全面解析高壓共軌技術(shù).doc

全面解析高壓共軌技術(shù)為了達(dá)到法定的廢氣排放限值,特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)工況下,必須保持應(yīng)達(dá)到的空燃比，需使用能極為精確地確定實(shí)際吸入空氣質(zhì)量流量的傳感器。進(jìn)氣脈動(dòng)、倒流，廢氣回竄，凸輪軸控制的改變以及進(jìn)氣溫度的變化都不會(huì)影響這種負(fù)荷傳感器的測(cè)量精度。圖31熱膜空氣質(zhì)量流量計(jì)示意圖1-電插頭；2- 電接線；3- 求值電路（混合電路）；4-進(jìn)氣口；5-傳感元件；6-出氣口；7-傳感器外殼為達(dá)到上述目標(biāo)，在熱膜空氣質(zhì)量流量計(jì)中，通過一個(gè)加熱的傳感元件對(duì)空氣質(zhì)量流進(jìn)行熱傳導(dǎo)（圖31），由一微型測(cè)量系統(tǒng)與一混合電路相配合來測(cè)定空氣質(zhì)量流量，包括流動(dòng)方向?？諝赓|(zhì)量流量強(qiáng)烈脈動(dòng)時(shí)，能識(shí)別出倒流。傳感元件布置在插接式傳感器的流動(dòng)通道中（圖31）。這種插接式傳感器可裝在空氣濾清器或空氣引導(dǎo)部分的測(cè)量管中。測(cè)量管有各種不同的尺寸，通常要視發(fā)動(dòng)機(jī)最大空氣流量而定。信號(hào)電壓與空氣質(zhì)量流量的關(guān)系曲線可分為反向和正向流動(dòng)的兩個(gè)信號(hào)范圍。為了測(cè)定進(jìn)氣溫度，可在熱膜空氣質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)裝溫度傳感器。增壓壓力傳感器增壓壓力傳感器與進(jìn)氣管相通,可測(cè)定0.050.3MPa的進(jìn)氣管絕對(duì)壓力。該傳感器分為帶兩個(gè)傳感元件的壓電晶體和求值電路空間兩部分。求值電路放在共用的陶瓷底座上。傳感元件由一個(gè)鐘形的厚層膜片構(gòu)成，并將一個(gè)具有一定內(nèi)壓力的基準(zhǔn)容積封閉起來。根據(jù)增壓壓力的不同，膜片將發(fā)生相應(yīng)的變形。膜片上設(shè)置有由壓阻式電阻構(gòu)成的電橋，而這些電阻的電阻值在機(jī)械應(yīng)力下是變化的，使得膜片的變形導(dǎo)致電橋平衡發(fā)生變化，從而電橋電壓成為增壓壓力的尺度。求值電路的任務(wù)是將電橋電壓放大，補(bǔ)償溫度的影響以及使壓力特性曲線線性化。求值電路的輸出信號(hào)傳給ECU，并借助于脈譜圖將測(cè)定的電壓折算成增壓壓力。加速踏板傳感器與普通的分配泵或直列式泵不同，在柴油機(jī)電控裝置中，駕駛者的加速要求不再是通過拉索或桿系傳給噴油泵，而是用加速踏板傳感器來獲知，并傳輸給ECU。根據(jù)加速踏板的位置，經(jīng)電位計(jì)，在加速踏板傳感器中形成一個(gè)電壓。ECU再根據(jù)其存儲(chǔ)的脈譜圖和該電壓算出加速踏板的位置。3.電控單元(ECU)任務(wù)和工作方式ECU計(jì)算外部傳感器的信號(hào),并把它們限制在允許的電壓電平上。微處理器根據(jù)這些輸入數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)的脈譜圖計(jì)算出噴油量和噴油正時(shí)，并將這些時(shí)間量轉(zhuǎn)換成與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行相匹配的隨時(shí)間變化的電壓。由于要求的精度高，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作是高速變化的，因此計(jì)算速度非常高。用輸出電壓來控制噴油器驅(qū)動(dòng)末級(jí)。驅(qū)動(dòng)末級(jí)應(yīng)對(duì)調(diào)節(jié)共軌壓力和切斷柱塞供油的電磁閥提供足夠大的功率。此外，執(zhí)行器還具有控制發(fā)動(dòng)機(jī)的另外一些功能（例如EG R調(diào)節(jié)器、增壓壓力調(diào)節(jié)器和電動(dòng)燃油泵繼電器等）和其他輔助功能（例如風(fēng)扇繼電器、輔助采暖繼電器、預(yù)熱繼電器和空調(diào)裝置等）。驅(qū)動(dòng)末級(jí)具有短路保護(hù)和電過載故障保護(hù)。這類故障和導(dǎo)線斷開都將反饋給微處理器。噴油器驅(qū)動(dòng)末級(jí)的診斷功能還能識(shí)別有缺陷的信號(hào)變化過程。另外，一些輸出信號(hào)經(jīng)接口傳給車輛的其他系統(tǒng)。為了確保車輛的安全運(yùn)行，ECU還承擔(dān)著監(jiān)控整個(gè)噴油系統(tǒng)的任務(wù)。驅(qū)動(dòng)噴油器的電流調(diào)節(jié)裝置將通電相位分為吸動(dòng)電流相位和保持電流相位，它必須精確工作，使得在任何一個(gè)工作范圍內(nèi)噴油器都能進(jìn)行可再現(xiàn)的噴油過程。此外，ECU和噴油器中的功率損失必須很小。使用條件對(duì)ECU提出了嚴(yán)格的要求:環(huán)境溫度(在正常行車時(shí)為- 40+8 5)；對(duì)工作介質(zhì)（機(jī)油、燃油等）的抵抗能力；環(huán)境濕度；機(jī)械應(yīng)力。對(duì)電磁兼容性（EMV）和高頻干擾信號(hào)輻射限制的要求同樣很高。結(jié)構(gòu)ECU裝在一個(gè)金屬外殼中，傳感器、執(zhí)行器和電源經(jīng)一個(gè)多針接插件與ECU連接，直接控制執(zhí)行器的功率器件安置在ECU外殼內(nèi)，并確保外殼有很好的散熱性。ECU外殼有密封的，也有不密封的。工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)為使發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工況下都能以最佳的燃燒狀態(tài)運(yùn)行,要由ECU算出所需的噴油量,其間必須考慮各種參數(shù)(圖32)。a.啟動(dòng)油量啟動(dòng)時(shí),根據(jù)冷卻水溫度和轉(zhuǎn)速算出噴油量。從開關(guān)接通（圖32中開關(guān)位于位置A）直至發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最低轉(zhuǎn)速為止，都提供啟動(dòng)油量。駕駛者的操作對(duì)啟動(dòng)油量不產(chǎn)生影響。b.行駛正常行駛（圖32中開關(guān)位于位置B）時(shí)，根據(jù)加速踏板位置和轉(zhuǎn)速計(jì)算基本噴油量，再根據(jù)其它運(yùn)行參數(shù)（如冷卻水溫度、加減速等）予以修正。這些都是根據(jù)行駛特性曲線場(chǎng)（脈譜圖）來進(jìn)行調(diào)節(jié)的，因此使駕駛者的要求與車輛的效能達(dá)到最佳的相互協(xié)調(diào)。c.怠速調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，主要是效率和怠速轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了燃油消耗。在道路交通擁擠時(shí)，燃油消耗量中相當(dāng)一部分是用在這種行駛狀態(tài)，因此盡量降低怠速轉(zhuǎn)速是有利的。怠速應(yīng)這樣來調(diào)節(jié)：在諸如車用電網(wǎng)負(fù)載、空調(diào)接通、帶自動(dòng)變速器和主動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的汽車掛上擋等條件下，怠速轉(zhuǎn)速不宜降得太低，以防發(fā)動(dòng)機(jī)工作噪聲增大甚至停機(jī)。怠速調(diào)節(jié)器為調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速而改變噴油量，直至測(cè)得的實(shí)際轉(zhuǎn)速等于預(yù)定的怠速額定轉(zhuǎn)速。而怠速額定轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)特性受到汽車掛的擋位和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的影響。除了外部的負(fù)載扭矩外，還有內(nèi)部的摩擦力矩必須由怠速調(diào)節(jié)予以補(bǔ)償。但是在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)使用期間，它們會(huì)不斷發(fā)生少量變化，同時(shí)受溫度的影響也很大。d.運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性調(diào)節(jié)由于機(jī)加工誤差和零部件的老化，發(fā)動(dòng)機(jī)的所有汽缸并不都產(chǎn)生相同的扭矩，因而特別是在怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，由運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性調(diào)節(jié)器測(cè)定每次燃燒后的轉(zhuǎn)速變化，并將它們相互比較，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速的差別來調(diào)節(jié)噴油量，使所有的汽缸都產(chǎn)生相同的扭矩。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性調(diào)節(jié)器僅在低轉(zhuǎn)速范圍工作。e.行車速度調(diào)節(jié)行車速度調(diào)節(jié)器使車輛恒速行駛。它將車速調(diào)節(jié)到所要求的數(shù)值，此值可在儀表盤上操縱鈕設(shè)定，將噴油量提高或降低，直至測(cè)定的實(shí)際車速達(dá)到調(diào)定的額定車速。如果駕駛者在行車速度調(diào)節(jié)器接通的情況下，踩下離合器或制動(dòng)踏板，則調(diào)節(jié)過程終止。踩下加速踏板時(shí)，可加速到超過瞬時(shí)額定速度。如果又放松加速踏板，則行車速度調(diào)節(jié)器重新又調(diào)節(jié)到最終有效的額定速度。f.限制油量調(diào)節(jié)不允許噴入駕駛者所要求的或物理?xiàng)l件可能的燃油量的原因：有害物質(zhì)排放量太高；煙度太高；扭矩過大或超速使機(jī)械負(fù)荷過大；由于冷卻水、機(jī)油或渦輪增壓器的溫度太高使熱負(fù)荷過大。限制油量由各種不同的輸入?yún)?shù)如吸入的空氣質(zhì)量、轉(zhuǎn)速和冷卻水溫度所決定。g.轉(zhuǎn)速波動(dòng)阻尼突然踩下或松開加速踏板時(shí)，噴油量急劇變化，因而發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩也急劇發(fā)生變化。由于這種突然的負(fù)荷變化，發(fā)動(dòng)機(jī)彈性支承和傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，從而促使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)（圖33）。主動(dòng)轉(zhuǎn)速波動(dòng)阻尼功能使噴油量隨振動(dòng)的周期變化而變化：轉(zhuǎn)速上升時(shí)噴油量減少，轉(zhuǎn)速下降時(shí)噴油量增大，從而大大減少了轉(zhuǎn)速的周期性波動(dòng)。h.停機(jī)柴油機(jī)的工作原理是自行壓縮著火，因此只有通過切斷燃油供應(yīng)才能停機(jī)。在柴油機(jī)電控裝置中，發(fā)動(dòng)機(jī)是由ECU預(yù)定“噴油量為零”而停機(jī)的，另外還有一系列附加的停機(jī)電路。4. 執(zhí)行器 （1）噴油器為了使噴油起始點(diǎn)合適和噴油量精確，共軌噴油系統(tǒng)使用了帶液壓伺服系統(tǒng)和電磁閥的噴油器（圖34）。噴油過程開始時(shí)，以較高的吸動(dòng)電流控制電磁閥迅速打開。當(dāng)針閥達(dá)到其最大升程使噴油器全開時(shí)，控制電流立即降低到較小的保持電流。噴油量由開啟時(shí)間和共軌壓力決定。當(dāng)控制電流終止時(shí)，電磁閥即關(guān)閉，噴油過程也就結(jié)束。（2）調(diào)壓閥ECU通過調(diào)壓閥來控制共軌中的燃油壓力。當(dāng)調(diào)壓閥受控制電流控制時(shí)，電磁線圈的電磁力將銜鐵銷壓在密封座面上，調(diào)壓閥關(guān)閉。此時(shí)，高壓端對(duì)低壓端是密封的，共軌壓力升高。無控制電流時(shí)，電磁線圈無電磁力作用在銜鐵銷上，調(diào)壓閥打開，使一部分燃油經(jīng)集油管流回油箱，共軌壓力降低。通過控制電流的脈寬調(diào)制，共軌壓力可作不同的調(diào)整。根據(jù)脈沖占空比的不同，調(diào)壓閥開得大一些或小一些。（3）預(yù)熱控制器電熱塞預(yù)熱時(shí)間控制裝置用于使冷啟動(dòng)更加順利，并改善與廢氣排放有關(guān)的暖機(jī)階段。預(yù)熱時(shí)間取決于冷卻水溫度。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，很多因素，例如噴油量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等，都影響預(yù)熱階段的長短。預(yù)熱時(shí)間是通過一個(gè)功率繼電器來控制的。（4）電氣轉(zhuǎn)換器增壓壓力、渦流和EGR等調(diào)節(jié)器的閥或活門是借助于真空膜盒或壓力膜盒進(jìn)行機(jī)械操縱的。為此，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，此信號(hào)通過電氣轉(zhuǎn)換器將超壓或真空切換給上述膜盒執(zhí)行器。a. 增壓壓力調(diào)節(jié)器乘用車廢氣渦輪增壓柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)需發(fā)出高扭矩，因此渦輪機(jī)是針對(duì)低廢氣質(zhì)量流量設(shè)計(jì)的，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速高而廢氣質(zhì)量流量較大時(shí)，為使增壓壓力不至于過高，需將一部分廢氣繞過渦輪機(jī)經(jīng)一個(gè)放氣閥旁通到排氣管中去，增壓壓力調(diào)節(jié)器（圖35）根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量等，通過壓力膜盒來改變放氣閥處的旁通截面積。也可以采用可變幾何截面渦輪（VIG），通過改變廢氣渦輪的進(jìn)氣角和流道截面來改變?cè)鰤簤毫?。b. 渦輪調(diào)節(jié)器渦輪調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)進(jìn)氣的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，渦流絕大多數(shù)由螺旋進(jìn)氣道產(chǎn)生，它有助于燃燒室中燃油與空氣的混合，因此對(duì)燃燒質(zhì)量有重要的影響。通常，在低轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)渦流，高轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生弱渦流。渦流可借助于渦流調(diào)節(jié)器（活門或滑閥）在進(jìn)氣道中進(jìn)行調(diào)節(jié)。e. EGR調(diào)節(jié)器采用EGR時(shí)，將一部分廢氣在進(jìn)氣沖程中引入進(jìn)氣管。在一定程度上，增加氣缸內(nèi)廢氣的比例對(duì)能量轉(zhuǎn)換起積極作用，從而降低有害物質(zhì)的排放，視運(yùn)轉(zhuǎn)工況的不同，廢氣的比例也不一樣，最高可達(dá)40%，甚至更高。ECU進(jìn)行調(diào)節(jié)，需測(cè)定新鮮空氣的實(shí)際質(zhì)量，并將它與每個(gè)工況點(diǎn)的空氣質(zhì)量額定值進(jìn)行比較，根據(jù)由此所產(chǎn)生的調(diào)節(jié)信號(hào)，將EGR調(diào)節(jié)器（閥）打開相應(yīng)的開度，使適量的廢氣進(jìn)入進(jìn)氣道。（5）節(jié)氣門調(diào)節(jié)在帶EGR的增壓柴油機(jī)上，需要在進(jìn)氣管中再循環(huán)廢氣入口處前設(shè)置一個(gè)節(jié)氣門。但此節(jié)氣門的調(diào)節(jié)功能與汽油機(jī)的完全不同，它僅在低轉(zhuǎn)速范圍，利用節(jié)流作用適當(dāng)降低此處的壓力，以提高EGR率。5信息交流（1） ECU的通信共軌噴油系統(tǒng)ECU與車輛上其它電控單元之間的通信是通過CAN總線進(jìn)行的。經(jīng)過通信來傳送運(yùn)行和出錯(cuò)控制所需的額定值、運(yùn)行數(shù)值和狀態(tài)信息。（2） 噴油量的外部干預(yù)發(fā)動(dòng)機(jī)外部因素需干預(yù)噴油量時(shí)，另一個(gè)系統(tǒng)（如制動(dòng)防抱系統(tǒng)、防側(cè)滑調(diào)節(jié)系統(tǒng)等）電控單元來告知共軌噴油系統(tǒng)ECU是否需改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩或改變多少，從而相應(yīng)改變噴油量。（3） 電子防盜鎖為防止車輛被盜，可借助于一個(gè)附加的防盜鎖控制器切斷噴油，使發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)。而駕駛者可通過遙控裝置向防盜鎖控制器發(fā)出他有權(quán)用車的信號(hào)，于是共軌噴油系統(tǒng)ECU將恢復(fù)噴油功能，使駕駛者能夠啟動(dòng)和駕車行駛。（4） 空調(diào)裝置在外界環(huán)境高溫時(shí)，為保持車內(nèi)適宜溫度，空調(diào)裝置可借助制冷壓縮機(jī)冷卻車內(nèi)空氣?？照{(diào)所需的功率為發(fā)動(dòng)機(jī)功率的130%，視發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)車狀況而定。若為了充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩，可暫停調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度，則駕駛者只要迅速地踩下加速踏板（即希望發(fā)出最大扭矩），柴油機(jī)電控裝置即可斷開制冷壓縮機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠發(fā)出最大扭矩。6.集中診斷（1）傳感器監(jiān)控在監(jiān)控傳感器時(shí)，借助集中診斷來檢查這些傳感器是否得到足夠的管理，它們的信號(hào)是否在許可范圍（如溫度在401500C之間）。必要時(shí)重要信號(hào)設(shè)計(jì)成雙重的，即在出現(xiàn)故障時(shí)，可換接成另一個(gè)相似的信號(hào)。（2）監(jiān)控模塊ECU除提供微處理器功能外，還提供監(jiān)控模塊。ECU與監(jiān)控模塊互相監(jiān)督，因此識(shí)別出故障時(shí)，它們可互為獨(dú)立地切斷噴油。（3）故障識(shí)別僅在傳