汽车发动机电控系统（第3版）课件：柴油机电控技术简介

汽车发动机电控系统

（第3版）任务一认识柴油机电控系统任务二电控高压共轨系统检修

柴油机电控技术简介一、柴油机电控技术的发展

柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。柴油机电控技术发展的三个阶段：位置控制、时间控制、时间－压力控制（压力控制）下一页任务一认识柴油机电控系统第一代-----位置控制喷油系统特点：用电子伺服机构代替调速器控制供油滑套位置以实现供油量的调整；第二代----时间控制系统特点：通过控制快速响应电磁阀的开闭时刻来调节柴油机喷油量和喷油正时第三代-----时间-压力控制系统特点：通过共轨压力盒喷油压力-时间的综合控制，实现柴油机的各种复杂供油特性各种传感器输入信号，包括发动机转速、油门踏板位置、着火正时、正时活塞位置、喷油提前角、进气压力及温度、冷却液温度等信号通过输入装置输入ECU（电子控制模块），ECU根据这些传感器实时检测到的柴油机运行参数与ECU中预先已经存储的参数值或参数图谱（称为MAP图）相比较，按其最佳值或计算后的目标值把指令输送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量（齿条位置或电磁阀关闭持续时间）和喷油正时（正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点）。电控柴油喷射系统还可和整车传动装置的ECU、制动防抱死系统ABS的ECU及其他系统的ECU互通数据，从而实现整车的电子控制。二、柴油机电控系统的工作原理下一页发动机转速油门踏板位置喷油提前角着火正时冷却液温度进气温度进气压力溢流环位置正时活塞位置控制杆位置控制套筒位置点火开关空调开关动力转向油压开关空档起动开关ECU执行器电动调速器溢流控制电磁铁电控正时控制阀电控正时器电磁溢流阀高速电磁阀电子液力控制喷油器传感器电子控制单元三、柴油机电控系统的控制功能1.喷油量控制2.喷油正时控制3.怠速控制4.各缸喷油量不均匀的修正5.废气再循环6.进气节流控制7.进气涡流强度控制8.增压控制9、起动预热控制10、故障自诊断功能及故障保护功能

1.喷油量控制喷油量的控制是柴油机电子控制系统的一项主要控制内容。该系统由发动机转速信号和加速踏板位置传感器信号计算出基本喷油量，并由进气温度、进气压力、冷却水温度等修正信号对喷油量进行修正，通过电磁溢流阀的快速响应，对喷油量进行十分精确的控制。有些系统还具有燃油特性修正、低温起动后的修正、急减速时的修正等功能，以适应不同工况及工作条件的变化需要。

2.喷油正时控制

喷油正时是由发动机转速和加速踏板位置决定，并根据冷却水温度、进气温度、进气压力等修正信号进行修正，还通过着火正时传感器检测实际燃烧开始时刻，实现对喷油正时的闭环控制，从而排除了因燃油十六烷值和大气条件的变化引起的喷油正时的差异，实现对喷油正时的最佳控制。

3.怠速控制柴油机怠速运转时，由于发电机、空调压缩机、动力转向液压油泵等装置工作状态的变化将引起柴油机怠速负荷的变化，从而导致发动机转速的变化，柴油机控制系统将通过反馈控制系统控制喷油量，把怠速控制在所设定的目标转速值上。

4.各缸喷油量不均匀的修正在多缸柴油机工作时，即使喷油量控制指令值一定，但由于各缸喷油泵的性能差异将导致各缸的喷油量的差异，从而引起发动机转速的波动，即所谓怠速颤振。柴油机电控系统通过各缸在做功冲程时的曲轴转速变化判断各缸喷油量的差异，利用电磁溢流阀的快速响应性，及时修正各缸的喷油量，以降低发动机转速的波动。

5.废气再循环控制柴油机的排放控制主要是废气再循环（EGR）控制。ECU主要根据柴油机转速和负荷信号，按内存程序控制EGR阀开度，以调节EGR率。

6.进气节流控制在怠速时，系统通过控制节气门的开度，控制进气量，以降低怠速时的振动和噪声。停车时，系统关闭节气门，中断进气，以减轻发动机的振动。

7.进气涡流强度控制系统通过控制进气通道的变化，以便在不同转速及负荷下更好地组织进气涡流，改善燃烧质量，提高动力性、经济性，降低排放。

8.增压控制通过柴油机电控系统控制增压压力和进气量、空燃比。

9.起动预热控制

在不同的起动条件下，系统通过控制起动预热塞的通电时间，以改善柴油机的低温起动性能和稳定低温怠速运转。

10、故障自诊断功能及故障保护功能

在不同的起动条件下，系统通过控制起动预热塞的通电时间，以改善柴油机的低温起动性能和稳定低温怠速运转。四、

柴油机电控系统的控制模式1、开环控制2、闭环控制3、开环-闭环综合控制1、开环控制

特点：是用电子控制装置取代喷油提前角调节装置。在分配泵凸轮滚环上设置一个液压活塞，液压活塞由一电磁阀控制，凸轮滚环的实际位置由正时活塞位置传感器检测。电磁阀控制流入活塞或流出活塞的通路，使活塞到达所要求的位置，即调整点，该调整点由ECU根据发动机的转速、总供油量和冷却水温来确定。最佳喷油提前角在研制开发系统时，根据发动机、进气温度及压力等多种因素转速、负荷、冷却水温度、进气温度及压力等多种影响因素确定，并存入ECU，即凸轮滚环位置与喷油提前角的关系是预先设定好的。2、闭环控制特点：闭环控制是通过测定实际喷油提前角和调节流入正时活塞的压力在发动机工况及工作条件变化时对喷油提前角进行调整。当ECU根据反馈回来的信息发现实际喷油正时在调整点之外时，它就通过电磁阀控制正时活塞使之回到调整点。一般采用喷油传感器或着火正时传感器反馈实际喷油正时。3、开环—闭环综合控制特点：此种控制模式是把闭环控制系统与凸轮滚环位置的定位控制结合起来，可克服传统闭环系统响应速度慢和开环控制易出现控制偏差的缺点，当调整点与实际喷油正时出现误差时，控制系统就会知道活塞移动的距离，补偿误差。通常在相邻两次喷油间就能达到调整点。五、

柴油机电控系统的类型和特点1、位置控制系统2、时间控制系统3、时间－压力控制系统第一代位置控制系统位置控制系统不仅保留了传统的泵－管－嘴系统，还保留了原喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的机械传动机构，只是对齿条或者滑套的运动位置予以电子控制。如图所示

1、位置控制方式下一页下一页图6-3位置控制式电控分配泵系统图6-4位置控制式电控直列泵系统日本Denso公司的ECD－V1，德国Bosch公司的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都属于位置控制的电控分配泵系统。日本Zexel公司的COPEC，德国Bosch公司的EDR系统和美国Caterpillar公司的PEEC系统等都属于位置控制的电控直列泵系统。2、时间控制方式

供油量的“位置控制”特点是用模拟量来控制执行元件工作，通过对喷油泵油量控制机构的定位来得到所需的供油量。时间控制系统是用高速强力电磁阀直接控制高压燃油，一般情况下，电磁阀关闭，开始喷油；电磁阀打开，喷油结束。喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭的持续时间。传统喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽和提前期等全部取消，对喷射定时和喷射油量控制的自由度更大。它分为时间控制式电控分配泵系统和时间控制式电控泵喷嘴系统图6-5时间控制式电控分配泵系统图6-6时间控制式电控泵喷嘴系统3、时间－压力控制方式

时间-压力控制系统改变了传统燃油供给系统的组成和结构，主要以共轨（各缸喷油器共用一个高压油管）电控喷射系统为特征。共轨电控喷射系统直接对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行“时间-压力控制”或“压力控制”。其特点是通过设置传感器、电控单元、高速电磁阀和相关电/液控制执行元件等，组成数字式高频调节系统，有电磁阀的通、断电时刻和通、断电时间控制喷油泵的喷油量和喷油正时，通过共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压，可以实现对喷油量和喷油正时的灵活控制。控制原理图系统结构图

控制原理图

系统结构图六、柴油机电控系统的基本组成

柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外，对喷油正时和喷油的压力都有很高的要求。（柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约19.6MPa）各种柴油电控系统的区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、ＥＣＵ控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，基本组成与其他电子控制系统一致，也由传感器——ECU——执行元件三部分组成。1.传感器(1)加速踏板位置传感器(2)发动机转速传感器(3)油泵转角传感器(4)点火正时传感器(5)冷却液温度传感器(6)进气温度传感器(7)进气压力传感器(8)控制杆位置传感器(9)控制套筒位置传感器(10)各种开关

2.柴油机控制ECU根据各传感器输入信号和内存程序，计算出供（喷）油量和供（喷）油开始时刻，并向执行元件发出执行令信号。

3.执行元件执行ECU的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。1、共轨电控系统的组成2、部件构造和功能3、共轨式燃油喷射控制4、共轨燃油喷射系统故障的自诊断任务二电控高压共轨系统检修1、共轨电控系统的组成

图6-9轿车用共轨电控喷射系统1-高压燃油泵；2-燃油轨；3-燃油压力传感器；4-压力限制器；5-电动喷油器；6-各种传感器；7-ECU（电子控制模块）；8-电子驱动模块；9-燃油箱；10-燃油滤清器；11-单向阀2、部件构造和功能

（1）前滤芯（2）电动燃油泵（3）燃油滤清器（4）燃油温度传感器（5）高压燃油泵（6）燃油压力调节器（7）燃油轨（8）流量限制器（9）压力限制器（10）燃油压力传感器（11）电动喷油器（12）燃油回油歧管（13）大气压力传感器（14）空气流量传感器（15）冷却液温度传感器（16）加速踏板位置传感器（17）飞轮和凸轮轴位置传感器（18）ECU（1）前滤芯

前滤清器是一个结构简单的透明燃油滤清器，与汽油机使用的燃油滤清器基本相似。一般在其表面脏了的时候才需更换。（2）电动燃油泵

电动燃油泵安装在燃油箱的外面，提供压力为250kPa，最大供油流量为180L／h。电动燃油泵由ECU控制，当点火开关被打开，ECU将控制燃油泵继电器向燃油泵供电，如果发动机在9秒内没有起动，油泵电源将被切断。（3）燃油滤清器燃油滤清器（图6-11）位于发动机室一侧，滤清器总成上还包括一个燃油温度传感器，一个滤芯阻塞传感器，一个滤芯加热器和一个用于检查燃油中水分的传感器。在滤清器支撑中央还装有一个旁通阀门（180kPa），连接至燃油循环油路。当发动机未起动，点火开关在ON位置时，它允许瞬间通过回油歧管向温控-冷起动电磁阀提供燃油。当发动机运转时，多余的燃油在低压油路中循环并返回燃油箱。安装在燃油滤清器滤芯下部的传感器用于检查燃油中是否有水，当有水存在时，仪表板上的警告灯将被点亮。除此之外如果滤清器被阻塞，该灯也会点亮

图6-11燃油滤清器总成（4）燃油温度传感器燃油温度传感器是一个NTC（负温度系数）传感器，安装在滤清器的头部，其功能是测量燃油的温度，并将燃油温度的状态信息提供给ECU。以便当燃油温度高时，校正高压油泵的润滑以保护油泵。若燃油温度达到75℃时，发动机的功率最多可减少至60％。若燃油温度达到90℃时，发动机将被熄火。（5）高压燃油泵高压燃油泵（图6-12）由正时皮带驱动，其内部装有3个径向活塞，总排量为0.7ml。它替代了通常的旋转式喷油泵，但在安装时却不需要确定正时位置。油泵中的每个泵组件由活塞、盖型的进油阀和球型出油阀组成。泵组件浮动在泵轴上，被一个具有一定型线的凸轮驱动。在旋转过程中，该凸轮并不随轴转动，而是在一个较宽半径的圆周空间内上下移动，从而交替驱动3个泵组件。ECU通过对压力调节器电磁阀的调控，将提供至燃油轨的燃油压力调节在35MPa至180MPa之间。燃油泵利用燃油自身进行润滑和冷却。图6-12高压燃油泵（6）燃油压力调节器燃油压力调节器（图6-13）安装在高压油泵后面，根据ECU（电子控制模块）的控制信号调节燃油轨中的燃油压力。当电磁阀未通电时，弹簧作用在活塞上，保持控制阀关闭。当燃油压力升高至25MPa以上时，压缩弹簧打开控制阀，高压燃油流入回油管路。当ECU处理接收到的发动机各种参数后，确定所需的高压喷射压力，然后向燃油压力调节器发出信号控制电磁阀，关闭控制阀，直到达到期望的压力值。ECU借助于安装在燃油轨上的燃油压力传感器监测被调节的燃油压力，并根据需要改变信号的强度以达到要求的结果。图6-13燃油压力调节器（7）燃油轨燃油轨（图6-14）安装在气缸盖的侧面。燃油轨内腔的体积较小，大约只有29ml，主要是为保证在起动及怠速时快速提升压力，以满足此时的燃油压力需求。同时也为了减小由于喷油器的开、闭和高压燃油泵的工作所引起的压力变化。在燃油轨上连接着4个流量阀，一个燃油压力传感器，一个燃油压力限制器和一个燃油回油歧管。图6-14燃油轨总成（8）流量限制器流量限制器（图6-15）作为燃油轨的出油口安装在燃油轨的上部，燃油通过出油口流至喷油器。限制器用于在油管或喷油器泄漏时保护燃油系统。当系统工作正常时，燃油压力作用在柱塞的两端，在弹簧的作用下柱塞上移，阀被打开。当在限制器的下游（即出油口至喷油器）出现较大的压力损失时，进油口压力将推动活塞移动，关闭燃油出油口，防止燃油在高压下的泄漏。图6-15流量限制器（9）压力限制器压力限制器（图6-16）安装在油轨下侧，当高压泵后面的燃油压力调节器出现故障时，起到保护燃油系统的作用。当燃油轨中的油压达到175MPa时，阀被打开允许过多的油压返回至燃油箱。图6-16压力限制器（10）燃油压力传感器安装在燃油轨中间下侧的燃油压力传感器（图6-17）用于测量燃油轨中的燃油压力以便决定喷射压力。该压力测量值作为一个电信号被传送给ECU，从而确定燃油喷射的周期。图6-17燃油压力传感器（11）电动喷油器电动喷油器（图6-18）的燃油压力与燃油轨中的压力相同。在初始位置，高压燃油通过组合在一起的滤芯被提供至喷油器，作用喷油器针阀的底部，试图将针阀提起，使之离开阀座。同时该高压油也作用在针阀的上部以确保喷油器保持关闭状态。图6-18电动喷油器总成（12）燃油回油歧管燃油回油歧管（图6-19）位于燃油轨下面，与燃油压力限制器阀相接，所有燃油返回管汇集于此。在至燃油箱的连接处内部装有一个经过标定的直径约2.3mm孔，它用于调节回油流量，使回油管路产生一个大于50kPa燃油压力，以保证温控-冷起动器正常工作。图6-19燃油回油歧管（13）大气压力传感器大气压力传感器位于ECU内部。其功能是测量大气压力，以便根据海拔高度修正空气流量的比率。（14）空气流量传感器

空气流量传感器（图6-20）安装在进气歧管的上部，用于测量进入进气歧管的增压后的空气量。该测量值与空气温度一起用于ECU精确地计算进入气缸的空气量，以便在每个燃烧循环调整每个喷油器的供油量。图6-20空气流量传感器（15）冷却液温度传感器一个NTC（负温度系数）类型的冷却液温度传感器（图6-21）安装在节温器室上，它测量发动机冷却液的温度并将此反映发动机温度状态的信号提供给ECU。图6-21冷却液温度传感器（16）加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器是一个带有怠速开关的电位计。它向ECU提供与加速踏板的角度位移成比例的电压信号，以便ECU确定燃油的供给量。（17）飞轮和凸轮轴位置传感器飞轮传感器是磁感应式，安装在飞轮上部。在发动机转动时，由于使通过飞轮上的58个孔的磁通量发生变化，传感器产生电信号。ECU使用此信号测量发