柴油機(jī)電控共軌技術(shù)

1、24第二節(jié) 柴油機(jī)電控共軌技術(shù)一、柴油機(jī)電控共軌系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖8-44是博世公司生產(chǎn)的第一代高壓電控共軌燃油系統(tǒng)。 圖8-4 BOSCH 第一代高壓電控共軌燃油系統(tǒng)該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：共軌壓力為135 MPa；2、可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射；3、可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；4、可用于3-8缸轎車柴油機(jī)；5、排放可達(dá)歐3排放標(biāo)準(zhǔn)。 圖8-45是日本電裝公司開發(fā)的適用于轎車柴油機(jī)的高壓電控共軌系統(tǒng)。第一代電控共軌系統(tǒng)基本上是采用高速電磁閥作為執(zhí)行器，承受的最高油壓及系統(tǒng)的效率受到了限制，為了解決這一難題，許多公司正在開發(fā)采用壓電晶體的電控共軌燃油系統(tǒng)。 圖8-46是ECD-U2共軌系統(tǒng)在汽車上的實(shí)際布置圖電控共軌系統(tǒng)的特點(diǎn)可以概

2、括如下：(1)自由調(diào)節(jié)噴油壓力（共軌壓力）：利用共軌壓力傳感器測(cè)量共軌內(nèi)的燃油壓力，從而調(diào)整供油泵的供油量。(2)自由調(diào)節(jié)噴油量：以發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及油門開度信息等為基礎(chǔ)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出最佳噴油量，通過控制噴油器電磁閥的通電、斷電時(shí)刻及通電時(shí)間長(zhǎng)短，直接控制噴油參數(shù)。(3)自由調(diào)節(jié)噴油率形狀：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途的需要，設(shè)置并控制噴油率形狀：預(yù)噴射、后噴射、多段噴射等。(4)自由調(diào)節(jié)噴油時(shí)間：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等參數(shù)，計(jì)算出最佳噴油時(shí)間，并控制電控噴油器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻開啟，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻關(guān)閉等，從而準(zhǔn)確控制噴油時(shí)間。在電控共軌系統(tǒng)中，由各種傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、油門開度傳感器、溫度傳感器等，實(shí)時(shí)檢測(cè)出

3、發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，由ECU根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算后，定出適合于該運(yùn)行狀態(tài)的噴油量、噴油時(shí)間、噴油率等參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終都能在最佳狀態(tài)下工作。德國(guó)博世公司和日本電裝公司的研究結(jié)果均表明：在直噴式柴油機(jī)中，采用電控共軌式燃油系統(tǒng)與采用普通凸輪驅(qū)動(dòng)的泵管嘴系統(tǒng)相比，電控共軌系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配時(shí)更加方便靈活。其突出優(yōu)點(diǎn)可以歸納如下：（1）廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域（用于轎車和輕型載貨車，每缸功率可達(dá)30kW，用于重型載貨車以及機(jī)車和船舶用柴油機(jī)，每缸功率約可達(dá)200kW左右）。(2)更高的噴油壓力，目前可達(dá)140 MPa，不久的將來計(jì)劃達(dá)到180Mpa。(3)噴油始點(diǎn)、噴油終點(diǎn)可以方便地改變。(4)可以

4、實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射、主噴射和后噴射，可以根據(jù)排放等要求實(shí)現(xiàn)多段噴射。(5)噴油壓力與實(shí)際使用工況相適應(yīng)。在電控共軌式燃油系統(tǒng)中，噴油壓力的建立與燃油噴射之間無相互依存關(guān)系，噴油壓力不取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量。在高壓燃油存儲(chǔ)器即“共軌”中，始終充滿噴射用的具有一定壓力的燃油。噴油量由計(jì)算機(jī)通過計(jì)算決定，受到的其他制約條件很少。(6)噴油正時(shí)和噴油壓力在ECU中由存儲(chǔ)的特性曲線譜(MAP)算出。然后，電磁閥控制裝在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸上的噴油器（噴油單元）予以實(shí)現(xiàn)。ECU借助于傳感器得知駕駛員的要求（加速踏板位置）以及發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。ECU處理由傳感器檢測(cè)到的信號(hào)并對(duì)車輛，特別是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制和調(diào)

5、節(jié)。曲軸轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器確定發(fā)火順序（相位）。加速踏板傳感器是一種電位計(jì)，它通過電信號(hào)通知ECU關(guān)于駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)矩的要求?？諝赓|(zhì)量流量計(jì)檢測(cè)空氣質(zhì)量流量。在渦輪增壓并帶增壓壓力調(diào)節(jié)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，增壓壓力傳感器檢測(cè)增壓壓力。在低溫和發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷態(tài)時(shí)，ECU可根據(jù)冷卻水溫度傳感器和空氣溫度傳感器的數(shù)值對(duì)噴油始點(diǎn)、預(yù)噴油及其他參數(shù)進(jìn)行最佳匹配。根據(jù)車輛的不同，還可將其他傳感器和數(shù)據(jù)傳輸線接到ECU上，以適應(yīng)日益增長(zhǎng)的安全性和舒適性要求。計(jì)算機(jī)具有自我診斷功能，對(duì)系統(tǒng)的主要零部件進(jìn)行技術(shù)診斷，如果某個(gè)零件產(chǎn)生了故障，診斷系統(tǒng)會(huì)向駕駛員發(fā)出警報(bào)，并根據(jù)故障情況自動(dòng)作出處理；或使發(fā)動(dòng)

6、機(jī)停止運(yùn)行即所謂故障應(yīng)急功能，或切換控制方法，使車輛繼續(xù)行駛到安全的地方。在傳統(tǒng)的泵管嘴嫌油系統(tǒng)中，噴油壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷有關(guān)，不是獨(dú)立變量。在高壓電控共軌系統(tǒng)中，供油壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷無關(guān)，是可以獨(dú)立控制的。由共軌壓力傳感器測(cè)出燃油壓力，并與設(shè)定的目標(biāo)噴油壓力進(jìn)行比較后進(jìn)行反饋控制。表8-2為轎車柴油機(jī)用三種燃油系統(tǒng)的比較二、電控共軌系統(tǒng)的組成電控共軌嫩油系統(tǒng)的主要組成部分是：電控噴油器、供油泵、各種傳感器和電控單元ECU等。1、電控噴油器在電控共軌系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)、工藝難度最大的部件首推電控噴油器。到目前為為止，電控共軌系統(tǒng)中品種最多的部件也是電控噴油器。各種電控噴油器的基本原理相

7、同，結(jié)構(gòu)相似，但外形相差較大。 （一）電控噴油器概述表8-3是電裝公司和博世公司電控噴油器噴油量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。各種噴油器性能差不多僅有徽小的差別.表8-4是根據(jù)一些資料整理的，當(dāng)今世界上具有一定規(guī)模的柴油機(jī)燃油系統(tǒng)公司的電控噴油器的基本數(shù)據(jù)。表 8-4 電控噴油器基本資料各種電控噴油器的基本資料 表8-4（二）電裝公司的電控噴油器 電裝公司在電控噴油器開發(fā)方面從80年代中期開始就一直走在世界前列。表8-5是電裝公司關(guān)于電控噴油器的產(chǎn)品開發(fā)規(guī)劃圖。1電控噴油器的規(guī)劃表8-5是電裝公司關(guān)于電控噴油器的產(chǎn)品開發(fā)規(guī)劃圖。 1997年之前是基本產(chǎn)品開發(fā)階段。從1998年開始到2001年是新型電控噴油器開發(fā)

8、的第一階段，主要是X1和X2型電控噴油器，2002年之后是斷一代電控噴油器G2的開發(fā)階段。關(guān)于G2型電控噴油器的具體資料還不多見。2三通閥結(jié)構(gòu)和二通閥結(jié)構(gòu)電裝公司最初開發(fā)的電控噴油器采用三通閥結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)初期階段，從理論上分析，三通閥結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)越性，但是實(shí)際試驗(yàn)和使用過程中發(fā)現(xiàn)，該三通閱結(jié)構(gòu)并不如想像的好，因?yàn)槿加托孤┝枯^大。但是，燃油從何處泄漏，如何減少燃油泄漏等又沒有有效的技術(shù)措施。因此，使用后不久就廢止了，改成了二通閥結(jié)構(gòu)。電裝公司三通閥噴油器和二通閥噴油器的結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖8-47所示。 三通閥式噴油器的工作原理如圖8-48 (b)所示。當(dāng)二通閥開啟（通電，圖8-48 (a)時(shí)，控制腔

9、內(nèi)的高壓燃油經(jīng)量孔2流人低壓腔中，控制腔中的燃油壓力降低，但是，噴油嘴壓力室中的燃油壓力仍是高壓。壓力室中的高壓使針閥開啟，向氣缸內(nèi)噴射燃油。當(dāng)二通閥關(guān)閉（不通電）時(shí)，通過量孔1，控制腔中的然油壓力升高，使針閥下降，噴油結(jié)束。這里有一個(gè)重要條件：量孔2的直徑必須小于其左下方的量孔1的直徑。否則不能進(jìn)行上述工作。二通閥的通電時(shí)刻確定了噴油始點(diǎn)，二通閥的通電時(shí)間長(zhǎng)短確定噴油量。這些基本噴油參數(shù)都是電子脈沖控制的。TWv（二通閥）通過控制噴油器控制腔內(nèi)的壓力來控制噴油的開始和噴油終了。量孔大小既控制噴油嘴針閥的開啟速度，也控制噴油率形狀?？刂苹钊淖饔檬菍⒖刂魄粌?nèi)的油壓作用力傳遞到噴油嘴針閥上。三通

10、閥的工作原理如圖8-48（2）所示。在三通閥式噴油器的共軌系統(tǒng)中，共軌中總是高壓，壓力范圍是15-130Mpa。三通閥有兩個(gè)閥體：內(nèi)閥（固定）和外閥（可動(dòng)）。二閥同軸地、密密地配合在一起。內(nèi)閥和外閥分別具有各自的密封座面。三通閥電控噴油器的工作過程如下：(1)不噴油狀態(tài)：電磁線圈處于不通電的狀態(tài)，外閥在彈簧力和高壓油壓力的作用下壓向下方而關(guān)閉?？刂魄粌?nèi)是共軌的高壓燃油的壓力，所以，噴油嘴的針閥關(guān)閉不噴油。(2)噴油開始狀態(tài)：電磁閥開始通電，由于電磁力的作用，外閥被向上拉起，外閥開啟，但是，這時(shí)內(nèi)閥是關(guān)閉的；通過固定的節(jié)流孔燃油流出，針閥尾部的壓力降低，針閥開始上升，噴射開始。如果持續(xù)通電，則針

11、閥上升到最大升程，達(dá)到最大噴油率的狀態(tài)。(3)噴油結(jié)束狀態(tài)：通向三通閥的電流一旦切斷，在彈贊力和姍油壓力的作用下，外閥下降而關(guān)閉。這時(shí)，共軌內(nèi)的高壓燃油一下子就流人噴油器的控制腔內(nèi)，針閥快速關(guān)閉，噴油迅速結(jié)束。噴油始點(diǎn)和噴油延續(xù)時(shí)間由指令脈沖決定，與轉(zhuǎn)速及負(fù)荷無關(guān)；因此，可以自由控制噴油時(shí)間。在主脈沖之前，有一個(gè)脈寬相當(dāng)小的預(yù)噴射脈沖。在ECD-U2系統(tǒng)中，可以方便地實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要，預(yù)噴射形狀可以有多種形式。決定預(yù)噴射形狀的參數(shù)有：預(yù)噴油量大小及預(yù)噴油與主噴油之間的時(shí)間間隔。但是，實(shí)現(xiàn)該理想的噴油速率圖形的具體方法主要是準(zhǔn)確而細(xì)致地調(diào)節(jié)脈沖始點(diǎn)、脈沖寬度和脈沖間隔。圖8-49

12、為噴油器的控制電路。ECD-U2高壓共軌燃油系統(tǒng)是完全的“時(shí)間一壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)”。噴油量是由共軌壓力和噴油器電磁閥通電脈沖寬度決定的。以共軌壓力為參數(shù)，改變脈沖寬度，可以得到一條線性的噴油器的噴油量特性。利用這一特性，在發(fā)動(dòng)機(jī)全部工作范圍內(nèi)，可以方便地得到如目標(biāo)設(shè)定的調(diào)速特性。近來，電控燃油系統(tǒng)的噴油率控制方面取得了新的進(jìn)展，在一次噴油循環(huán)中可以實(shí)現(xiàn)5段，甚至7段噴抽（理論上可以實(shí)現(xiàn)更多段噴油）。但其中只有一次是主噴油，其余均為輔助噴射，目的在于改善燃燒質(zhì)量，改善排放等。在電控共軌燃油系統(tǒng)中，原則上都已經(jīng)解決了。根據(jù)ECU送來的電子控制信號(hào)，噴油 器將共軌內(nèi)的高壓燃油以最佳的噴油時(shí)刻、最適當(dāng)?shù)膰?/p>

13、油量、最合適的噴油率和噴霧狀態(tài)噴入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中。電裝公司電控噴油器的整體結(jié)構(gòu)如圖8-49所示。噴油器的主要零件是：噴油嘴，控制噴油率的量孔，控制活塞和二通閥。電控噴油器中由電磁閥直接控制噴油始點(diǎn)、噴油始點(diǎn)、噴油間隔和噴油終點(diǎn)，從而直接控制噴油量、噴油時(shí)間和噴油率。電控噴油器實(shí)際上完成了傳統(tǒng)噴油裝置中的噴油器、調(diào)速器和提前器的功能。與直噴式柴油機(jī)中的機(jī)械式噴油器體相似，噴油器可用壓板等安裝在氣缸蓋內(nèi)。設(shè)計(jì)良好的電控噴油器和傳統(tǒng)的機(jī)械式噴油器結(jié)構(gòu)相近。因此，共軌式噴油器在直噴式柴油機(jī)中的安裝不需要顯著改變氣缸蓋結(jié)構(gòu)。對(duì)于三通閥式電控噴油器和二通閥式電控噴油器曾進(jìn)行過認(rèn)真的對(duì)比分析。相對(duì)于三通閥噴

14、油器來說，二通閥式電控噴油器具有兩項(xiàng)重要改進(jìn)：（1）電磁閥密封部分減少：由原來的2處減少到1處。(2)電磁線圈的結(jié)構(gòu)：采用螺旋形磁鐵。磁鐵直徑減?。河稍瓉淼?0mm減小到25mm。驅(qū)動(dòng)能量減少：從原來的120mj減小到70mJ。相對(duì)于三通閥來說，二通閥式電控噴油器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1）漏油量減少，燃油耗降低（燃油泄漏量減少：在1000r/min，120MPa下，燃油泄漏量從220mm3/行程減少到120mm3/行程）。(2)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝自由度大，在發(fā)動(dòng)機(jī)上布置比較方便。(3)排放改善，可滿足高壓化要求。(4)ECU-EDU一體化。(5)控制閥和針閥座面的耐磨性提高，密封面的密封性提高

15、，重要零件的強(qiáng)度增加，工作可靠性提高，共軌壓力明顯提高等。表8-6是二通閥式噴油器的噴油量特性曲線。圖中表明脈寬和每循環(huán)噴油量的關(guān)系；在不同的噴油壓力下，脈寬相同，噴油量不同；噴油壓力越高，噴油量越大。但是，左圖和右圖相比，帶補(bǔ)償電阻的噴油器和不帶補(bǔ)償電阻的噴油器的噴油量也有一定的區(qū)別。顯然，帶補(bǔ)償電阻的電控噴油器噴油量特性的線性度提高了，分散度降低了。表8-63X2型和G2型電控噴油器電裝公司X2型電控噴油器的模型圖可參見圖8-50。其主要特點(diǎn)是：(1)加在電磁閥上的油壓降低了由于采用了低壓溝；密封座面耐磨性提高了；閥可承受的工作壓力提高了從135MPa提高到160MPao(2)整體結(jié)構(gòu)更加

16、小型化頭部高度降低了。(3)可靠性提高了由于采用CrN鍍層、采用陶瓷元件(4)可承受的面壓提高了；強(qiáng)度方面進(jìn)行了計(jì)算校核。下一代的G2型噴油器的主要特點(diǎn)如下：圖8-50 電裝公司X2型電控噴油器(1)噴油高壓化。設(shè)法降低噴油嘴偶件座面的接觸壓力。例如：將指令活塞的直徑從5.0減小到料4.3mtn。密封性能提高；耐壓強(qiáng)度提高；滑動(dòng)面之間的耐磨性能提高；針閥座面的耐磨性能提高。 (2)減小噴油量的波動(dòng)偏差。改進(jìn)電磁閥的響應(yīng)特性，增加外部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)二通閥的設(shè)定負(fù)荷、升程大小等。(3)實(shí)現(xiàn)多段噴油化、減小多段噴油之間的時(shí)間間隔從0.7ms降低到0.4ms（目標(biāo)值）。改善電磁閥的響應(yīng)特性，減小控制室的容積

17、。(4)降低成本。電磁閥的機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單一一螺旋型改成容積型（bulk），執(zhí)行器改成針閥式一體閥等。下一代的G2型電控噴油器的工作原理如圖8-51所示2、供油泵供油泵的主要作用是將低壓燃油加壓成高壓燃油，儲(chǔ)存在共軌內(nèi)，等待ECU的噴射指令。供油壓力可以通過壓力限制器進(jìn)行設(shè)定。所以，在共軌系統(tǒng)中可以自由地控制噴油壓力。 電裝公司關(guān)于共軌系統(tǒng)的供油泵有一套完整的開發(fā)計(jì)劃。表8-7是電裝公司供油泵的產(chǎn)品系列概況。圖8-52是電裝公司關(guān)于供油泵的十年發(fā)展規(guī)劃圖。從20世紀(jì)90年代開始研發(fā)到2001年是第一階段，從2002年開始到2006年是第二階段。電裝公司共軌系統(tǒng)供油泵的基本參數(shù)如表8-8所示。第一代

18、產(chǎn)品是直列泵型的HPO型供油泵系列。HPO系列供油泵有：HPO-UHD, HPO-HD和HPO-MD.第二代產(chǎn)品的特征是：FM系列供油泵的供油壓力提高到180MPa，推出了ECD-U2(P)用的轉(zhuǎn)子式供油泵HP3和HP4。在轉(zhuǎn)子式供油泵中全部采用進(jìn)油計(jì)量，供油壓力均為180Mpa。HPO系列供油泵的主要特征可以歸納如下： （1）可靠性高可以滿足高供油壓力的要求：第一階段：120 -140MPa；第二階段：160-180MPa；采用機(jī)油潤(rùn)滑；使用壽命長(zhǎng)；使用過程中故障少。這些均已被市場(chǎng)使用實(shí)踐所證實(shí)。（2）效率高因?yàn)椴捎秒姶砰y控制預(yù)行程，只對(duì)需要的供油量作功，不必對(duì)多余的燃油進(jìn)行加壓；實(shí)現(xiàn)同步控

19、制，一副柱塞偶件用三個(gè)凸輪完成壓油。（3）成本低一個(gè)凸輪基圓對(duì)應(yīng)三個(gè)凸輪，因此，氣缸數(shù)減少；最多的有四個(gè)凸輪，可以用于8缸柴油機(jī)。HPO系列供油泵是柱塞式直列泵，有2缸，也有3缸，采用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油強(qiáng)制潤(rùn)滑，不需要維護(hù)。此外，還設(shè)有直通共油閥，當(dāng)泵體內(nèi)壓力超過255kPa時(shí)，直通供抽閥開啟，燃油流回油箱中。不同的發(fā)動(dòng)機(jī)可以選用不同的供油泵。一般說來，大型柴油機(jī)選用類似于直立泵的供油泵，小型柴油機(jī)可以選用類似于分配泵的轉(zhuǎn)子式供油泵。供油泵產(chǎn)生的高壓然油經(jīng)共軌分配到各個(gè)氣缸的噴油器中；燃油壓力由設(shè)置在共軌內(nèi)的壓力傳感器檢出，反饋到控制系統(tǒng)，并使實(shí)際壓力值和事先設(shè)定的、與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷相適應(yīng)的壓

20、力值始終一致。直列式供油泵結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的直列式噴油泵的結(jié)構(gòu)相似，通過凸輪和柱塞機(jī)構(gòu)使燃油增壓，各柱塞上方配置供油閥。凸輪有單作用型、雙作用型、三作用型和四作用型等多種；采用三作用型凸輪可使柱塞單元減少到1/3。向共軌中供油的頻率應(yīng)和噴油孩率相同，這樣可使共軌中的壓力波動(dòng)平穩(wěn)。HP型供油泵的基本工作原理如圖8-53所示A柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經(jīng)控制閥流人柱塞腔；B柱塞上行，但控制閥中尚未通電，控制閥仍處于開啟狀態(tài)，吸進(jìn)了的燃油并未升壓，經(jīng)控制閥油流回低壓腔；CECU計(jì)算出滿足必要的供油量的定時(shí)，適時(shí)地向控制閥供電，并使之開啟，切斷回油流路，柱塞腔內(nèi)燃油增壓；因此，高壓燃油經(jīng)出油閥（單向閥）

21、壓人共軌內(nèi)；控制閥開啟后的柱塞行程與供油量對(duì)應(yīng)。如果使控制閥的開啟時(shí)間（柱塞的預(yù)行程）改變，則供油量隨之改變，從而可以控制共軌壓力；D凸輪越過最大升程后，則柱塞進(jìn)人下降行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低；這時(shí)出油閥關(guān)閉，壓油停止；控制閥處于停止通電狀態(tài)，控制閥開啟，低壓燃油將被吸人柱塞腔內(nèi)，即回復(fù)到A狀態(tài)。電裝公司的第二代供油泵采用轉(zhuǎn)子式，其結(jié)構(gòu)如圖8-54所示。3、ECUECUElectronic Control Unit（電子控制單元）。同樣的部件，不同廠家的名稱不盡一致，例如，日本電裝公司叫做ECU，博世公司則稱為EDC,威孚公司也稱為EDC,還有的叫做Engine Control Unit-發(fā)動(dòng)

22、機(jī)控制單元等。電裝公司早期稱為ECU；后來，由于增加了EDU（電控驅(qū)動(dòng)單元），ECU和EDU并列安裝。然后，又將ECU和EDU合并成一體，仍稱ECU?，F(xiàn)在，統(tǒng)稱為ECM（發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊）。不管名稱如何，其基本功能是始終一致的。ECU的基本功能是結(jié)合實(shí)時(shí)工況和外界條件，始終使發(fā)動(dòng)機(jī)控制在最佳燃燒狀態(tài)。ECU廣泛用于各種電控系統(tǒng)中。例如：電控共軌系統(tǒng)、TICS系統(tǒng)、電子調(diào)速器、電控分配泵、電控泵噴嘴等。（一）作用和工作原理ECU按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序計(jì)算各種傳感器送來的信息，經(jīng)過處理以后，并把各個(gè)參數(shù)限制在允許的電壓電平上，再發(fā)送給各相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行各種預(yù)定的控制功能。微處理機(jī)根據(jù)輸人數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)在

23、MAP的中的數(shù)據(jù)，計(jì)算噴油時(shí)間、噴油量、噴油率和噴油定時(shí)等，并將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行匹配的隨時(shí)間變化的電量。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作是高速變化的，而且要求計(jì)算精度高，處理速度快，因此ECU的性能應(yīng)當(dāng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，徽處理器的內(nèi)存越來越大，信息處理能力越來越高。圖8-55是日本電裝公司ECD-U2系統(tǒng)與五十鈴汽車公司6HK1-TC柴油機(jī)實(shí)際配用的ECU。圖8-56是6HK1-TC柴油機(jī)的電控共軌式燃油系統(tǒng)的線路圖。4、傳感器（一）共執(zhí)壓力傳感器共軌壓力傳感器的作用是以足夠的精度，在相應(yīng)較短的時(shí)間內(nèi)，測(cè)定共軌中的實(shí)時(shí)壓力，并向ECU提供電信號(hào)。圖8-57博世公司共軌壓力傳感器圖8-57是博

24、世公司共軌壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖8-58是日本電裝公司ECD-U2型電控共軌系統(tǒng)壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和特性曲線。共軌壓力傳感器由下列構(gòu)件組成：壓力敏感元件（焊接在壓力接頭上）；帶求值電路的電路板和帶電氣插頭的傳感器外殼。燃油經(jīng)一個(gè)小孔流向共軌壓力傳感器，傳感器的膜片將孔的末端封住。高壓燃油經(jīng)壓力室的小孔流向膜片。膜片上裝有半導(dǎo)體型敏感元件，可將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過連接導(dǎo)線將產(chǎn)生的電信號(hào)傳送到一個(gè)向ECU提供測(cè)量信號(hào)的求值電路。共軌壓力傳感器的工作原理是：當(dāng)膜片形狀改變時(shí)，膜片上涂層的電阻發(fā)生變化。這樣，由系統(tǒng)壓力引起膜片形狀變化（150MPa時(shí)變化量約lmm），促使電阻值改變，并在用5V供電的電

25、阻電橋中產(chǎn)生電壓變化。電壓在0-70mV之間變化（具體數(shù)值由壓力而定），經(jīng)求值電路放大到0.5-4.5V。精確測(cè)量共軌中的壓力是電控共軌系統(tǒng)正常工作的必要條件。為此，壓力傳感器在測(cè)量壓力時(shí)允許偏差很小。在主要工作范圍內(nèi)，測(cè)量精度約為最大值的2。共軌壓力傳感器失效時(shí)，具有應(yīng)急行駛功能的調(diào)壓閥以固定的預(yù)定值進(jìn)行控制（二）流量限制器 在博世電控共軌系統(tǒng)中裝有流量限制器。該流量限制器的作用和電裝公司電控共軌系統(tǒng)中的流動(dòng)緩沖器相仿。 流量限制器的作用是防止噴油器可能出現(xiàn)的持續(xù)噴油現(xiàn)象。為此，由共軌流出的油量超過最大流量時(shí)，流量限制器將自動(dòng)關(guān)閉流向相應(yīng)噴油器的進(jìn)油口，停止繼續(xù)噴油。圖8-60 流量限制器的

26、工作原理 圖8-59 流量限制器流量限制器（圖8-59)有一個(gè)金屬外殼，外殼有外螺紋，以便擰在共軌上，另一端的外螺紋用來擰人噴油器的進(jìn)油管。外殼兩端有孔，以便與共軌或噴油器進(jìn)油管建立液壓聯(lián)系。流量限制器內(nèi)部有一個(gè)活塞，一根彈簧將此活塞向共軌方向壓緊。活塞對(duì)外殼壁部密封。活塞上的縱向孔連接進(jìn)油孔和出油孔?？v向孔直徑在末端是縮小的，這種縮小的作用就像流量精確規(guī)定的節(jié)流孔效果一樣。流量限制器的工作原理如圖8-60所示，正常工作狀態(tài)是：活塞處在靜止位置，即靠在共軌端的限位體上。一次噴油后，噴油器端的壓力略有下降，從而活塞向噴油器方向運(yùn)動(dòng)?；钊麎撼龅娜莘e補(bǔ)償了噴油器噴出的容積。在噴油終了時(shí)，活塞停止運(yùn)動(dòng)

27、，不關(guān)閉密封座面，彈簧將活塞壓回到靜止位置。燃油經(jīng)節(jié)流孔流出。彈簧和節(jié)流孔尺寸是如此設(shè)計(jì)的：使得在最大噴油量（包括一個(gè)安全儲(chǔ)備量）時(shí)活塞仍能抵達(dá)共軌端的限位體位置。此靜止位置一直保持至、到下一次噴油。泄油量過大時(shí)的保護(hù)性工作原理：由于噴出的油量過大，活塞從靜止位置被壓到出油端的密封座面上。然后，活塞在此位置一直保持到發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)靠在噴油器端的限位體上，從而關(guān)閉通往噴油器的進(jìn)油口。 泄油量過小時(shí)的保護(hù)性工作原理：由于產(chǎn)生泄油，活塞不再能達(dá)到靜止位置。經(jīng)過幾次噴油后，活塞移動(dòng)到出油端的密封座面上。即在此處，活塞停留到發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)靠在噴油器端的限位體上，從而將通往噴油器的進(jìn)油口關(guān)閉。（三）流動(dòng)緩沖器

28、 電裝公司的流動(dòng)緩沖器的結(jié)構(gòu)如圖8-61所示。流動(dòng)緩沖器的基本工作原理如圖8-62所示。當(dāng)處于靜態(tài)時(shí)，球?qū)⒘靠锥滤?，沒有燃油流動(dòng)。當(dāng)加上一定的壓力，球的位移為L(zhǎng)1時(shí)，則對(duì)應(yīng)著一定的流量。 如果因?yàn)槟撤N原因，流量突然加大時(shí)，則球的位移加大，達(dá)到L1L2時(shí)，球?qū)⒂覀?cè)的出油孔堵死，即球落座，再也沒有燃油流向噴油器，起到保護(hù)作用。（四）壓力限制器 壓力限制器的作用相當(dāng)于安全閥（但是，并不控制壓力），它的基本作用是限制共軌中的壓力過高或過低。因?yàn)槟撤N原因，當(dāng)共軌中的壓力達(dá)到140 MPa時(shí)，則壓力限制器開啟，打開卸油孔卸壓。當(dāng)壓力下降到約30 MPa時(shí)，球閥復(fù)位。始終維持共軌內(nèi)的壓力，不致過高或過低。

29、壓力限制器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖8-63所示。在正常狀態(tài)下，球閥處于落座位置，共軌內(nèi)維持正常壓力；如果共軌內(nèi)產(chǎn)生了高壓，則球閥被頂開，圖中配合部分脫開，高壓燃油從共軌端流向油箱，開始卸壓。從而限制共軌內(nèi)壓力不超過一定的壓力值。（五）供油泵控制閥 供油泵控制閥（PCV）的作用是用于調(diào)整共軌內(nèi)的嫌油壓力。方法是調(diào)整供油泵供人共軌內(nèi)的燃油量。所以，向控制閥通電和斷電的時(shí)刻就決定了供油泵向共軌內(nèi)供入的供油。 電裝公司ECD-U2系統(tǒng)的供油泵控制閥的外形如圖8-64所示。（六）調(diào)壓閥 調(diào)壓閥的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀況調(diào)整和保持共軌中的壓力。當(dāng)共軌壓力過高時(shí)，調(diào)壓閥打開，一部分燃油經(jīng)集油管流回油箱；當(dāng)共軌

30、壓力過低時(shí)，調(diào)壓閥關(guān)閉，高壓端對(duì)低壓端密封。 博世公司電控共軌系統(tǒng)中的調(diào)壓閥（圖8-65）有一個(gè)固定凸緣，通過該凸緣將其固定在供油泵或者共軌上。電樞將一鋼球壓人密封座，使高壓端對(duì)低壓端密封。為此，一方面彈筑將電樞往下壓，另一方面電磁鐵對(duì)電樞作用一個(gè)力。為進(jìn)行潤(rùn)滑和散熱，整個(gè)電樞周圍有燃油流過。調(diào)壓閥有兩個(gè)調(diào)節(jié)回路：一個(gè)是低速電子調(diào)節(jié)回路，用于調(diào)整共軌中可變化的平均壓力值；另一個(gè)是高速機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)回路，用以補(bǔ)償高頻壓力波動(dòng)。 調(diào)壓閥的工作原理如下： 1、調(diào)壓閥不工作時(shí)：共軌或供油泵出口處的壓力高于調(diào)壓閥進(jìn)口處的壓力。由于無電流的電磁鐵不產(chǎn)生作用力，當(dāng)燃油壓力大于彈黃力時(shí)，調(diào)壓閥打開，根據(jù)輸油量

31、的不同，保持打開程度大一些或小一些。彈簧的設(shè)計(jì)負(fù)荷約10MPa。 2、調(diào)壓閥工作時(shí)：如果要提升高壓回路中的壓力，除了彈簧力之外，還需要再建立一個(gè)磁力?？刂普{(diào)壓閥，直至磁力和彈簧力與高壓壓力之間達(dá)到平衡時(shí)才被關(guān)閉。然后調(diào)壓閥停留在某個(gè)開啟位，保持壓力不變。當(dāng)供油泵改變，燃油經(jīng)噴油器從高壓部分流出時(shí)，通過不同的開度予以補(bǔ)償。電磁鐵的作用力與控制電流成正比?？刂齐娏鞯淖兓ㄟ^脈寬調(diào)制來實(shí)現(xiàn)。調(diào)制頻率為1kHz時(shí)，可以避免電樞的干擾運(yùn)動(dòng)和共軌中的壓力波動(dòng)。（七）限壓閥限壓閥的作用相當(dāng)于安全閥，它的基本作用是限制共軌中的壓力。當(dāng)共軌中燃油壓力過高時(shí)，打開放油孔卸壓。共軌內(nèi)允許的短時(shí)間最高壓力為150Mp

32、a。博世公司電控共軌系統(tǒng)中的限壓閥（圖8-66），主要由下列構(gòu)件組成：外殼（有外螺紋，以便擰裝在共軌上），通往油箱的回油管接頭，活塞和彈簧。外殼在通往共軌的連接端有一個(gè)小孔，一般工況下，此孔被外殼內(nèi)部密封座面上的錐形活塞頭部關(guān)閉。在標(biāo)準(zhǔn)工作壓力（135MPa）下，彈簧將活塞緊壓在座面上。此時(shí)，共軌呈關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)共軌中的燃油壓力超過規(guī)定的最大壓力時(shí)，活塞在高壓燃油壓力的作用下壓縮彈黃，高壓燃油從共軌中流出。燃油經(jīng)過通道流人活塞中央的孔，然后經(jīng)集油管流回油箱。隨著閥的開啟，嫩油從共軌中流出，共軌中的壓力降低。 （八）曲軸轉(zhuǎn)角傳感器和氣缸識(shí)別傳感器 在飛輪上每7.50設(shè)置一個(gè)信息孔，但是，總共缺少3

33、個(gè)孔。也就是說，在飛輪圓周上共有45個(gè)孔。發(fā)動(dòng)機(jī)每旋轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，將會(huì)產(chǎn)生90個(gè)脈沖信號(hào)。曲軸轉(zhuǎn)角傳感器接受到信息后，則通過傳感器線圈的磁力線發(fā)生變化，在線圈內(nèi)產(chǎn)生交流電壓。根據(jù)這些信號(hào)，可以檢出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和7.50的曲軸轉(zhuǎn)角間隔。 和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器相似，氣缸識(shí)別傳感器也是利用通過線圈的磁力線變化產(chǎn)生交流電壓的特性制成的。在供油泵凸輪軸中間設(shè)置了一個(gè)圓盤狀的齒輪，且每1200缺一個(gè)齒（凹形切槽），但在某一處多了一個(gè)齒。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)則發(fā)出7個(gè)脈沖信號(hào)。 根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角傳感器和氣缸判別傳感器的信息，可以判斷出第一氣缸為基準(zhǔn)脈沖。曲軸轉(zhuǎn)角傳感器和氣缸判別傳感器的外形和控制電路圖如圖8-67所示。（

34、九）其它共軌組件 1、 油門傳感器安裝在加速踏板上，可以檢測(cè)出腳踏板的力量（加速踏板的轉(zhuǎn)角），給ECU提供相應(yīng)的電壓值。2、 增壓壓力傳感器安裝在進(jìn)氣管上，隨時(shí)監(jiān)視增壓器提供的進(jìn)氣壓力變化，進(jìn)而修正發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油量。3、 水溫傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度，以修正噴油量。4、 燃油溫度傳感器檢測(cè)燃油的溫度，修正噴油量。5、 大氣溫度傳感器監(jiān)視大氣溫度的變化，修正燃油噴射。6、 全速油門傳感器該傳感器作為PTO而使用，使用PTO時(shí)，用以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。7、 速度傳感器安裝在變速器上，監(jiān)視車速變化。8、 油門開關(guān)安裝在加速踏板上，監(jiān)視加速踏板的怠速位置。9、 大氣壓力傳感器大氣壓力傳感器一般布置在E

35、CU內(nèi)部，為了確保燃油噴射的最佳化，隨時(shí)都在監(jiān)視著大氣壓力的變化。本章小節(jié)柴油機(jī)的技術(shù)狀況是否良好，與柴油機(jī)燃油供給系的技術(shù)狀況息息相關(guān)。如噴油泵供油量過大或過小，噴油提前角過大或過小，噴油壓力過高或過低，噴霧質(zhì)量差，進(jìn)、排氣系統(tǒng)阻力過大等均會(huì)影響柴油機(jī)技術(shù)狀況。在使用中必須按規(guī)定使用柴油，認(rèn)真執(zhí)行維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程，定期進(jìn)行清潔、緊固、檢查、調(diào)整和潤(rùn)滑工作。清潔是提高維修質(zhì)量、減輕機(jī)件磨損的基本工作。清潔工作做得好，不但為檢查、緊固、調(diào)整和潤(rùn)滑工作創(chuàng)造良好的條件，還可直接清除故障隱患。如果燃油濾清器的濾清效果差，燃油中所含的雜質(zhì)不僅會(huì)增加零件的磨損，嚴(yán)重的還會(huì)使噴油泵柱塞副和噴油器針閥副卡滯，惡化

36、噴霧質(zhì)量，危及柴油機(jī)的正常工作。柴油機(jī)動(dòng)力不足，起動(dòng)困難，排氣冒黑煙等故障均與燃油供給系有關(guān)，應(yīng)及時(shí)檢查噴油提前角、噴油器噴霧質(zhì)量，及進(jìn)、排氣系統(tǒng)是否受阻，必要時(shí)需進(jìn)行檢修，更換不合格的燃油和部件及總成。復(fù)習(xí)思考題一、填空題1柴油機(jī)與汽油機(jī)相比，具有 、 、 、 等優(yōu)點(diǎn)，因此目前重型汽車均以柴油機(jī)作動(dòng)力。 2柴油機(jī)燃料供給系由 、 、 、 四套裝置組成。3柴油機(jī)燃料供給裝置由 、 、 、 、 、 、 和 等組成。4廢氣渦輪增壓器由 、 、 等三部分組成。5柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒過程可按曲軸轉(zhuǎn)角劃分為 、 、 和 四個(gè)階段。6按結(jié)構(gòu)形式，柴油機(jī)燃燒室分成兩大類，即 燃燒室，其活塞頂面凹坑呈 、

37、 、 、 及 等； 燃燒室，包括 和 燃燒室。7現(xiàn)代柴油機(jī)形成良好混合氣的方法基本上有兩種，即在 和 利用形成混合氣。8長(zhǎng)型孔式噴油器是由 、 和 三大部分組成。 是噴油器的主要部件，它由 和 組成，二者合稱為針閥偶件。針閥中部的錐面用以承受油壓，稱為 針閥下端的錐面用以密封噴油器內(nèi)腔，稱為 。9噴油器油束的特性可用油霧油束的 、 和 來表示。10噴油泵按其作用原理不同，可分為 噴油泵 和 噴油泵三大類，目前大多數(shù)柴油機(jī)采用的是 噴油泵。11國(guó)產(chǎn)系列噴油泵分為 、 、 、 和 、 、 等系列。東風(fēng)和解放系列中型載貨柴油車均采用 型噴油泵。12柴油機(jī)燃料供給系的 與 ， 與 ， 與 稱為柴油機(jī)燃

38、料供給系的“三大偶件”。13A型噴油泵由 、 、 和 四大部分組成。其泵體采用 結(jié)構(gòu)，其油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用 ，號(hào)泵的泵體是 結(jié)構(gòu)，油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用 。14P型噴油泵與A型泵和號(hào)泵相比較，在結(jié)構(gòu)上有一系列特點(diǎn)，其泵體采用 結(jié)構(gòu)，分泵總成采用 ，油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用 ，潤(rùn)滑方式采用 潤(rùn)滑。15兩速式調(diào)速器工作的基本原理是利用 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的 與調(diào)速?gòu)椈傻?之間的平衡過程來自動(dòng)控制 的位置，達(dá)到限制最高轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定最低轉(zhuǎn)速的目的。16RFD型調(diào)速器與RAD型調(diào)速器結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是除了有負(fù)荷控制手柄外，還有 ，它與 裝在同一根擺動(dòng)軸上，從而使調(diào)速?gòu)椈啥瞬康囊欢擞?變?yōu)?式，調(diào)速?gòu)椈傻念A(yù)緊力可隨 的擺動(dòng)而變化。1

39、7全速式調(diào)速器中調(diào)速?gòu)椈傻?在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中是 的，而兩速式調(diào)速器中調(diào)速?gòu)椈傻淖畲?是 的。18與A型噴油泵配用的兩速式調(diào)速器可分為 、轉(zhuǎn)速感應(yīng)元件、 、 、 及 裝置等六大部分組成。其轉(zhuǎn)速感應(yīng)元件采用 。19為了彌補(bǔ)噴油泵安裝時(shí)造成的噴油泵 與驅(qū)動(dòng)齒輪 的 誤差，通常采用 ，并利用它可用小量的角位移調(diào)節(jié) ，以獲得最佳的 。20柴油濾清器一般都是 的，其濾芯材料有 、 、 、 及 等 。目前廣泛采用 的。21輸油泵型式有活塞式、 、 、 等幾種，而目前都采用 ?；钊捷斢捅糜?、 、 、 及 等組成。二、解釋術(shù)語1噴油提前角2供油提前角3備燃期4速燃期5緩燃期6后燃期7壓力升高率8統(tǒng)一式燃燒

40、室9閉式噴油器10柱塞供油有效行程11噴油泵過度特性12全速式調(diào)速器13柴油機(jī)“飛車”14最佳噴油提前角15排放物凈化16排氣再循環(huán)裝置 三、判斷題(正確打、錯(cuò)誤打X)1柴油機(jī)比汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好。 ( )2汽油機(jī)形成混合氣在氣缸外已開始進(jìn)行，而柴油機(jī)混合氣形成是在氣缸內(nèi)進(jìn)行。( )3進(jìn)氣渦輪增壓的缺點(diǎn)之一是發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速等增壓效果差，這與低速時(shí)汽車需要較大轉(zhuǎn)矩有矛盾。( )4一般來說，柴油機(jī)采用的過量空氣系數(shù)比汽油機(jī)。 ( )5速燃期的氣缸壓力達(dá)最高，而溫度也最高。 ( )6速燃期的燃燒情況與備燃期的長(zhǎng)短有關(guān)，一般情況下，備燃期愈長(zhǎng)，則在氣缸內(nèi)積存并完成燃燒準(zhǔn)備的柴油就愈多，燃燒愈迅速，發(fā)動(dòng)機(jī)工作愈柔和。 ( )7孔式噴油器的噴孔直徑一般比軸針式噴油器的噴孔大。 ( )8孔式噴油器主要用于直接噴射式燃燒室的柴油機(jī)上，而軸針式噴油器適用于渦流室燃燒室、預(yù)燃室燃燒室，也適用于U型燃燒室中。 ( )9所謂柱塞偶件是指噴油器中的針閥與針閥體。 ( )10柱塞的行程是由驅(qū)動(dòng)凸輪的輪廓曲線的最大齒徑?jīng)Q定的，在整個(gè)柱塞上移的行程中，噴油泵都供油。 ( )11A型噴油泵的柱塞表面銑有與軸線成45夾角的直線斜槽，號(hào)噴油泵的柱塞上部的圓柱表面銑有螺旋槽。( )12A型噴油泵采用撥叉