电控共轨柴油机控制技术及故障诊断

电控柴油机的优势、特点及其发展概况

1.4.1电子控制技术

欧、美、日等轿车发达国家为了减少轿车柴油机的废气排放和降低油耗, 研究和开发了许多新技术。研究结果表明, 轿车柴油机采用电子控制技术是今后的主要技术发展方向。因为未来轿车柴油机要采用的许多新技术都需要电子控制技术配合。例如, 喷油延迟技术可以改善NO x 排放和降低噪声, 但却同时会使轿车柴油机的经济性恶化, 油耗增加,为解决排放与油耗的矛盾, 同时满足经济性和环保性要求, 就需要采用能在不同工况和各种环境条件下, 实现两者最佳组合的电子控制技术。又如, 排气再循环(EGR )、可变涡流、废气催化技术等只有采用电子控制技术才能使其与轿车柴油机的运行工况很好地配合。再如, 控制喷油速率、降低初始喷油率可以减少NO x; 实现快速溢流可降低微粒(PM ) 和碳氢化合物HC 排放, 这些都离不开电子控制技术的配合。轿车柴油机的电子控制技术不仅能对柴油机工作过程进行控制,还能对轿车车辆运行过程进行控制。轿车柴油机电子控制的项目很多, 包括燃油定量喷射、喷油始点控制、喷油压力控制、喷油率曲线形状—喷油规律控制、排气再循环控制、增压—压力控制等, 其中最重要的是轿车柴油机燃油系统的电子控制技术。 1.4.2柴油喷射系统技术

对未来轿车柴油机喷油系统的发展目标要求如下: 转速范围为600～ 6000r/min; 喷油速率为每行程4～ 65mm ; 在曲轴转速1000r/min 时, 喷油压力达到60M Pa, 最大功率转速时喷油压力达到150M P; 最大喷油持续时间达到25°; 实现两级喷射供油规律: 预喷射和主喷射, 喷油初期喷油速率较低, 喷油末期截止迅速、安全; 循环偏差小, 喷油时刻、喷油量以及废气再循环均由电子控制装置完全而精确地控制和管理。共轨直喷式供油系统能较好地满足下述要求: 用高的喷油压力改善低转速下的混合气形成; 喷油率曲线和供油规律能保证气缸内压力升高, 速率dpdU降低, 从而降低燃烧噪声。还能降低油耗并能将排放降到最低程度。

共轨直喷式供油系统主要由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元(ECU ) 和各种油道压力传感器等部分组成。系统中每一喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连, 公共供油管对喷油器起液力蓄压的作用。工作时, 高压泵以高压将燃油输送到公共供油管, 高压泵、压力传感器和ECU 组成的闭环对公共供油管内的油压实行精确地控制。共轨直喷式供油系统的特点是:

a. 喷油定时与燃油计量完全分开, 喷油压力、喷油过程和喷油持续期不受柴油机负荷和转速的影响;

b. 可根据需要自由调整每缸的喷射压力、喷油量和喷油始点, 实现对喷油正时、喷油量和喷油速率的最优控制;

c. 能以很高的压力可靠地进行喷射, 并能实现预喷射和低压供油。由此可

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看出, 共轨式直喷柴油机是轿车动力中大有发展前途的新型柴油机。分配式喷油泵朝着高压化和完全电子控制的方向发展; 多孔式喷油嘴的喷油孔直径朝着细微化的方向发展; 直喷式轿车柴油机的燃油喷射系统朝着高压喷射的方向发展。 1.4.3排气在循环技术

由于轿车柴油机的过量空气系数A>> 1,目前在汽油机上盛行的三元催化转换器无法还原排气废气中的氮氧化物NO x, 因此,废气再循环EGR技术已成为未来轿车柴油机的常见技术。 1.4.4涡轮增压几涡轮增压中冷技术

车柴油机涡轮增压及涡轮增压中冷技术可提高气缸充量容积效率, 提高空燃比, 大大增加功率; 如功率保持不变, 便可降低废气烟度, 减少黑烟排放。同时由于提高了充量温度, 缩短了滞燃期, 降低了燃烧噪声。

图1-1 电控柴油机增压系统结构图

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电控柴油机的组成及其控制原理

第二章 电控柴油机的组成及其控制原理

现代电控柴油机的基本构造与电控汽油机基本相同，都包括了曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、进排气系统、冷却系统、润滑系统、起动系统。

图2-1 电控柴油机电控元件

柴油机和汽油机构造上的不同具体表现在：

柴油机为压然式发动机其没有汽油机所带的点火系统。

柴油机与汽油机另一大不同点就是柴油机的燃料供给系统，现代的电控柴油机的一大亮点就是其高压共轨的燃料供给系统。下面将介绍下柴油机的燃料供给系。

图2-2 电控柴油机燃料供给系

柴油与汽油相比具有黏度大，蒸发性强的特点。柴油机采用高压喷射的方法，在压缩行程接近终了的时刻把柴油批喷射进汽缸内，直接在汽缸内部形成均匀的混合气，并借助汽缸内的空气的高温自行发火燃烧。柴油机燃料供给系的功用是完成燃料的储存、滤清和输送工作，按柴油机各种不同的公况要求，定时、定量、

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定压并以一定的喷油质量喷射入燃烧室，使其与空气迅速而良好的混合燃烧，最后使废气排入大气。

2.1柴油机燃料供给系的分类与组成

根据喷油的控制方式不同，柴油几燃料供给系分为机械式和电控式。电控式燃料供给系可以分为两大类，即位置控制方式（第一代）和时间控制方式（第二代）。

2.1.1时间位置控制方式

在不改变传统的喷油的工作原理和基本构造，只是改用电控组件，代替调速器和供油提前器，以控制喷油量和喷油时间。 2.1.2时间控制

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。

目前市场上用的最新的就是电控高压共轨的燃料供给系统，这也是我们所说的第三代燃油供给系统。 2.1.3燃油供给电子控制系统

共轨喷油系统的控制系统主要由ECU和相应的传感器、执行器组成。ECU是控制系统的核心, 它借助于传感器和数据导线获取驾驶员的要求( 加速踏板位置) 以及柴油机和车辆的实时工况信息, 对这些信息按照预设程序进行处理，向执行器发出相应的控制和调节指令, 对柴油机的运转进行控制和调节。喷油器电磁阀、输油泵继电器、高压油泵进油电磁阀、共轨调压阀等都是控制系统的执行元件。控制系统的传感器主要包括:加速踏板传感器、曲轴转速传感器、凸轮轴位置传感器、增压压力传感器、空气流量传感器、共轨压力传感器、冷却液温度传感器和进气温度传感器等。曲轴转速传感器安装在柴油机飞轮的传感齿盘处, 向ECU提供柴油机的转速和曲轴转角信号。曲轴转速传感器常见的型式有电磁式和霍尔电压式, 其信号齿盘的齿数较多,以提高传感精度。凸轮轴位置传感器一般安装在凸轮轴端部, 由凸轮轴驱动, 向ECU提供作功气缸的顺序和凸轮轴相位( 活塞位置) 信号, 以便确定喷油顺序和喷油起始相位( 喷油正时) 。凸轮轴位置传感器的型式和工作原理与曲轴转速传感器相似, 但信号齿盘的齿( 或槽) 数与发动机缸数相等, 且第一缸和最后一缸对应的齿( 或槽) 与其它缸不同, 以区分缸序。加速踏板传感器是一个由滑动电位计组成的电压分压器, 其滑动触头随加速踏板的移动而滑动。ECU向分压器提供一个基准电压, 当加速踏板移动时, 加速踏板传感器上的分压值随之发生线性变化, ECU通过检测分压值的变化得知驾驶员对发动机扭矩和转速的要求( 这就是俗称的“电子油门”) 。空气流量传感器将进气管的空气流量或压力转化成电信号, ECU可以结合进气温度传感器所感应发出

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