高压共轨燃油喷射系统

高压共轨燃油喷射系统产生的喷油压力一般约为135MPa。低压供油泵通过滤清器将燃油供入高压油泵，高压油泵将高压燃油供入高压蓄能器（油轨），各缸喷油器有各自的油管连接到油轨，喷油器在受到ECM发出的PWM信号激励时将燃油喷入燃烧室。

在喷油泵-高压油管-喷油嘴系统（PLN）、径向分配式喷油泵、电控单体式喷油泵（EUP）、电控单体式喷油器（EUI）中，喷油压力随发动机转速和负荷变化，而在高压共轨系统中，喷油压力与发动机的转速和负荷等工况参数无关，保持恒定。高压共轨系统的主要优点是增大了发动机低转速下的曲轴输出转矩，从而改善了发动机的响应。实际的喷油开始、喷油持续时间、喷油压力都完全是电控的，所以能轻易的实现多次喷射，显著降低了发动机的噪声，并减少NOx的排放。

高压共轨系统有下列主要部件：低压输油泵、高压油泵、高压蓄能器（油轨）、压力控制阀、油轨压力传感器、喷油器、电子控制单元（ECU或叫ECM）及所需的发动机和汽车传感器。其传感器的种类和功能以及ECM的控制过程跟上述EUI等燃油系统的大同小异。燃油由低压输油泵从油箱吸出，供给高压油泵，在高压油泵中有三个泵油柱塞（有些机型是直列的两个泵油柱塞），由驱动轴上的凸轮驱动进行往复运动，泵油柱塞上有弹簧，避免发生冲击振动，并使泵油柱塞始终与驱动轴上的凸轮接触。当泵油柱塞向下，是吸油行程，进油单向阀开启，低压燃油进入泵油腔，当柱塞向上，进油阀关闭，泵油腔内的燃油被加压后泵送到蓄能油轨中，存储在油轨中等待喷射。

如图用于日野J08E发动机的高压共轨燃油系统中，高压供油泵有三个泵油柱塞，还内置有摆线型低压泵，而调节油轨压力的是用高压油泵上的柴油油量调节电磁阀（SCV），通过共轨压力传感器把油轨压力信号传给ECU，再由ECU经过计算把PWM信号发给SCV，SCV装在高压油泵的入口油道上，通过调节进入高压油泵的燃油量，从而调节了输出到共轨的燃油量，控制了共轨的燃油压力，使其稳定在135MPa左右。SCV是反比列控制方式，平均电流值增大，则柴油流量减小。

J08E的喷油器的动作也是由ECU输出的脉宽调制信号（PWM）控制，电磁阀断电时，高压燃油通过小节流口进入控制室，电磁溢流阀在弹簧作用力下关闭溢流口，控制室内的燃油压力等于油轨压力，使控制活塞下压喷油嘴阀芯，喷射口被封闭，无喷射；当电磁阀被PWM信号激励，溢流阀打开，控制室内燃油泄漏，因为控制室溢流口孔径大于入口节流口的孔径，所以控制室内燃油压力迅速下降，没有了控制活塞的下压力，喷油室高压燃油就能够克服弹簧力顶起喷嘴阀芯，打开了喷射口，高压燃油就通过喷头上的小孔喷入燃烧室。ECM发送给喷油电磁铁的PWM信号决定了喷油的开始、持续和结束。

Bosch的共轨燃油系统中，高压蓄能器或油轨是一根锻造钢管，内径约为10mm，长度在280~600mm之间，具体长度随发动机要求而定，各喷油器通过各自的油管与油轨连接。压力控制阀安装在高压油泵或油轨上。ECU（或ECM）通过控制压力控制阀（PCV）可以精确地保持油轨中的燃油压力，PCV是电磁控制球形阀，弹簧向阀球施加作用力，电磁铁也对阀球施加作用力，球形阀承受蓄能油轨中燃油的高压作用，高压燃油作用力由弹簧力和电磁力共同抵抗，电磁力大小由来自ECM的PWM电流进行控制，因此，电磁铁电流的大小决定了蓄能油轨中燃油压力的高低。油轨压力超过设定值，球阀会开启，压力燃油通过回油管流回油箱；油轨压力降得太低，球阀会关闭，允许高压油泵增大油轨中的燃油压力。燃油压力传感器（RPS）安装在油轨上，将油轨压力转换成电压信号反馈给ECM，ECM通过该电压信号及压力控制阀对共轨的燃油压力进行闭环控制。由于蓄能器有保持燃油压力的功能，高压蓄能器中燃油的最高压力被保持在135MPa。Bosch共轨燃油喷射系统喷油器的外形与Bosch机械式喷油嘴很相似，只是多了电磁铁。油轨中的高压燃油通过一个节流阀进入喷油阀控制腔，使喷油阀控制腔的燃油压力与蓄能油轨中的燃油压力相等。当喷油器电磁铁收到ECM发出的PWM信号受到激励时，所产生的磁场力使球阀能够克服弹簧力而开启，高压燃油就会进入喷油嘴室，并通过喷头上的小孔喷入燃烧室，同样，ECM发送给喷油电磁铁的信号决定了喷油的开始、持续和结束。

由以上的对一些常见的电控燃油系统的介绍，可以看出各个厂家的电控发动机的共同点远大于不同点，只要理解了一种电控发动机的基本原理，就可以将这些原理很快地转化应用到其他电控燃油系统上，而不论这些发动机的用途是重型货车、工业、非公路还是别的应用场合。

无论是哪种电控柴油机，都可以将其看作是一个完全一体化的发动机管理和控制系统。电控燃油喷射系统的三个基本组成部分就是输入（开关和传感器）、对输入信号进行分析的ECM和按照输出信号动作的执行器。各个厂家的传感器的技术规格基本相同，很多甚至都是一个制造商出品的，有油门位置传感器，凸轮轴位置传感器，曲轴位置传感器，机油压力、机油温度，水温，水位，进气温度，大气压力，增压压力等传感器，大多数传感器都设计为从ECM接收5.0v直流输入信号，再根据工作情况向ECM反馈0.5~5.0v的信号。执行器的形式有电控单体式喷油器（EUI）、电控单体式喷油泵（EUP）、液压驱动电控单体式喷油器（HEUI）、Bosch的电控喷油泵-高压油管-喷油嘴（EDIPLN）系统和电控分配泵（EDP）系统等。ECM接收并处理来自各传感器及开关的数据和信息，将各传感器返回的信号与ECM程序数据库中所存储的各开关及传感器的特定数据进行比较。ECM由存储器、微处理器（系统大脑）和按照要求控制执行器通电电流的驱动电路组成。存储器的类型有ROM、RAM和PROM，都与微处理器（MP)相连，RAM和PROM可以被MP读入和读出，而ROM只能读出。ROM芯片存储发动机转速、功率设定、调速器转速降特性、调速器类型（两极式或全程式）、行驶速度控制、降挡保护、发动机保护等工作数据和信息，这些数据是永久性的，一旦被存储就不能更改。可编程只读存储器（PROM）在工厂写入数据后，也不能更改的，只能更换芯片。EEPROM是电可擦只读存储器，可以进行更改和重新编程，EEPROM一般用于存储用户校准参数、烟度控制、冷起动喷油和定时等数据。微处理器由数千个元件组成，包括许多逻辑门和一个运算逻辑器，通过查阅存储的各种数据表格，可以确定在驾驶员发出指令（油门开度）、因负载引起的发动机转速变化、车速、涡轮增压压力、机油压力及温度、冷却液温度、进气管温度、冷却液位等输入信号变化时的响应，还对喷油器电磁阀是否存在故障进行判断。随机存储器（RAM）就象工作记录本，在传感器信号改变时不断地被擦除和更新。保活随机存储器（KAM）存储故障码，点火开关关闭后还能保存，但蓄电池断开后会丢失。ECM向EUI或EUP电磁阀发送的驱动信号是PWM电压信号。PWM信号的占空比决定了喷油的开始、持续和结束，从而控制了发动机在一定转速和负荷下的喷油量，进而决定了发动机的输出功率。

现在，所有电控发动机制造商都提供对其产品进行诊断和编程的专用软件（如卡特彼勒的ET，康明斯的insite），通过便携式计算机及公共数据线连接到ECM，除了能进行故障诊断和排除，还具有一些独特功能，例如发动机断缸运转、测试喷油电磁阀响应时间、校准更新喷油器、读取发动机旅程数据、校准更改发动机转速及汽车速度、更改巡航控制设定速度、更改怠速停机计时、更改变速器换档规律、更改发动机保护设置、更改发动机速度（或时间）特性、对发动机数据进行快速采样、更改ECM的程序等。还可以进入ECM存储器、监测传感器输出、读取诊断故障码，确认巡航控制等。ECM还能通过符合SAE-J技术标准的数据传输器跟其他电子控制模块进行通讯，例如，SAEJ1587及J1708数据通讯系统可以将传感器和发动机的数据提供给汽车的其他控制模块，SAEJ1922和J1939这两个标准使ECM能够与防抱死制动系统、驱动防滑系统（牵引力控制系统）等其他汽车电控系统进行通讯，并提供数据。以前各厂家电控发动机的闪烁故障码是不同的，现在新型的发动机电控系统，闪烁码已被按照SAE技术标准形式统一的故障码取代，SAE故障码包含着信息识别说明（MID）和系统识别说明，系统识别说明又分为参数识别说明（PID）和子系统识别说明（SID），在PID和SID号码之后的是指示故障发生部位的故障模式识别说明（FMI）。用手持式故障数据读取器或便携式计算机就可以查出各种SAE故障码（PID、SID、FMI），查阅技术手册就可以确定故障部位和原因。大多数ECM不但能记录活动或非活动的故障码（活动码指示现存故障，非活动码指示曾经存在过的故障），还能记录故障发生的次数以及时间。