《汽车发动机构造与维修》第七章柴油机电控喷油技术.pdf

第7章柴油机电控喷油技术柴油机电控燃油技术(EFI)指的是：由电子控制系统根 据收集到的各传感器信息，按预设的程序进行计算，通过 控制各执行器(如喷油器、电子提前器和电磁溢油阀等)来控制喷油量、喷油压力、喷油时间、喷油率和其他附加 控制功能。EFI柴油机系统通过控制燃油喷油量和喷油正 时使之达到最佳水平。其主要有如下优点：(1)输出功率大。(2)油耗低。(3)尾气排放少。(4)噪声低。(5)稳定性强等。7.1 柴油机电控喷油系统7.1.1 柴油机电控燃油系统的组成柴油机电控系统由三大部分组成：传感器、控制器（ECU电子控制单元）和执行器。图7-1柴油川.电控喷油系统的现成 7.2.1主要传感器工作原理 L加速踏板位置传感器 2.曲轴位置传感器曲轴位置传感器装在发动机缸体上，它以TDC信号检测曲轴 转角的基准位置按曲轴转角基准位置信号的形式检测。817-3曲轴位置传感器的安装位置与结构 4.涡轮压力传感器涡轮压力传感器经空气软管和VSV阀，连接到进气歧管，并硅产真空室负赢鼎而图74涡轮压力传感器 1.2电控分配泵系统 电控分配泵系统按照控制方式的不同分为位置控制式电控 分配泵和时间控制式电控分配泵系统。7.2.1位置控制式电控分配泵系统 ECD-V1电控分配泵是一种早期的位置控制式分配泵系 统。图77位置控制式分配泵系统 1.电动调速器电动调速器的构造，控制机构组成。由转子式溢油控制线圈和油量7-8电动调速器的构造转子式溢油控制线圈的构造及工作原理。非对称磁极铁 心上绕有线圈，ECU根据有关辅助信号可通过改变占空比 的方法控制流入线圈电流的大小,就能使转子在060范 围内旋转。当转子旋转时，轴端偏心安装的滚珠拨动溢油 环沿柱塞作轴向移动，从而增减喷油量。在转子上端装有 溢油环位置传感器，用以向ECU反馈喷油量的变化情况。图79转子式溢油控制线圈的构造及工作原理 2.正时控制器正时控制器由正时控制阀(TCV)和正时活塞组成。图740正时控制器的结构图 工作原理正时窟制阀受ECU控制，控制连接正时活塞高压室和低压 室的中间通路控制通往正时活塞高压室的油压，实现对喷 油提前角的控制。当正时控制阀线圈通电时，高压室与低 压室连通，使得正时活塞两端的油压差消失，在复位弹簧 的作用下，正时活塞复位，使喷油时间推迟。当正时控制 阀线圈断电时，高压室与低压室隔断，正时活塞在高压油 压力的作用下压缩复位弹簧向下移动，使凸轮盘相对于滚 柱的位置产生偏转，使喷油时间提前。由ECU控制正时控 制阀线圈通电时的长短即可控制喷油提前角。通电时间 长，喷油提前角减少；通电时间短，喷油提前角增大。7.2.2时间控制式电控分配泵系统 20世纪90年代，日本电装公司研制的ECD-V3系统开始了 时间控制式电控分配泵时代。在结构上取消了原VE泵的 溢油环，在泵的泄油通路上设置了一个电磁溢油阀，采用 时间控制方式。由于采用高频响应的电磁溢油阀，明显改 善了各缸不均匀性控制、过渡过程控制、变速特性控制、熄火控制和喷油率控制等。电磁溢油阀传感器图74 1 ECD-V3时间控制式电控分配泵系统喷油泵调整信息凸轮地度信息iwiwnnnrL算他各种信息E/C 负荷信息L III隹制殖点死容积找小1DC信息图7/2 ECD-V5时间控制式电控分配泵系统 1.时间控制式电控分配泵结构与工作原理(1)内凸轮式泵油装置。ECDV5型分配泵采用新型内 凸轮压油结构，喷油压力可达130MPa以上。内凸轮机构端面凸轮机构内凸轮式泵油装置 进油过程：滚轮从凸轮顶部转向轮谷，两对置柱塞在残压 和离心力的作用下向外圈运动。此时，SPV阀开启，柴油 经油道进入柱塞腔。压油过程：滚轮在凸轮的驱动下将柱塞向内压缩，产生高 压。此时，SPV阀关闭，高压油经油道压向喷油器。ECU 根据需要控制SPV阀开启，停止供油。喷油提前和延迟：油压上升，提前器活塞向左移动，活塞 上的圆销带动凸轮环顺时针转动，凸轮提前压动滚轮，喷 油提前；反之，油压下降，则喷油延迟。(2)电磁溢流阀。电磁溢流阀是直接控制喷油量的一种 耐高压、具有高度响应特性的直动式电磁阀。谕状.铁心线照电磁溢流，的结构 当电流流过线圈时，电枢吸引铁心。同时，溢油阀滑动，和滑阀体紧密结合，保持柱塞腔内密封。由于柱塞滑动，完成压油和喷油。一旦线圈电流消失，在弹簧力的作用下，滑阀开启，柱塞 腔内燃油经过溢油阀内的通路开始溢油，喷油结束。当柱 塞反向滑动时，燃油又被吸入阀腔内。电磁溢流阀开启后，柱塞腔内的高压燃油流回喷油泵腔 中，燃油喷射结束。(3)定时控制阀。ECVV5定时控制阀结构和控制原理如 下图。定时控制阀(TCV)安装在喷油泵内，根据计算机 送来的信号，适时开启或关闭喷油泵压力腔和定时活塞低 压腔之间的燃油通道。当电流流过线圈时，定子磁芯被磁 化，可动铁心被吸引而压缩弹簧，燃油通路开启。TCV的 开启程度是根据计算机送来的通过线圈的电流的ON-OFF 时间比(占空比)进行控制的。如果ON时间长，则阀的开启 舟间亦 TCV的开启时间长，从喷油泵腔内流入提前器低压腔内的 燃油多，提前器低压腔内的压力就高，因此，提前器活塞 向角度延迟方向移动。反之，TCV开启时间短，提前器活 塞向角度提前的方向移动。(4)断油阀。在发动机处于停止状态或类似停止状态时。断 油阀将燃油油路切断。通电以后，断油阀开启，燃油被吸入 柱塞腔内。断油阀图720断油阀的结构（5）电子驱动单元（EDU）o为了高速驱动在高压下工作 的电磁溢流阀。ECDV5采用了EDU（CDI方式的高电压驱 动器）。EMU信号波形 SPV+电流波形时间5 0A 时间V图7-21 EDU线路图A 通过DC/DC变换器的高电压、快速充电方式，可以实现 快速驱动高压溢流阀。精确控制在高压状态下微粒化了的 燃油喷射定时，可以实现减少排气中的颗粒和有害气体成 分，提高驾驶性。EE；U的状态是由七CU监管的，万一发生异常时，则令发动 机停止运转。EDU的工作原理：蓄电池电压通过高电压发生回路（DC/DC变换）变换成高电压。EDU根据各传感器送来的信息将 信号送到EDU的EMU端子。这样，大约150V的高电压由 SPV+端子输出到电磁溢流阀。这时，EDUF端子上输出喷 油确认信号。2.ECU的控制1）喷油量控制在柱塞泵油阶段，当电磁溢流阀断电时，溢流阀打开，高压燃油立即卸压，停止喷油。喷油始点并不取决于电磁 溢流阀关闭的时刻，而是取决于分配泵端面凸轮的行程，与采用溢油环改变喷油终点以控制油量的方式一样。电磁 溢流阀打开越晚，喷油量越多。喷油量的确定：(1)计算基本喷油量。(2)计算最大喷油量。最大喷射最 因所需最不同而有异 营亲 发动机速度.二-23最大喷油量的确定（3）喷油量的校正。进气压力校正进气温度校正进气温度 传感器涡轮压力 传感器O ECU IZZC=ECU CZ发少I 工进气长力3传感器输出（V）校iE 系数增加串校正 系数40透气温度（deg）图724进气压力和进气温度校正燃油温度和发动机温度校正。国光S燃油温度和发动机温度校正 2）喷油提前角控制 ECU控制正时定时阀线圈电流的通/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。ECU根据曲轴位置传感器信号和泵角传感器缺齿部信号的 相位差，由ECU计算出滚环的偏转角度，确定控制的实际 结果。系统中还设有着火正时传感器以检测实际着火的时 亥人ECU根据着火正时传感器与曲轴位置传感器信号的相 位差计算出喷油提前角的修正量，以排除燃油性能和大气 压力变化等对燃烧着火点的影响，保证在各种运行情况下 对喷油提前角的精确控制。（1）确定喷油正时。*本目标喷油正HI令水温 修正进气压力 修正正时提前（CA 水温度发动机速度（rpm）图726确定喷疝正时J 7.3电控共轨系统 7.3.1概述 20世纪90年代，博世公司和日本电装公司先后研制出一种全新的燃油喷射系统一电控共轨燃油系统。从此开始了 绿色柴油机时代。L典型的电控共轨系统 1994年，博世公司生产了第一代电控共轨燃油系统。电控共轨燃油系统主要由ECU、燃油泵、喷油器、空气流 量计、共轨组件、限压阀和调压阀、油门位置传感器、电 磁断油阀等组成o 电控共轨燃油系统的使用特点是：（1）共轨压力高达135200MPa,使得喷油雾化极好，燃 烧彻底，发动机的动力性和经济性好。（2）采用高速电磁阀控制燃油喷射，可以实现预喷射（一 个工作循环可以实现46次燃油喷射）使柴油燃烧更彻底。（3）诩环控制。（4）发动机的排放得到改善，满足欧in排放法规。7.3.2电控共轨系统的组成和工作原理 燃油从油箱经输油管供入供油泵中，在供油泵中提升压力后，送入共轨，共轨内的燃油压力在25 MPa（怠速）-160 MPa（额定转速）。共轨内的高压燃油供给各个汽缸 所对应的喷油器，设置在电控喷油器上的电磁阀严格按照 ECU发来的指令动作，控制各个汽缸的喷油时间和喷油 量，向各个汽缸内喷射最适量的燃油 1.供油泵结构与工作原理 驱动轴由发动机驱动，其偏心凸轮有三个凸轮，分别驱 动三组柱塞，驱动轴每转一圈，三柱塞分别上下运动一 次。当柱塞下行时，燃油从吸油管经单向阀、进油阀被吸 入。当柱塞克服弹簧上行时，油压将进油阀关闭，由于柱 塞与套的高精度及高速压油，因此，能产生很高的压力。顶开出油阀，从高压油管压出。柱塞的复位是靠受压弹簧 压动与之镶嵌的弹簧座而实现的。图730供油泵工作原理 2.喷油器结构与工作原理 1）组成与结构 喷油器的主要零件是：喷油嘴、顶针、电磁阀、控制活 2）工作原理高压从进油管进入，通过油道通到喷油嘴A腔。此时，高 压油也通过节流孔进入喷油器的B腔。由于B腔和A腔压力 相同，故喷油嘴关闭。当电磁阀通电后，活塞被电磁力吸起，单向阀在油压作用 下打开，B腔泄压后油压下降。A、B腔的压力差将针阀抬 起，喷油嘴喷油。3.共轨组件 共轨组件的作用是接受从供油泵供来的高压燃油，并按 照ECU的指令向各个汽缸分配燃油。共轨组件中还有压力 限制器、流动缓冲器和压力传感器等，随时监测有无过剩 燃油流出、喷射、监测压力是否正常并进行控制。图733共轨组件 4.发动机转速传感器和供油泵转速传感器发动机转速传感器安装在飞轮壳上，以脉冲形式检测发动机转 速；供油泵传感器布置在供油泵上，具有传感器功能，对汽缸 进行判别。5.加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器安装在加速踏板上。可以检测出脚踩加 速踏板的力量（加速踏板转过的角度）。输出电路有两套，以 确保可靠性。)日双壬塞图735加速踏板位置传感器 6.增压压力传感器 增压压力传感器安装在进气管上，为了对燃油喷射进行最 佳化控制，随时都在监视着增压器提供的进气压力的变化。)出出壬建500 1500 2500 mmHg压力图726增压压力传感器 7.冷却液温度传感器冷却液温度传感器安装在汽缸体左前方的上部。为了确保燃 油喷射最佳化，随时都在监视着冷却水温的变化。电源地（信号）I0 I-50 050 100温度（匕）图737冷却液温度传感器 8.燃油温度传感器 燃油温度传感器安装在汽缸上，靠近燃油滤清器的位置。为了确保燃油喷射最佳化，随时都在监视着燃油温度的变 化。9.大气温度传感器 大气温度传感器安装在进气管的前部，为了确保燃油喷射 最佳化，随时都在监视着大气温度的变化。10.速度传感器速度传感器安装在变速器上，监视车速的变化。从脉冲整合 器中得到相应的信息。带转速去Q锄应且 尢转速&H：:11.节气门开关节气门开关安装在加速踏板上，随时都在监视着加速踏 板的怠速位置。一k图739节气门开关 12.大气压力传感器大气压力传感器布置在ECU内部，为了确保燃油喷射最佳 化，随时都在监视着大气压力的变化。13.诊断开关诊断开关（插座颜色为白色）布置在检查盒内。在进行故 障诊断时使用（故障指示灯的闪烁）。7.3.3故障诊断 1)故障诊断注意事项 在进行故障诊断的时候，应注意以下事项：(1)在诊断系统进行检测时，务必将诊断代码记入存储 器中。特别是当产生了多个诊断代码时更是重要。(2)如不能从存储器中消除已经产生的故障诊断代码 时，则必须检查故障代码产生的位置。因为已经有故障代 码显示，则必须检查产生异常的原因。7.3.4发动机ECU的控制 1.喷油正时的确定 共轨型EFI柴油发动机的基本喷油正时是通过计算发动 机转速和加速踏板开启角度来决定的，再加上根据水温和 进气压力（的量）来进行修正，得出最佳的喷油正时。ECU 根据其信号提前或滞后喷油正时，并发送喷油信号给 ECU,以调节、启动喷油正时。由于喷油始点和喷油延续时间由指令脉冲决定，与转速及负荷无关；因此，ECU可以自由控制喷油时间。2.喷油控制电磁阀的通电时刻确定了喷油始点。电磁阀通电时间的长 短可确定喷油量。这些基本喷油参数都是电子脉冲控制 的。AIU7-42喷油控制 3 怠速控缶U eZu根据各传感器的信号，按驱动状态计算目标速度，再将目标与发动机转速信号进行比较，并控制喷油器，调 节喷油量，以段正怠速。当发动机暖机或空调/电加热器运行期间，ECU为防止 A/C开关断开时发生的因发动机动力不足而产生的怠速 不稳，在发动机转速波动前自动提高喷油量。在怠速时，如发动机的转速超过规定范围，ECU可校正 每个汽缸的喷油量，从而减少怠速的振动和噪音