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柴油机电控系统的组成及工作原理

2012/8/1 21:33:43

电控柴油喷射系统的类型

柴油机电控喷射系统可分为两大类，即位置控制系统和时间控制系统。

第一代柴油机电控喷射系统采用的是位置控制系统。它不改变传统的喷油系统的工作原理和基本结构，只是采用电控组件，代替调速器和供油提前器，对分配式喷油泵的油量调节套筒或柱塞式喷油泵的供油齿杆的位置，以及油泵主动轴和从动轴的相对位置进行调节，以控制喷油量和喷油定时。其优点:无须对柴油机的结构进行较大改动，生产继承性好，便于对现有机型进行技术改造;缺点:控制系统执行频率响应仍然较慢、控制频率低、控制精度不够稳定。由于喷油率和喷油压力难于控制，而且不能改变传统喷油系统固有的喷射特性，因此很难较大幅度地提高喷射压力。

第二代柴油机电控喷射系统采用的是时间控制方式，其特点是在高压油路中，利用电磁阀直接控制喷油开始时间和结束时间，以改变喷油量和喷油定时。它具有直接控制、响应快等特点。

时间控制系统又有电控泵喷油器系统和共轨式电控燃油喷射系统两类。电控泵喷油器系统除了能自由控制喷油量和喷油定时外，喷射压力还十分高(峰值压力可达240 MPa)，但它无法实现喷油压力的灵活调节，且较难实现预喷射或分段喷射。共轨式电控燃油喷射系统是比较理想的燃油喷射系统。它不再采用喷油系统柱塞泵分缸脉动供油原理，而是用一个设置在喷油泵和喷油器之间的、具有较大容积的共轨管，把高压油泵输出的燃油蓄积起来并稳定压力，再通过高压油管输送到每个喷油器上，由喷油器上的电磁阀控制喷射的开始和终止。

电控柴油喷射的基本原理

电控柴油喷射系统由传感器、控制单元(ECU)和执行机构3部分组成。传感器采集转速、温度、压力、流量和加速踏板位置等信号，并将实时检测的参数输入计算机;ECU是电控系统的“指挥中心”，对来自传感器的信息同储存的参数值进行比较、运算，以确定最佳运行参数;执行机构按照最佳参数对喷油压力、喷油量、喷油时间、喷油规律等进行控制驱动喷油系统，使柴油机工作状态达到最佳。

电子控制柱塞式喷油泵

柱塞式喷油泵的喷射压力对于可燃混合气的形成及燃烧质量影响很大，为了获得良好的燃烧性能，要求喷油压力较高。由于柱塞式喷油泵的高压油管的压力与喷油泵转速和静态供油速率(每度凸轮轴转角的喷油量，简称供油速率)成正比，因此发动机在高速运转时，高压油管内的压力随喷油泵转速的升高而提高。在低速运转时，高压油管内的压力将随喷油泵转速的下降而降低。

理想的喷油泵应保证发动机低速运转时增加供油速率，以便得到较高的喷油压力。在发动机高速运转时应减低供油速率，以避免喷油压力过高。电控预行程可控式喷油泵，也称为电控供油速率可控式喷油泵，正是按这一要求设计的一种新型电控喷油泵。

预行程可控式喷油泵的工作原理

预行程是指喷油泵柱塞从下止点开始上升至关闭进、出油孔，在开始压送燃油之前的凸轮行程。普通柱塞式喷油泵的进、出油孔设置在柱塞套筒上，当柱塞关闭进、出油孔时，开始泵油的预行程是不能改变的，供油速率也是一定的;但预行程可控式喷油泵的供油速率则可自由调节。这样，在发动机低速运转时可增大预行程，柴油机电控系统的组成,柴油机电控系统的工作原理,柴油机电控系统的组成及工作原理维修技术,柴油机电控系统的维修服务商提高柱塞速度，从而增大供油速率，使高压油管内的压力升高;在发动机高速运转时，用常规的预行程保持原有供油速率，以防止高压油管内压力过高。随着预行程的增减，喷油开始的时刻也发生变化，可起到相当于普通喷油提前角调节器的作用。

预行程可控式喷油泵的构造

预行程可控式喷油泵的构造所示，其结构主要有以下两个特点:一是在柱塞套筒下方设置有一个控制套筒，通过调节杆的上下移动来控制预行程量的变化;二是进油口设置在柱塞上，其燃油的喷射过程与普通喷油泵不同。预行程可控式喷油泵的工作过程。

(1)进油过程

当凸轮升程处于低位置时，柱塞上的进油孔位于控制套筒的下边，储油室的燃油从柱塞上的进油孔进入压力室，此时压力室与储油室连通，故压力室内的压力不会升高。

(2)开始压油

当柱塞被凸轮顶起，开始上升直至柱塞上的进油孔被控制套筒关闭为止，所对应的凸轮升程即预行程，此后压力室内的压力开始上升并开始压油。

(3)喷油过程

柱塞上有螺旋槽与柱塞中心的进油孔相通，从柱塞上行至进油孔被控制套筒关闭时起，到柱塞上的螺旋槽与控制套筒上的出油孔接通之前，柱塞上的进油孔和螺旋槽均被关闭，随着柱塞的上升，压力室的燃油被压送到喷油器(即喷油过程)，柱塞的这段行程即泵油有效行程。在柱塞总行程(由凸轮升程所决定)一定时，预行程越大，有效行程越小，泵油量越少;反之，预行程越小，有效泵油行程越大，泵油量越大，喷油量也越多。

(4)停止喷油

当柱塞上的螺旋槽与控制套筒上的出油口连通时，压力室内的高压燃油通过柱塞上的螺旋槽排至储油室，压力室内的油压急剧下降，从而停止泵油。

从上述工作过程看出，泵油量的大小决定于柱塞的有效行程，而泵油有效行程又决定于开始泵油的时刻和停止泵油的时刻。开始泵油时刻决定于预行程的大小;而停止泵油时刻决定于柱塞上的螺旋槽与控制套筒上出油口的相对位置，即由调速器控制油量、控制齿条转动柱塞来实现。当柱塞与控制套筒圆周位置一定时，只要使控制套筒沿柱塞上下移动，即可改变预行程，从而改变开始泵油时刻，进而改变泵油量，同时也改变厂喷油提前角。若预行程小，则泵油时刻提前，泵油量大;而若预行程大，则泵油开始时刻晚，泵油量小。

预行程控制机构

预行程控制机构。控制套筒在导向杆的引导下可上下移动，而控制套筒的上下移动是由预行程执行机构(螺旋电磁线圈)通过U形接头转动定时杆，并由其上的销钉拨动控制套筒上下移动来改变预行程的。

ECU根据发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度、进气压力(增压压力)等有关信号，计算出最佳控制参数值，控制螺旋电磁阀执行机构动作，控制预行程，并根据预行程位置传感器的反馈信号进行修正。

预行程可控式喷油泵电控系统

预行程可控式喷油泵电控系统的组成。控制系统的输入信号由发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、水温传感器、增压压力传感器(进气压力传感器)、车速传感器、控制套筒位置传感器、齿条位置传感器等传感器产生的信号组成。执行器主要有控制套筒执行机构(螺旋电磁阀)、电动调速器、故障诊断指示灯、经济行驶灯及蜂鸣器等。系统控制功能主要有预行程控制(供油速率及喷油提前角控制)、喷油量控制、故障自诊断、经济行驶监控、自动控制车辆经济速度行驶等功能。

电子控制系统根据发动机的转速、负荷和冷却水温度等信号，由ECU计算并发出指令，通过螺旋电磁线圈移动控制套筒，实现对预行程的控制。

对喷油量的控制是根据发动机转速、负荷、冷却水温度、增压压力等信号，由ECU计算出最佳喷油量的控制参数值，并控制电动调速器改变油量控制齿条的位置来实现的。

由于改变预行程的同时也改变了喷油提前角，故系统不再单独设喷油提前角控制装置。这样能大大改善喷油提前角的响应性，提高发动机过度运转时的喷油提前角控制精度，改善低温启动性能。

电子控制分配式喷油泵

电子控制分配式喷油泵的组成，主要由电磁溢流阀控制柱塞溢流通路，以及直接控制高压燃油的溢油通路来控制喷油器。它将曲轴位置传感器和泵角传感器的信号，以及点火正时传感器的修正信号作为主信号，来驱动正时控制阀中活塞的位置，以实现控制喷油提前角的功能。输入信号还有加速踏板位置传感器、燃油温度传感器、水温传感器、启动开关等。

喷油量的控制

分配式喷油泵的燃油控制是通过柱塞在高压室加压，由高压油管送至喷油器，再喷入燃烧室。喷油量控制是通过柱塞控制柱塞泵高压室与低压室的通路，即溢流通路开启的时刻和改变柱塞的泵油行程(有效行程)来实现的。

电子控制分配式喷油泵采用电磁溢流阀直接控制溢流的通路，它的特点是简单且控制性能好，响应速度快，能精确地控制燃油喷射量。

(1)电磁溢流阀的构造与工作原理

电磁溢流阀采用双重阀的结构形式。辅助阀为一个小电磁阀，其开闭受ECU控制;主阀为液压阀，其开闭受燃油压力控制。其结构及工作原理，

①压缩喷射柱塞右移，高压室燃油压力升高，高

压燃油经主阀上的小孔作用在主阀的右侧。此时，ECU控制辅助电磁阀线圈通电，辅助阀关闭，使主阀左右两面的燃油压力相等，但是由于主阀右边的受压面积大于左边的受压面积，即主阀右边的总压力大于左边的总压力，故在压力差以及弹簧力的作用下，主阀压紧在阀座上，将溢流通路关闭，高压室的燃油经高压油管由喷油器喷出。

②辅助溢流:停止喷油时，ECU切断辅助电磁阀线圈中的电流，辅助电磁阀打开，主阀右边的燃油流出，使主阀右边的油压迅速降低。

③主阀溢流:一旦辅助电磁阀打开，主阀右侧的油

压将泄掉，主阀左侧高压油将主阀压开，高压室的燃油迅速流入低压室，从而使高压室油压迅速降低，喷油器随即停止喷油。

这种双重阀的控制方式，由于辅助电磁阀的质量及磁滞影响都很小，加上控制油腔的容积很小，故具有很高的响应速度。电磁溢流阀的响应特性。

(2)喷油量控制方式

电子控制分配式喷油泵在油泵驱动轴上装有泵角脉冲发生器(泵角传感器的转子)，在滚柱环上装有泵角传感器。ECU根据泵角传感器的脉冲信号确定电磁溢流阀的控制信号，并通过控制溢流角来控制喷油量,泵角脉冲发生器的结构。其圆周上有56个齿，在90。的间隔位置上共有4处各缺两个齿。两个齿间所对应的泵轴转角为5. 625°，对应的曲轴转角为11. 25°泵角传感器输出信号波形。

泵角脉冲发生器的每一个缺齿部之后的第一个泵角脉冲信号所对应的正好是柱塞开始泵油的位置，即端面凸轮顶起滚轮，驱动柱塞开始压缩燃油的位置，ECU根据此泵角脉冲信号去控制溢流角的大小，即控制喷油量。在柱塞的吸油行程结束时电磁溢流阀应再次关闭。从波形图上看，在缺齿的前两个脉冲波处，电磁溢流阀线圈将通电，溢流阀关闭，为下一次喷油做好准备。

当改变喷油提前角时，端面凸轮相对于滚环的位置发生角度的偏转，从而使柱塞的压缩开始点发生变化。由于泵角传感器被安装在滚环上，随滚环一起偏转一个角度，因而泵角信号也相应偏移一个角度，但溢流角不会改变，因此喷油量不会因喷油提前角的改变而受影响，即喷油量只决定于溢流角的大小。

(3)喷油量的修正

电子控制分配式喷油泵由发动机转速和加速踏板位置传感器信号确定基本喷油量，并根据冷却水温、进气温度、进气压力等信号对喷油量进行修正，其主要修正功能简述如下:

①燃油特性的修正控制。柴油品质、温度对发动机的工作性能有很大影响，当柴油的物理、化学性质发生变化时，对喷油量也应当相应地进行修正。

电控分配式喷油泵利用怠速控制(ISC)的修正量来测定燃油的黏度，并根据燃油黏度去控制怠速喷油修正量。当燃油温度较高或使用黏度较低的燃油时，喷油量将会减少且怠速转速将会降低。为稳定怠速转速，系统将要用较大的怠速修正量，同时系统测得这个修正量，并根据所测得的这个修正量对燃油喷射量进行最佳控制。

②低温喷油量修正控制。发动机在低温条件下运转时，由于柴油黏度高等因素引起的摩擦损失增大，柴油机的实际输出功率降低，尤其是在低温启动后的低速运转工况下，这种影响更为明显。同时，由于进气温度低，空气密度较大，系统将根据冷却水温度和转速对喷油量进行修正控制。

③急减速时的修正。为防止急减速时柴油机的转速急剧降低，系统对喷油量进行修正。

④低速反馈控制。电控系统采用反馈控制来调节柴油机的控制偏差与状态的改变。发动机在低速运转时，系统可以随各个发动机之间的差异和运行条件的改变，随时计算低速时发动机转速的变化量，并根据转速变化量修正喷油量，以保证低速的稳定运转。

喷油提前角(喷油正时)的控制

电控分配式喷油泵通过正时活塞的移动来改变端面凸轮与滚轮的相对位置，从而实现对喷油提前角的控制;而正时活塞的位置则由加在它上面的油压大小所决定。ECU通过控制电磁阀线圈电流的通断来控制作用在正时活塞上的油压，从而实现对喷油提前角的控制。

为了实现喷油提前角的反馈控制，系统采用正时活塞位置传感器向ECU传送控制的实际结果。根据曲轴位置传感器信号和泵角传感器缺齿信号的相位差，由ECU计算出滚环的偏转角度，确定控制的实际结果，同时在系统中还设有点火正时传感器，以检测实际点火的时刻;根据点火正时传感器信号与曲轴位置传感器信号的相位差，由ECU计算出喷油提前角的修正量，以排除燃油性能和大气压力变化对燃油着火点的影响，从而保证在各种工况下实现对喷油提前角的精确控制。

(1)喷油提前角的控制方式

ECU根据泵角传感器信号和曲轴位置传感器信号来确定喷油提前角。泵角传感器向ECU输入燃油何时开始喷射的信号;曲轴位置传感器信号向ECU输入曲轴基准位置的参考信号。ECU根据这两个信号才能确定喷油提前角，即控制喷油提前角的信号是加速踏板位置传感器信号和转速信号。同时，ECU根据水温传感器、进气温度和近期压力传感器等信号对其加以修正。

(2)启动正时喷油提前角的控制

启动时，发动机转速很低，曲轴位置传感器信号电压很低，系统采用开环控制方式控制喷油提前角，即ECU根据加速踏板位置传感器信号、转速信号和启动开关信号，控制正时控制阀(TCV阀)来控制喷油提前角;而在正常转速时，才进入闭环控制。