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柴油機電控系統(tǒng)的組成及工作原理

2012/8/1 21:33:43

電控柴油噴射系統(tǒng)的類型

柴油機電控噴射系統(tǒng)可分為兩大類，即位置控制系統(tǒng)和時間控制系統(tǒng)。

第一代柴油機電控噴射系統(tǒng)采用的是位置控制系統(tǒng)。它不改變傳統(tǒng)的噴油系統(tǒng)的工作原理和基本結(jié)構，只是采用電控組件，代替調(diào)速器和供油提前器，對分配式噴油泵的油量調(diào)節(jié)套筒或柱塞式噴油泵的供油齒桿的位置，以及油泵主動軸和從動軸的相對位置進行調(diào)節(jié)，以控制噴油量和噴油定時。其優(yōu)點:無須對柴油機的結(jié)構進行較大改動，生產(chǎn)繼承性好，便于對現(xiàn)有機型進行技術改造;缺點:控制系統(tǒng)執(zhí)行頻率響應仍然較慢、控制頻率低、控制精度不夠穩(wěn)定。由于噴油率和噴油壓力難于控制，而且不能改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)固有的噴射特性，因此很難較大幅度地提高噴射壓力。

第二代柴油機電控噴射系統(tǒng)采用的是時間控制方式，其特點是在高壓油路中，利用電磁閥直接控制噴油開始時間和結(jié)束時間，以改變噴油量和噴油定時。它具有直接控制、響應快等特點。

時間控制系統(tǒng)又有電控泵噴油器系統(tǒng)和共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)兩類。電控泵噴油器系統(tǒng)除了能自由控制噴油量和噴油定時外，噴射壓力還十分高(峰值壓力可達240 MPa)，但它無法實現(xiàn)噴油壓力的靈活調(diào)節(jié)，且較難實現(xiàn)預噴射或分段噴射。共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)是比較理想的燃油噴射系統(tǒng)。它不再采用噴油系統(tǒng)柱塞泵分缸脈動供油原理，而是用一個設置在噴油泵和噴油器之間的、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穩(wěn)定壓力，再通過高壓油管輸送到每個噴油器上，由噴油器上的電磁閥控制噴射的開始和終止。

電控柴油噴射的基本原理

電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、控制單元(ECU)和執(zhí)行機構3部分組成。傳感器采集轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、流量和加速踏板位置等信號，并將實時檢測的參數(shù)輸入計算機;ECU是電控系統(tǒng)的“指揮中心”，對來自傳感器的信息同儲存的參數(shù)值進行比較、運算，以確定最佳運行參數(shù);執(zhí)行機構按照最佳參數(shù)對噴油壓力、噴油量、噴油時間、噴油規(guī)律等進行控制驅(qū)動噴油系統(tǒng)，使柴油機工作狀態(tài)達到最佳。

電子控制柱塞式噴油泵

柱塞式噴油泵的噴射壓力對于可燃混合氣的形成及燃燒質(zhì)量影響很大，為了獲得良好的燃燒性能，要求噴油壓力較高。由于柱塞式噴油泵的高壓油管的壓力與噴油泵轉(zhuǎn)速和靜態(tài)供油速率(每度凸輪軸轉(zhuǎn)角的噴油量，簡稱供油速率)成正比，因此發(fā)動機在高速運轉(zhuǎn)時，高壓油管內(nèi)的壓力隨噴油泵轉(zhuǎn)速的升高而提高。在低速運轉(zhuǎn)時，高壓油管內(nèi)的壓力將隨噴油泵轉(zhuǎn)速的下降而降低。

理想的噴油泵應保證發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)時增加供油速率，以便得到較高的噴油壓力。在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時應減低供油速率，以避免噴油壓力過高。電控預行程可控式噴油泵，也稱為電控供油速率可控式噴油泵，正是按這一要求設計的一種新型電控噴油泵。

預行程可控式噴油泵的工作原理

預行程是指噴油泵柱塞從下止點開始上升至關閉進、出油孔，在開始壓送燃油之前的凸輪行程。普通柱塞式噴油泵的進、出油孔設置在柱塞套筒上，當柱塞關閉進、出油孔時，開始泵油的預行程是不能改變的，供油速率也是一定的;但預行程可控式噴油泵的供油速率則可自由調(diào)節(jié)。這樣，在發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)時可增大預行程，柴油機電控系統(tǒng)的組成,柴油機電控系統(tǒng)的工作原理,柴油機電控系統(tǒng)的組成及工作原理維修技術,柴油機電控系統(tǒng)的維修服務商提高柱塞速度，從而增大供油速率，使高壓油管內(nèi)的壓力升高;在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，用常規(guī)的預行程保持原有供油速率，以防止高壓油管內(nèi)壓力過高。隨著預行程的增減，噴油開始的時刻也發(fā)生變化，可起到相當于普通噴油提前角調(diào)節(jié)器的作用。

預行程可控式噴油泵的構造

預行程可控式噴油泵的構造所示，其結(jié)構主要有以下兩個特點:一是在柱塞套筒下方設置有一個控制套筒，通過調(diào)節(jié)桿的上下移動來控制預行程量的變化;二是進油口設置在柱塞上，其燃油的噴射過程與普通噴油泵不同。預行程可控式噴油泵的工作過程。

(1)進油過程

當凸輪升程處于低位置時，柱塞上的進油孔位于控制套筒的下邊，儲油室的燃油從柱塞上的進油孔進入壓力室，此時壓力室與儲油室連通，故壓力室內(nèi)的壓力不會升高。

(2)開始壓油

當柱塞被凸輪頂起，開始上升直至柱塞上的進油孔被控制套筒關閉為止，所對應的凸輪升程即預行程，此后壓力室內(nèi)的壓力開始上升并開始壓油。

(3)噴油過程

柱塞上有螺旋槽與柱塞中心的進油孔相通，從柱塞上行至進油孔被控制套筒關閉時起，到柱塞上的螺旋槽與控制套筒上的出油孔接通之前，柱塞上的進油孔和螺旋槽均被關閉，隨著柱塞的上升，壓力室的燃油被壓送到噴油器(即噴油過程)，柱塞的這段行程即泵油有效行程。在柱塞總行程(由凸輪升程所決定)一定時，預行程越大，有效行程越小，泵油量越少;反之，預行程越小，有效泵油行程越大，泵油量越大，噴油量也越多。

(4)停止噴油

當柱塞上的螺旋槽與控制套筒上的出油口連通時，壓力室內(nèi)的高壓燃油通過柱塞上的螺旋槽排至儲油室，壓力室內(nèi)的油壓急劇下降，從而停止泵油。

從上述工作過程看出，泵油量的大小決定于柱塞的有效行程，而泵油有效行程又決定于開始泵油的時刻和停止泵油的時刻。開始泵油時刻決定于預行程的大小;而停止泵油時刻決定于柱塞上的螺旋槽與控制套筒上出油口的相對位置，即由調(diào)速器控制油量、控制齒條轉(zhuǎn)動柱塞來實現(xiàn)。當柱塞與控制套筒圓周位置一定時，只要使控制套筒沿柱塞上下移動，即可改變預行程，從而改變開始泵油時刻，進而改變泵油量，同時也改變廠噴油提前角。若預行程小，則泵油時刻提前，泵油量大;而若預行程大，則泵油開始時刻晚，泵油量小。

預行程控制機構

預行程控制機構?？刂铺淄苍趯驐U的引導下可上下移動，而控制套筒的上下移動是由預行程執(zhí)行機構(螺旋電磁線圈)通過U形接頭轉(zhuǎn)動定時桿，并由其上的銷釘撥動控制套筒上下移動來改變預行程的。

ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷、冷卻水溫度、進氣溫度、進氣壓力(增壓壓力)等有關信號，計算出最佳控制參數(shù)值，控制螺旋電磁閥執(zhí)行機構動作，控制預行程，并根據(jù)預行程位置傳感器的反饋信號進行修正。

預行程可控式噴油泵電控系統(tǒng)

預行程可控式噴油泵電控系統(tǒng)的組成?？刂葡到y(tǒng)的輸入信號由發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、加速踏板位置傳感器、水溫傳感器、增壓壓力傳感器(進氣壓力傳感器)、車速傳感器、控制套筒位置傳感器、齒條位置傳感器等傳感器產(chǎn)生的信號組成。執(zhí)行器主要有控制套筒執(zhí)行機構(螺旋電磁閥)、電動調(diào)速器、故障診斷指示燈、經(jīng)濟行駛燈及蜂鳴器等。系統(tǒng)控制功能主要有預行程控制(供油速率及噴油提前角控制)、噴油量控制、故障自診斷、經(jīng)濟行駛監(jiān)控、自動控制車輛經(jīng)濟速度行駛等功能。

電子控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷和冷卻水溫度等信號，由ECU計算并發(fā)出指令，通過螺旋電磁線圈移動控制套筒，實現(xiàn)對預行程的控制。

對噴油量的控制是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷、冷卻水溫度、增壓壓力等信號，由ECU計算出最佳噴油量的控制參數(shù)值，并控制電動調(diào)速器改變油量控制齒條的位置來實現(xiàn)的。

由于改變預行程的同時也改變了噴油提前角，故系統(tǒng)不再單獨設噴油提前角控制裝置。這樣能大大改善噴油提前角的響應性，提高發(fā)動機過度運轉(zhuǎn)時的噴油提前角控制精度，改善低溫啟動性能。

電子控制分配式噴油泵

電子控制分配式噴油泵的組成，主要由電磁溢流閥控制柱塞溢流通路，以及直接控制高壓燃油的溢油通路來控制噴油器。它將曲軸位置傳感器和泵角傳感器的信號，以及點火正時傳感器的修正信號作為主信號，來驅(qū)動正時控制閥中活塞的位置，以實現(xiàn)控制噴油提前角的功能。輸入信號還有加速踏板位置傳感器、燃油溫度傳感器、水溫傳感器、啟動開關等。

噴油量的控制

分配式噴油泵的燃油控制是通過柱塞在高壓室加壓，由高壓油管送至噴油器，再噴入燃燒室。噴油量控制是通過柱塞控制柱塞泵高壓室與低壓室的通路，即溢流通路開啟的時刻和改變柱塞的泵油行程(有效行程)來實現(xiàn)的。

電子控制分配式噴油泵采用電磁溢流閥直接控制溢流的通路，它的特點是簡單且控制性能好，響應速度快，能精確地控制燃油噴射量。

(1)電磁溢流閥的構造與工作原理

電磁溢流閥采用雙重閥的結(jié)構形式。輔助閥為一個小電磁閥，其開閉受ECU控制;主閥為液壓閥，其開閉受燃油壓力控制。其結(jié)構及工作原理，

①壓縮噴射柱塞右移，高壓室燃油壓力升高，高

壓燃油經(jīng)主閥上的小孔作用在主閥的右側(cè)。此時，ECU控制輔助電磁閥線圈通電，輔助閥關閉，使主閥左右兩面的燃油壓力相等，但是由于主閥右邊的受壓面積大于左邊的受壓面積，即主閥右邊的總壓力大于左邊的總壓力，故在壓力差以及彈簧力的作用下，主閥壓緊在閥座上，將溢流通路關閉，高壓室的燃油經(jīng)高壓油管由噴油器噴出。

②輔助溢流:停止噴油時，ECU切斷輔助電磁閥線圈中的電流，輔助電磁閥打開，主閥右邊的燃油流出，使主閥右邊的油壓迅速降低。

③主閥溢流:一旦輔助電磁閥打開，主閥右側(cè)的油

壓將泄掉，主閥左側(cè)高壓油將主閥壓開，高壓室的燃油迅速流入低壓室，從而使高壓室油壓迅速降低，噴油器隨即停止噴油。

這種雙重閥的控制方式，由于輔助電磁閥的質(zhì)量及磁滯影響都很小，加上控制油腔的容積很小，故具有很高的響應速度。電磁溢流閥的響應特性。

(2)噴油量控制方式

電子控制分配式噴油泵在油泵驅(qū)動軸上裝有泵角脈沖發(fā)生器(泵角傳感器的轉(zhuǎn)子)，在滾柱環(huán)上裝有泵角傳感器。ECU根據(jù)泵角傳感器的脈沖信號確定電磁溢流閥的控制信號，并通過控制溢流角來控制噴油量,泵角脈沖發(fā)生器的結(jié)構。其圓周上有56個齒，在90。的間隔位置上共有4處各缺兩個齒。兩個齒間所對應的泵軸轉(zhuǎn)角為5. 625°，對應的曲軸轉(zhuǎn)角為11. 25°泵角傳感器輸出信號波形。

泵角脈沖發(fā)生器的每一個缺齒部之后的第一個泵角脈沖信號所對應的正好是柱塞開始泵油的位置，即端面凸輪頂起滾輪，驅(qū)動柱塞開始壓縮燃油的位置，ECU根據(jù)此泵角脈沖信號去控制溢流角的大小，即控制噴油量。在柱塞的吸油行程結(jié)束時電磁溢流閥應再次關閉。從波形圖上看，在缺齒的前兩個脈沖波處，電磁溢流閥線圈將通電，溢流閥關閉，為下一次噴油做好準備。

當改變噴油提前角時，端面凸輪相對于滾環(huán)的位置發(fā)生角度的偏轉(zhuǎn)，從而使柱塞的壓縮開始點發(fā)生變化。由于泵角傳感器被安裝在滾環(huán)上，隨滾環(huán)一起偏轉(zhuǎn)一個角度，因而泵角信號也相應偏移一個角度，但溢流角不會改變，因此噴油量不會因噴油提前角的改變而受影響，即噴油量只決定于溢流角的大小。

(3)噴油量的修正

電子控制分配式噴油泵由發(fā)動機轉(zhuǎn)速和加速踏板位置傳感器信號確定基本噴油量，并根據(jù)冷卻水溫、進氣溫度、進氣壓力等信號對噴油量進行修正，其主要修正功能簡述如下:

①燃油特性的修正控制。柴油品質(zhì)、溫度對發(fā)動機的工作性能有很大影響，當柴油的物理、化學性質(zhì)發(fā)生變化時，對噴油量也應當相應地進行修正。

電控分配式噴油泵利用怠速控制(ISC)的修正量來測定燃油的黏度，并根據(jù)燃油黏度去控制怠速噴油修正量。當燃油溫度較高或使用黏度較低的燃油時，噴油量將會減少且怠速轉(zhuǎn)速將會降低。為穩(wěn)定怠速轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)將要用較大的怠速修正量，同時系統(tǒng)測得這個修正量，并根據(jù)所測得的這個修正量對燃油噴射量進行最佳控制。

②低溫噴油量修正控制。發(fā)動機在低溫條件下運轉(zhuǎn)時，由于柴油黏度高等因素引起的摩擦損失增大，柴油機的實際輸出功率降低，尤其是在低溫啟動后的低速運轉(zhuǎn)工況下，這種影響更為明顯。同時，由于進氣溫度低，空氣密度較大，系統(tǒng)將根據(jù)冷卻水溫度和轉(zhuǎn)速對噴油量進行修正控制。

③急減速時的修正。為防止急減速時柴油機的轉(zhuǎn)速急劇降低，系統(tǒng)對噴油量進行修正。

④低速反饋控制。電控系統(tǒng)采用反饋控制來調(diào)節(jié)柴油機的控制偏差與狀態(tài)的改變。發(fā)動機在低速運轉(zhuǎn)時，系統(tǒng)可以隨各個發(fā)動機之間的差異和運行條件的改變，隨時計算低速時發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化量，并根據(jù)轉(zhuǎn)速變化量修正噴油量，以保證低速的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

噴油提前角(噴油正時)的控制

電控分配式噴油泵通過正時活塞的移動來改變端面凸輪與滾輪的相對位置，從而實現(xiàn)對噴油提前角的控制;而正時活塞的位置則由加在它上面的油壓大小所決定。ECU通過控制電磁閥線圈電流的通斷來控制作用在正時活塞上的油壓，從而實現(xiàn)對噴油提前角的控制。

為了實現(xiàn)噴油提前角的反饋控制，系統(tǒng)采用正時活塞位置傳感器向ECU傳送控制的實際結(jié)果。根據(jù)曲軸位置傳感器信號和泵角傳感器缺齒信號的相位差，由ECU計算出滾環(huán)的偏轉(zhuǎn)角度，確定控制的實際結(jié)果，同時在系統(tǒng)中還設有點火正時傳感器，以檢測實際點火的時刻;根據(jù)點火正時傳感器信號與曲軸位置傳感器信號的相位差，由ECU計算出噴油提前角的修正量，以排除燃油性能和大氣壓力變化對燃油著火點的影響，從而保證在各種工況下實現(xiàn)對噴油提前角的精確控制。

(1)噴油提前角的控制方式

ECU根據(jù)泵角傳感器信號和曲軸位置傳感器信號來確定噴油提前角。泵角傳感器向ECU輸入燃油何時開始噴射的信號;曲軸位置傳感器信號向ECU輸入曲軸基準位置的參考信號。ECU根據(jù)這兩個信號才能確定噴油提前角，即控制噴油提前角的信號是加速踏板位置傳感器信號和轉(zhuǎn)速信號。同時，ECU根據(jù)水溫傳感器、進氣溫度和近期壓力傳感器等信號對其加以修正。

(2)啟動正時噴油提前角的控制

啟動時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速很低，曲軸位置傳感器信號電壓很低，系統(tǒng)采用開環(huán)控制方式控制噴油提前角，即ECU根據(jù)加速踏板位置傳感器信號、轉(zhuǎn)速信號和啟動開關信號，控制正時控制閥(TCV閥)來控制噴油提前角;而在正常轉(zhuǎn)速時，才進入閉環(huán)控制。