三、电控柴油机燃油系统类型与特点

35.电控柴油机的燃油系统是如何分类的?

电控柴油机的燃油系统有按控制方式和按产生高压燃油的装置两种分类方法。

1)电子控制燃油系统按产生高压燃油的装置分类，可以分直列泵电控喷射系统、电控分配泵喷射系统、泵喷嘴喷射系统、单体泵喷射系统和高压共轨喷射系统五种。

目前电控柴油机的燃油喷射形式以泵喷嘴、单体泵和高压共轨占主导地位。

2)电子控制燃油系统按控制方式分类，可分为位置控制式、时间控制式。

36.第一代位置控制式电控燃油系统是怎样的?有几种?

第一代位置控制式燃油系统是位置控制式电控柴油喷射系统，它保留了传统柴油机的高压油泵—高压油管—喷油器(PLN)、控制齿条、齿圈、滑套、柱塞上的螺旋槽等油量控制机构，只是对齿条或滑套的移动位置进行电子控制。用电子调速器代替了传统机械式离心调速器，用发动机转速传感器和加速踏板位置传感器代替了原有的转速和负荷传感机构(如离心飞块、真空室等)，用ECU控制的电子执行机构代替了机械离心式调速执行机构和加速踏板传动机构。

第一代位置控制式电控燃油系统，主要有直列柱塞泵和转子分配泵两种位置控制机构。

(1)电控直列柱塞泵的燃油系统

电控直列柱塞泵的燃油系统的喷油量控制装置采用占空比电磁阀式或直流电动机式电子调速器，其反馈元件是齿条位置传感器。

(2)电控转子分配泵的燃油系统

电控转子分配泵供油量装置采用转子式或占空比电磁阀式电子调速器。采用转子式电子调速器的供油量控制装置。

在位置控制式电控柴油喷射系统中，对喷油量控制是根据ECM发出指令由齿杆或溢油环的位置进行控制的；对喷油时间的控制是根据ECM的指令由发动机驱动轴和凸轮轴的相位差进行控制的。ECM根据各种传感器检测出的发动机的运行状态及环境状况等，计算出适合发动机运行的最佳控制量，并向执行机构发出指令，控制执行器工作。

一汽捷达轿车SDI电控柴油喷射系统，就是采用博世电子控制轴向压缩式分配泵实现位置控制式喷射系统。

37.第二代时间控制式电控燃油喷射系统是怎样的?

第二代柴油机电控喷射系统利用时间控制方式，对供油量实行位置控制，其特点是以模拟量来控制执行元件的工作，通过对喷油泵油量控制机构的定位来获得所需的供油量。闭环控制供油量的反馈信号也是由模拟信号传感器检测，ECU对模拟信号进行A/D转换后才能处理，所以供油量控制精度和执行元件的响应速度都较差。在位置控制方式中，所用的电子调速器需要由部分机械装置完成对喷油泵供油量的调节，这也会降低控制精度和响应速度。采用时间控制方式，可以弥补位置控制的不足。

第二代柴油机电控喷射系统主要有电控单体式喷油器、电控单体泵系统和时间控制式电控转子分配泵喷油系统。

(1)电控单体式喷油器系统

电控单体式喷油器系统即电控泵喷嘴系统，其喷油量由安装在喷嘴总成上的电磁阀关闭时间决定，喷油正时由电磁阀关闭时间决定，所以称作时间控制式电控柴油喷射系统。

电控泵喷嘴没有高压油管，没有机械式供油量调节齿杆。喷油量和喷油正时由ECM根据各种传感器输入的信号和加速踏板位置信号，使电磁阀关闭执行喷油，电磁阀打开喷油结束。在电控泵喷嘴系统中，由于没有高压油管，所以具有很高的机械强度，喷油压力可达200MPa以上。

电控泵喷嘴可应用于小型客车、轻型车及中重型载货汽车柴油机上，其尾气排放可达欧Ⅳ标准以上。一汽大众宝来TDI电控柴油机采用博世电控泵喷嘴系统。

(2)电控单体泵系统(FUP)

电控单体泵和电控泵喷嘴一样，高压燃油仍然由套筒内做往复运动的柱塞产生，喷油量和喷油正时控制，则由ECM根据各种传感器输入的信号控制电磁阀关闭执行喷油，电磁阀打开喷油结束。在单体泵总成内的每个单体泵上部都设置了一个高速电磁阀，喷油时间和喷油量由电磁阀的接通/断开控制的。这就是电磁阀时间控制，属于时间控制式第二代电控喷射系统。

电控单体泵有高压油管，和电控泵喷嘴一样没有机械式供油量调节齿条，传统喷油泵中的齿圈、滑套、柱塞上的斜槽、提前器、齿杆等全部取消。每个单体泵实际上是个独立的柱塞泵，柱塞只负责供油和加压，而供油量和供油时刻由柱塞上部的高速电磁阀单独完成。因此供油加压与供油调节在结构上互相独立，分别由柱塞和电磁阀完成。

电控泵喷嘴和电控单体泵有许多相似之处，单体泵系统是由博世公司喷油泵—高压油管—喷油嘴(PLN)衍化而来，现已广泛应用在美国和欧洲各国的电控柴油车上，在柴油轿车和中重型柴油货车上都得到广泛应用。电控单体泵系统，喷射压力可达200MPa左右，其燃油经济性好，排放可达欧Ⅳ标准。我国玉柴公司引用美国德尔福(Delphi)电控单体泵，研制和开发了排放达欧Ⅳ标准的YC6G、TC6L、TC4G系列电控单体泵燃油系统。

我国成都威特公司研制的电控组合泵，即电控单体泵具有自主知识产权，并配装在玉柴、潍柴的柴油机上，性能可靠。该单体泵适合于缸径在95～105mm、转速在3000r/min以下的轻型或中型载货汽车柴油机上。

我国玉柴等柴油机公司引进美国德尔福(Delphi)单体泵系统，研制和开发了多款不同排量的电控柴油机，并已装车使用。如玉柴的YC6G、YC6L、YC4G系列电控柴油机。

(3)时间控制式电控转子分配

采用时间控制式的转子分配泵系统已经取消了油量控制滑套，也取消了泵油柱塞上的回油槽。

高速电磁阀安装在泵油柱塞顶部高压油腔的回油通道中，它由控制器操纵控制，而控制器又由ECU控制。驱动器的作用是将控制器输出的信号放大后作为电磁阀的驱动电流。在喷油泵内安装有电磁感应式或霍尔式泵角传感器，用于检测喷油泵驱动轴的位置和转角，传感器将信号输入控制器，控制器再将泵角传感器输入的转角信号传递给ECU，使ECU确定柴油机转速。后期开发的转子分配泵时间控制系统，一般将控制器、驱动器和ECU组合成一体。

38.第三代电控共轨式燃油系统是怎样的?有几种?

第三代电控燃油喷射系统是电控共轨式燃油喷射系统。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。

共轨技术是指用一个公共油轨，高压(或中压)输油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统独立控制喷油压力的供油方式。在电子控制共轨燃油系统中，由高压(中压)输油泵将高压燃油输送到公共油轨，ECU对共轨内的油压和喷油时间进行控制。其中，保持喷油压力一定，通过控制喷油时间来控制喷油量，为“时间-压力控制”方式；保持喷油时间一定，通过控制喷油压力来控制喷油量，为“压力控制”方式。

共轨柴油系统按油轨压力大小可分为高压油轨和中压油轨两种基本类型。按控制喷油器喷油的电控执行元件的不同，共轨系统可分为电磁阀式和压电式两种类型。

(1)高压共轨系统

高压共轨系统不再采用喷油系统的柱塞泵分缸脉动供油原理，而是用一个设置在高压油泵和喷油器之间的具有较大容积的共轨管，把喷油泵输出的燃油蓄积起来并抑制压力波动，再通过各高压油管输送到每个喷油器上，ECU根据柴油机的工作需要控制高速电磁阀迅速打开或关闭，电磁阀起作用的时刻决定喷油定时，其起作用的持续时间和共轨压力共同决定喷油量。此类系统一般“时间-压力控制”方式用得最多。

我国一汽奥迪A6电控柴油轿车，其发动机燃油供给系统采用博世公司的第三代共轨技术，喷油压力可达160MPa。

东风康明斯、玉柴、大柴、潍柴等公司引进国外技术生产的高压共轨电控柴油机有ISBE、ISDE、ISLE、YC4F、YC4W75-30、CA6DE3、CA4DC2、6DL-35R、WP10、WP1Z，南京IVECO公司生产的8140.43S、8140.43N等柴油机。这些电控柴油机应用在城市公交车、旅游客车、轻型和中重型载货汽车上，尾气排放在欧Ⅲ标准。

(2)中压共轨系统

中压共轨系统中，输油泵输出的燃油是中、低压燃油，压力为10～30MPa，由此压力燃油进入共轨，然后进入喷油器。ECU根据柴油机的工作需要通过高速电磁阀控制喷油器开闭。喷油器中有液压放大结构(即增压器)，燃油在此被加压到120MPa以上，然后再喷入气缸。此类系统一般通过控制共轨中的油压来控制喷油量，即采用“压力控制”方式。

(3)压电式共轨系统

高压、中压共轨系统均属电磁阀式共轨系统，即利用电磁阀作为执行元件，通过控制喷油器的开始与结束来实现燃油喷射控制。而在压电共轨系统中，则是利用压电晶体作为执行元件，通过控制喷油器喷油开始与结束来实现燃油喷射控制。

我国已引进德国博世公司高压共轨技术和日本电装公司高压共轨技术，并将其应用在中重型电控柴油机上，其中主要有东风康明斯公司的ISBe、ISMe，玉柴的YC4F、YC4L等，锡柴的6DL2-35E3、CA6DF3等，上柴的6CK300-3、P11C、J08C等，大柴的CA6DE3等，潍柴的WP10、WP12及南京依维柯8140.43、8140.43N等。这些电控柴油机的排放均达欧Ⅲ标准。

39.高压共轨系统与中压共轨系统的主要区别有哪些?

高压共轨系统与中压共轨系统的主要区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。

40.什么是高压共轨系统?

高压共轨系统是指由高压输油泵(压力在120MPa以上)直接产生高压燃油输送至共轨中，经消除压力的脉动后，再分送到各喷油器；ECU根据柴油机的工作需要控制高速电磁阀迅速打开或关闭，进而控制喷油器按设定的要求开始喷油或停止喷油。此类系统一般采用“时间-压力控制”方式，又称第一代共轨式电控燃油喷射系统。

41.什么是中压共轨系统?

中压共轨系统是指由中压输油泵(压力为10～13MPa)将中压燃油输送到共轨中，经消除压力的脉动后再分送至带有增压作用的喷油器；ECU根据柴油机的工作需要通过高速电磁阀控制喷油器开始喷油或停止喷油，与高压共轨系统不同的是，在喷油开始前，喷油器内的增压装置先对来自共轨的中压柴油进行增压，使之达到规定的喷油压力(120～150MPa)。此类系统一般通过控制共轨中的油压来控制喷油量，即采用“压力控制”方式，也是第二代共轨式电控燃油喷射系统。

42.什么是压电式共轨系统?

第一代和第二代共轨系统均属电磁阀式共轨系统，即利用电磁阀作为执行元件，通过控制喷油器喷油的开始与结束来实现燃油喷射控制。而在压电式共轨系统中，则是利用压电晶体作为执行元件，通过控制喷油器针阀的升程(或喷油开始与结束)来实现燃油喷射控制。压电式共轨系统也被称为第三代共轨式电控燃油喷射系统。

43.压电共轨系统有哪些特点?

第一代共轨系统中最高压力约140MPa，由于始终保持很高的压力，导致系统密封难度大及燃油温度高，即使是预喷射和后喷射功能(包括主喷射在内3次喷射)也难以实现。第二代共轨系统中的压力较低，且可根据发动机需求而调节共轨中的压力，利用高速电磁阀的快速开闭可实现预喷射和后喷射功能，但受电磁阀工作特性的限制，也难以实现多次喷射功能。第三代共轨系统即压电式共轨系统具有喷射压力高、控制精度高、切换频率高、响应速度快、节能、寿命长等优点，可使喷油速率、喷射规律以及精确度达到最优。

压电式共轨系统是指采用了压电技术的共轨系统，主要是控制喷油器的执行元件用压电元件取代了电磁阀，用压电元件作为控制执行元件的喷油器称为压电式喷油器。由于压电元件在施加电压以后的0.1ms以内就会发生形变，所以压电式共轨系统的响应速度快。也正是由于压电元件具有快速的响应性，才能实现高频率切换(切换频率为电磁阀的5倍)和高精度控制，压电式喷油器每个工作循环的喷射次数可达5次(电磁阀式喷油器为3次)，最小喷射间隔时间可达0.1ms，最小喷射量可控制在0.5mm3以下。此外，压电式共轨系统压力可以在20～180MPa内弹性调节。

44.柴油机供油系统电控技术的类型有几种?

在柴油机供油系统中采用电子控制技术，主要是通过电控技术来实现对喷油泵喷油量、喷油正时、喷油速率及喷油压力的控制。根据对柴油机不同喷油量和喷油时间的控制，可将柴油机电控喷射系统分为两类：以“时间控制”或“位置控制”为目标的第一代柴油机电控喷射系统，在不改变喷油压力的前提下，控制喷油量和喷油正时，主要包括直列柱塞泵电控系统和分配泵电控系统；以“压力控制”为目标的第二代柴油机电控喷射系统，喷油压力较传统燃油喷射系统有所提高，主要包括泵喷嘴电控系统和共轨式电控燃油喷射系统。