張盈利

彰武縣運(yùn)輸管理所

電控柴油發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)原理

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彰武縣運(yùn)輸管理所

隨著柴油發(fā)動機(jī)的發(fā)展，傳統(tǒng)的燃油供給系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了柴油技術(shù)的發(fā)展。因此，柴油機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展，是柴油發(fā)動機(jī)的必然之路。目前，柴油機(jī)發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)，已由當(dāng)初的單一控制燃油噴射系統(tǒng)，發(fā)展到了獨(dú)立系統(tǒng)控制，如渦輪增壓控制系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、排放后處理系統(tǒng)。本文主要介紹柴油發(fā)動機(jī)的各組成部分，以及各系統(tǒng)的控制原理，從而體現(xiàn)電控柴油機(jī)的優(yōu)越性。

電控；發(fā)動機(jī)；傳感器；柴油機(jī)

1　電控柴油機(jī)的發(fā)展

柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展分為三個階段

1.1位置控制噴油系統(tǒng)

此系統(tǒng)的特點(diǎn)是用電子伺服機(jī)構(gòu)代替早期的調(diào)速器控制供油滑套的位置從而實(shí)現(xiàn)供油量的調(diào)整；

1.2時間控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)通過控制快速響應(yīng)電磁閥的開啟和閉合時刻來進(jìn)行調(diào)節(jié)；

1.3時間-壓力控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)的特點(diǎn)是通過共軌壓力盒噴油壓力-時間的綜合控制，從而實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的各種復(fù)雜供油特性。

2　電控柴油機(jī)的優(yōu)越性

1、目前所有的柴油電控系統(tǒng)中，共軌電控噴射系統(tǒng)性能最為優(yōu)秀，與傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)

（1）噴射壓力高，可大200Mpa；

（2）噴油壓力獨(dú)立于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速；

（3）實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，達(dá)到5次噴射；

（4）噴油量及噴油正時可自由選定；

（5）震動及驅(qū)動扭矩?。?/p>

（6）可對各缸工作均勻性矯正。

2、排放小，油耗低

3、低速動力強(qiáng)勁、加速性能好、扭矩大等特點(diǎn)

4、噪音低、可靠性高

3　電控柴油發(fā)動機(jī)的組成

電控柴油發(fā)動機(jī)的組成與汽油發(fā)動機(jī)相似，都是有傳感器、ECU、執(zhí)行元件三部分組成。

3.1傳感器

傳感器的作用是采集發(fā)動機(jī)各部位的信息，并將其轉(zhuǎn)變成電信號，傳給汽車發(fā)動機(jī)電腦。

3.2ECU

其作用是根據(jù)傳感器輸入的信號和內(nèi)存程序，計(jì)算出噴油量和噴油開始時刻，并向執(zhí)行元件發(fā)出執(zhí)行命令。

3.3執(zhí)行元件

執(zhí)行ECU的執(zhí)行命令，調(diào)節(jié)柴油機(jī)的噴油量和噴油正時。

4　電控柴油發(fā)動機(jī)的原理

4.1廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)的工作原理

廢氣再循環(huán)（EGR，Exhaust Gas Recirculation）系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用在發(fā)動機(jī)的排放控制裝置，其主要目的是降低氮氧化合物的生成。由于發(fā)動機(jī)所排放的廢氣中，主要由氮?dú)夂投趸冀M成，氧含量很低，使用EGR系統(tǒng)可使部分排氣流經(jīng)EGR閥返回到進(jìn)氣系統(tǒng)，與新鮮的混合氣混合，稀釋新鮮混合氣中的氧濃度，使其燃燒速度降低；此外還可以使新鮮混合氣的比熱容提高，降低燃燒溫度，因此有效的抑制氮氧化合物的生成。

ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號、供油量和水溫信號等，按預(yù)先設(shè)定的脈譜圖改變EGR率。實(shí)際應(yīng)用中，柴油機(jī)的EGR回流管直徑要比汽油機(jī)大得多，因此柴油機(jī)進(jìn)排氣管之間壓差較小，需要的EGR回流量高于汽油機(jī)。

4.2渦輪增壓系統(tǒng)工作原理

在柴油機(jī)上廣泛使用的廢氣渦輪增壓器是用于實(shí)現(xiàn)為進(jìn)氣增壓，在供入氣缸，以提高空氣的密度及進(jìn)氣量。六缸柴油機(jī)排氣管內(nèi)的廢氣按工作順序1-5-3-6-2-4依次進(jìn)入渦輪機(jī)中，推動排氣管中的渦輪旋轉(zhuǎn)，同時帶動進(jìn)氣管側(cè)的渦輪旋轉(zhuǎn)，使進(jìn)入氣缸的新鮮空氣得到增壓。由于渦輪增壓工作中高速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以對于該系統(tǒng)必須進(jìn)行潤滑。渦輪增壓系統(tǒng)的潤滑油來自發(fā)動機(jī)的主油道，并通過精濾器再次過濾后，進(jìn)入到增壓器的中間殼，潤滑后經(jīng)下部的出油口流回發(fā)動機(jī)油底殼。

4.3排放后處理系統(tǒng)（SCR）

SCR（Selective Catalytic Reduction）系統(tǒng)是控制柴油機(jī)排放后進(jìn)行處理的一種裝置，其將尿素溶液噴射到排氣管當(dāng)中，由于高溫將尿素溶液分解為氨和二氧化碳，氨又在催化劑的作用下，與氮氧化合物發(fā)生還原反應(yīng)，將其還原成氮?dú)夂退瑥亩_(dá)到降低氮氧化合物排放的目的。

4.4預(yù)熱系統(tǒng)

柴油機(jī)在冷啟動時，由于環(huán)境溫度低，噴入到氣缸內(nèi)的柴油并未升溫到著火溫度，因此必須采用預(yù)熱系統(tǒng)改善柴油的著火性能。預(yù)熱可分為啟動預(yù)熱和輔助預(yù)熱，其中啟動預(yù)熱是對空氣進(jìn)行預(yù)熱，而輔預(yù)熱是對冷卻液進(jìn)行預(yù)熱。此外，在重型車上除了在進(jìn)氣道中安裝電熱塞預(yù)熱外，還在燃油濾清器座上安裝有電加熱器，對燃油進(jìn)行加熱。預(yù)熱塞內(nèi)安裝有加熱電阻，其特性是電阻隨溫度的升高而增加，從而降低控制線圈的電流量，使預(yù)熱塞的溫度不會過高，一般預(yù)熱塞溫度可升高到900度。

5　柴油發(fā)動機(jī)常見的傳感器

5.1曲軸位置傳感器

又稱轉(zhuǎn)速傳感器，一般安裝在飛輪殼上，電磁式曲軸位置傳感器為，由傳感器和信號輪組成，其中信號輪由57個短齒槽和1個長齒槽。信號輪安裝在飛輪的后方，57個短齒槽（齒間角度為6°）、1個長齒槽（齒間角度為18°）。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，曲軸每轉(zhuǎn)一圈，曲軸位置傳感器的感應(yīng)線圈就會輸出57個規(guī)則的交流脈沖電壓信號和一個畸變的電壓信號。ECU根據(jù)傳感器輸入的信號，計(jì)算出發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速以及確定一缸上止點(diǎn)的位置。

5.2凸輪軸位置傳感器

此傳感器利用霍爾效應(yīng)原理，感應(yīng)凸輪軸正時齒輪上感應(yīng)鐵的位置，從而判定一缸壓縮行程上止點(diǎn)。凸輪軸位置傳感器由永久磁鐵和霍爾元件組成，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，感應(yīng)鐵與傳感器的位置發(fā)生相對運(yùn)動，引起磁場變化，傳感器的輸出電壓也會因此變化，輸出方波數(shù)字信號，ECU根據(jù)此信號的變化來判定凸輪軸的運(yùn)行位置。

5.3共軌壓力傳感器

此傳感器安裝在燃油供軌上，由傳感器部件、檢測回路的印刷電路板、裝有傳感器外殼等組成。有壓力的燃油通過共軌上的小孔流向傳感器膜片，半導(dǎo)體裝置安裝在膜片上并將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號。當(dāng)其原理是當(dāng)膜片形狀變化時，連接于膜片的電阻值也將改變，從而ECU接收到的電壓信號也發(fā)生變化。ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)相關(guān)傳感器的信號，計(jì)算出所需要的軌壓，通過調(diào)節(jié)進(jìn)油量比例閥的開度來實(shí)現(xiàn)軌壓控制，并依靠共軌壓力傳感器檢測當(dāng)前的實(shí)際軌壓，將其與理論軌壓進(jìn)行對比修正，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

5.4加速踏板位置傳感器

此傳感器的安裝位于加速踏板軸上，利用滑動變阻器的原理來實(shí)現(xiàn)監(jiān)測加速踏板的具體位置。ECU向傳感器提供5V電壓。加速踏板通過轉(zhuǎn)軸與傳感器內(nèi)部的滑動變阻器連接在一起，當(dāng)位置改變時，電刷與接地端的電壓發(fā)生改變，ECU將該電壓轉(zhuǎn)變成加速踏板的位置信號。加速踏板位置傳感器同時輸出兩組信號給ECU，保證輸出信號的可靠性。

5.5空氣流量計(jì)

目前空氣流量傳感器多為熱式，可同時輸出空氣流量及溫度信號，其原理是鉑金絲被加熱電阻加熱，膜片上的溫度分配被與加熱電阻平行安裝的2個溫度電阻測量；通過傳感器的空氣降低了膜片上的溫度，從而使得兩個溫度電阻的電阻值產(chǎn)生差異，由此對ECU輸出一個變化。

6　電控柴油機(jī)系統(tǒng)的故障診斷

發(fā)動機(jī)ECU內(nèi)有一個故障存儲器，可通過接受到的傳感器采集的信息分析出50多種故障并將故障信息存儲起來。當(dāng)ECU儲存有故障時，一般會通過儀表盤上的發(fā)動機(jī)故障報警燈來提醒駕駛員，并可以通過檢測儀調(diào)出儲存在ECU中的故障信息，此故障信息都為電控系統(tǒng)故障，因此多為各種傳感器及執(zhí)行元件故障。

［1］ 王尚青.柴油機(jī)電子控制技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005；

［2］賴瑞海.電控柴油機(jī)結(jié)構(gòu)與原理M.北京：人民交通出版社，2008；

［3］陳丙辰.汽車傳感器使用與檢修M.北京：金盾出版社，2003；