大柴电控共轨柴油机电控系统原理与检修

大柴CA4DC2电控共轨柴油机电控系统原理与检修大柴EDC16电控系统是一个新型的全电子控制柴油机燃油喷射系统，它不再采用机械调速器（没有齿杆装置）。

与传统的机械喷射系统不同的是：EDC16系统采用扭矩控制策略，可以自由地控制柴油机输出扭矩（喷油量）和喷油开始时间（喷油定时）两个参数。

因此，该系统能够满足国家第3阶段（国Ⅲ）及后续的排放法规的要求。

CA4DC2系列电控柴油机采用的就是EDCl6共轨系统控制逻辑。

本节以EDC16共轨系统为例，来说明大柴CA4DC2系柴油机电控高压共轨系统的电气原理及使用维护。

一、大柴CA4DC2电控共轨柴油机的电控燃油系统的组成EDC16大体可划分为燃油系统和电控系统2个部分。

燃油系统主要包括共轨、高压油管、喷油器、电控高压泵；电控系统主要包括电控单元ECU、传感器、开关以及线束。

CA4DC2柴油机电控高压共轨示意图如图3-8所示，其使用及调整数据如表3-1所示。

图3-8 CA4DC2柴油机电控共轨系统示意图表3-1 电控高压共轨柴油机使用与调整数据项目标准值配气相位（以曲轴转角计）进气门开启始点上止点前16°进气门关闭终点下止点后52°排气门开启始点下止点前66°排气门关闭终点上止点后12°气门间隙（mm）（温态）进气门间隙0.35排气门间隙0.35柴油机转速（r/min）最低空载转速700最高空载转速3960喷油提前角（静态、以曲轴转角计）10°压缩余隙（mm）0.51～1.03主油道机油压力（MPa）怠速标准压力0.15极限压力0.05额定转速标准压力0.4～0.5极限压力0.2气门导管安装尺寸（气门导管露出缸盖平面的高度）（mm）16喷油器安装尺寸（头部高出缸盖底平面的高度）（mm） 3.2±0.5压缩压力（MPa）/（r/min）标准值 2.94（200）极限值 2.45（200）二、CA4DC2电控柴油机及整车匹配的基本功能1.电控系统功能（1）起动控制：对于一台柴油机，为确保起动的可靠性和起动烟度排放要求，喷油定时和起动扭矩必须根据以下方式设定：喷油定时=ƒ（转速、喷油量、冷却液温度）；起动扭矩= ƒ（转速、冷却液温度、起动时间）。

起动控制功能一直处于激活状态，直到柴油机转速超过起动结束转速，进入到怠速控制，此时，驾驶员才能对柴油机进行操作。

起动停止转速由冷却液温度和大气压力决定。

（2）低怠速控制：当柴油机进入到怠速控制阶段，怠速控制器起作用，控制柴油机的运转。

怠速控制器是一个纯PID控制器，由该控制器保持怠速转速为一个常数。

怠速转速与冷却液温度相关，例如：在柴油机温度低时的怠速转速比温度高时的转速要高。

此外，如果油门踏板出现故障，怠速转速将提高，以保持让驾驶员可将车辆开到维修站的最低转速。

（3）驾驶性控制方式：来自油门踏板的值，被解释为：根据当时柴油机的转速，驾驶者对车轮输出扭矩的期望值。

可用下列数学式表示：期望扭矩= ƒ（油门踏板位置值、柴油机转速）。

（4）扭矩限制：柴油机输出的最大扭矩可用以下方式进行限制。

1）烟度限制最大扭矩的限制与吸入的空气压力和空气温度有关，这2个参数决定进气量。

由最大进气量限制最大扭矩，防止柴油机冒黑烟。

2）柴油机保护不管在什么状态下，一旦冷却液温度超出上限，最大扭矩必须作相应的减小，以防止柴油机过热。

3）应急扭矩限制当诊断出电控系统有严重问题时，柴油机将降低最大扭矩，迫使驾驶员去维修站修正错误。

以下的错误类型可能导致该功能发生：①油门踏板传感器故障；②转速信号故障；③电磁阀驱动故障。

（5）喷油定时调整：喷油定时的调整是为了满足排放法规和燃油经济性的需要，同时还兼顾到冷起动和低噪声。

喷油定时的调整与柴油机性能和附加修正有关。

可表示为：喷油定时= ƒ（转速、喷油量、冷却温度、进气压力、大气压力）。

（6）各缸均匀性：由于喷油器的制造公差，引起燃油喷射量不同，各缸均匀性功能对其进行补偿。

（7）冷起动辅助控制：在低温环境下，为提高柴油机的冷起动性能，电控单元会根据当前柴油机的温度，来决定是否需要进气预热以及预热时间长短，这是通过对进气预热继电器的控制实现的。

（8）燃油加热（非ECU功能）：因为柴油机油泵靠燃油润滑，因此要求燃油温度不能低于一定值，燃油细滤器中的控制器会根据当前柴油机温度起动燃油加热器。

燃油加热器集成在柴油机燃油细滤器上。

（9）性能降低处理：一旦检测到电控系统自身有问题时，柴油机将起动性能降低。

相应的性能下调量与超出或低于设定值的偏差有关。

例如柴油机冷却液温度太高，ECU会做出降低扭矩的要求。

（10）柴油机停车：在异常的条件下，如果操作者在起动开始时就诊断出有问题，系统将阻止起动，柴油机将被停机。

以下几种条件下会导致停机：①冷却液温度太高；②柴油机燃油系统有致命故障；③低压油路有泄漏或供油不畅。

2.整车匹配功能（1）柴油机排气制动（可选）：通过驾驶室内排气制动开关，驾驶员可以通知ECU现在进入到排气制动状态，ECU会采取减油措施。

但是排气制动不是由ECU进行控制，仍与原机械柴油机控制方式相同。

（2）最大车速限制（可选）：最大车速控制功能设定最大的行车速度限制，防止驾驶者超速行驶。

最大车速限制值由电控系统预先编程设定。

（3）冷起动预热（可选）：为适应寒区车辆冷起动，柴油机可以进行冷起动预热，预热时间长短由ECU内相应的脉谱图控制。

（4）空调怠速提升（可选）：在驾驶员打开空调时，ECU可以进行怠速提升，防止柴油机怠速负载能力不足而熄火。

（5）ISO接口：IS0通信接口采用ISO9141（K线）标准串行数据通信方式，可实现与电控单元之间的数据交换。

它包括有以下功能：①诊断数据的交换（错误信息，清除出错列表）；②控制系统的编程（读取和编程有关参数）；③实现柴油机测试功能；④读出测量值和计算值。

（6）柴油机转速接口：柴油机转速接口用于向转速表或变速器电控单元传送转速信号，这样可以不必再装一个转速传感器。

转速信号为数字式，柴油机飞轮每转发出2个方波信号，幅值为蓄电池电压。

（7）自诊断功能：电控单元具有实时自诊断功能，一旦电控单元检测出故障，会将故障信息以及当前的环境信息存储到电控单元中，同时在仪表板上的故障指示灯闪亮，通知驾驶员需要去维修站进行维修!在维修站由维修人员使用专门的诊断工具连接到电控单元上，读出故障信息。

三、CA4DC2系列电控高压共轨柴油机电控系统原理在共轨喷油系统中，喷油压力的建立与喷油量互不相关，喷油压力不取决于柴油机的转速和喷油量。

在高压燃油存储器（即“共轨”）中，始终充满着高压燃油。

而喷油量、喷油正时和喷油压力由电控单元（ECU）根据其中存储的特性曲线（脉谱图）和传感器采集的柴油机运转工况信息算出，然后控制每缸喷油器的高速电磁阀开闭来实现。

共轨喷油系统的控制部分和传感器部分包括：ECU、曲轴转速传感器、凸轮轴相位传感器、加速踏板传感器、增压压力传感器、空气品质流量计、共轨压力传感器及冷却水温度传感器。

ECU借助于传感器得知驾驶员的要求（加速踏板位置）以及柴油机和车辆的实时工作状态，处理由传感器产生并经数据导线输入的信号，对柴油机进行控制和调节。

曲轴转速传感器测定柴油机的转速，凸轮轴相位传感器确定发火顺序和相位。

加速踏板传感器是一种电位计，它通过电压信号告知ECU关于驾驶员对扭矩的要求。

空气品质流量计告知ECU柴油机实时的进气空气品质与流量，根据排放法规的要求来匹配相应的基本喷油量。

在有增压压力调节的增压柴油机上，增压压力传感器用以测定增压压力。

在低温和柴油机处于冷态时，ECU可根据冷却水温度传感器和进气空气温度传感器的信号值确定合适的喷油始点、预喷射油量和其他参数的额定值。

1.喷油特性（1）普通喷油系统的喷油特性在普通的喷油系统，例如分配泵和直列泵中，只有主喷射而没有预喷射和后喷射，而在电磁阀控制的分配泵中仅可实现预喷射。

普通喷油系统中压力的产生和喷油量的计量是通过凸轮和供油柱塞来实现的。

这种方法对喷油特性来讲，会产生下列现象：①喷油压力随转速和喷油量的增加而升高；②喷油过程中喷油压力上升，但到喷油终了时又降低到喷油器关闭压力。

因此，会产生下列结果：①小喷油量时的喷油压力较低；②峰值喷油压力是平均喷油压力的2倍以上；③喷油过程曲线近似于三角形，这有利于燃烧完善。

峰值喷油压力对喷油泵及其驱动装置构件承受的负荷具有决定性的影响。

对普通喷油系统而言，它是燃烧室中混合气形成品质好坏的评价尺度。

（2）共轨喷油系统的喷油特性：对理想的喷油特性，除了普通喷油特性的要求之外，还有下列要求：①对柴油机的任何一个工况点，喷油压力和喷油量的确定都可以是互为独立的；②喷油开始初期（即在喷油开始到燃烧开始之间的点火延迟期内）的喷油量应尽可能小。

带有预喷射和主喷射的共轨喷油系统可满足上述要求，如图3-9和图3-10所示。

图3-9共轨喷油系统的喷油特性图3-10喷油器针阀升程和压力特性曲线共轨喷油系统采用模块式结构，喷油特性主要决定于下列组件：①电磁阀控制的喷油器（用螺纹拧装在气缸盖上）；②压力存储器（共轨）；③高压泵；④ECU；⑤曲轴转速传感器；⑥凸轮轴相位传感器。

在小型乘用车上用的共轨喷油系统中，产生喷油压力的高压泵采用径向柱塞泵，其转速以固定的传动比与柴油机转速相关，而压力的建立与喷油量无关。

由于连续的供油，高压泵可设计得比普通喷油系统中用的高压泵小得多，设计时考虑的峰值驱动扭矩也较小。

喷油器通过高压油管与共轨相连，它主要由一个喷油器和一个电磁阀构成，ECU 使电磁阀通电，就开始喷油。

在一定压力下，喷入的燃油量与电磁阀的接通时间成正比，而与柴油机或泵的转速无关（时间控制的喷油方式）。

喷油量可通过电磁阀控制的相应设计，并在ECU中采用高电压和大电流来控制，以提高电磁阀的响应特性。

喷油正时是通过电控系统中的角度一时间系统来控制的。

为此在曲轴上装有一个转速传感器，并且为了识别缸序或相位，在凸轮轴上也装有一个相位传感器。

（2）燃油喷射种类1）预喷射喷射可在上止点前90°内进行。

如果预喷射的喷油始点早于上止点前40°曲轴转角，则燃油可能喷到活塞顶面和气缸壁上，使润滑油稀释到不允许的程度。

预喷射时，少量燃油（1～4mm3）喷入气缸，促使燃烧室产生“预调节”，从而改善燃烧效率。

压缩压力由于预反应或局部燃烧而略有提高，因此缩短了主喷油量的着火延迟期，降低了燃烧压力上升幅度和燃烧压力峰值，燃烧较为柔和。

这种效果减小了燃烧噪声和燃油消耗，许多情况下还降低了排放。

在无预喷射时的压力特性曲线（图3-10a）中，在上止点前的范围内，压力上升尚较平缓，但随着燃烧的开始压力迅速上升，达到压力最大值时，形成一个较陡的尖峰。