柴油机电控技术全解

（一）直列式柱塞泵位置控制方式
执行元件：控制型电磁阀 反馈元件：齿条位置传感器
工作中ECU控制电磁阀线圈的 占空比→铁芯产生电磁力→铁 芯推动供油齿条移动至与回位 弹簧平衡→改变供油量
通过齿条位置传感器的反馈信 号，得到齿条的实际位置，以 此进行反馈控制。
（一）直列式柱塞泵位置控制方式
位置控制过程
光电式着火正时传感器
3.电磁溢流控制阀工作原理
4.喷油量控制原理
三、日本五十铃公司L－TEC系统
五十铃公司L－TEC（全电子控制式）是在转子分 配式喷油泵基础上，增加电子控制装置形成的全电 子控制式柴油机电控燃油喷射系统。 系统的主要特点：具有巡航控制功能，设有燃油 温度传感器，不对喷油正时进行反馈控制。此外， 加速踏板位置传感器采用差动电感式；进气节流 （节气门）不受ECU控制。
1.传感器
包括加速踏板位置传感器、反馈信号传感器、 燃油温度传感器等和信号开关
2.电控单元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。
第二节 柴油机供（喷）油量控制
日本电装公司ECD-V3系统图
1.ECD-V3系统工作示意图
EDU：Electronic Driver Unit 电子驱动单元 SPV：Spill Control Valve 溢流控制阀 TCV：Timing Control Valve 正时控制阀
2.着火正时传感器
着火正时传感器用以检测气缸内混合气燃烧的实际开始时刻， 以此信号对供油正时进行反馈控制。 混合气燃烧→石英晶体棒检测到光的变化→光敏晶体管将光 信号变成电压信号→信号输出到ECU。
五、美国Caterpillar公司HEUI系统
HEUI＝Hydraulic Electronic Unit Injector
该系统具有共轨式柴油机电控燃油喷射系统的基本组成和结 构，属第三代电控共轨式燃油喷射系统。 系统控制功能包括：燃油喷射控制、进气控制、起动控制、 故障自诊断、失效保护和应急备用，同时还具有与其他控制系 统进行数据传输的功能。 喷油量控制采用了压力控制方式，通过由传感器、ECU和执 行元件等组成的控制系统，对循环喷油量、喷油正时、喷油速 率和喷油压力进行控制。
在回油通道中安装一个由ECU控制的高速强力电磁 阀来取代滑套控制回油通道的开闭。
二、时间控制方式（以VE泵为例）
喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于 可取消油量控制滑套，还可取消泵油柱塞上的 一般情况下，电磁阀关闭开始喷油；电磁阀打开 回油槽。 电磁阀关闭的持续时间。 喷油结束。
日本电装公司ECD-V1系统图
日本电装公司ECD-V1系统图
二、日本电装公司ECD－V3系统
日本电装公司开发的ECD－V3系统是在转子分配式喷油泵基 础上，增加电子控制装置形成的柴油机电控燃油喷射系统。 与ECD－V1系统相比，主要是喷油量控制方法不同，ECD－V3 系统是通过控制喷油时间来实现对喷油量控制的，即ECU在确 定喷油器的喷油开始时刻后，再通过溢流控制电磁阀来控制柱 塞泵回油的时刻（即停止喷油的时刻），以此来控制喷油量。 为控制喷油时间，在转子分配式喷油泵内增设了泵角传感器。 泵角传感器采用电磁感应式，向ECU提供喷油泵凸轮轴位置和 转角信号。 ECD－V3系统装用光电式着火正时传感器，对喷油正时实施 反馈控制。发动机转速传感器安装在曲轴上。
2.工作过程
二、转子分配泵供油正时电控系统 1.组成
在原供油提前角 自动调节器活塞两 侧油腔之间增加一 条液压通道，并由 ECU通过电磁阀控 制该液压通道来实 现。
二、转子分配泵供油正时电控系统 2.工作过程
ECU控制电磁阀的 占空比→正时活塞两 端的压力差变化→正 时活塞过正时传感器的 信号，得到实际的供 油正时，以进行反馈 控制。
增压控制
根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过各 种措施，实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制。
排放控制
主要是废气再循环（EGR）控制。
起动控制
包括供（喷）油量、正时控制和预热装置控制。
巡航控制
ECU根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。
故障自诊断
包含故障自诊断和失效保护两个子系统。
四、直列柱塞泵电控系统
装用直流电动机式电子调速器 的直列柱塞泵电控系统，用电子 调速器取代原有的机械调速器， 以实现对喷油量的控制； 用正时控制器取代原有的机构 离心式供油提前角自动调节器， 来对喷油正时进行控制； 设有油量调节拉杆（或齿条） 位置传感器和正时传感器，对喷 油量和喷油正时的控制均采用闭 环控制方式。
柴油机电控系统的开发研究从20世纪70年代开始， 共经历了三代： 第一代——位置控制 第二代——时间控制
第三代——时间－压力控制
位置控制
保留传统的基本结构，只是将原有的机
械控制机构用电控元件取代，在原机械 控制循环喷油量和喷油定时的基础上， 控制油量调节拉杆位移和提前器运动装 置的位移，实现循环喷油量和喷油定时 的控制。
共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理， 通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形 成高压。采用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射 过程，可以实现对喷射油量和喷射定时的灵活控制。
第三节 柴油机供（喷）油正时控制
一、直列柱塞泵供油正时电控系统
1.组成
由正时控制器、 电磁阀、柴油机 转速传感器、正 时传感器和ECU 等组成。
喷油器
共轨（Common-rail）
燃油压力传感器
三、时间－压力控制方式
四、压力控制方式
在后期开发的柴油机电控共轨式燃油喷射系统中，为降低 对供油压力的要求，喷油量的控制采用控制喷油压力的方法 实现，即喷油量的“压力控制”方式。 喷油器喷孔尺寸一定，喷油时间一定，控制喷油压力即可 控制喷油量；而在增压活塞和柱塞尺寸一定时，喷油压力 （即增压压力）取决于共轨中的油压，共轨中的油压是由ECU 根据各种传感器信号通过燃油压力调节阀来控制的，所以将 此种喷油量控制方式称为“压力控制”方式。在系统中，ECU 根据实际的共轨压力信号对共轨压力进行闭环控制。
二、电控柴油机控制系统组成
位置控制电喷系统工作示意图
（二）时间控制方式
在分配泵上实施时间控制的有：日本电装公 司的ECD-V3系统；美国Stanadyne公司的DS型和 RS型（DS型已用于GM公司1994年的增压柴油机 上，RS型已用于GM公司的客货两用车和越野 车）；日本丰田公司的ECD-2系统等。 电控泵喷嘴系统有：德国波许公司的 PDE27/PDE28系统等。
五、柴油机电控系统的功能与组成
（一）柴油机电控系统的功能
燃油喷射控制
主要包括：供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制、供 （喷）油速率控制和喷油压力控制等。
怠速控制
主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。
进气控制
主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正 时控制。
（一）柴油机电控系统的功能
一、位置控制方式
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。
供（喷）油量控制特点
用电子调速器取代传统机械离心式调速器。 用发动机转速传感器和加速踏板位置传感器代替原有 的转速和负荷传感机构（如离心飞块、真空室等）； 用ECU控制的电子执行元件来代替机械离心式调速执行 机构和加速踏板传动机构。
四、柴油机电控燃油喷射系统的优点
1.改善发动机低温起动性
电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦 的起动操作，使柴油机低温起动更容易。
2.降低发动机氮氧化物的排放
采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒 烟界限的适当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻， 从而有效地抑制排烟。
柴油机与自动变速器的综合控制
（二）柴油机电控系统的组成
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） 。 柴油机电控燃油喷射系统主要由传感器、电控单 元（ECU）、执行元件三部分组成。
（二）柴油机电控系统的组成
采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。
6.适应范围广
只要改变ECU的控制程序和数据，一种喷油泵就能广泛用 在各种柴油机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控 制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制，有 利于缩短柴油机电控系统开发周期，并降低成本，从而扩 大柴油机电控系统的应用范围。
第四节 柴油机电控燃油喷射系统实例
一、日本电装公司ECD－V1系统
日本丰田公司柴油轿车最早装的就是日本电装公司开发的ECD －V1系统。
该系统是在转子分配式喷油泵的基础上，加装电子控制装置而 形成的。
主要传感器包括：发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、 滑套位置传感器、正时活塞位置传感器、进气压力传感器、进气 温度传感器、冷却液温度传感器、车速传感器; 控制功能包括：燃油喷射控制、进气节流控制、预热塞控制、 自诊断和安全保护功能等。空档开关、起动开关、空调开关等。
时间控制电喷系统工作示意图
（三）时间-压力控制方式（共轨式） 国外于20世纪90年代中期研制的一种新 型柴油机电控技术。
优点：可实现高压喷射（最高达200Mpa），
喷射压力独立于发动机转速，可实现理想喷油 规律，具有良好的喷射特性。
国外典型共轨喷射系统有：日本电装公司的ECD-U2 系统；美国BKM公司的servojet系统；美国卡特匹勒 （Caterpiller）公司的HEUI系统，等等。
3.提高发动机运转稳定性