柴油機(jī)電控系統(tǒng)

（一）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的組成

電控柴油機(jī)噴射系統(tǒng)主要由傳感器、開關(guān)、ECU（ 計(jì)算機(jī)）和執(zhí)行器等部分組成。如圖 2-59 所示。其任務(wù)是對(duì)噴油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況變化的實(shí)時(shí)控制。電控系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同步輸入 ECU并與 ECU 已儲(chǔ)存的參數(shù)值進(jìn)行比較，經(jīng)過處理計(jì)算，按照最佳值對(duì)噴油泵、廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)噴油系統(tǒng)，使柴油機(jī)運(yùn)作狀態(tài)達(dá)到最佳。

（二）柴油機(jī)電控系統(tǒng)控制原理

1. 概述

圖 2-59 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的組成和原理

（1）噴油量控制 柴油機(jī)在運(yùn)行時(shí)的噴油量是根據(jù)兩個(gè)基本信號(hào)來確定的，分別是燃油控制旋鉀和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。噴油泵調(diào)節(jié)齒桿位置則是由噴油量整定值、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和具有三維坐標(biāo)模型的預(yù)先存儲(chǔ)在控制器內(nèi)的噴油泵速度特性所確定。在運(yùn)行中，系統(tǒng)一直校驗(yàn)和校正調(diào)節(jié)齒桿的實(shí)際位置和設(shè)定值之間的差異，以獲得正確的噴油量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。

（2）噴油定時(shí)控制 噴油定時(shí)是根據(jù)柴油機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速兩個(gè)信號(hào)確定，并根據(jù)冷卻液的溫度進(jìn)行校正。

控制器把噴油定時(shí)的設(shè)定值與實(shí)際值加以比較，然后輸出控制信號(hào)使定時(shí)控制閥動(dòng)作。以確定通至定時(shí)器的油量。油壓的變化義使定時(shí)器的活塞移動(dòng)，噴油定時(shí)就被調(diào)整到設(shè)定值。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，定時(shí)器使噴油定時(shí)處在最滯后的位置。

（3） 怠速兩種控制方式 怠速有兩種控制方式，分別是手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。借助于選擇開關(guān)可選定怠速控制方式。

選定手動(dòng)控制時(shí)，轉(zhuǎn)速由怠速控制旋鈕來調(diào)整。選擇自動(dòng)控制時(shí)，隨著冷卻液溫度逐漸升高，轉(zhuǎn)速從暖車前的 800r/min 降至暖車后的 400r/min。這種方法可縮短車輛在冬季的暖車時(shí)間。

（4）巡航控制 巡航控制是由機(jī)械速度、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、加速踏板位置、巡航開關(guān)傳感器和電子調(diào)速器的控制來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)快寒、精密的電子調(diào)速器執(zhí)行器，根據(jù)控制器的指令自動(dòng)進(jìn)行巡航控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于最母工作狀態(tài)。在原有的電子調(diào)速器基礎(chǔ)上，只需增加幾個(gè)開關(guān)和軟件就可實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能。

（5） 柴油消耗量指示器 指示器拷收柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和噴油泵調(diào)節(jié)齒桿位置信號(hào)。在工作過程中，柴油消耗狀態(tài)由安裝在儀零板上的綠、黃、紅三色發(fā)光二極管顯示出來，以作為經(jīng)濟(jì)行駛的指示。負(fù)荷信號(hào)由調(diào)節(jié)齒桿位置信號(hào)提供，而不是由加速踏板位置信號(hào)提供。所以，即使在巡航控制狀態(tài)下行駛時(shí)，珍指示器也能精確地指示油耗量。

2. 噴油量控制原理

控制原理∶電子控制系統(tǒng)的噴油影弋制原理如圖 2-60 所示。根據(jù)各種傳感器的信息， ECU計(jì)算出目標(biāo)噴油量。為了得到自標(biāo)噴油量，計(jì)算出噴油裝置需要多長(zhǎng)的供油時(shí)間，并向驅(qū)動(dòng)單元發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù) EC以送來的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。噴油裝置中的電磁閥開啟或關(guān)閉，控制噴油裝置供油開始、供油緯寒的時(shí)間，或只控制供油結(jié)束時(shí)間，從而控制噴油量。

（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)矩特性通常是通過控制噴油量來實(shí)現(xiàn)的�；�本噴油量特性如圖 2-61 所示，等速特性與發(fā)動(dòng)機(jī)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(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，通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋控制，可以得到恒定不變的轉(zhuǎn)速。

（2）怠速轉(zhuǎn)速控制 在怠速工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和發(fā)動(dòng)機(jī)自身的摩擦轉(zhuǎn)矩平衡，維持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。如果在低溫下工作，潤(rùn)滑油的黏度大，發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦阻力大，意速工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，乘車者感到不舒服。而且，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)容易失速。相反。如果發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速高，則發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲大，燃油消耗率高。為了克服上述問題。即使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩發(fā)生了變化，還要保證維持目標(biāo)轉(zhuǎn)速所需要的噴油量，這就是怠速轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制功能。

怠速轉(zhuǎn)速的控制流程圖如圖 2-62 所示，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)冷卻液的溫度、空調(diào)壓縮機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行比較決定，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)油一控制 加速調(diào)節(jié)開關(guān)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，控制起動(dòng)噴油量，如圖 2-63 所示。

（4）不均勻油量補(bǔ)償控制 在發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于各缸爆發(fā)壓力不均勻，曲軸旋轉(zhuǎn)速度變

化引起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。特別是在低轉(zhuǎn)速的怠速狀態(tài)下，各缸噴油量不均勻，各缸內(nèi)燃燒的差異等引起各缸間的轉(zhuǎn)速不均勻。因此，為了減少轉(zhuǎn)速波動(dòng)，需要檢出各個(gè)氣缸的轉(zhuǎn)速波動(dòng)情況。為了使轉(zhuǎn)速均勻平穩(wěn)，則需要逐缸調(diào)節(jié)噴油量，使噴到每一個(gè)氣缸內(nèi)的燃油量最佳化這就是不均勻油量補(bǔ)償控制，如圖 2-64 所示。

（5）恒定速度控制 不要操縱加速調(diào)節(jié)開關(guān)而維持定速的控制過程就是恒定速度控制，如圖 2-65 所示。

3.噴油時(shí)間的控制

控制原理∶電子控制燃油噴射系統(tǒng)中噴油時(shí)間的控制經(jīng)過了三次改革，如圖 2-66 所示。根據(jù)各個(gè)傳感器的信息，在 ECU的演算單元中計(jì)算出目標(biāo)噴油時(shí)間。噴油裝置中的電磁閥從 ECU接收到驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制流入或流出提前器的工作油。由于工作油對(duì)提前機(jī)構(gòu)的作用，

改變了燃油壓送凸輪的相位角，或提前，或延遲，從而控制噴油時(shí)間，如果將 ECU中目標(biāo)噴油時(shí)間值用數(shù)據(jù)表示成三維圖形（MAP圖），則可得到自由的噴油時(shí)間特性。目標(biāo)噴油時(shí)間采用如圖 2-67 所示的方法進(jìn)行計(jì)算。

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳燃燒，必須根據(jù)運(yùn)行工況和環(huán)境條件經(jīng)常地調(diào)節(jié)噴油時(shí)間。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定基本噴油時(shí)間，同時(shí)，還要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、冷卻液溫度、進(jìn)氣壓力等對(duì)基本進(jìn)氣時(shí)間進(jìn)行修正，決定目標(biāo)噴油時(shí)間。

4.噴油壓力的控制

控制原理∶共軌式燃油系統(tǒng)中噴油壓力的控制方法如圖 2-68 所示。根據(jù)各個(gè)傳感器的信息，ECU 演算單元經(jīng)過演算后定出目標(biāo)噴油壓力。根據(jù)裝在共軌上的壓力傳感器的信號(hào)， ECU 計(jì)算出實(shí)際噴油壓力。并將其值和目標(biāo)壓力值比較，然后發(fā)出命令控制供油泵升高或降低壓力。將 ECU 中的目標(biāo)噴油壓力特性用具體數(shù)據(jù)表示成三維圖形，即所謂 MAP 圖，可以得到最佳噴射壓力特性。

5. 噴油率的控制

控制原理∶最新電控燃油系統(tǒng)中噴油率的控制，特別是預(yù)噴射的控制可以用圖 2-69進(jìn)行說明。在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程中，需要若干次驅(qū)動(dòng)噴油裝置的電磁閥才能完成，根據(jù)傳感器的信息，ECU 演算單元計(jì)算出噴油參數(shù)。噴射參數(shù)中最重要的是，預(yù)噴射油量和預(yù)噴射時(shí)間間隔。這些參數(shù)值根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況具有其相應(yīng)的最佳值。將這些最佳值作為目標(biāo)最佳預(yù)噴油量和目標(biāo)最佳預(yù)噴油時(shí)間，具體數(shù)據(jù)表示在三維圖形中，即可實(shí)現(xiàn)噴油率最佳控制。

6. 附加功能

（1）自我故障診斷功能 故障自診斷功能就是由ECU 監(jiān)視、發(fā)現(xiàn)電子控制系統(tǒng)中故障產(chǎn)生的位置。并向駕駛員、修理人員提供故障信息的功能。目前，故障診斷儀已是市場(chǎng)上不可缺少的維修工具之。目其診斷項(xiàng)目已經(jīng)擴(kuò)展到構(gòu)成系統(tǒng)的零部件。將車輛線束中已經(jīng)準(zhǔn)備好的專用插頭插入 ECU 的故障診斷儀的插座內(nèi)，大部分系統(tǒng)都是使車輛儀表板中的校驗(yàn)指示燈發(fā)光，說明故障內(nèi)容。最近，將專用故障診斷裝置插入上述插座內(nèi)，則可以顯示出更

（2）故障應(yīng)急功能 傳感器的故障診斷和故障應(yīng)急功能如下。

① 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(dòng)機(jī)方面送來了不可能的信號(hào)，則可判定傳感器故障。溫度傳感器的故障診斷實(shí)例如圖 2-71 所示，在正常的溫度范圍7-7，內(nèi)，溫度傳感器的輸出電壓值為V~V，伏，如果電壓輸出值超出上述設(shè)計(jì)值之外，則ECU就會(huì)判定傳感器信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生了斷路或短路。而且，在顯示故障的同時(shí)。將預(yù)先記憶在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的控制用溫度值（℃）作為代用值送入 ECU 存儲(chǔ)器內(nèi)，用以防止因信號(hào)異常、控制混亂而導(dǎo)致汽車不能行駛。

②ECU 故障診斷和故障應(yīng)急功能。

ECU內(nèi)的CPU一旦產(chǎn)生了故障，則不能正常處理控制程序，不能進(jìn)行正常演算。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件是 CPU，一旦 CPU產(chǎn)生了故障，車輛就絕對(duì)不能行駛了。因此，

在大多數(shù)系統(tǒng)中都有故障應(yīng)急功能，隨時(shí)監(jiān)視 CPU 是否產(chǎn)生了故障，一旦出現(xiàn)異常，則立即切換到備用回路，繼續(xù)工作。系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖2-72 所示。在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和變速控制系統(tǒng) ECU之間通過數(shù)據(jù)通信的方法，將二者結(jié)合在一起，就可以作為一個(gè) ECU 工作。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)就是一個(gè)電子控制燃油系統(tǒng)，當(dāng)速度變化時(shí)，變速 ECU 得到若干指示，從而用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣，通過各個(gè)宇系統(tǒng)的 ECU 之間的數(shù)據(jù)通信，就可以研制出新的車輛綜合控制系統(tǒng)。