全面解析高压共轨技术.doc

全面解析高压共轨技术为了达到法定的废气排放限值,特别是在发动机动态工况下,必须保持应达到的空燃比，需使用能极为精确地确定实际吸入空气质量流量的传感器。进气脉动、倒流，废气回窜，凸轮轴控制的改变以及进气温度的变化都不会影响这种负荷传感器的测量精度。图31热膜空气质量流量计示意图1-电插头；2- 电接线；3- 求值电路（混合电路）；4-进气口；5-传感元件；6-出气口；7-传感器外壳为达到上述目标，在热膜空气质量流量计中，通过一个加热的传感元件对空气质量流进行热传导（图31），由一微型测量系统与一混合电路相配合来测定空气质量流量，包括流动方向。空气质量流量强烈脉动时，能识别出倒流。传感元件布置在插接式传感器的流动通道中（图31）。这种插接式传感器可装在空气滤清器或空气引导部分的测量管中。测量管有各种不同的尺寸，通常要视发动机最大空气流量而定。信号电压与空气质量流量的关系曲线可分为反向和正向流动的两个信号范围。为了测定进气温度，可在热膜空气质量流量计内装温度传感器。增压压力传感器增压压力传感器与进气管相通,可测定0.050.3MPa的进气管绝对压力。该传感器分为带两个传感元件的压电晶体和求值电路空间两部分。求值电路放在共用的陶瓷底座上。传感元件由一个钟形的厚层膜片构成，并将一个具有一定内压力的基准容积封闭起来。根据增压压力的不同，膜片将发生相应的变形。膜片上设置有由压阻式电阻构成的电桥，而这些电阻的电阻值在机械应力下是变化的，使得膜片的变形导致电桥平衡发生变化，从而电桥电压成为增压压力的尺度。求值电路的任务是将电桥电压放大，补偿温度的影响以及使压力特性曲线线性化。求值电路的输出信号传给ECU，并借助于脉谱图将测定的电压折算成增压压力。加速踏板传感器与普通的分配泵或直列式泵不同，在柴油机电控装置中，驾驶者的加速要求不再是通过拉索或杆系传给喷油泵，而是用加速踏板传感器来获知，并传输给ECU。根据加速踏板的位置，经电位计，在加速踏板传感器中形成一个电压。ECU再根据其存储的脉谱图和该电压算出加速踏板的位置。3.电控单元(ECU)任务和工作方式ECU计算外部传感器的信号,并把它们限制在允许的电压电平上。微处理器根据这些输入数据和存储的脉谱图计算出喷油量和喷油正时，并将这些时间量转换成与发动机运行相匹配的随时间变化的电压。由于要求的精度高，发动机的工作是高速变化的，因此计算速度非常高。用输出电压来控制喷油器驱动末级。驱动末级应对调节共轨压力和切断柱塞供油的电磁阀提供足够大的功率。此外，执行器还具有控制发动机的另外一些功能（例如EG R调节器、增压压力调节器和电动燃油泵继电器等）和其他辅助功能（例如风扇继电器、辅助采暖继电器、预热继电器和空调装置等）。驱动末级具有短路保护和电过载故障保护。这类故障和导线断开都将反馈给微处理器。喷油器驱动末级的诊断功能还能识别有缺陷的信号变化过程。另外，一些输出信号经接口传给车辆的其他系统。为了确保车辆的安全运行，ECU还承担着监控整个喷油系统的任务。驱动喷油器的电流调节装置将通电相位分为吸动电流相位和保持电流相位，它必须精确工作，使得在任何一个工作范围内喷油器都能进行可再现的喷油过程。此外，ECU和喷油器中的功率损失必须很小。使用条件对ECU提出了严格的要求:环境温度(在正常行车时为- 40+8 5)；对工作介质（机油、燃油等）的抵抗能力；环境湿度；机械应力。对电磁兼容性（EMV）和高频干扰信号辐射限制的要求同样很高。结构ECU装在一个金属外壳中，传感器、执行器和电源经一个多针接插件与ECU连接，直接控制执行器的功率器件安置在ECU外壳内，并确保外壳有很好的散热性。ECU外壳有密封的，也有不密封的。工作状态的调节为使发动机在任何工况下都能以最佳的燃烧状态运行,要由ECU算出所需的喷油量,其间必须考虑各种参数(图32)。a.启动油量启动时,根据冷却水温度和转速算出喷油量。从开关接通（图32中开关位于位置A）直至发动机达到最低转速为止，都提供启动油量。驾驶者的操作对启动油量不产生影响。b.行驶正常行驶（图32中开关位于位置B）时，根据加速踏板位置和转速计算基本喷油量，再根据其它运行参数（如冷却水温度、加减速等）予以修正。这些都是根据行驶特性曲线场（脉谱图）来进行调节的，因此使驾驶者的要求与车辆的效能达到最佳的相互协调。c.怠速调节发动机怠速时，主要是效率和怠速转速决定了燃油消耗。在道路交通拥挤时，燃油消耗量中相当一部分是用在这种行驶状态，因此尽量降低怠速转速是有利的。怠速应这样来调节：在诸如车用电网负载、空调接通、带自动变速器和主动助力转向装置的汽车挂上挡等条件下，怠速转速不宜降得太低，以防发动机工作噪声增大甚至停机。怠速调节器为调节怠速转速而改变喷油量，直至测得的实际转速等于预定的怠速额定转速。而怠速额定转速和调节特性受到汽车挂的挡位和发动机温度的影响。除了外部的负载扭矩外，还有内部的摩擦力矩必须由怠速调节予以补偿。但是在发动机整个使用期间，它们会不断发生少量变化，同时受温度的影响也很大。d.运转平稳性调节由于机加工误差和零部件的老化，发动机的所有汽缸并不都产生相同的扭矩，因而特别是在怠速时发动机会产生不稳定运转。为此，由运转平稳性调节器测定每次燃烧后的转速变化，并将它们相互比较，然后根据转速的差别来调节喷油量，使所有的汽缸都产生相同的扭矩。运转平稳性调节器仅在低转速范围工作。e.行车速度调节行车速度调节器使车辆恒速行驶。它将车速调节到所要求的数值，此值可在仪表盘上操纵钮设定，将喷油量提高或降低，直至测定的实际车速达到调定的额定车速。如果驾驶者在行车速度调节器接通的情况下，踩下离合器或制动踏板，则调节过程终止。踩下加速踏板时，可加速到超过瞬时额定速度。如果又放松加速踏板，则行车速度调节器重新又调节到最终有效的额定速度。f.限制油量调节不允许喷入驾驶者所要求的或物理条件可能的燃油量的原因：有害物质排放量太高；烟度太高；扭矩过大或超速使机械负荷过大；由于冷却水、机油或涡轮增压器的温度太高使热负荷过大。限制油量由各种不同的输入参数如吸入的空气质量、转速和冷却水温度所决定。g.转速波动阻尼突然踩下或松开加速踏板时，喷油量急剧变化，因而发动机输出扭矩也急剧发生变化。由于这种突然的负荷变化，发动机弹性支承和传动系统产生振动，从而促使发动机转速波动（图33）。主动转速波动阻尼功能使喷油量随振动的周期变化而变化：转速上升时喷油量减少，转速下降时喷油量增大，从而大大减少了转速的周期性波动。h.停机柴油机的工作原理是自行压缩着火，因此只有通过切断燃油供应才能停机。在柴油机电控装置中，发动机是由ECU预定“喷油量为零”而停机的，另外还有一系列附加的停机电路。4. 执行器 （1）喷油器为了使喷油起始点合适和喷油量精确，共轨喷油系统使用了带液压伺服系统和电磁阀的喷油器（图34）。喷油过程开始时，以较高的吸动电流控制电磁阀迅速打开。当针阀达到其最大升程使喷油器全开时，控制电流立即降低到较小的保持电流。喷油量由开启时间和共轨压力决定。当控制电流终止时，电磁阀即关闭，喷油过程也就结束。（2）调压阀ECU通过调压阀来控制共轨中的燃油压力。当调压阀受控制电流控制时，电磁线圈的电磁力将衔铁销压在密封座面上，调压阀关闭。此时，高压端对低压端是密封的，共轨压力升高。无控制电流时，电磁线圈无电磁力作用在衔铁销上，调压阀打开，使一部分燃油经集油管流回油箱，共轨压力降低。通过控制电流的脉宽调制，共轨压力可作不同的调整。根据脉冲占空比的不同，调压阀开得大一些或小一些。（3）预热控制器电热塞预热时间控制装置用于使冷启动更加顺利，并改善与废气排放有关的暖机阶段。预热时间取决于冷却水温度。在发动机启动和运转时，很多因素，例如喷油量和发动机转速等，都影响预热阶段的长短。预热时间是通过一个功率继电器来控制的。（4）电气转换器增压压力、涡流和EGR等调节器的阀或活门是借助于真空膜盒或压力膜盒进行机械操纵的。为此，发动机ECU产生一个电信号，此信号通过电气转换器将超压或真空切换给上述膜盒执行器。a. 增压压力调节器乘用车废气涡轮增压柴油机在低转速时需发出高扭矩，因此涡轮机是针对低废气质量流量设计的，当柴油机转速高而废气质量流量较大时，为使增压压力不至于过高，需将一部分废气绕过涡轮机经一个放气阀旁通到排气管中去，增压压力调节器（图35）根据柴油机转速和喷油量等，通过压力膜盒来改变放气阀处的旁通截面积。也可以采用可变几何截面涡轮（VIG），通过改变废气涡轮的进气角和流道截面来改变增压压力。b. 涡轮调节器涡轮调节器用于调节进气的旋转运动，涡流绝大多数由螺旋进气道产生，它有助于燃烧室中燃油与空气的混合，因此对燃烧质量有重要的影响。通常，在低转速时产生强涡流，高转速时产生弱涡流。涡流可借助于涡流调节器（活门或滑阀）在进气道中进行调节。e. EGR调节器采用EGR时，将一部分废气在进气冲程中引入进气管。在一定程度上，增加气缸内废气的比例对能量转换起积极作用，从而降低有害物质的排放，视运转工况的不同，废气的比例也不一样，最高可达40%，甚至更高。ECU进行调节，需测定新鲜空气的实际质量，并将它与每个工况点的空气质量额定值进行比较，根据由此所产生的调节信号，将EGR调节器（阀）打开相应的开度，使适量的废气进入进气道。（5）节气门调节在带EGR的增压柴油机上，需要在进气管中再循环废气入口处前设置一个节气门。但此节气门的调节功能与汽油机的完全不同，它仅在低转速范围，利用节流作用适当降低此处的压力，以提高EGR率。5信息交流（1） ECU的通信共轨喷油系统ECU与车辆上其它电控单元之间的通信是通过CAN总线进行的。经过通信来传送运行和出错控制所需的额定值、运行数值和状态信息。（2） 喷油量的外部干预发动机外部因素需干预喷油量时，另一个系统（如制动防抱系统、防侧滑调节系统等）电控单元来告知共轨喷油系统ECU是否需改变发动机的扭矩或改变多少，从而相应改变喷油量。（3） 电子防盗锁为防止车辆被盗，可借助于一个附加的防盗锁控制器切断喷油，使发动机无法启动。而驾驶者可通过遥控装置向防盗锁控制器发出他有权用车的信号，于是共轨喷油系统ECU将恢复喷油功能，使驾驶者能够启动和驾车行驶。（4） 空调装置在外界环境高温时，为保持车内适宜温度，空调装置可借助制冷压缩机冷却车内空气。空调所需的功率为发动机功率的130%，视发动机和运车状况而定。若为了充分地利用发动机的最大扭矩，可暂停调节车内温度，则驾驶者只要迅速地踩下加速踏板（即希望发出最大扭矩），柴油机电控装置即可断开制冷压缩机，使发动机能够发出最大扭矩。6.集中诊断（1）传感器监控在监控传感器时，借助集中诊断来检查这些传感器是否得到足够的管理，它们的信号是否在许可范围（如温度在401500C之间）。必要时重要信号设计成双重的，即在出现故障时，可换接成另一个相似的信号。（2）监控模块ECU除提供微处理器功能外，还提供监控模块。ECU与监控模块互相监督，因此识别出故障时，它们可互为独立地切断喷油。（3）故障识别仅在传