電控柴油噴射系統(tǒng)的類型

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

   第一代柴油機(jī)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(gòu)，只是采用電控組件，代替調(diào)速器和供油提前器，對(duì)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(dòng)軸和從動(dòng)軸的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制噴油量和噴油定時(shí)。其優(yōu)點(diǎn):無須對(duì)柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大改動(dòng)，生產(chǎn)繼承性好，便于對(duì)現(xiàn)有機(jī)型進(jìn)行技術(shù)改造;缺點(diǎn):控制系統(tǒng)執(zhí)行頻率響應(yīng)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(jī)電控噴射系統(tǒng)采用的是時(shí)間控制方式，其特點(diǎn)是在高壓油路中，利用電磁閥直接控制噴油開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，以改變噴油量和噴油定時(shí)。它具有直接控制、響應(yīng)快等特點(diǎn)。

    時(shí)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(shí)外，噴射壓力還十分高(峰值壓力可達(dá)240 MPa)，但它無法實(shí)現(xiàn)噴油壓力的靈活調(diào)節(jié)，且較難實(shí)現(xiàn)預(yù)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(dòng)供油原理，而是用一個(gè)設(shè)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(gè)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(jī)構(gòu)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(hào)，并將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī);ECU是電控系統(tǒng)的“指揮中心”，對(duì)來自傳感器的信息同儲(chǔ)存的參數(shù)值進(jìn)行比較、運(yùn)算，以確定最佳運(yùn)行參數(shù);執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照最佳參數(shù)對(duì)噴油壓力、噴油量、噴油時(shí)間、噴油規(guī)律等進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)噴油系統(tǒng)，使柴油機(jī)工作狀態(tài)達(dá)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(duì)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(jiǎn)稱供油速率)成正比，因此發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(yīng)保證發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)增加供油速率，以便得到較高的噴油壓力。在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)減低供油速率，以避免噴油壓力過高。電控預(yù)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(shè)計(jì)的一種新型電控噴油泵。

預(yù)行程可控式噴油泵的工作原理

     預(yù)行程是指噴油泵柱塞從下止點(diǎn)開始上升至關(guān)閉進(jìn)、出油孔，在開始?jí)核腿加椭暗耐馆喰谐獭Ｆ胀ㄖ絿娪捅玫倪M(jìn)、出油孔設(shè)置在柱塞套筒上，當(dāng)柱塞關(guān)閉進(jìn)、出油孔時(shí)，開始泵油的預(yù)行程是不能改變的，供油速率也是一定的;但預(yù)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(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可增大預(yù)行程，柴油機(jī)電控系統(tǒng)的組成,柴油機(jī)電控系統(tǒng)的工作原理,柴油機(jī)電控系統(tǒng)的組成及工作原理維修技術(shù),柴油機(jī)電控系統(tǒng)的維修服務(wù)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(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用常規(guī)的預(yù)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(yù)行程的增減，噴油開始的時(shí)刻也發(fā)生變化，可起到相當(dāng)于普通噴油提前角調(diào)節(jié)器的作用。

預(yù)行程可控式噴油泵的構(gòu)造

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

 (1)進(jìn)油過程

    當(dāng)凸輪升程處于低位置時(shí)，柱塞上的進(jìn)油孔位于控制套筒的下邊，儲(chǔ)油室的燃油從柱塞上的進(jìn)油孔進(jìn)入壓力室，此時(shí)壓力室與儲(chǔ)油室連通，故壓力室內(nèi)的壓力不會(huì)升高。

 (2)開始?jí)河?/P>

    當(dāng)柱塞被凸輪頂起，開始上升直至柱塞上的進(jìn)油孔被控制套筒關(guān)閉為止，所對(duì)應(yīng)的凸輪升程即預(yù)行程，此后壓力室內(nèi)的壓力開始上升并開始?jí)河汀?/P>

 (3)噴油過程

    柱塞上有螺旋槽與柱塞中心的進(jìn)油孔相通，從柱塞上行至進(jìn)油孔被控制套筒關(guān)閉時(shí)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(jìn)油孔和螺旋槽均被關(guān)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(shí)，預(yù)行程越大，有效行程越小，泵油量越少;反之，預(yù)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(dāng)柱塞上的螺旋槽與控制套筒上的出油口連通時(shí)，壓力室內(nèi)的高壓燃油通過柱塞上的螺旋槽排至儲(chǔ)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(shí)刻和停止泵油的時(shí)刻。開始泵油時(shí)刻決定于預(yù)行程的大小;而停止泵油時(shí)刻決定于柱塞上的螺旋槽與控制套筒上出油口的相對(duì)位置，即由調(diào)速器控制油量、控制齒條轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)柱塞與控制套筒圓周位置一定時(shí)，只要使控制套筒沿柱塞上下移動(dòng)，即可改變預(yù)行程，從而改變開始泵油時(shí)刻，進(jìn)而改變泵油量，同時(shí)也改變廠噴油提前角。若預(yù)行程小，則泵油時(shí)刻提前，泵油量大;而若預(yù)行程大，則泵油開始時(shí)刻晚，泵油量小。

預(yù)行程控制機(jī)構(gòu)

     預(yù)行程控制機(jī)構(gòu)。控制套筒在導(dǎo)向桿的引導(dǎo)下可上下移動(dòng)，而控制套筒的上下移動(dòng)是由預(yù)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)(螺旋電磁線圈)通過U形接頭轉(zhuǎn)動(dòng)定時(shí)桿，并由其上的銷釘撥動(dòng)控制套筒上下移動(dòng)來改變預(yù)行程的。

    ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力(增壓壓力)等有關(guān)信號(hào)，計(jì)算出最佳控制參數(shù)值，控制螺旋電磁閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，控制預(yù)行程，并根據(jù)預(yù)行程位置傳感器的反饋信號(hào)進(jìn)行修正。

預(yù)行程可控式噴油泵電控系統(tǒng)

    預(yù)行程可控式噴油泵電控系統(tǒng)的組成。控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)由發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)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(hào)組成。執(zhí)行器主要有控制套筒執(zhí)行機(jī)構(gòu)(螺旋電磁閥)、電動(dòng)調(diào)速器、故障診斷指示燈、經(jīng)濟(jì)行駛燈及蜂鳴器等。系統(tǒng)控制功能主要有預(yù)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(jì)行駛監(jiān)控、自動(dòng)控制車輛經(jīng)濟(jì)速度行駛等功能。

     電子控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和冷卻水溫度等信號(hào)，由ECU計(jì)算并發(fā)出指令，通過螺旋電磁線圈移動(dòng)控制套筒，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)行程的控制。

    對(duì)噴油量的控制是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫度、增壓壓力等信號(hào)，由ECU計(jì)算出最佳噴油量的控制參數(shù)值，并控制電動(dòng)調(diào)速器改變油量控制齒條的位置來實(shí)現(xiàn)的。

    由于改變預(yù)行程的同時(shí)也改變了噴油提前角，故系統(tǒng)不再單獨(dú)設(shè)噴油提前角控制裝置。這樣能大大改善噴油提前角的響應(yīng)性，提高發(fā)動(dòng)機(jī)過度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噴油提前角控制精度，改善低溫啟動(dòng)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(hào)，以及點(diǎn)火正時(shí)傳感器的修正信號(hào)作為主信號(hào)，來驅(qū)動(dòng)正時(shí)控制閥中活塞的位置，以實(shí)現(xiàn)控制噴油提前角的功能。輸入信號(hào)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(dòng)開關(guān)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(shí)刻和改變柱塞的泵油行程(有效行程)來實(shí)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(diǎn)是簡(jiǎn)單且控制性能好，響應(yīng)速度快，能精確地控制燃油噴射量。

(1)電磁溢流閥的構(gòu)造與工作原理

    電磁溢流閥采用雙重閥的結(jié)構(gòu)形式。輔助閥為一個(gè)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(gòu)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(shí)，ECU控制輔助電磁閥線圈通電，輔助閥關(guān)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(guān)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(shí)，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(yīng)速度。電磁溢流閥的響應(yīng)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(dòng)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(hào)確定電磁溢流閥的控制信號(hào)，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(gòu)。其圓周上有56個(gè)齒，在90。的間隔位置上共有4處各缺兩個(gè)齒。兩個(gè)齒間所對(duì)應(yīng)的泵軸轉(zhuǎn)角為5. 625°，對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為11. 25°泵角傳感器輸出信號(hào)波形。

    泵角脈沖發(fā)生器的每一個(gè)缺齒部之后的第一個(gè)泵角脈沖信號(hào)所對(duì)應(yīng)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(dòng)柱塞開始?jí)嚎s燃油的位置，ECU根據(jù)此泵角脈沖信號(hào)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(shí)電磁溢流閥應(yīng)再次關(guān)閉。從波形圖上看，在缺齒的前兩個(gè)脈沖波處，電磁溢流閥線圈將通電，溢流閥關(guān)閉，為下一次噴油做好準(zhǔn)備。

    當(dāng)改變噴油提前角時(shí)，端面凸輪相對(duì)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(diǎn)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(gè)角度，因而泵角信號(hào)也相應(yīng)偏移一個(gè)角度，但溢流角不會(huì)改變，因此噴油量不會(huì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置傳感器信號(hào)確定基本噴油量，并根據(jù)冷卻水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等信號(hào)對(duì)噴油量進(jìn)行修正，其主要修正功能簡(jiǎn)述如下:

    ①燃油特性的修正控制。柴油品質(zhì)、溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能有很大影響，當(dāng)柴油的物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，對(duì)噴油量也應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地進(jìn)行修正。

    電控分配式噴油泵利用怠速控制(ISC)的修正量來測(cè)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(dāng)燃油溫度較高或使用黏度較低的燃油時(shí)，噴油量將會(huì)減少且怠速轉(zhuǎn)速將會(huì)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(shí)系統(tǒng)測(cè)得這個(gè)修正量，并根據(jù)所測(cè)得的這個(gè)修正量對(duì)燃油噴射量進(jìn)行最佳控制。

   ②低溫噴油量修正控制。發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于柴油黏度高等因素引起的摩擦損失增大，柴油機(jī)的實(shí)際輸出功率降低，尤其是在低溫啟動(dòng)后的低速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，這種影響更為明顯。同時(shí)，由于進(jìn)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(duì)噴油量進(jìn)行修正控制。

   ③急減速時(shí)的修正。為防止急減速時(shí)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速急劇降低，系統(tǒng)對(duì)噴油量進(jìn)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(jī)的控制偏差與狀態(tài)的改變。發(fā)動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)可以隨各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)之間的差異和運(yùn)行條件的改變，隨時(shí)計(jì)算低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)。

噴油提前角(噴油正時(shí))的控制

    電控分配式噴油泵通過正時(shí)活塞的移動(dòng)來改變端面凸輪與滾輪的相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油提前角的控制;而正時(shí)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(shí)活塞上的油壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油提前角的控制。

    為了實(shí)現(xiàn)噴油提前角的反饋控制，系統(tǒng)采用正時(shí)活塞位置傳感器向ECU傳送控制的實(shí)際結(jié)果。根據(jù)曲軸位置傳感器信號(hào)和泵角傳感器缺齒信號(hào)的相位差，由ECU計(jì)算出滾環(huán)的偏轉(zhuǎn)角度，確定控制的實(shí)際結(jié)果，同時(shí)在系統(tǒng)中還設(shè)有點(diǎn)火正時(shí)傳感器，以檢測(cè)實(shí)際點(diǎn)火的時(shí)刻;根據(jù)點(diǎn)火正時(shí)傳感器信號(hào)與曲軸位置傳感器信號(hào)的相位差，由ECU計(jì)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(duì)燃油著火點(diǎn)的影響，從而保證在各種工況下實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)和曲軸位置傳感器信號(hào)來確定噴油提前角。泵角傳感器向ECU輸入燃油何時(shí)開始噴射的信號(hào);曲軸位置傳感器信號(hào)向ECU輸入曲軸基準(zhǔn)位置的參考信號(hào)。ECU根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)才能確定噴油提前角，即控制噴油提前角的信號(hào)是加速踏板位置傳感器信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)。同時(shí)，ECU根據(jù)水溫傳感器、進(jìn)氣溫度和近期壓力傳感器等信號(hào)對(duì)其加以修正。

(2)啟動(dòng)正時(shí)噴油提前角的控制

啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低，曲軸位置傳感器信號(hào)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(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)和啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)，控制正時(shí)控制閥(TCV閥)來控制噴油提前角;而在正常轉(zhuǎn)速時(shí)，才進(jìn)入閉環(huán)控制。

(3)點(diǎn)火正時(shí)傳感器的結(jié)構(gòu)及功用

    點(diǎn)火正時(shí)傳感器。燃燒室內(nèi)的燃燒光通過石英導(dǎo)入光敏晶體三極管，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，ECU則根據(jù)此信號(hào)判定實(shí)際點(diǎn)火的時(shí)刻，并以此修正噴油提前角。

    使用點(diǎn)火正時(shí)傳感器后，系統(tǒng)能檢測(cè)到實(shí)際的點(diǎn)火時(shí)刻并相應(yīng)修正噴油提前角，從而減小因大氣壓力的變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。因?yàn)樵谄渌\(yùn)行條件相同的情況下，進(jìn)氣壓力的變化將引起實(shí)際點(diǎn)火時(shí)刻發(fā)生變化，若此時(shí)噴油提前角不做相應(yīng)修正，必然會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

    使用點(diǎn)火正時(shí)傳感器，還能使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能不受柴油品質(zhì)的影響，因?yàn)樵谙嗤倪\(yùn)行條件下，使用不同辛烷值的柴油時(shí)，其實(shí)際點(diǎn)火的時(shí)刻是不同的。通過點(diǎn)火正時(shí)傳感器檢測(cè)實(shí)際點(diǎn)火時(shí)刻，對(duì)噴油提前角進(jìn)行修正，就能消除由于柴油品質(zhì)的差異對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。