柴油发动机电子控制系统探究

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1、柴油发动机电子控制系统探究柴油机电子控制系统的发展：一直以来柴油发动机以其高效、功率范围广的优点广泛的应用于工业，农业和军用领域，然而随着人们对环境和能源问题日益关注，柴油机的燃油经济性和排放性越来越多的得到关注。采用较好的方法，以期得到好的排放性、经济性、动力性及低噪声已经势在必行。影响柴油机排放性、经济性的因素很多，而且相当复杂。改善柴油机的排放性能、经济性能最主要的手段是改善燃烧性能。改善燃烧性能的手段主要有以下两点：1） 合理组织燃烧室内的涡流。2） 燃烧室内燃油高压喷射。迄今柴油机电控燃油系统的发展已历经两代 ， 即位置控制系统和时间控制系统。第一代（位置控制系统）是利用原有的喷射装

2、置 ， 以电子调速器去取代原有的机械 液压式调速器，亦即喷油量是用电子控制伺服机构推动原有齿条。喷油定时是用子控制伺服机构推动原有调节机构。第二代直喷式柴油机电子控制燃油喷射系统 （时间控制系统）进一步提高了喷油系统与柴油机匹配的灵活性和适应能力。把调节机理直接引人到喷油器中 ， 喷油量和喷油定时分开计量 ， 喷油定时是由电磁阀通电时刻决定的 ， 喷油量是由电磁阀通电持续时间决定的。现已发展到第三代 ， 即压力一时间控制系统（或共轨系统）。第三代喷油系统摆脱了凸轮的束缚 ， 它除了具有第二代的优点（ 喷油定时、喷油量可以灵活控制 ， 喷射压力高 ）外 ， 喷油压力 还 可 以 根据柴油机的不同

3、工况进行柔性控制 ， 并且喷抽规律的控制更灵活。另外 ， 还可以进行补充喷油 ， 补充喷油对未来的排气后处理系统具有巨大的重要性。下图为直列式喷油泵电控系统的主要组成部分：采用电子控制系统的优点：提高柴油发动机的经济型和降低排放。柴油发动机电控系统能在不同的工况和工作条件下精确的控制喷油提前角，并始终保持在最佳值，以降低燃油消耗和减少排放污染。提高发动机工作的可靠性。发动机运转过程中，系统应能随时监测影响发动机可靠性的主要参数，一旦一项和几项参数异常，超出预定值，一方面系统应报警显示，同时还应该控制相关的执行器进行调整，直道相关参数或状态正常为止。推荐精选对柴油发动机运行工况实行高精度控制。一

4、旦柴油发动机及其系统的运行参数或状态偏离目标值，点控系统就能够立刻调整和控制，从而实现对柴油发动机运行状态的实时高精度控制。柴油机电控喷油系统框图：柴油机电控系统有三个系统块组成，第一个系统用于检测运行状况和产生预定值信号的传感器和预定值信号发生器，并且将各种物理量转变为电信号。第二个系统是电控装置，它使用特殊控制算法对上述信号进行处理，使其转变为相应的电输出信号。第三个系统为电磁执行器，将电控装置的电输出信号转换成机械控制齿条传动。执行器控制在喷油泵上，并借助于轴向运动的电磁线圈移动控制齿条替代机械调速器。主要零部件：传感器和预定值信号发生器用在柴油机电控装置上的传感器和预定值信号发生器的特

5、点是测量精度高和长期一致性。泵速传感器 装在直列式喷油器执行器上的感应型传感器，用于监测喷油泵的转速。齿条移动传感器 用压电电阻传感器检测涡轮增压器压力测的充气压力。温度传感器 温度传感器用于检测进气或充气温度，冷却液温度和柴油温度。车速传感器 行驶记录仪信号（可一直装载货运车上）或来自单独的车速传感器信号用于测定车速。油门踏板传感器 用电位器代替机械油门踏板联动装置，记录油门踏板位置，而因此将传递扭矩或转速输入到发动机上。控制器板 驾驶员通过控制板可输入或删除车速和中速预定值，还可以进行怠速微调。制动、排气制动和离合器开关 每当进行制动、排气制动和离合器动作时，开关把相应信号传输到电控装置。

6、电控装置：电控装置采用数字技术记录和处理来自传感器和预定值信号发生器的信号。电控装置有集成输入、输出的微处理器以及存储单元和将输入信号转换成兼容型计算机装置。依靠有关参数，大量不同的信息可以储存在电控装置中（如负荷，转速，冷却液温度，燃油温度和空气压力）。负荷和转速是受驾驶员通过改变油门踏板位置影响的基本参数，而其他参数则是辅助变量。这就是说，电控装置可使用与特殊用途的特种发动机和特殊车辆的需要。特种发动机的数据在出厂时或在发动机、车辆制造商事先讲明或是提出要求后直接存储在电控装置程序中。电控装置所能适应的这种情况的事实说明，在不需要进行硬件更换的情况下，可用于不同的发动机和车辆的各种变型。电

7、控装置设计成能自动适应各种典型温度下的运行。因此它可以安装到驾驶室和发动机室的适当位置。电控装置对抗干扰性能要求高，为满足抗干扰要求，配有抗短路输入和输出端，这也可以防止车辆电器系统传声乱真脉冲。对电控装置安装滤波器和屏蔽装置，提供了抗外界电磁干扰的高质量电磁兼容性。推荐精选电磁执行器当直列式喷油泵装用机械调速器时，喷油量随控制齿条位置和泵速而变。电磁执行器直接装载喷油泵上，轴向运动的电磁线圈改变喷油泵的控制齿条的运动。当电磁线圈断电时，回位弹簧强迫控制齿条在停止供油位置并切断对发动机供油。当电磁线圈通电时，电磁力作用在控制齿条上，方向与弹簧力相反。此作用力随电流的增加而增加，并使齿条向增大供

8、油量的方向移动。也就是说，根据电流的变化供油量可以在零与最大供油量之间连续变化。系统控制回路如图所示：推荐精选喷油量： 喷油量对发动机的启动性能和怠速、功率、操作性能和颗粒排放有决定性的作用。因此为电控装置编的程序中有启动、怠速、全负荷、油门踏板和喷油泵的性能数据。齿条位置可以看作是喷油量的等量信号。驾驶员通过记录油门踏板位置的电位计保证发动机转矩和转速的需要。读取存储器内存储的值和传感器输入的值，电控装置计算需要的喷油量，也就是控制齿条的需要位置。该值就是用于闭环控制的参考变量。电控装置装有记录实际齿条位置的位置控制器，因此能控制系统的偏差。该位置控制器可确保控制齿条快速设定它的位置。怠速

9、不受负荷的制约，怠速可控制在制定的设置点。如果需要，该设置点可在车速控制板上进行调节。中速： 对于辅助动力输出轴，可启动中速控制装置。该控制器可使发动机在给定的车速下运行，而不受负荷的影响。车辆处于停止状态时，可通过车速控制板进行启动，另外通过车速控制板可以设置任何车速。车速： 为了确定和限制车速，车速控制器评定来自记录仪或车速传感器的车速信号，该信号与特定的设置点值进行比较，并用于发动机转速限制。 高压共轨电控喷射系统的特点高压共轨电控喷射系统的特点可以归纳为自由调节喷油压力 （共轨压力控制 ）， 自由调节喷油量 ， 自由调节喷油率形状 ，自由调节喷油时间等。在电控共轨系统中 ， 各种传感器

10、实时检测出柴油机的实际运行状态 ， 由 根据预先设定的计算程序进行计算 ， 给出适合于该状态下的喷油量 ， 喷油时间等参数 ，使柴油机始终都能在最佳状态下工作。在高压电控共轨系统中 ， 喷油压力 （共轨压力 ）与柴油机的转速 ， 负荷无关 ， 是可以独立控制的。由共轨压力传感器测出燃油压力 ， 并与设定的目标喷油压力进行比较后 ， 可组成闭环回路进行反馈控制。 高压共轨电控喷射系统的结构和组成电控喷射系统主要由电控喷油器、供油泵、各种传感器和 根据各种传感器实时检测的柴油机运行参数 ， 与 中预先已经存储的特性曲线谱 （称为 图 ）相比较 ， 根据预定的控制策略 ， 按计算后的目标值把指令输送

11、到执行器高压电磁阀 ， 高压电磁阀根据 指令控制喷油量和喷油正时。同时 根据共轨压力传感器送来的参数和目标喷油压力比较形成闭环控制 ， 通过调压阀来保持共轨油压的稳定。该系统主要解决：1） 供油量的控制：在ECD系统中，ECU根据加速踏板位置传感器和柴油发动机转速传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量。基本喷油特性能够保证发动机具有整体的动力性、经济型、排放性和调速性能。然后根据冷却液温度、进气温度、进气压力等传感器的输入信号以及启动机信号对基本喷油量进行修正，最后计算出供油量调节套筒的目标位置，ECU把供油套筒的实际位置和目标位置相比较，并对供给输油量控制阀的电流进行调整，即按照供油量控制套

12、筒位置传感器信号进行反馈修正后，精确的确定柴油机在各种环境下运转的最佳供油量。推荐精选图2为供油量调节电磁阀反馈控制简图。ECU把修正过的结果作为控制信号，供给喷油量控制电磁阀1，产生磁力，使得可动铁心3移动。控制信号电流越大，磁场越强，在磁力作用下，可动铁心3克服弹簧力的作用向左运动。通过杠杆将供油量控制套筒4推向右边，增加供油量。2） 供油提前角的确定：ECU根据柴油机的转速和加速踏板位置等传感器的输入信号，初步确定一个供油时刻，然后根据冷却液温度、进气温度、压力等传感器和启动机信号，进行修正，最终确定理想的供油时刻值（即喷油提前器活塞的目标位置）。ECU把供油提前器的实际位置和目标位置相

13、比较，并对控制信号进行调整，即按喷油提前器位置传感器的信号进行反馈修正之后，确定最佳供油时刻。喷油提前器反馈控制如图3所示。ECU根据最后确定的供油时刻，向供油定时控制电磁阀3的线圈6通电，可动铁心7被电磁铁吸引，压缩弹簧8向右移动，打开喷油提前器，由高压腔4通往低压腔5的油路，使得喷油提前器活塞两侧的压力差减少，活塞2向右移动，推迟供油时刻，即供油提前角减小。柴油发动机电控系统主要解决的问题主要在于喷油量的控制和喷油提前角的确定，由于柴油机的燃油经济性和排放性能较之汽油机较差，所以电子控制系统的应用显得十分必要，随着对柴油机工作工程更加细致的分析和控制算法的进一步完善和准确，柴油发动机的燃油经济性和排放性必然会得到较大的改善。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 推荐精选