柴油机电控系统维修

柴油机电控技术的发展

在柴油机的电子控制系统中，最早研究并实现产业化的是电子控制柴油喷射系统，到目前为止已经经历了三代变化： 1. 第一代电控柴油喷射系统：位置控制式。 2. 第二代电控柴油喷射系统：时间控制式。 3. 第三代电控柴油喷射系统：高压共轨式系统。 柴油机电控燃油喷射系统的特点

1. 提高发动机的动力性和经济性 2. 降低氮氧化物和微粒的排放 3. 提高发动机运转稳定性 4. 改善低温起动性 5. 控制涡轮增压 6. 适应性广

7. 控制精度高、响应快 柴油机电控系统的功能

1. 燃油喷射控制 2. 怠速控制 3. 进气控制 4. 增压控制 5. 排放控制 6. 起动控制7. 巡航控制 8. 故障自诊断和失效保护9. 柴油机与自动变速器的综合控制 柴油机电控燃油喷射系统的基本组成

传感器

传感器是柴油机实现电控的关键技术之一，其作用是感知和检测发动机与车辆的运行状态，并将检测结果转换成电信号输送给ECU。柴油机电控燃油喷射系统所用的传感器多数与汽油机电控系统相同。在柴油机电控系统中常用的传感器有压力传感器、温度传感器、位置传感器、转速传感器、空气流量传感器及氧传感器等。此外，在电控系统中还有开关量采集电路，用于检测空调、离合器、挡位、制动、巡航控制等开关量的状态信息。所有的信息经过电控单元的信号采集模块处理后送到发动机电控单元，作为发动机控制的依据。 柴油机电控单元

执行器

执行器主要是接收ECU传来的指令，并完成所需任务。不同柴油机电控燃油喷射系统的执行元件有很大差异，如电控直列泵[b1] 和分配泵中的线性螺线管，电控单体泵和泵喷嘴中的电磁阀，电控共轨系统中的PCV阀和喷油器电磁阀，以及空气系统控制中的各种阀门控制器等。执行器的水平决定了最终柴油机能够达到的性能。 第一代位置控制式电控燃油喷射系统 位置控制式直列柱塞泵 位置控制式电控分配泵系统

第一代位置控制式电控燃油喷射系统的控制特点 位置控制式直列柱塞泵

ECU根据加速踏板位置传感器信号（即负荷信号）和柴油机转速信号，并参考供油齿条位置、冷却液温度、进气压力等传感器信号，按内存控制程序计算供油量和喷油提前角控制参数值，再通过ECU中行程或位置伺服电路，使电子调速器内的线性螺线管控制喷油泵供油齿条的行程或位置。 1. 喷油量的控制

线性螺线管安装在原喷油泵供油齿条的一端，螺线管中的铁心与喷油泵的供油齿条连成一体。当控制电流通过螺线管时，产生一个作用在铁芯上的与螺线管中电流成正比的电磁力，推动油量调节齿杆移动，当推力与复位弹簧力平衡时，齿杆就停留在某一位置上。齿杆位置传感器将信号传给ECU，ECU根据齿杆的实际位置和预定位置间的偏差量，发出改变输入螺线管电流的驱动信号就能精确控制齿杆的位置，从而改变喷油量 位置控制式直列柱塞泵电子调速器结构

2. 喷油正时的控制

图6-5 电控直列柱塞泵供油正时系统组成

1 – 转速表 2 – 故障指示灯 3 – 供油齿条位置传感器 4 – 柴油机 5 – 喷油泵 8 – 转速传感器 9 – 正时控制电磁阀 10 – 冷却液温度传感器 正时控制阀工作原理图

6 – 正时传感器7 – 正时控制阀

正时控制阀工作原理

1 – 凸轮轴 2 – 液压腔 3 – 液压活塞 4 – 大偏心轮 5 – 小偏心轮 6 – 驱动轴 7 – 驱动盘 8 – 滑块销滑块 10 – 电磁阀

位置控制式电控分配泵系统

ECD型电控分配泵结构

1. 喷油量的控制

位置控制式电控分配泵电子调速器结构

喷油量的控制

喷油量的控制方式

2. 供油正时的控制

9 – 正时控制阀结构示意图

第一代位置控制式电控燃油喷射系统的控制特点 1. 保留了传统的喷油泵-高压-喷油器系统，只取消机械调速器，改用电子执行器来完成分配转子与滑套或柱塞和柱塞套之间的相对位置控制。

2. 增加反馈位置的传感器、转速传感器以及燃油温度传感器等，从而实现对油泵的精确控制。

3. 电子控制系统的优点在于，不同转速与负荷下的喷油量可以灵活标定，因此在发动机的整个稳态工况范围，发动机的工作特性可以按照性能最佳的方式来确定，且响应速度快。 第二代时间控制式电控燃油喷射系统 电控分配泵喷射系统 电控泵喷嘴系统

第二代时间控制式电控燃油喷射系统的控制特点

1. 喷油量控制

时间控制式电控燃油喷射系统

(1)时间控制式转子分配泵结构

(2)转子分配泵的供油量控制系统

控制ECU根据各种传感器信号计算出供油量后，向控制器发出指令和相关信息控制器则根据ECU的指令和相关信息，并参考燃油温度传感器信号对分配给各缸的供油量进行平衡（均匀性控制），并通过驱动器（放大电路）直接控制高速电磁溢流阀工作。

喷油量控制原理图

(3)高速电磁溢流阀结构

电磁溢流阀结构示意图 1 – 电枢 2 – 电磁线圈 3 – 辅助阀 4 – 主阀 电磁溢流阀工作原理

2. 喷油正时控制

喷油正时控制机构与位置控制式电控分配泵一样，即通过正时活塞的移动来改变端面凸轮与滚轮的相对位置来实现喷油提前角的控制的，而正时活塞的位置则由加在上面的液压大小所决定。ECU通过控制正时控制电磁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控制，但取消了定时活塞位置传感器，反馈信号来自于曲轴位置信号和喷油泵转角传感器的无齿段信号间的相位差。在油泵驱动轴上装有泵角脉冲发生器，泵角传感器向ECU输入燃油何时开始喷射的信号，曲轴位置传感器向ECU输入曲轴基准位置的参考信号。ECU根据这两个信号才能确定喷油提前角。 电控泵喷嘴系统

1. 电控泵喷嘴系统的组成

2. 泵喷嘴

Bosch公司电子控制泵喷嘴结构

泵喷嘴工作原理

1-凸轮 2-柱塞 3-回位弹簧 4-高压腔 5-电

磁阀针阀 6-电磁阀阀腔 7-进油通道 8-回油通道 9-线圈 10-低压腔 第二代时间控制式电控燃油喷射系统的控制特点

1. 产生高压的装置与机械式喷油系统、第一代位置控制式系统相同，都需要用凸轮轴来驱动柱塞，用压缩燃油来产生喷射需要的力。

2. 油量控制和调节装置与第一代位置控制式系统已经完全不同。第一代的位置电控中，油量调节装置是油量控制套筒，而第二代时间控制式的电控系统中，控制油量的执行器是电磁阀，直接由电磁阀的动作完成每个喷射过程。

3. 喷射过程更加直接和精确。喷射过程中，电磁阀关闭的时间决定喷油正时，电磁阀关闭的持续时间决定喷油量和喷射压力，电磁阀直接调整发动机的工况。

4. 由于仍需要凸轮型线的驱动来产生喷射所需的高压，其喷射压力严重依赖于凸轮型线的设计，使得喷油压力控制、喷油速率控制和喷油定时控制都没有得到充分发挥，从而也了发动机性能的进一步改善。 第三代共轨式电控燃油喷射系统

从功能方面分析，电控共轨系统可分为两部分：电控系统和燃油供给系统。

1. 电控系统 2. 燃油供给系统

燃油供给系统的组成

共轨式电控燃油喷射系统工作原理 1. 高压供油泵

高压供油泵结构示意图

1 – 出油阀 2 – 密封件 3 – 调压阀 4 – 球阀 5 – 安全阀 6 – 低压油路 7 – 驱动轴 8 – 偏心凸轮 泵油元件 10 – 柱塞腔 11 – 进油阀 12 – 柱塞单向阀 2. 调压阀（PCV）

调压阀结构

3. 共轨组件

9 – 柱塞

（1）限压阀 （压力阀）

（2）流量阀

（3）共轨压力传感器

4. 喷油器

共轨式喷器结构示意图a 喷油器关闭状态 b 喷油器喷射状态

高压共轨系统的特点

1. 可实现高压喷射，喷射压力比一般喷油泵高出一倍，最高已达200MPa。 2. 可改善发动机低速及低负荷性能。

3. 可优化燃烧过程，使发动机油耗、烟度、噪声及排放等性能指标得到明显改善，并有利于改进发动机转矩特性。 4. 可实现共轨压力的闭环控制。共轨上的压力传感器实时反馈共轨中的压力，通过控制PCV的电流来调整进入共轨的燃油量和轨道压力，形成的共轨压力闭环子系统。

5. 共轨沿发动机纵向布置，高压泵、共轨和喷油器各自的位置相互，便于在发动机安装和布置。

6. 从技术总体实现难度上看，共轨系统组成较复杂，机械、液力和电子、电磁阀耦合程度高，加工制造、控制匹配要求的水平高，与第二代时间控制式相比，具有性能好的同时，开发难度也加大。 柴油机电控燃油喷射系统实例

SDI柴油发动机电子控制轴向压缩式分配泵系统 1. 电子控制轴向压缩式分配泵系统的组成

SDI柴油发动机电子控制轴向压缩式分配泵系统

1 – 加速踏板位置传感器 2 – 制动灯开关 3 – 离合器开关 4 – 车速信号 5 – 转速信号 6 – 电子节气门 7 – 针阀升程传感器 8 – 冷却液温度传感器 9 – 进气温度传感器 10 – 燃油温度传感器 11 – 喷油泵 12 – EGR阀 13 – 故障指示灯 2. 电子控制单元

电控单元实物

2. 轴向压缩分配泵

SDI轴向分配泵零件图

1 – 燃油分配泵驱动轮固定螺栓 2 – 燃油分配泵驱动轮 3 – 轮毂螺母 4 – 进 5 – 密封环 6 – 燃油切断控制阀 7 – 连接管 8– 回 9 – 压紧螺母 10 – 高压 11 – 连接管 12、22 – 螺栓 13 – 喷油器 14 、18 – 紧固螺栓 15 – 支架 16 – 底座 17 – 隔热密封环 19 – 喷油正时控制阀 20 – O型环 21 – 滤网 23 – 轴套 24 – 分配泵支架 25 – 固定螺栓 3. 油量调节机构

4. 供油提前角自动调节机构