柴油機(jī)電控燃油供給系統(tǒng)

本章主要介紹的內(nèi)容有：第一節(jié)柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)概述第二節(jié)電控直列泵噴射系統(tǒng)第三節(jié)電控分配泵噴射系統(tǒng)第四節(jié)電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)第五節(jié)柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的檢修

第六章柴油機(jī)電控燃油供給系統(tǒng)第一節(jié)柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)概述本節(jié)主要介紹的內(nèi)容有：一、發(fā)展歷程二、組成和原理三、主要控制內(nèi)容

一、發(fā)展歷程

1.第一代（凸輪壓油+位置控制）如下圖所示。第一代電子控制式燃油噴射裝置中，將機(jī)械式調(diào)速器和提前器換成電子控制的機(jī)構(gòu)。燃油壓送機(jī)構(gòu)和機(jī)械式燃油系統(tǒng)相同。2.第二代（凸輪壓油+電磁閥時(shí)間控制）如下圖所示。第二代電控噴油裝置是在第一代位置控制式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。采用高速電磁閥對(duì)噴油量和噴油時(shí)間進(jìn)行時(shí)間控制。3.第三代（燃油蓄壓+電磁閾時(shí)間控制）第三代柴油機(jī)電控燃油系統(tǒng)是第二代的進(jìn)一步發(fā)展，將噴油量和噴油時(shí)間控制融為一體，使燃油的升壓機(jī)構(gòu)獨(dú)立，亦即燃油壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷無(wú)關(guān)，具有可以獨(dú)立控制壓力的蓄壓器共軌。噴油量、噴油時(shí)間等參數(shù)直接由裝在各個(gè)氣缸上的噴油器控制；如下圖。第三代電控共軌式燃油系統(tǒng)是全新的一代燃油系統(tǒng)。在21世紀(jì)將會(huì)發(fā)揮巨大的作用，特別是降低柴油機(jī)的排放，保護(hù)環(huán)境方面將會(huì)起到不可替代的作用。具體實(shí)施方法與第二代相同，采用高速電磁閥。下圖是第三代柴油機(jī)電控燃油系統(tǒng)電控共軌式燃油系統(tǒng)的控制原理框圖。二、組成和原理如下圖所示。電控柴油機(jī)噴射系統(tǒng)主要由傳感器、ECU（中央控制單元）和執(zhí)行器三部分組成。三、主要控制內(nèi)容

1.噴油量控制電子控制系統(tǒng)的噴油量控制方法如下圖。（1）基本噴油量控制不同的發(fā)動(dòng)機(jī)要求不同的轉(zhuǎn)矩特性。為了得到不同的轉(zhuǎn)矩特性通常是通過(guò)控制噴油量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。代表的特性如下圖。特別是等速特性，與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷無(wú)關(guān)，始終保持恒定的轉(zhuǎn)速。該特性廣泛地應(yīng)用于發(fā)電機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)中。在機(jī)械式調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速率約為3％；負(fù)荷變化，轉(zhuǎn)速隨之變化。但在電控燃油系統(tǒng)中，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋控制，可以得到恒定不蠻的轉(zhuǎn)速。（2）怠速轉(zhuǎn)速控制怠速轉(zhuǎn)速的控制流程圖如下圖。發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速由發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水的溫度、空調(diào)壓縮機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)決定進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值求得回復(fù)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)所必需的噴油量從而進(jìn)行反饋控制。（3）起動(dòng)油量控制汽車加速踏板和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定基本噴油量，冷卻液溫度等決定補(bǔ)償噴油量，比較兩者的關(guān)系之后，控制啟動(dòng)噴油量。如下圖所示。（4）不均勻油量補(bǔ)償控制

不均勻油量補(bǔ)償控制。如下圖所示。（5）恒定車速控制汽車在高速公路上長(zhǎng)距離行駛時(shí)，駕駛員為了維持車速一直要操縱加速踏板，很容易疲勞。對(duì)此，不要駕駛員操縱加速踏板而維持定速行駛的控制過(guò)程就是恒定車速控制。如下圖所示。2.噴油時(shí)間控制電子控制燃油噴射系統(tǒng)中噴油時(shí)間的控制經(jīng)過(guò)了三次改革，如下圖。目標(biāo)噴油時(shí)間采用下圖中的方法進(jìn)行計(jì)算。3.噴油壓力控制共軌式燃油系統(tǒng)中噴油壓力的控制方法如下圖所示。4.噴油率控制最新電控燃油系統(tǒng)中噴油率的控制，特別是預(yù)噴射的控制可以用下圖進(jìn)行說(shuō)明5.附加功能

（1）自我故障診斷功能最近，將專用故障診斷裝置插入上述接線座內(nèi)，則可以顯示出更加具體詳細(xì)的診斷信息，下圖是其一例。（2）故障應(yīng)急功能①傳感器的故障診斷和故障應(yīng)急功能傳感器的故障可以由軟件來(lái)判定。如果傳感器發(fā)出了異常數(shù)據(jù)，或者從發(fā)動(dòng)機(jī)方面送來(lái)了不可能的信號(hào)，則可判定傳感器故障。溫度傳感器的故障診斷實(shí)例如下圖所示。②ECU故障診斷和故障應(yīng)急功能系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如下圖所示。在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和變速控制系統(tǒng)ECU之間通過(guò)數(shù)據(jù)通訊的方法，將二者結(jié)合在一起，就可以作為一個(gè)ECU工作。第二節(jié)電控直列泵噴射系統(tǒng)本節(jié)主要介紹的內(nèi)容有：

一、第一代電控直列泵

二、第二代電控直列泵（TICS系統(tǒng)）

三、第三代電控直列泵（PPVI系統(tǒng)）

一、第一代電控直列泵直列式噴油泵的電子控制系統(tǒng)中，在噴油泵方面帶有如下電子部件：◆對(duì)噴油量進(jìn)行電子控制的電子調(diào)速器?！魧?duì)噴油時(shí)間進(jìn)行電子控制的電子提前器。噴油泵本體的燃油壓送機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)的機(jī)械式噴油泵完全相同。電子調(diào)速器和電子提前器則根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型可以裝用其中某一種，或?qū)烧叨佳b上。但是，調(diào)節(jié)噴油量的元件仍然是調(diào)節(jié)齒桿，由調(diào)速器執(zhí)行器進(jìn)行位置控制；噴油時(shí)間的控制則是根據(jù)ECU的指令通過(guò)提前器執(zhí)行器控制發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸和凸輪軸之間的相位差實(shí)現(xiàn)的。因此，ECU通過(guò)各種傳感器檢出發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)和環(huán)境，計(jì)算出最適合于發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的控制量，再向執(zhí)行器發(fā)出指令。這是第一代電子控制直列式噴油泵的基本特征，如下圖所示。二、第二代電控直列泵（TICS系統(tǒng)）如下圖所示。TICS以傳統(tǒng)的直列泵為基礎(chǔ)，在柱塞部分附加上一個(gè)可動(dòng)的定時(shí)套筒，定時(shí)套筒可以根據(jù)需要改變預(yù)行程，按照發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷改變噴油定時(shí)，控制噴油率。TICS可以配裝不同的提前器和不同的調(diào)速器，組成不同的系統(tǒng)。TICS系統(tǒng)是配裝了RED系列電子調(diào)速器和預(yù)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直列泵系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制直噴式柴油機(jī)的噴油量、噴油定時(shí)和噴油率，如下圖所示。RED-IV型電子調(diào)速器的控制部分可以分成三部分：輸入單元、演算單元和驅(qū)動(dòng)單元，如下圖所示。三、第三代電控直列泵（PPVI系統(tǒng)）如下圖所示。PPVI系統(tǒng)保留了噴油泵-高壓油管-噴油嘴系統(tǒng)，便是高壓油管上加一個(gè)高速電磁閥，變成了泵一管一閥一嘴系統(tǒng)。采用高速電磁溢流閥控制油量和噴油正時(shí)后，柱塞只承擔(dān)供油加壓功能，使噴油泵簡(jiǎn)化和強(qiáng)化，高壓供油能力提高。通過(guò)凸輪和柱塞強(qiáng)化設(shè)計(jì)，使主供油速率進(jìn)一步提高。當(dāng)高速電磁閥快速打開(kāi)，高壓燃油高速泄流，噴射結(jié)束。它能形成初期噴油速率低、主噴射速率高、快速溢流切斷而又不致產(chǎn)生穴蝕的理想噴油速率圖形。第三節(jié)電控分配泵噴射系統(tǒng)本節(jié)主要介紹的內(nèi)容有：

一、ECD-VS電控分配泵

二、噴油量控制

三、噴油時(shí)間控制

一、ECD-VS電控分配泵ECD-V5分配泵外形如下圖所示，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。1.電控分配泵的傳感器布置在ECD-V5型電控分配泵系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)各種傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、油門開(kāi)度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器和冷卻水溫傳感器等信號(hào)，檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)多種控制功能。ECD-V5型電控分配泵的傳感器布置，如下圖所示。在ECD-V5型電控分配泵系統(tǒng)中。（1）電池溢流閥電磁溢流閥（下圖）是直接控制噴油量的，是一種耐高壓、具有高度響應(yīng)特性的直動(dòng)式電磁閥。電磁溢流閥的結(jié)構(gòu)如下圖所示，工作原理如下圖所示。（2）定時(shí)控制閥定時(shí)控制閥（TCV）安裝在噴油泵內(nèi)，根據(jù)計(jì)算機(jī)送來(lái)的信號(hào)，適時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉噴油泵壓力腔和定時(shí)活塞低壓腔之間的燃油通道。當(dāng)電流流過(guò)線圈時(shí)，定子磁芯被磁化，可動(dòng)鐵心被吸引而壓縮彈簧，燃油通路開(kāi)啟。TCV的開(kāi)啟程度是根據(jù)計(jì)算機(jī)送來(lái)的通過(guò)線圈的電流的ON-OFF時(shí)間比（占空比）進(jìn)行控制的。如果ON時(shí)間長(zhǎng)，則閥的開(kāi)啟時(shí)間亦長(zhǎng)。（3）斷油閥斷油閥（FCV）的結(jié)構(gòu)如下圖所示。在發(fā)動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)或類似停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，斷油閥將燃油油路切斷。通電以后，斷油閥開(kāi)啟，燃油被吸入柱塞腔內(nèi)。2.ECD-V5型分配泵的電子驅(qū)動(dòng)單元-EDUECD-V5電控分配泵的EDU線路圖如下圖所示。二、噴油量控制

1.控制機(jī)物和工作過(guò)程噴油始點(diǎn)與傳統(tǒng)的噴油泵一樣，由凸輪的型面形狀決定。噴油量的多少由噴油終點(diǎn)決定。嘖油終點(diǎn)就是電磁溢流閥開(kāi)啟、高壓燃油流回噴油泵腔的時(shí)刻。ECD-V5型電子控制分配泵的噴油量控制機(jī)構(gòu)，如下圖所示。為了確定電磁溢流閥的開(kāi)啟時(shí)間，采用轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)出對(duì)應(yīng)凸輪升程的凸輪轉(zhuǎn)角，從而確定開(kāi)啟時(shí)間。下圖中示出了凸輪升程、電磁溢流閥開(kāi)閉定時(shí)和噴油量的關(guān)系。利用冷卻水溫度修正起動(dòng)噴油量的方法。2.控制內(nèi)容

（1）基本噴油量

（2）最大噴油量根據(jù)油門開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出理論上的必要的噴油量。最大噴油時(shí)的計(jì)算流程圖如下圖所示。以上述基本噴油量為基礎(chǔ)，還要考慮到進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、燃油溫度等，對(duì)基本噴油量進(jìn)行修正，從而計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的最大噴油量。最終噴油量就是比較上述兩項(xiàng)噴油量，選擇其中比較小的一項(xiàng)。在起動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和水溫計(jì)算出起動(dòng)噴油量。在非起動(dòng)狀態(tài)時(shí)，比較基本噴油量和最大噴油量，選擇其中較小的噴油量，并利用其所對(duì)應(yīng)的MAP圖中調(diào)速特性決定噴油量。三、噴油時(shí)間控制

1.噴油時(shí)間控制方法電控分配泵中噴油時(shí)間控制方法如下圖所示。噴油時(shí)間控制部分的結(jié)構(gòu)與機(jī)械式VE分配泵的相關(guān)部分基本相同，所不同的是增加了定時(shí)控制閥（TCV）。通過(guò)改變定時(shí)控制閥的開(kāi)啟時(shí)間調(diào)節(jié)施加在提前器活塞上的提前器低壓腔內(nèi)的燃油壓力，使?jié)L輪環(huán)移動(dòng)，從而控制噴油時(shí)間。2.控制項(xiàng)目如下圖所示。（1）目標(biāo)噴油時(shí)間（2）噴油時(shí)間修正（3）起動(dòng)時(shí)噴油時(shí)間（4）反饋控制第四節(jié)電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)本節(jié)主要介紹的內(nèi)容有：

一、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)歷程

二、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

三、噴油量控制

四、噴油時(shí)間控制

一、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)歷程20世紀(jì)30年代，人們?cè)诤娇掌蜋C(jī)上開(kāi)始試驗(yàn)汽油噴射技術(shù)，到第二次世界大戰(zhàn)后期汽油噴射裝置已經(jīng)成功地用到軍用飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)上。20世紀(jì)50年代末，汽油噴射裝置在賽車汽油機(jī)上廣泛采用；20世紀(jì)末，各型汽油機(jī)已經(jīng)順利地完成了從機(jī)械式供油系統(tǒng)向電控燃油系統(tǒng)的全面轉(zhuǎn)換。20世紀(jì)60年代后半期，瑞士的Hiber教授開(kāi)發(fā)成功柴油機(jī)電控共軌系統(tǒng)的“原型”。其后，以瑞士工業(yè)大學(xué)的Ganser教授為中心對(duì)電控共軌系統(tǒng)進(jìn)行了一系列研究。20世紀(jì)90年代，柴油機(jī)的供油系統(tǒng)開(kāi)始向電控供油系統(tǒng)過(guò)渡。進(jìn)入21世紀(jì)以后將會(huì)有一個(gè)迅速發(fā)展的階段。1995年年末日本電裝公司將ECD-U2型電控高壓共軌系統(tǒng)成功地應(yīng)用于卡車柴油機(jī)而開(kāi)始批量生產(chǎn)，從此開(kāi)創(chuàng)了柴油機(jī)電控共軌燃油系統(tǒng)的新時(shí)代。ECD-U2型電控共軌系統(tǒng)是電裝公司和豐田汽車公司共同研制開(kāi)發(fā)的。二、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)組成及特點(diǎn)下圖是博世公司的第一代高壓電控共軌燃油系統(tǒng)，其主要由燃油箱、濾清器、油泵、溢流閥、壓力傳感器、燃油軌、噴油器、ECU等組成。1.電控噴油器博世電控噴油器的代表性結(jié)構(gòu)如右圖。噴油器可分為幾個(gè)功能組件：孔式噴油嘴，液壓伺服系統(tǒng)和電磁閥等。（1）噴油器關(guān)閉（以存有的高壓）電磁閥在靜止?fàn)顟B(tài)不受控制，因此是關(guān)閉的，圖（a）?；赜凸?jié)流孔關(guān)閉時(shí)，電樞的鋼球通過(guò)閥彈簧壓在回油節(jié)流孔的座面上?？刂剖覂?nèi)建立共軌的高壓，同樣的壓力也存在于噴油嘴的內(nèi)腔容積中。共軌壓力在控制柱塞端面上施加的力及噴油器調(diào)壓彈簧的力大于作用在針閥承壓面上的液壓力，針閥處于關(guān)閉狀態(tài)。（2）噴油器開(kāi)啟（噴油開(kāi)始）噴油器一般處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)電磁閥通電后，在吸動(dòng)電流的作用下迅速開(kāi)啟，圖（b）。（3）噴油器關(guān)閉（噴油結(jié)束）如果不控制電磁閥，則電樞在彈簧力的作用下向下壓，鋼球關(guān)閉回油節(jié)流孔。電樞設(shè)計(jì)成兩部分組合式，電樞板經(jīng)一撥桿向下引動(dòng)，但它可用復(fù)位彈簧向下回彈，從而沒(méi)有向下的力作用在電樞和鋼球上。回油節(jié)流孔關(guān)閉，進(jìn)油節(jié)流孔的進(jìn)油使控制室中建立起與共軌中相同的壓力。這種升高了的壓力使作用在控制柱塞上端的壓力增加。這個(gè)來(lái)自控制室的作用力和彈簧力超過(guò)了針閥下方的液壓力，于是針閥關(guān)閉。針閥關(guān)閉速度決定于進(jìn)油節(jié)流孔的流量。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的噴黟指令，如下圖。供油壓力可以通過(guò)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。博世公司電控共軌系統(tǒng)中采用的供油泵如下圖所示。3.ECUECU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按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序計(jì)算各種傳感器送來(lái)的信息，如下圖。經(jīng)過(guò)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。4.特種傳感器

（1）共軌壓力傳感器共軌壓力傳感器如下圖所示。作用：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)。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(guò)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。（2）流量限制器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(guò)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。流量限制器（下圖）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(lái)擰入噴油器的進(jìn)油