降低了驱动扭矩冲击载荷。
1.1.2 柴油发动机高压共轨技术的产生
传统柴油机在高速运转过程中,其完成一次柴油喷射所用时间只有千分之几秒,而在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而不断变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动,实际的喷油状况与喷油泵柱塞的供油规律存在较大的差异。有时在主喷射之后,油管内的压力波动会使高压油管内的压力再次上升,甚至达到喷油器针阀开启所需的压力,以致于将已经关闭的针阀重新打开,产生二次喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧,所以这就增加了尾气中碳氢化合物等有害物质的排放量,同时也增加了燃油耗量。此外,每次喷射循环后高压油管内的残余压力都会发生变化,随即引起不稳定的喷射,尤其在油机低转速工况更容易产生上述现象,严重时不仅喷油不均匀,而且会发生间歇性不喷射现象。
为了解决柴油机在正常工作过程中其燃油压力不断变化的问题,油机采用了一种被称为“高压共轨”的新技术。高压共轨技术是指在由高压油泵、压力传感器和ECU组的闭环系统中,将柴油喷射压力的产生和柴油喷射过程彼此完全分开的一种供油方式,它由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管 (共轨管),通过对公共供油管内的油压实现精确控制,高压油管内压力大小与柴油机的转速无关,可以大幅度减小柴油机转速变化对柴油机供油压的影响,因此,也就克服了传统柴油机的缺陷。
它主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵,高压油泵将燃油加压送入高压共轨管,高压共轨管中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要的共轨压力进行调节。根据柴油机的运行状态,由电控单元从预设的 MAP图中确定合适的喷油定时、喷油持续期,再由电液控制的电子喷油器将从高压油轨经高压油管输送来的燃油喷入气缸。
ECU控制喷油器的喷油量,喷油量大小取决于共轨管内燃油压力和电磁阀开启时间。与其它喷射系统相比,共轨系统把压力产生与实际燃油喷射过程分离。“共轨”作为高压蓄压器,其内部燃油压力始终保持与柴油机具体工况相适应的最佳压力。喷油器的特殊设计,可灵地实现多次喷射,且喷射压力可在不同转速和负荷条件下任意调节,使燃油喷射量与柴油机各工况相适应,进而使柴油机性能达到理想的设计指标。
共轨系统可较容易地安装到各类不同的柴油机中。除此之外高压共轨系统还提供了更广阔的扩展功能以及在柴油机燃烧过程设计上更大的自由度。总的来看,柴油机共轨技术的点主要有以下几条:
1.共轨系统中的喷油压力柔性可调,对不同工况可确定所需的最佳喷射压力,从而优化油机综合性能。
2.可以独立地柔性控制喷油正时,配合高的喷射压力 (120～ 200兆帕),可同时控制尾中氮氧化物和颗粒物的排放量,使柴油机符合严格的排放标准要求。
3.柔性控制喷油速率变化,实现理想喷油规律,容易实现预喷射和多次喷射,既可降低柴机尾气中氮氧化物的排放量,又能保证柴油机优良的动力性和经济性。
4.由电磁阀控制喷油,其控制精度较高,高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象,因此,柴油机运转过程中其循环喷油量变动小,各缸供油不均匀的问题可得到改善,从而减轻柴油机的振动。
基于上述优点,高压电控共轨技术已普遍被新一代乘用车柴油机采用。
1.2 柴油机电子控制技术改造的目的、意义及优点
1.2.1 目的
在汽车柴油机中，高速运转使柴油喷射过程的时间只有千分之几秒，实验证明，在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象，由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物（HC）的排放量，油耗增加。
　　此外，每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷，同时能降低发动机的废气排放量，本方案将采取在普通发动机上安装高压共轨式燃油喷射系统，达到国家排放法规的要求。
1.2.2 意义
排气净化与节能是汽车产品急需解决的两大难题，现代车用柴油机工作压力高，燃烧充分，油耗比汽油机约低两成，排放物中除微粒物外均低于汽油机，因此在世界范围内应用不断扩大，除中重型商用车外，轻型车和轿车也越来越多地应用。传统的柴油机存在着供油不精确的问题，解决的办法是采用电子控制燃油喷射的技术。
1.2.3         优点
1.具有多功能的自动调节性能
    工程机械用柴油机的运转工况是多变的，而且对油耗、排放和可靠性等要求较高。自动控制技术应用于柴油机的调节系统正好可以实现多功能的自动调节，从而保证柴油机动力性、燃料使用经济性、可靠性和操作方便性等性能充分发挥。
2.减轻质量、缩小尺寸、提高柴油机的紧凑性
    对于现代高速柴油机而言，由于驱动喷油泵的扭矩较大，要设计一个紧凑和可靠的供油提前自动调节器很复杂，而且在柴油机总体布置上也比较困难。采用自动控制技术解决供油提前角自动调节问题，不仅可以容易地解决上述难题，而且提高了柴油机的紧凑性。
3.部件安装连接方便，提高了维修性
    采用自动控制系统，相关部件尺寸减小(特别是燃油供给系统)，安装部位免受空间位置的约束，连接简便，有利于柴油机日常维护及修理。
4.扩展了故障诊断、联络等功能
    采用自动控制系统，可方便地与微型计算机相连，很容易实现柴油机性能检测与故障诊断功能，柴油机运行及检测数据的存储与传递等问题也迎刃而解，便于科学管理和使用。
5.使柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配
    随着工程机械制造技术高速发展，为了提高自行式工程机械的作业效能，采用了电喷柴油机，电控自动变速器等自动控制装置，使自行式工程机械在作业时，能随着负荷的变化在一定范围内自动调整动力输出、动力传递，柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配，充分发挥工程机械作业效能。
本章小结
柴油机电子控制技术始于20世纪70年代。
德国博世公司是首家于1997年开始批量生产采用共轨燃油喷射系统的乘用车的汽车公司,当时博世和奔驰联合推出采用共轨技术的奔驰C级别柴油乘用车,而在当时阿尔法•罗密欧156型也是最早使用高压共轨的乘用车之一。在国产柴油车中,华泰现代使用的是共轨喷射系统。截止目前,柴油共轨系统已开发了3代。
采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电喷柴油机。
随着世界各国对汽车尾气排放要求的日益严格，而实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机又少得多，NOX排放量与汽油机相近，只是排气微粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。近而，电子控制技术在柴油机上的应用显得越来越重要，它可以有效的改善柴油机尾气排放量和燃油消耗量，现在，柴油机电子控制技术在发达国家的应用率已达到60%以上。

第2章 柴油机共轨式电控燃油喷射技术
随着世界各国工程机械、运输车辆等数量增加，柴油机排放的尾气已经成为对地球环境的主要污染原因之一，如何采取措施保护人类赖以生存的地球环境已是当务之急。我国从80年代起相应制订了有关的标准，将环境保护作为大事来抓。与此同时，世界各国也已开始寻找和探究其他方法和采取其他有效的技术措施主动地减少和控制污染物的排放。共轨式电控燃油喷射技术正是从众多方法和措施中脱颖而出的一项较为成功的控制柴油机污染排放的新技术。
　　柴油机喷射过程中，高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。柴油的可压缩性质和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在喷射时之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物(HC)的排放量，并使油耗增加。此外，每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低速区域容易产生上述现象。严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机燃油压力变化所造成的缺陷，现代柴油机采用了一种称之为“共轨”的电喷技术。
2.1 柴油机共轨式电控燃油喷射技术的原理
一般认为，柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油两个发展阶段。而现代电控喷油技术的崛起，则是计算机技术和传感检测技术迅猛发展的结果。目前，电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。共轨式电控燃油喷射技术正是属于后者。
　　共轨电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制装置(ECU)组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管，通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度，因此，也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，其大小取决于燃油轨道(公共供油管)压力和电磁阀开启时间的长短。该技术不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理，而是通过供轨直接或间接的形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的启闭，定时定量的控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的发火时间、足够的能量和最少的污染排放。柴油机共轨式电控燃油系统的结构如图1所示，共轨式电控燃油系统的原理如图2所示。

图1 共轨式电控燃油系统的结构图

图2 共轨式电控燃油系统的原理图
2.2 柴油机共轨式电控燃油喷射技术的原理
   按照喷油高压形成的不同，共轨式电控燃油喷射系统有两种基本型式，即高压共轨式和中压共轨式。
2.2.1 高压共轨系统
高压输油泵(压力在120MPa以上)直接产生高压燃油后，输送至共轨中消除压力的脉动，再分送到各喷油器；当电子控制装置按需要发出指令信号后，高速电磁阀(响应在200s左右)迅速打开或关闭，进而控制喷油器工作，即按设定的要求喷出或停喷高压燃油。
2.2.2 中压共轨系统
中压输油泵(压力为10-13MPa)将中压燃油输送到共轨中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中；当高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后，就迅速开启或关闭，从而控制燃油器工作，迅即通过高压柱塞的增压作用，将从共轨中来的中压燃油加压至高压(120-150MPa)后喷出或停喷。
　　高压共轨系统与中压共轨系统的主要判别在于，高压燃油的获得方式不同；前者由高压燃油泵直接提供，而后者则借助于增压柱塞增压后获得。
2.3 柴油机共轨式电控燃油喷射技术的特点
柴油机共轨式电控燃油喷射技术集计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油器结构于一身。它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且还能实现预喷射和后喷，从而优化喷油特性、减低柴油机噪声和大大减少废气的排放量，其特点为：
　　(1) 采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，利于柴油机燃烧过程的全程优化。
　　(2) 采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油器间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。
　　(3) 高速电测开关阀频率高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便的实现预喷射、后喷等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段。
　　(4) 系结构移植方便，适应范围广，不像其他的击中电喷油系统，对柴油机的结构形式有专门要求；尤其是高压共轨系统，与目前的小、中型及重性柴油机均能很好匹配，因而市场前景看好。
本章小结
共轨电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制装置(ECU)组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油式。
按照喷油高压形成的不同，共轨式电控燃油喷射系统有两种基本型式，即高压共轨式和中压共轨式。
柴油机共轨式电控燃油喷射技术集计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油器结构于一身。

第3章 柴油机采用共轨式燃油喷射技术的方案
3.1 发动机的选择
发动机的型号选择五十铃（ISUZU）4JB1，其参数见表1
表1发动机参数：
发动机型号        五十铃（ISUZU）4JB1型
型式        4缸直列四冲程直接喷射式
缸径×行程        86×93（毫米）
活塞排量        2771毫升
压缩比        18.2
点火方式        压燃点火式
喷油提前角        上止点前16º
点火次序        1-3-4-2
最大功率        57千瓦/3600转/分
        77马力/3600转/分
最大扭矩        172牛顿米/2000转/分
        17.5公斤米/2000转/分
发动机怠速        750—790转/分
气门布置型式        顶置式
气门间隙        进气门        0.40(冷)
        排气门        0.40(冷)
配气相位        进气门开        上止点前24.5º
        进气门关        下止点后55.5º
        排气门开        下止点前54º
        排气门关        上止点后26º
缸套形式        干式
冷却方式        水泵强制循环、水冷
冷却液容量        10升
润滑方式        齿轮泵压力循环润滑
机油容量        5.3升(换油、带滤清器）
        5.8升(不带滤清器)
机油压力（MPa）        怠速时        大于0.05
        正常运转        0.2—0.4

3.2 共轨式燃油喷射系统各部件的选择及在发动机上的布置3.2.1 共轨式燃油喷射系统各部件的选择
1.低压油路各零件的选择
（1）燃油泵（Presupply Pump）
    选择滚柱式燃油泵。此泵为电动式，并有如汽油喷射发动机般的安全电路，当发动机停止运转，而起动开关在ON位置时，电动燃油泵停止运转。
（2）柴油滤清器
采用附有水分储存室的柴油滤清器。由于柴油中的杂质，可能导致泵零件、出油阀及喷油嘴等的磨损；另外柴油中含水，可能变成乳状物或因温度变化而凝结，若水进入喷射系统，则可能导致零件锈蚀。为了降低零件损耗，我选择附有水分储存室的柴油滤清器。
2.高压油路各零件的选择
（1）高压油泵（High-Pressure Pump）
采用空间对称柱塞式喷油泵，三个柱塞夹角互为120°。
高压泵负责将低压柴油转变成可达成135MPa的高压柴油，送入共轨内；在所有发动机作用状态下，均能提供足够的高压柴油，并能提供额外柴油以供迅速起动用，以及能够快速建立起共轨内的压力。
（2）油压控制阀
采用油压调节阀N276。
其作用是：不通电时，只要油压超过弹簧力，油压控制阀即打开，且依送油量大小，会保持一定之开度。弹簧力的设定，使油压可过去时10MPa。
通电时：当共轨内压力必须提高时，油压控制阀通电，弹簧力加上电磁力，使送油压力提高。要改变送油压力，可由脉冲宽度调节（Pulse Width Midulation,PWM）方式改变电流量，以产生不同的电磁力来变化操作，通常1KHz的脉动率就足以阻止枢轴移动。
(3)共轨管
共轨上装有油压传感器、压力限制阀及流量限制器。
（4）共轨油压传感器
    采用油压传感器G247
共轨油压传感器必须迅速、精确监测共轨内瞬间的压力变化，将电压信号送给ECU，以调节适当的油压。
其作用是：当膜片因油压而变形时，半导体装置的变化范围从0～70mV,再由计算电路放大为0.5～4.5V。
当压力为150MPa时，膜片的变形量约1mm，计测精度为±2%。
若共轨油压传感器失效时，ECU会以紧急功能及固定值（即Limp-Home模式）控制油压控制阀作用，使车辆可开回修理厂。
（5）压力限制阀（限压阀）
打开通道，以限制共轨内的最大压力，功用与过压阀（Overpressure Valve）相同。压力限制阀准许共轨内压力短时间内达到期150MPa。
在正常作用压力约135MPa时，锥形阀关闭；当系统超过最大压力时，锥形阀打开，柴油流回油箱。
（6）流量限制器
在喷油器持续永久打开的异常状况下，为防止喷油器连续喷射，当流出共轨的柴油量超过一定值时，流量限制器会关闭送往喷油器的通道。
流量限制阀的作用：正常作用时，柱塞在其行程上方，当柴油喷射时，喷油器端喷射压力降低，是柱塞向下移，通过柱塞位移，是柴由有共轨流出，以补偿柴油容积；当喷射末期时，柱塞在底座(Seat)上方，并没有将出口完全封闭；接着弹簧将柱塞再向上推至定位，等待下一次喷射，此时柴油流能从喉管处流动。
大量泄漏（Leakage）时，由于大量柴油流出共轨，流量限制器内柱塞被压向下顶住底座，以阻止柴油送往喷油器。
轻微泄漏时：由于漏油量的关系，柱塞不在行程的上方；在经过一段时间喷射后，柱塞一直下方保持固定，直到发动机熄火。
（7）喷油器
采用电磁式喷油器。
喷油器的作用可分为四个状态：喷油嘴关闭状态，电磁阀不通电，阀弹簧将阀球压紧在泄油孔座上，泄油孔被封闭；共轨油压进入喷油嘴油道，针阀（Needle）底端，也进入控制油道，控制油腔油压加上弹簧力，力量大于针阀底端的压力，故控制柱塞向下，喷油嘴在关闭状态。
喷油嘴刚开状态，当电流送入电磁线圈，电磁力大于阀弹簧力，故阀轴（Armature）迅速上移，阀球打开泄油孔出口，几乎就在全开的瞬间，电流值降为保持所需电磁力。由于控制油腔压力降低，针阀低端油压高于控制柱塞上方油压，故针阀上移，喷油嘴打开，开始喷油作用。
喷油嘴全开状态，针阀向上打开的速度，取决于进油孔与泄油孔流速（Flow Rate）的差异。针阀升至最高点时，喷油嘴全开，此时的喷射压力与共轨内的压力几乎相同。
喷油嘴关闭状态，当电磁阀断电时，阀球关闭泄油孔出口，控制柱塞再度下移，喷油嘴关闭。针阀关闭的速度，取决于进油孔的流动率。
3.2.2 共轨式燃油喷射系统各部件在发动机上的布置
1.高压油路各零件的布置
（1）高压油泵（High-Pressure Pump）
    安装在发动机右侧，距离汽缸体上端面145mm处。
（2）油压控制阀
    安装在高压油泵上。
（3）共轨管
    安装在发动机右侧，距离汽缸体上端面35mm处。
（4）共轨油压传感器
    安装在共轨管上。
（5）压力限制阀（限压阀）
    安装在共轨管回油一端。
（6）流量限制器
    安装在共轨管与高压管连接处。
（7）喷油器
    安装在汽缸盖上，其位置与汽缸中心线成45°角。与直接喷射柴油发动机喷油器的固定方法相同，是以卡箍(Clamps)定位，因此共轨式喷射系统的喷油器可直接装在现有DI系统的汽缸盖上，不需要做大幅度的修改。
3.3 导气屏式进气涡流控制
导气屏实际就是导向叶片，它安装在进气门上，并可绕气门旋转。汽缸进气时，利用导向叶片对进气流的导向作用，在汽缸内产生绕汽缸轴线旋转的进气涡流，进气涡流的强度取决于导向叶片的包角和方位角，改变导向叶片的包角或方位角，均可调节进气涡流强度。
本章小结
发动机的型号为五十铃（ISUZU）4JB1型
低压油路各零件的选择
高压油路各零件的选择
高压油路各零件的布置
导气屏式进气涡流控制

结论
毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次对柴油机电控技术改造方案的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际装配问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。
虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种部件的选用标准以及安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。
提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。
顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，在设计中我采用了一些新的技术和设备他们有着很多的优越性但也存在一定的不足，这些不足在一定程度上限制了我们的创造力。这无疑会让我们感到遗憾，可这些不足正是推动我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会让我停止不前，反而会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为创建和谐社会贡献力量。


致谢
在论文完成之际，我要特别感谢我的指导教师郑德林老师的热情关怀和悉心指导。在我绘制草图和撰写论文的过程中，郑德林老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在毕业设计的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了郑德林老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。
    在草图的创作和论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。
    感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。
    最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！

参考文献
[1]黄靖雄,赖瑞海主编.电控柴油机结构与原理.人民交通出版社,2008.
[2]严安辉,韦忠霞主编.汽车柴油发动机电控系统原理与检修.国防工业出版社,2008.
[3]张西振,田有为主编.汽车柴油机电控技术.人民交通出版社,2007.
[4]栾琪文主编.汽车电控柴油机结构原理与维修[M].机械工业出版社,2006.
[5]北京联创高科技汽车电子研究所编.怎样维修电控柴油机轿车[M].机械工业出版社,2006.
[6]王尚勇,杨青.柴油机电子控制技术.机械工业出版社,2005.
[7]徐家龙主编.柴油机电控喷油技术.人民交通出版社,2004
[8] EFC.《Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik》.EUROPA LEHRMITTEL,2000


附录
High-pressure common-rail diesel engine technology
  Diesel's advantages are: fuel-efficient, environmental protection, strong momentum, the economy, facilitate the maintenance, as long as the solution to the shortcomings of the greater prospects for the market, and the realization of electronic control diesel engine program now appears to be a good solution. To achieve control of three diesel technology road map, namely, single pump, nozzles and high-pressure common-rail pump. At present, major international auto parts suppliers in a common-rail diesel injection systems, such as: Bosch, Delphi, Siemens, Denso Corporation, VDO and Magna - Marelli, which is the world's leading common-rail injection system Suppliers, and the current domestic production of diesel common rail injection system is also only a Bosch. Introduced the following three techniques:
1. Monomer pump technology
   Delphi in heavy vehicles using the system Monomers pump. From the cost, the domestic engine of the European Ⅱ Ⅲ upgrade to the EU, if a single pump, the engine of change is very small, only an external box to replace the camshaft Europe Ⅱ in-line engine can pump. When the European Ⅲ Ⅳ upgrade to the EU, the engine of the main fuselage structure remains unchanged, so long as the EU system Ⅲ mechanical injector into Delphi's electronically controlled fuel injection, the formation of two-solenoid valve single pump system In the overall structure of the engine doing a big adjustment, will be able to meet the European emission levels Ⅳ.  
   In performance, in domestic use of single pump pressure to reach 200MPa, when the EU to upgrade Ⅳ, the pressure can reach 250 MPa. In the single pump used on the I2C common-rail system similar to the consistency of control, to optimize the performance of the system as a whole. In the control of oil, if using a dual-solenoid valve single pump system, not only for pressure control, but also on the jet control, but also can be used repeatedly spray. It can reach Europe or the European Ⅳ Ⅴ. At present, Delphi's dual-solenoid valve in the system Monomers pump of the European high-volume production, a major supplier to Europe Ⅳ standard engine, Ⅴ European standards related to the engine system is doing development work. ,  
   The system Monomers pump Another advantage is its reliability and life expectancy, which has properties in Europe and North America have been on the market for 10 years or even 15 years, the actual use of time, a number of 1,000,000 vehicles used to prove. Single pump system in the engine using the process to ensure emissions and low fuel consumption. At present, the strengthening of this very, very reliable performance and service life, still further. Therefore, Delphi from the point of view, the technical side, I believe that by 2010, all in Europe and North America the vast majority of heavy-duty truck manufacturers will adopt the system Monomers pumps and pump nozzle technology. Delphi is also developing in 2010 after new emissions regulations required by the new system.
2. Injector Technology
   A good mixture of diesel engines to improve power, fuel economy; to reduce emissions, a key factor in the rate of noise. This requires the injection system have a high enough pressure spray to ensure good atomization of fuel, but also must be precise control of fuel injection and fuel injection quantity only. The pump nozzle systems to meet the stringent requirements. As a result, as early as 1905 diesel engine, the founder Mr. Rudolf diesel injector pump put forward the concept, the idea will pump nozzle and the synthetic one, eliminate high-pressure pipeline and high-pressure spray. In the 1950s, intermittent jet pump control system has been used in diesel engines and trucks on the ship. After, AG co-developed applied to the solenoid valve to control passenger jet pump system.
The main role of the components of which are as follows:
(1) one-way valve: the engine does not work to prevent the fuel back.
(2) by-pass valve: If the fuel with air, then discharged through here
(3) hole cut with a filter: the collection, separation for the oil bubble. (4) pressure limiting valve 1: regulating pressure in the pipeline for more than 0.75MPa when opened. )
(5) limit pressure valve 2: Back to maintain the pressure in the pipeline 0.10MPa.
(6) fuel pump: fuel pump vane pump is intermittent, and its advantage is at a relatively low engine speed, also for oil. Road so that the body pump oil pump rotor has been in a state of the infiltration of fuel, which can transport fuel.
(7) integrated control of fuel distribution: the distribution of fuel in the cylinder head with integrated pipe for the oil, and its function is equivalent to the distribution of the fuel pump nozzle in the fuel oil mixed with the heat and was forced back for the pump nozzle Pipeline. So that for the flow of oil within the cylinder temperature of the fuel line. All pump nozzle was to provide the same amount of fuel so that the smooth operation of the engine. Otherwise, the pump nozzle of the oil temperature will be different, and pump nozzle was to provide a different quality of fuel. This will enable the engine is not running smoothly and the first of several tanks have extremely high temperature.
(8) fuel pump to cool: coolant in the cooling loop in the cycle. When the oil temperature reaches 70 ℃, the engine control unit through the cooling fuel pump relay to get through.
   In many of the pump nozzle used on passenger cars, such as: Bora TDI, Audi and TDI Touran TDI, and so on. Pump nozzle technology as opposed to previous technologies (such as the piston), has been significantly improved, and its big advantage is that greatly increased the pressure fuel injection, the booster nozzles of the turbo-jet pressure to achieve more than 200MPa. As the jet pressure directly affects the work efficiency of diesel combustion, the combustion efficiency of the pump nozzle high.
3. High-pressure common-rail technology
   English Common Rail Direct Injection acronym, which means high-pressure common rail direct injection diesel technology, CRDI technology and SDI (naturally aspirated direct injection diesel engine) technology, TDI (turbo direct injection diesel engine) technology are Germany Bosch's research and development of diesel engine technology. High-pressure common-rail system by the pumps, fuel injection pipes, high-pressure accumulators (common rail), fuel injection, electronic control units and sensors and actuators components.
   Common-rail fuel injection system is a major contribution to the jet pressure and jet production process completely separate from each other, through the oil pressure common-rail tube to achieve precise control of high-pressure pipeline so that the pressure on the engine size and speed has nothing to do basic. The diesel engine technology, innovation and minimize the car's diesel engine noise and vibration, while a further reduction in fuel consumption, so that cleaner emissions. However, pressure common-rail fuel injection technology, lower than the pump nozzle systems, generally reach only about 160MPa. As the fuel injection pressure regulator broad use of common-rail diesel technology to better adapt to a variety of conditions, will not be difficult to start.
   Bosch is the first company to start mass production in 1997, common-rail fuel injection system of passenger cars, Bosch and Mercedes-Benz at the time the joint launch of diesel common rail technology Mercedes-Benz C-level car, and then in the Alfa Romeo 156 is the first to use high-pressure common-rail passenger One of the cars. China-made vehicles in China, modern China and Thailand are using a common-rail injection system. Diesel common rail system has been developed on behalf of 3.
   The first generation of common rail high-pressure pump is always maintained at the highest pressure, resulting in wasted fuel and high temperature fuel. The first generation of common rail systems for commercial vehicles designed for a maximum injection pressure 140MPa, as a passenger jet pressure 135MPa.
   Second-generation common-rail system under the engine needs to change output pressure, with pre-and post-injection spray functions. With control of the oil pumps, injection pressure can reach 160MPa. Even in low pressure, the system can also provide the basis of actual amount of fuel injection pressure. Not only help reduce fuel consumption, but also reduce the temperature of fuel in order to save fuel cooling device. Reduced pre-jet engine noise: the main parts per million before the jet within seconds of a small amount of fuel was sprayed into the cylinder compression ignition, preheat the combustion chamber. After the warm-up so that the master cylinder pressure after the jet fuel more easily, in-cylinder pressure and temperature is no longer a sudden increase will help reduce the combustion noise. In the expansion process after the injection, resulting in post-combustion, the cylinder will increase the temperature of 200 ~ 250 ℃, to reduce the emission of hydrocarbons. Bosch's second-generation common-rail systems already in the Volvo S60, V70D5 and passenger cars such as BMW's 230d on trial.
   Third-generation common-rail system with piezoelectric injector in-line. In 2003, the third-generation common-rail system available piezoelectric (piezo) common-rail system piezoelectric actuators in place of the solenoid valve, then have been more precise control of the jet. Back to save the pipeline, in a simpler structure. 20 ~ 200MPa pressure from the flexible adjustment. The smallest jet can be controlled in the amount of 0.5mm3, reduces the smoke and NOX emissions. The maximum injection pressure to reach 180MPa. This sets a new R & D of the piezoelectric injector in-line system so that the spray with pre-and post-jet fuel injection rate of the scope of the curve is more free.
   Compared with other injection systems, Common Rail System to generate pressure fuel injection and the actual process of separation. "Track" as a high-pressure accumulator, its internal fuel pressure and always maintain a specific engine operating conditions best suited to the pressure. Common-rail system can be easily installed in different types of engines. In addition, common-rail system also provides a broader expansion in function and design of the combustion process more large degree of freedom that allows diesel engines to lower emissions and better fuel economy and low noise operation. Electronically controlled common-rail system is the experts agreed that at present the highest level in the future will be a dominant electronic control system. Its special injector design flexibility to implement many of the jet, and the injection pressure in different speed and load conditions, arbitrary regulation, to the benefits of the engine is a very good indicator. As a result of these factors, electronically controlled common rail technology has generally adopted a new generation of diesel engine passenger cars.

cassiel

怎么下载下来啊 ？很急 ，谢谢。