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1、,研发部电气电控室 唐超 2014.07.30,共轨发动机控制系统与部件功能概述,目录 一、共轨系统简介 二、共轨系统核心部件 三、共轨系统传感器,一、共轨系统简介,1. 什么是共轨系统,高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除燃油中的压力波动，然后再输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。 共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，它背离了传统的柴油机系统，开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。 世界上在研发和生产柴油机高压共轨系统的厂家，有日本电装、德国博世、德国西门子、美国德尔福。,一、共轨系统简介,2. 博世共轨系统工作原理,一、共
2、轨系统简介,3. 共轨系统的特点,共轨式电控燃油喷射技术，它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的精确控制，而且能实现预喷射和后喷射，从而优化喷油特性形状，降低柴油机噪声和大大减少废气的排放量。该技术的主要特点是： 采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，益于柴油机燃烧过程的全程优化 采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油嘴间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确 高速电磁开关阀频响高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地实现预喷射、
3、后喷等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段,二、共轨系统核心部件,1.ECU,作用：控制系统的核心，由硬件电路和控制软件组成，负责信息的采集、处理、计算和执行。通过传感器、开关等采集的信息不断的检查发动机等的状态，计算符合条件的燃油喷射量及相关控制等，执行喷油与控制执行器的动作等，使发动机工作在最佳状态；具有诊断功能，及时的发现系统故障并报警。,二、共轨系统核心部件,1.ECU,EDC17,接口：94 路整车接头, 60 路发动机接头 工作电压：1632V ， 工作温度范围：-3085（空气流速大于2m/S） 集成了DNOX2.2后处理控制系统，可实现对尿素喷射的
4、控制，同时完成OBD的监控。,二、共轨系统核心部件,2.高压油泵,高压油泵给共轨管提供高压燃油保持轨内压力。集成有齿轮泵、油量计量单元、凸轮转速传感器等，额定供油压力可达1600-1800bar。 齿轮泵将从油箱中的燃油输送到主滤器，然后燃油进入位于高压油泵上部的油量计量单元，计量单元根据实际的燃油需求量控制进入高压油泵进行压缩。,二、共轨系统核心部件,2.高压油泵,二、共轨系统核心部件,2.1 齿轮式输油泵,功用：齿轮泵的任务是为高压油泵提供充足的燃油； 原理：直接与高压油泵装在一起。齿轮泵主要由两个啮合的齿轮组成，通过齿轮之间的间隙把燃油从吸油侧输送到压油侧。齿轮间的线接触可以对吸油侧和压
5、油侧之间进行隔离，以防止燃油回流。,二、共轨系统核心部件,2.2 油量计量单元,功用：控制进入高压油泵的油量，从而控制共轨管压力； 原理：实际为一执行器，在断电状态下靠弹簧作用力处于安全位置；当通电后电磁阀作用，克服弹簧力将阀关闭。在柴油机起动或运转时，根据ECU指令来执行电磁阀的动作，保证高压轨内压力稳定在规定要求。 PWM控制（165195Hz） 线圈电阻：2.63.15欧姆 最大电流：1.8A 缺省状态：全开,二、共轨系统核心部件,3. 高压油轨,高压油轨贮存高压燃油，同时高压泵供油和喷油器喷油产生的压力波动可以在共轨中得到抑制。高压油轨由轨道、溢流阀、轨压传感器、流量限制器、进回油管接
6、头组成。,二、共轨系统核心部件,3.1 溢流阀,功用：当油轨内的压力超过设定值时，限压阀将会打开，以起到限压的作用。 原理：限压阀位于高压油管连接共轨的末端，正常压力下弹簧强制活塞靠在阀座上、共轨保持关闭状态；当超过工作压力时，轨内压力克服弹簧阻力对活塞加载并远离座，燃油溢出，通过回油管回到油箱；当压力正常后，活塞在弹簧的压力下重新封闭阀座。,注意： 限压阀累计开启次数 50 次，累计开时间 5小时，达到限值后必须更换！,二、共轨系统核心部件,3.2 流量限制器,作用：在非常情况下阻止喷油器常开而持续喷油与高压油管损坏等漏油。 原理：正常工作时，随着喷油使喷油器端压力下降，导致柱塞向喷油器方向
7、移动。喷油结束柱塞停止移动，压降减小，弹簧将其压回静止位置。 燃油大量泄漏时，柱塞移动后被压在出口处的密封座面上，停止向喷油器供油。燃油少量泄漏时，柱塞无法回到其静止位置，几次喷油后，柱塞运动到出油孔的密封座上，从而关闭喷油器进油口。,二、共轨系统核心部件,4. 喷油器,功用：由发动机ECU控制喷油器上的电磁阀实现喷油量与喷油时刻的控制，将高压燃油精确地喷入燃烧室。 喷油器是以锥形锁的方式安装于气缸盖上，并通过铜垫片来密封燃烧室。,BOSCH喷油器参数 线圈电阻： 230 m 开启电流：2426A； 保持电流：11 13A 电磁阀开启时间：110 10us 电磁阀关闭时间：30 5us,二、共
8、轨系统核心部件,4.1 喷油器工作过程,二、共轨系统核心部件,4.2 喷油器控制过程,三、共轨系统传感器,发动机自带6个传感器，都是非常重要的传感器。,ECU 还需要和整车电气进行匹配，需要接入ON档信号、空档信号、离合器信号、刹车信号、油门信号等，实现起动、预热、油门控制、排气制动、故障诊断等功能。,三、共轨系统传感器,3.1 电子油门踏板,驾驶员的加速信号由加速踏板传感器探测记录并传输给ECU，在传感器中电位计上形成的电压是加速踏板设定值的函数，通过特征曲线可计算出该电压下的踏板位置。,原理：踏板输出两路独立的电信号，信号电压与踏板的角位移成正比关系，信号1的电压为信号2电压的2倍，以相互
9、验证，确保信号的可靠性。,3.2 轨压传感器,特性： 工作电压：Us=50.25V 响应时间：0.20.8ms 测量范围： 0 200MPa 输出信号电压上限：0.90Us（4.5V） 输出信号电压下限：0.1Us（0.5V）,三、共轨系统传感器,功用： 将压力值转换为电压信号给电控单元（ECU）， 以实现燃油压力的闭环控制。 原理: 轨内的压力油通过孔道到达传感器的皮膜，将压力转换为电气信号，被输入到评估电路放大后输出。,3.3 水温传感器,特性： 高灵敏度NTC 工作电压：50.15V（ECU提供） 额定电阻 ：在 20C 2.5 k 6% 在100C 0.186 k 2%,电阻（ ）,三
10、、共轨系统传感器,功用： 安装在发动机冷却水回路中。监测发动机的温度，用于暖机控制、超温限扭、预热控制、油量修正等. 原理： 该传感器采用负温度系数的热敏电阻，通过感应接触电阻的温度，使传感器的阻值成负温度的变化。,3.4 机油压力温度传感器,特性： 供电电压：5.00.1V 测量范围：0 128 Psig ( 0 885.2KPa) 综合精度：2% Vout=（0.625*Psig+10）*Us/100,三、共轨系统传感器,功用： 安装在机油管路上，监测机油的压力状态，当机油压力过高或过低时，发出警报信息。 原理： 该传感器采用MEMS和专用集成电路（ASIC）技术设计制造，将感应到的压力转
11、换为正比例电压值输出给ECU。,3.5 进气温度压力传感器,压力测量范围：50-400KPa（绝压） Uout=（0.8*P-5)*Us/350 供电电压：5.00.25V 响应时间：1ms 钳位电压：0.30.05V（低） 4.80.05（高）,温度测量范围： 40/130C,三、共轨系统传感器,功用：安装在发动机增压器后进气管上；检测涡轮增压中冷后的进气管内的空气压力和温度，用于油量修正和预热控制。 原理：此传感器把进气温度和进气压力集成在一起，成为TMAP传感器，ECU内部接口电路为上拉电阻。其中温度传感器为负温度系数的热敏电阻型。感应压力和温度值，并将其转化为模拟电压输出给ECU。,2
12、4,作用：该传感器可以确定活塞上止点位置，同时测量曲轴的转速。 原理：飞轮外端面360范围内按6度间隔打58个孔，剩下2孔未打形成间隙，作为判断活塞上止点的依据。传感器中的磁通量随着通过的孔与间隙而变化，产生正弦交流电压，其波幅随着发动机转速而变化。设定间隙到传感器位置的角度，可确定一缸上止点。结合凸轮轴传感器正时凸轮，确定一缸发火上止点。,3.6 曲轴转速传感器,三、共轨系统传感器,3.7 凸轮轴转速传感器,作用：用于判断发动机第1缸压缩上止点的到来时刻，作为喷油的基准信号；另在曲轴转速传感器故障时可以维持发动机跛行功能。 原理：霍尔效应，凸轮轴上安装着一个用铁磁性材料制成的轮，有6+1个齿
13、，它随着凸轮轴旋转。当这个齿经过凸轮轴传感器的半导体膜片的时候，它的磁场就会使半导体膜片中的电子以垂直于流过膜片的电流的方向发生偏转，既而产生一个短促的电压信号（霍尔电压）。,三、共轨系统传感器,A、正常模式（曲轴/凸轮轴传感器均正常） 在起动过程中，曲轴信号与凸轮轴信号均正常时，ECU结合曲轴缺齿判断与凸轮轴多齿判断进行判缸。判缸过程迅速、可靠。 B、后备模式1（仅有凸轮轴传感器） 在起动过程中，仅有凸轮轴信号时， ECU通过检测判缸齿（第一缸前的多余齿）确定当前柴油机的正确相位，从而按照正确的喷油时序喷射。 C、后备模式2（仅有曲轴传感器） 在起动过程中，仅有曲轴信号时，当ECU检测到一个缺齿时，猜测柴油机此时处于第一缸上止点前，按照此假定的角度相位，以1-5-3-6-2-4的喷油时序持续一定次数的喷射，当发动机转速超过一定阈值时，可以判断此相位正确，从而判缸成功；若没有转速升高的着火迹象，则重新假定一相位喷油以判缸。,ECU根据电控柴油机曲轴信号盘与凸轮轴信号盘的相位关系判断柴油机运行的角度相位（也称判缸），并计算柴油机转速，仅在判缸成功后才能开始喷油。,三、共轨系统传感器,
