高压共轨电控柴油机控制结构和原理

高压共轨电控柴油机控制结构和原理

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∙时间：2009-05-15

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内容简介：发动机管理系统的核心功能由电控单元来实现。传感器为EDC电控单元提供发动机的当前工况信息，电控单元对传感器的信号进行分析以后，根据预定的控制策略对执行器发出控制信号，控制喷油量、喷油始点、增压压力、废气再循环和电热塞系统。

发动机管理系统的核心功能由电控单元来实现。传感器为EDC电控单元提供发动机的当前工况信息，电控单元对传感器的信号进行分析以后，根据预定的控制策略对执行器发出控制信号，控制喷油量、喷油始点、增压压力、废气再循环和电热塞系统。

一喷油量控制系统

EDC电控单元图

EDC电控单元分析发动机转速、加速踏板位置和冷却水温等传感器的信号，确定所需喷油量，并发相应控制信号给喷油泵中的油量调节器。通过安装在油量调节器上的活塞位移传感器的反馈，实现油量的闭环控制。在空气量不够的情况下为了避免黑烟，要根据烟度限制MAP图限制油量。

柴油机高压共轨喷油量控制系统组成结构图

二喷油定时控制系统

喷油始点影响发动机起动性能、燃油经济性和排放性能。EDC电控单元通过喷油量、发动机转速和冷却水温等信号确定最优喷油始点，给喷油泵中的喷油始点控制阀发出相应的控制信号。

三增压压力控制系统

柴油机电控增压系统图

控制单元根据进气管压力传感器、进气管温度传感器和海拔传感器等信号确定增压压力控制电信号，传给增压压力控制阀。增压压力控制阀把电信号转化成真空度信号，传给废气涡轮增压器上的增压压力调节阀，控制增压压力沿理想的特性曲线运行。

四废气再循环控制系统

在控制单元内，存有EGR特性曲线，它包括发动机各工况点所需的空气量。控制单元利用空气流量传感器的信号，把实际进气量与标定进气量进行比较，为补偿这个差值，对EGR 控制阀发出相应的控制电信号。EGR控制阀把电信号转化成真空度信号传给EGR阀，改变EGR 阀的开度，控制废气再循环率。

电控柴油机废气再循环（EGR）

废气再循环（EGR）是为了减少排气中的氮氧化物。直喷系统的缸内温度相对较高，而且柴油机工作在富氧的环境下，因此排气中产生大量的氮氧化物。部分的排气通过EGR阀与新鲜空气混合进入发动机，这样缸内混合气的含氧量就降低，从而降低氮氧化物排放。废气再循环率要受到限制，因为过多的废气会使碳氢、一氧化碳和微粒排放恶化。

五电热塞控制系统

电热塞控制集成在EDC电控单元中，控制分为两部分：预热和后热。

电控柴油机电热塞系统图

预热：由于直喷柴油机的启动性能好，预热只需在温度低于+9℃以下进行，冷却水温传感器为电控单元提供准确的温度信号，驾驶员通过仪表盘上的预热报警灯了解预热情况。

后热：发动机启动以后，就要进入后热阶段，后热可以减少发动机的噪音，改善怠速工况的发动机性能，并且降低碳氢排放。发动机转速达到2500rpm时后热阶段停止。电热塞控制集成在EDC电控单元中，控制分为两部分：预热和后热。

高压共轨电控柴油机系统控制图

摘要：介绍了柴油机电子控制技

术的发展状况、控制原理和应用特点及高压共轨技术的工作原理、研究方向、应用前景。关键词：柴油机电控技术；高压共轨技术；应用前景

1 柴油机电子控制技术的发展状况及发展趋势

1.1柴油机电子控制技术的发展状况

柴油机电子控制技术始于20世纪70年代，20世纪80年代以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，以满足日益严格的排放法规要求。

由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特点，柴油机成为解决汽车及工程机

械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用范围越来越广，数量越来越多。同时对柴油机的动力性能、经济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。依靠传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求，也难以实现喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。近年来，随着计算机技术、传感器技术及信息技术的迅速发展，使电子产品的可靠性、成本、体积等各方面都能满足柴油机进行电子控制的要求，并且电子控制燃油喷射很容易实现。

实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多，NOX排放量与汽油机相近，只是排气微粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。柴油机是一种非均质燃烧，可燃混合气形成时间很短，而且可燃混合气形成与燃烧过程交错在一起。通过分析柴油机喷油规律得到：喷入燃料的雾化质量、汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展以及有害排放物的生成。提高喷油压力和柴油雾化效果、使用预喷射、分段喷射等可以有效的改善排放。

经过多年的研究和新技术应用，柴油机的现状已与以往大不相同。现代先进的柴油机一般采用电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。随着国际上日益严格的排放控制标准(如欧洲Ⅳ、Ⅴ标准)的颁布与实施，无论是汽油机还是柴油机都面临着严峻的挑战，解决的办法之一是采用电子控制燃油喷射的技术。现在，柴油机电子控制技术在发达国家的应用率已达到60%以上。

1.2何谓电喷柴油机

采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电喷柴油机。电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、油门踏板位置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器，将实时检测的参数同时输入计算机(ECU)，与已储存的设定参数值或参数图谱(MAP图)进行比较，经过处理计算按照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量(供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间)和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)，同时对废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运行状态达到最佳。

1.3柴油机电子控制技术的发展趋势

1.3.1高的喷射压力