第六章电控柴油机

第六章 柴油机电控燃油喷射系统 第一节 概述 一、电控柴油机喷射系统的优点 二、电控柴油机喷射系统的类型 三、电控柴油喷射的基本原理 第二节 分配泵式电控柴油喷射系统 一、喷射量控制 二、喷油正时控制 三、怠速控制 四、进气节流控制 五、故障自诊断和安全保护功能 第三节 泵喷嘴式电控柴油喷射系统 一、供油系统 二、喷射系统 三、控制系统 第四节 共轨式电控柴油喷射系统 一、低压油路 二、高压油路 三、传感与控制部分 第五节 柴油机电控燃油喷射系统常见故障 一、诊断测试基本原则和注意事项 二、故障自诊断系统 三、读取故障码 四、电控柴油机喷射系统常见故障 第六章 柴油机电控燃油喷射系统 学习目标  能够正确叙述柴油机电控燃油系统的组成与工作原理  清楚柴油机电控燃油系统主要部件的结构原理  能够正确叙述柴油机电控燃油系统的控制原理。 考核标准  柴油机电控燃油系统的结构与工作原理  柴油机电控燃油系统的控制内容与控制原理。  各部件的安装位置  常见故障的诊断与排除 第一节 概述 柴油机电控燃油喷射系统的研究开始于20世纪70年代，80年代进入应用阶段，90年代得到迅速发展。它对提高柴油机的动力性能、经济性能、运转性能和排放性能都产生了极大的影响。 一、电控柴油机喷射系统的优点 传统的柴油喷射系统是采用机械方式进行喷油量和喷油时间调节和控制的。由于机械运动的滞后性，调节时间长，精度差，喷油速率、喷油压力和喷油时间难于准确控制，导致柴油机动力性能、经济性能不能充分发挥，排气超标。研究表明，一般机械式喷油系统对喷油定时的控制精度为2°(曲轴转角)左右。而喷油始点每改变1°，燃油消耗率会增加2％，排放量增加16％，排放量增加6％。 与传统的机械方式比较，电控柴油喷射系统具有如下优点： （1)对喷油定时的控制精度高(高于0.5°)，反应速度快； （2)对喷油量的控制精确、灵活、快速，喷油量可随意调节，可实现预喷射和主喷射，改变喷油规律； （3)喷油压力高(高达200)，不受发动机转速影响，优化了燃烧过程； （4)无零部件磨损，长期工作稳定性好； （5）减轻重量、缩小尺寸、提高柴油机的紧凑性； （6）部件安装、连接方便，提高了维修性； （7)结构简单，可靠性好，适用性强，可以在新老发动机上应用。 二、电控柴油机喷射系统的类型 电控柴油机喷射系统按其直接控制的量可分为两大类，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是采用位置控制系统。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。其优点是，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。缺点是，控制系统执行频率响应慢、控制精度低。喷油速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是采用时间控制方式，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。 电控柴油机喷射系统根据其产生高压燃油的机构，可分为直列泵电控喷射系统、分配泵电控喷射系统、单缸泵电控喷射系统、泵喷油器（泵喷嘴）电控喷射系统和共轨式电控喷射系统等。 三、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()和执行元件三部分组成(图6.1)。传感器采集发动机转速、进气流量、温度、压力和加速踏板位置等信号，并将检测的参数输入给，对来自传感器的信息同储存的参数值进行比较、运算，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。 3 / 28

图6.1 电控柴油喷射基本原理 第二节 分配泵式电控柴油喷射系统 下面以丰田公司电子控制分配泵系统为例，说明柴油机喷射系统的结构及工作原理。系统组成见图6.2。它可同时对燃油喷射量、燃油喷射正时、进气节流、预热塞和自我诊断等项目进行控制。

图6.2 分配式喷油泵电子控制原理图（蔡兴旺219页） 1－供油量控制电磁阀；2－油量调节套筒位置传感器；3－断油电磁阀；4－进气温度传感器；5－加速踏板；6－增压器；7－废气阀；8－喷油器；9－活塞；10－水温传感器；11－真空阀；12－进气压力传感器13－加速踏板位置传感器；14－油量调节套筒；15－提前器活塞；16－定时器控制阀；17－定时器位置传感器；18－分配式喷油泵；19－转速传感器（蔡兴旺219页6－61） 一、喷射量控制 电子控制柴油机的电脑可对基本喷射量进行计算和补偿，见图6.3。电脑接收油门位置传感器与柴油机转速传感器的信号，计算出对应于每一工况的基本喷射量（图6.4），再根据冷却液温度传感器、进气温度传感器、起动等信号，对基本喷射量进行补偿，并根据油量控制套筒位置传感器的信号执行反馈修正，决定最佳喷射量。因此，当发动机在特殊情况下工作时，如低温起动、加速、涡轮增压以及在空气密度低的高原地区运行时，都可根据实际工况决定最佳的燃油喷射量。

图6.3 基本喷射量的计算与补偿 1－可移动磁芯；2－油量控制套筒位置传感器；3－油量控制套筒电磁阀；4－油量控制套筒；5－喷油泵；6－功率放大器；7－电控单元

图6.4 基本喷射特性图 供油量控制套筒电磁阀与位置传感器见图6.5。由传来的信号使电磁线圈1产生电磁吸力，吸动铁芯2，带动油量调节套筒8移动，以改变供油量。控制信号电流越大，产生的电磁吸力越大，油量调节套筒移动越多，供油量变化也越大。 由于可移动磁芯连接油量控制套筒位置传感器的磁芯，故油量控制套筒位置信号反馈到电脑，以便对喷射量进行反馈控制。 图6.5 供油量控制套筒电磁阀与位置传感器（蔡兴旺219页6－62） 1、4－电磁线圈；2－可动铁芯；3－油量调节套筒位置传感器；5－铁芯；6－定子；7－柱塞；8－油量调节套筒 二、喷油正时控制 传统的机械式正时器是依据发动机转速与喷射量的变化来改变喷油泵内燃油的压力来控制燃油喷射正时的，所以，控制粗糙（图6.6ａ）。电子控制柴油机的喷油正时是电脑控制的正时器，这种正时器可作自由灵活的调整，能实现精确的控制（图6.6ｂ）。

图6.6 燃油喷射正时图 ａ）机械式正时；ｂ）电子控制式正时 喷油正时控制信号首先由发动机转速和油门开度信号确定基本供油提前角，然后根据水温、进气温度、起动等传感器提供的信号，对基本供油提前角进行修正；再按定时器位置传感器17的信号进行反馈修正，确定最佳供油提前角。之后将此作为控制信号，传给定时器控制阀16。 定时器控制阀也是个电磁阀，见图6.7。由传来的信号使电磁线圈8产生电磁吸力，吸动铁芯10，带动阀门11移动，以改变提前器活塞右侧(高压腔)与左侧(低压腔)的压力差，使提前器活塞移动，带动分配泵滚轮座2转动，以改变供油时间。 提前器活塞连接提前器活塞位置传感器7，所以，提前器活塞位置的反馈信号送回电脑执行反馈控制。 图6.7 供油正时控制阀（蔡兴旺220） a）供油正时控制系统；b）定时器控制阀结构 1－提前器活塞弹簧；2－分配泵滚轮座；3－高压油腔；4－定时器控制阀；5－提前器活塞；6－低压油腔；7－提前器活塞位置传感器；8－电磁线圈；9－弹簧；10－可动铁芯；11－阀门 三、怠速控制 传统的机械式调速器除了限制最高转速和稳定怠速的离心调速器外，还包括调节起动、部分负荷等的喷射量的辅助调节机构，使实际结构相当复杂。而且，依据怠速设定、调温器所得低温时之快怠速设定、使用空调时的快怠速设定等，各有独立调整机构。因此，这些机构的设定值常因时间而变化，不易调整。采用电子控制后，这些操作全都由电脑来实现。电脑根据油门位置传感器、车速传感器、发动机起动和转速等信号，决定怠速控制的开始动作，其次，再根据冷却液温度传感器、空调开关、空档开关等信号，计算出目标转速，依次决定适当的燃油喷射量。另外，燃油喷射量亦由发动机转速的反馈信号修正，以保持目标转速。 四、进气节流控制 进气歧管的空气通路分为两个分路，如图6.8所示。一路为直径较大的主节流阀2，另一路为直径较小的副节流阀3。副节流阀依全开、半开、全闭三个阶段调整。副节流阀的开闭是由控制阀7控制的。控制阀的左、右两腔是串联的。通过真空伺服阀1和2的动作，使控制阀的左、右两腔接至真空或大气。真空伺服阀的动作是由电脑控制的。真空来自发动机驱动的真空泵，另设有真空槽形成真空。水温60℃以下，副节流阀全开；水温60℃以上半开；正常工作温度全闭。怠速运转时，副节流阀全闭，其目的是为了节制怠速运转时的进气空气量，以降低发动机的爆发压力，同时降低振动与噪声。发动机停转时，副节流阀也处于全闭状态。

图6.8 进气节流控制 1－油门；2－主节流阀；3－副节流阀；4－膜片；5－左腔；6－右腔；7－控制阀 五、故障自诊断和安全保护功能 当系统出现故障时，如果继续控制，柴油机有可能运转不正常。与汽油机的电子控制模式相同，微机能经常监测系统的工作，当系统发生故障时，点亮故障诊断灯。另外，当系统发生故障时，为保护柴油机不受到严重损坏，系统就由预先储存的程序按次序修正到安全方面，将其控制在微机的标准值内使用，进行故障回避处理。 当发动机的转速超过5600，或者发动机调速失灵时，本系统具有发动机停机的安全功能。 捷达柴油发动机电控喷射系统（自然吸气柴油喷射）属轴向分配泵式喷射系统。系统的布置见图6.9。