柴油機電控燃油供給系統(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)柴油機燃油供給系統(tǒng)的檢修

第六章柴油機電控燃油供給系統(tǒng)第一節(jié)柴油機電控噴油系統(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，將機械式調(diào)速器和提前器換成電子控制的機構(gòu)。燃油壓送機構(gòu)和機械式燃油系統(tǒng)相同。2.第二代（凸輪壓油+電磁閥時間控制）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)展起來的。采用高速電磁閥對噴油量和噴油時間進行時間控制。3.第三代（燃油蓄壓+電磁閾時間控制）第三代柴油機電控燃油系統(tǒng)是第二代的進一步發(fā)展，將噴油量和噴油時間控制融為一體，使燃油的升壓機構(gòu)獨立，亦即燃油壓力與發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負(fù)荷無關(guān)，具有可以獨立控制壓力的蓄壓器共軌。噴油量、噴油時間等參數(shù)直接由裝在各個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)將會發(fā)揮巨大的作用，特別是降低柴油機的排放，保護環(huán)境方面將會起到不可替代的作用。具體實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)動機要求不同的轉(zhuǎn)矩特性。為了得到不同的轉(zhuǎn)矩特性通常是通過控制噴油量來實現(xiàn)的。代表的特性如下圖。特別是等速特性，與發(fā)動機負(fù)荷無關(guān)，始終保持恒定的轉(zhuǎn)速。該特性廣泛地應(yīng)用于發(fā)電機用發(fā)動機中。在機械式調(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，通過發(fā)動機轉(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)動機的實際轉(zhuǎn)速和發(fā)動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速由發(fā)動機的冷卻水的溫度、空調(diào)壓縮機的負(fù)荷狀態(tài)決定進行比較，根據(jù)兩者的差值求得回復(fù)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速時所必需的噴油量從而進行反饋控制。（3）起動油量控制汽車加速踏板和發(fā)動機轉(zhuǎn)速決定基本噴油量，冷卻液溫度等決定補償噴油量，比較兩者的關(guān)系之后，控制啟動噴油量。如下圖所示。（4）不均勻油量補償控制

不均勻油量補償控制。如下圖所示。（5）恒定車速控制汽車在高速公路上長距離行駛時，駕駛員為了維持車速一直要操縱加速踏板，很容易疲勞。對此，不要駕駛員操縱加速踏板而維持定速行駛的控制過程就是恒定車速控制。如下圖所示。2.噴油時間控制電子控制燃油噴射系統(tǒng)中噴油時間的控制經(jīng)過了三次改革，如下圖。目標(biāo)噴油時間采用下圖中的方法進行計算。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行說明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判定。如果傳感器發(fā)出了異常數(shù)據(jù)，或者從發(fā)動機方面送來了不可能的信號，則可判定傳感器故障。溫度傳感器的故障診斷實例如下圖所示。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)動機控制系統(tǒng)和變速控制系統(tǒng)ECU之間通過數(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：◆對噴油量進行電子控制的電子調(diào)速器?！魧娪蜁r間進行電子控制的電子提前器。噴油泵本體的燃油壓送機構(gòu)和傳統(tǒng)的機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)動機機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)行器進行位置控制；噴油時間的控制則是根據(jù)ECU的指令通過提前器執(zhí)行器控制發(fā)動機驅(qū)動軸和凸輪軸之間的相位差實現(xiàn)的。因此，ECU通過各種傳感器檢出發(fā)動機的狀態(tài)和環(huán)境，計算出最適合于發(fā)動機狀態(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可動的定時套筒，定時套筒可以根據(jù)需要改變預(yù)行程，按照發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷改變噴油定時，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)行機構(gòu)的直列泵系統(tǒng)，通過計算機控制直噴式柴油機的噴油量、噴油定時和噴油率，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后，柱塞只承擔(dān)供油加壓功能，使噴油泵簡化和強化，高壓供油能力提高。通過凸輪和柱塞強化設(shè)計，使主供油速率進一步提高。當(dāng)高速電磁閥快速打開，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，計算機根據(jù)各種傳感器發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、油門開度傳感器、進氣壓力傳感器和冷卻水溫傳感器等信號，檢測出發(fā)動機的運行狀態(tài)，實現(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）定時控制閥定時控制閥（TCV）安裝在噴油泵內(nèi)，根據(jù)計算機送來的信號，適時開啟或關(guān)閉噴油泵壓力腔和定時活塞低壓腔之間的燃油通道。當(dāng)電流流過線圈時，定子磁芯被磁化，可動鐵心被吸引而壓縮彈簧，燃油通路開啟。TCV的開啟程度是根據(jù)計算機送來的通過線圈的電流的ON-OFF時間比（占空比）進行控制的。如果ON時間長，則閥的開啟時間亦長。（3）斷油閥斷油閥（FCV）的結(jié)構(gòu)如下圖所示。在發(fā)動機處于停止?fàn)顟B(tài)或類似停止?fàn)顟B(tài)時，斷油閥將燃油油路切斷。通電以后，斷油閥開啟，燃油被吸入柱塞腔內(nèi)。2.ECD-V5型分配泵的電子驅(qū)動單元-EDUECD-V5電控分配泵的EDU線路圖如下圖所示。二、噴油量控制

1.控制機物和工作過程噴油始點與傳統(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決定。嘖油終點就是電磁溢流閥開啟、高壓燃油流回噴油泵腔的時刻。ECD-V5型電子控制分配泵的噴油量控制機構(gòu)，如下圖所示。為了確定電磁溢流閥的開啟時間，采用轉(zhuǎn)速傳感器檢測出對應(yīng)凸輪升程的凸輪轉(zhuǎn)角，從而確定開啟時間。下圖中示出了凸輪升程、電磁溢流閥開閉定時和噴油量的關(guān)系。利用冷卻水溫度修正起動噴油量的方法。2.控制內(nèi)容

（1）基本噴油量

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

1.噴油時間控制方法電控分配泵中噴油時間控制方法如下圖所示。噴油時間控制部分的結(jié)構(gòu)與機械式VE分配泵的相關(guān)部分基本相同，所不同的是增加了定時控制閥（TCV）。通過改變定時控制閥的開啟時間調(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，從而控制噴油時間。2.控制項目如下圖所示。（1）目標(biāo)噴油時間（2）噴油時間修正（3）起動時噴油時間（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

三、噴油量控制

四、噴油時間控制

一、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)歷程20世紀(jì)30年代，人們在航空汽油機上開始試驗汽油噴射技術(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的發(fā)動機上。20世紀(jì)50年代末，汽油噴射裝置在賽車汽油機上廣泛采用；20世紀(jì)末，各型汽油機已經(jīng)順利地完成了從機械式供油系統(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教授開發(fā)成功柴油機電控共軌系統(tǒng)的“原型”。其后，以瑞士工業(yè)大學(xué)的Ganser教授為中心對電控共軌系統(tǒng)進行了一系列研究。20世紀(jì)90年代，柴油機的供油系統(tǒng)開始向電控供油系統(tǒng)過渡。進入21世紀(jì)以后將會有一個迅速發(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)用于卡車柴油機而開始批量生產(chǎn)，從此開創(chuàng)了柴油機電控共軌燃油系統(tǒng)的新時代。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發(fā)的。二、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)組成及特點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）。回油節(jié)流孔關(guān)閉時，電樞的鋼球通過閥彈簧壓在回油節(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）噴油器開啟（噴油開始）噴油器一般處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)電磁閥通電后，在吸動電流的作用下迅速開啟，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)計成兩部分組合式，電樞板經(jīng)一撥桿向下引動，但它可用復(fù)位彈簧向下回彈，從而沒有向下的力作用在電樞和鋼球上。回油節(jié)流孔關(guān)閉，進油節(jié)流孔的進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。這個來自控制室的作用力和彈簧力超過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。供油壓力可以通過壓力限制器進行設(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)合實時工況和外界條件，始終使發(fā)動機控制在最佳燃燒狀態(tài)。ECU按照預(yù)先設(shè)計的程序計算各種傳感器送來的信息，如下圖。經(jīng)過處理以后，并把各個參數(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)較短的時間內(nèi)，測定共軌中的實時壓力，并向ECU提供電信號。燃油經(jīng)一個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。通過連接導(dǎo)線將產(chǎn)生的電信號傳送到一個向ECU提供測量信號的求值電路。（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最大流量時，流量限制器將自動關(guān)閉流向相應(yīng)噴油器的進油口，停止繼續(xù)噴油。流量限制器（下圖）有一個金屬外殼，外殼有外螺紋，以便擰在共軌上，另一端的外螺紋用來擰入噴油器的進油