柴油机电子控制系统.docx

1、柴油机电子控制系统第二章柴油机电子控制系统第一节 柴油机电子控制系统的组成及工作原理一、柴油机电子控制系统的组成柴油机电子控制系统由信号输入装置、电子控制单元ECU和执行器三部分组成。1、信号输入装置（1） 加速踏板位置传感器用来检测加速踏板的位置，此信号输入ECU后与转速信号共同决定柴油机的喷油量及喷油提前角，是柴油机电子控制系统的主要控制信号。（2） 转速传感器，曲轴位置传感器用来检测发动机转速或曲轴位置，与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和喷油提前角，是柴油机电控系统的主要控制信号。（3） 泵角传感器：检测喷油泵凸轮轴转角，与曲轴位置传感器配合共同控制喷油量，并保证在喷油正时改变时不影响

2、喷油量。（4） 着火正时传感器：检测燃烧室开始燃烧的时刻，修正喷油正时。（5） 冷却液温度传感器检测发动机水温修正喷油量及喷油正时。（6） 进气温度传感器：检测进气温度，修正喷油量及喷油正时。（7） 进气压力传感器：检测进气压力，以修正喷油量及喷油正时。（8） 溢流环位置传感器：检测溢流控制电磁铁的电枢位置，以反馈控制溢流环的位置。（9） 正时活塞位置传感器：检测电子控制正时器正时活塞的位置，将喷油正时提前量信号输入ECU。（10） 控制杆位置传感器：检测电子控制柱塞式喷油泵调速器中控制杆的位置，将燃油喷射量的增减信号反馈给电脑。（11） 控制套筒位置传感器：检测电子控制分配式喷油泵调速器中控

3、制套筒位置，将燃油喷射量的增减信号反馈给ECU。（12） E/G开关：发动机点火开关信号，向ECU输入发动机工作状态信号。（13） A/C开关向ECU输入空调工作信号，是怠速控制信号之一。（14） 动力转向油压开关：检测动力转向管路油压的变化，是怠速控制信号之一。（15） 空档起动开关：向ECU输入自动变速器是否处于空档位置信号，是怠速控制信号之一。2、电子控制单元ECU是一个综合控制装置，具有如下功能：（16） 接受传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供参考基准电压：2V 、5V、9V、12V。将输入的信息转变为ECU所能接受的信号。（17） 存储、计算、分析处理信息，根据信息参数求出执行

4、命令，将输出、输入信息与标准值对比查出故障。（18） 输出执行命令，把弱信号变为强信号。（19） 具有自我修正功能。ECU主要由输入回路、A/D转换器、微型计算机和输出回路四部分组成。3、执行器柴油机控制系统的执行器由执行电器和机械执行机构两部分组成。执行器中所使用的执行电器主要有电磁铁、螺旋管、直流电机、步进电机等，二、柴油机电子控制系统的工作原理与汽油机电子控制系统一样，各种输入信号经过输入回路或A/D转换器输入微机，在微机的存储器中存有发动机的各有关调控参数和目标数据。这些数据是柴油机各种工况的最佳运行结果，当传感器检测到发动机某一实际参数输入微机后，首先与存储器中的相应参数比较，如果两

5、者相同电控系统保持原状态。如果实际值偏离目标值时，ECU将根据偏离值的大小和方向按一定的控制方式进行调整，最后微机通过I/O接口输出控制指令，经输出回路放大后控制有关执行器动作，并且可以将实际运行结果反馈给ECU实现闭环控制，使柴油机按照最佳的状态运行。第二节 柴油机电子控制系统的类型、结构及工作原理一、电子控制式喷油泵电子控制式喷油泵的主体与普通喷油泵相同，只是调速器和喷油提前角调节器由电子控制系统控制。影响喷油量及喷油提前角的有关因素，通过传感器将信号输入ECU，经分析处理后输出控制指令，通过电动调速器和时间控制器来完成燃油喷射量和喷油提前角的控制。电子控制式喷油泵分柱塞式和分配式两种形式

6、。1、电控柱塞式喷油泵电子控制柱塞式喷油泵的组成电子控制系统的输入信号由加速踏板位置传感器、水温传感器、转速一凸轮轴位置传感器（NTDC）、起动开关、空调开关等信号输入ECU，并通过时间控制器（喷油提前角）传感器和控制杆位置传感器（装于电动调速器内）反馈给ECU，ECU对输入的控制信号和反馈信号进行分析处理，计算出相应的喷油量及喷油提前角控制参数值，分别送往电动调速器和电磁阀，使调速器和时间控制器动作从而精确控制喷油量（由电动调速器控制）和喷油提前角（由时间控制器通过电磁阀控制）。1）喷油量的控制 (电子调速器)流经线性线圈的电流增加时，则可动铁心在箭头所示方向被吸引，并和复位弹簧力平衡在某个

7、位置。控制齿杆和可动铁心连接在一起和可动铁心一起运动，从而改变喷油量。 在调速器执行机构的箱体内，还装有齿杆位移传感器、传感器放大器和转速传感器等。 电子调速器通过计算机计算出最佳喷油量，用线性螺线管、线性直流电动机等代替传统拘杠杆机构，电动地控制调节齿杆的位移。因此，可以根据发动机的运行状态将喷油量控制到最佳。（1）系统的构成 电子调速器的内部主要由下述4部分构成： A线性螺线管控制线圈中的电流，使喷油泵的调节齿杆移动。 B齿杆位置传感器由线圈和铁心构成，检测出调节齿杆的位置。 C转速传感器检测出发动机的转速。 D传感器放大器将检测到的齿杆位置传感器的输出信号放大后送到计算机中。 此外还有：

8、将加速踏板的角度转换成电信号的油门传感器、水温传感器和起动信号等。（2）喷油量控制通常，喷油量是由油门开度和发动机转速决定的。当电流流过线性螺线圈时，滑动铁心被拉向图示箭头的方向，在复位弹簧作用力的作用下，滑动铁心在某一个平衡位置停住。调节齿杆和滑动铁心是连在一起的和铁心一起连动向增加喷油量的方向移动。如果铁心向箭头相反的方向移动，则调节齿杆使喷油量向减少的方向移动。现在，假设调节齿杆向增加喷油量的方向移动，和调节齿杆连动的联结杆则以支点A为中心，向逆时针方向转动，联结杆的下端和齿杆位置传感器的传感器铁心连动。所以传感器的铁心向右方(箭头方向)移动。因此，齿杆位置传感器的输出发生了变化。齿杆位

9、置传感器送来的信号经过传感器放大器进行整流、放大后输入到计算机中。然后，计算机将该信号和齿杆位置的目标值进行比较，根据两者的差值向线性螺线管发出驱动信号，改变喷油量。2、电子提前器1）提前器的执行机构提前器执行机构位于发动机驱动轴和凸轮轴之间，调节两轴之间的相位，而且由它传递喷油泵的驱动转矩。因此，相位调节需要很大的作用力，大多采用液压进行调节。角度提前机构的典型侈仔是偏心凸轮方式和螺线形花键轴。电磁阀由ECU驱动，控制作用在油压活塞上的油压。油压活塞左右移动使转换机构上下运动，从而改变发动机驱动轴和凸轮轴之间的相位。 发动机驱动轴和凸轮轴上分别装有转速脉冲发生器和进角脉冲发生器。对应两个脉冲

10、发生器分别装置了传感器。从这两个传感器的信号ne和np靠可检出两者相位差。2）电子提前器的系统构成和工作原理除了发动机的转速外，电子提前器对于发动机的负荷也可以通过适当改变喷油时间而加以控制。(1)齿杆位置传感器安装在喷油泵齿杆罩上。将调节齿杆的位置转换成电信号，并送入计算机内。(2)传感器和执行器外周的脉冲发生器组合而成。检测出喷油泵驱动轴的转速，并将该信号作为提前角基准信号使用。(3)时间传感器和执行器轮毂的脉冲发生器组合起来，检测喷油泵凸轮轴的转速。通过转速传感器和喷油时间传感器的输出信号的相位差就可以检测出提前角度值。(4)电磁阀和执行器 电磁阀根据计算机的信号控制作用于油压活塞上的油

11、压。因此由发动机润滑油的流人端(通电时开启)和流出端(通电时关闭)两部分构成。 执行器的工作原理是：通过油压使活塞动作，在驱动轴和喷油泵凸轮轴之间产生相位差，因而喷油时间随之改变。电磁阀开启或关闭。油压活塞左右移动通过拨叉销而传递到偏心凸轮。偏心凸轮机构。偏心凸轮机构可以使驱动轴和喷油泵凸轮轴之间相位发生改变，两轴之间的相位差(提前角度)和前述的转速传感器及喷油事件传感器的信号进行比较后而检测出来。电磁阀为双组式，共有三个通道：孔通发动机主油道，控制压力油由孔进入电磁阀。孔为回油道，一部分机油从孔流回发动机油底壳内。管是通往时间控制器的油道，控制油由电磁阀经管流入时间控制器。电磁阀受ECU控制

12、，通过控制从孔流回发动机的油量来控制管进入时间控制器的油压，从而控制时间控制器内的活塞位置来调节喷油提前角。时间控制器由缸筒、活塞、大小凸轮、法兰和圆盘等组成。受电磁阀流入的电压大小控制活塞位置发生改变，通过活塞上的销带动凸轮偏转，从而使法兰（泵轴）相对于圆盘（发动机曲轴）偏转一定角度，实现喷油提前角的调节。2、电子控制分配式喷油泵电子控制分配式喷油泵的组成电子控制系统的输入信号由加速踏板位置传感器、转速传感器、燃油温度传感器、水温传感器、起动开关等输入ECU、并由控制套筒位置传感器反馈给ECU，ECU对输入的控制信号和反馈信号进行分析处理，计算出相应的喷油量及喷油提前角控制参数值，分别送往电

13、动调速器和时间控制器。VE分配泵采用旋转螺线式执行机构，由于转子的转动，改变轴下端的偏心球的位置来控制溢油环的位置。 基本特点是：保留了机械分配泵的溢油环，采用旋转式电磁铁，因此，不用杠杆。电磁铁中控制轴旋转改变了控制轴下端偏心球的位置，直接控制溢油环，控制喷油量。在旋转电磁铁上方有一个角度传感器作为溢油环位置传感器，实现闭环控制。溢油环位置传感器中一个可动测量环与控制轴一起旋转，还有一个固定基准环。柴油机电子控制系统的控制方式(喷油提前角)柴油机电子控制系统的控制方式可分为三大类：开环控制、闭环控制和开环一闭环综合(复合式)控制，如图所示。三种控制方式对柱塞式喷油泵和分配泵均适用。 （1）开

14、环控制 开环控制系统的结构特点是用电子控制装置取代喷油提前角调节装置。在分配泵凸轮滚环上设詈一个液压活塞，液压活塞由一电磁阀控制，凸轮滚环的实际位置由活塞位置传感器检测。电磁阀控制流人活塞或流出活塞的通路，使活塞到达所要求的位置，即调整点，该调整点由ECU根据发动机的转速、总供油量和冷却水温来确定。最佳喷油提前角在研制开发系统时确定，并存入ECU，即凸轮滚环位置与喷油提前角的关系是预先设定好的。此种控制方式会因为零件的磨损、喷孔的堵塞等原因，导致即使相同型号的不同发动机或同一台发动机在不同的使用阶段喷油提前角存在差异。（2）闭环控制 闭环控制是通过测定实际喷油提前角和调节流人正时活塞的压力在发

15、动机工况及工作条件变化时对喷油提前角进行调整。当ECU根据反馈回来的信息发现实际喷油正时在调整点之外时，它就通过电磁阀控制正时活塞使之回到调整点。一般采用喷油传感器或着火正时传感器反馈实际喷油正时。 （3）开环一闭环综合(复合式)控制 此种控制方式是把闭环控制系统与凸轮滚环位詈的定位摔制结合艴来可直服传统闭环系统响应速度慢的缺点。当调整点与实际喷油正时出现误差时，控制系统就会知道活塞移动的距离，补偿误差。通常在相邻两次喷油问就能达到调整点1）.喷油量的控制结构；GE(电子调速器)执行器GE执行器安装在喷油泵上部的调速器腔内，调速器腔和喷油泵腔通过磁过滤器而连接在一起。利用流人调整器腔内的燃油对

16、线圈绕组进行冷却。 磁过滤器可以防止铁粉等进入电子调速器内部。 压入转子内的轴的前端装有球销。该球销相对于轴稍微有点偏心，并插入调节滑套的孔中。喷油量的控制方式；ECU根据发动机的状态计算出目标喷油量并将其结果输出到驱动回路，驱动回路根据ECU的指令一边反馈控制执行机构的位置，一边输出。这样，将VE分配泵的溢油环控制在目标位置，从而控制喷油量。 调节滑套的位置信号和转子角度关系图转子转动角度电流 工作原理：电动调速器（GE执行器）由转子式电磁执行器和油量控制机构组成。非对称磁极铁心上绕有线圈，ECU根据有关输入信号可通过改变占空比的方法控制流入线圈电流的大小，就能使转子在00600的范围内旋转

17、，溢油环位移量为1.52mm 线圈的电流为45A。线圈中通电以后，磁心内产生磁场，转子在规定范围内转动。磁心内产生的磁场强度由给定的电流强度所决定。磁心内产生的磁场力使转子转动，转动角度与复位弹簧的张力相平衡。通过转子轴端偏心安装的滚珠改变控制套筒的位置来实现喷油量的增减控制。当转子旋转时轴端偏心安装的滚珠拨动控制套筒沿柱塞作轴向移动，向左减少喷油量，向右增加喷油量。在转子上端装有控制套筒位置传感器，向ECU反馈喷油量的变化情况。 2）喷油提前角的控制VE型分配泵的提前器活塞内设有连通高压腔和低压腔的通道，按占空比控制定时调节阀，使定时活塞两侧的压力差变化，从而控制喷油时间。由传感器检测出定时

18、活塞的位置，从而进行反馈控制。 （1）TCV(定时控制阀) TCV(定时控制阀)中心部位的侧面开有燃油进口，并设置了燃油滤清器。侧面的孔和端部的孔是相通的。孔内有针阀，针阀的端部对小孔进行密封。当电流流过TCV阀时，针阀被磁场力拉向左方针阀的密封被打开。 定时控制器喷油定时的变化和以前相同。将调速器活塞的运动传递给滚轮保持体，使提前时间发生变化。在传统的结构中，控制提前器活塞的提前器高压腔内的压力随转速而变化；但是电控VE分配泵中却是利用TCV定时控制阀控制高压腔内的压力。 （2） 安装和工作原理 控制阀布置在喷油泵的下部，在喷油泵体上有两个孔A和B连通定时阀孔A由提前器活塞的高压端通向定时阀

19、。此处也是燃油的人口，为了防止杂质进入喷油泵中，所以配置了滤清器。孔B从低压端通向前方，该处也是燃油的出口。 （3） 定时阀的工作原理：正时控制阀受ECU控制，其作用是控制连接正时活塞高压室和低压室的中间通路。通过针阀的开启和关闭调启节高压腔内的压力，控制通往正时活塞高压室的油压实现对喷油提前角的控制。当正时控制阀线圈通电时，高压室与低压室相通，高压腔的压力迅速下降使得正时活塞两端的油压差消失，在回位弹簧的作用下，正时活塞回位，使喷油的时间推迟。当正时控制线圈断电时，高压室与低压室断开，正时活塞在高压油压力下压缩回位弹簧向下移动，使凸轮盘相对于滚珠的位置产生偏转，则使喷油时间提前。由ECU控制

20、正时控制阀线圈通电时间的长短即可控制喷油提前角。通电时间长，喷油提前角减小，通电时间短，喷油提前角增大。通过控制流过定时阀的电流0NOFF的占空比，可以方便地改变喷油定时(见图)。喷油时间的控制就是占空比的控制，各种特性以及控制信号都是以定时阀驱动信号占空比进行处理的，定时阀驱动信号的频率是根据喷油泵转速的变化而变化的。（4）提前器活塞传感器(TPS) 安装位置组成；安装在提前器低压侧，由芯轴和线圈组成 由芯杆检测出电感的变化，从而测出提前器活塞的位置，如图（5）溢流阀(带单向阀)在喷油泵枪内的压力上升到一定的压上升到一定的压力之前，由于球和弹簧力的作用下，该单向阀不会产渗溢流。在传统的vE分

21、配泵中，随着转速的上升燃油压力也上升，从而得到提前角特性。（6）捷达燃油切断阀电路图捷达燃油切断阀电路图G81燃油温度传感器 T1010孔插头G149调节滑块行程传感器 T10a10孔插头J248柴油直喷控制单元（在水槽箱内） T21121孔插头（在柴油直喷控制单元上）N108始喷阀（提前活塞定时控制阀） F25接头，柴油直喷线束内N109染油调节器 F36接头（87a，在柴油直喷线书束内）N146油量调节器 检侧燃油温度传感器关闭点火开关，拔下燃油温度传感器10孔插头(喷油泵监控插头)，按图5所示测量端子4与端子7间的 电阻值。30对应1500 2000欧范围内电阻，80度对应275375欧

22、范围内，电阻若达不到标定值，更换喷油泵。电阻若达到标定值，用电路图检查接线盒与插座线束是否断路。检端子7与ECU端子111，端子4与ECU端子103，导线电阻：最大15欧。检查导线间是否彼此短路，对地短路或对正极短路，若未发现故障，更换柴油发动机电控单元(J248)。检查调节活塞位移传感器与油量调节器油量调节器是一个电磁转动电位计，通过定向的占空比信号由控制单元控制。油量调节器上的偏心轴在高压活塞上移动调节活塞，因此达到调节喷油量的作用。用仪器检查冷却液温度。标定值为：不低于85。达到要求温度后继续下面检测。检查来自于调节活塞位移传感器电压值，标定值为：160210V(发动机代码AGP，AQM

23、)。若达不到标定值，按如下描述检测调节活塞位移传感器和油量调节器。(1)检查调节活塞位移传感器(G149) 关闭点火开关，拔下喷油泵监控插头(见图_)。测量插头端子1与端子2和端子2与端子3间电阻。标定值为：4975欧。若达不到标定值，更换喷油泵。若达到标定值，用电路图检查接线盒与插座间线路是否断路，检测点请参见相关电路图为：端子1与ECU108，端子2与ECU106，端子3与ECU99，导线电阻：最大15欧。另外检测导线间是否彼此短路，对地短路或正极短路。若未发现故障，更换柴油发动机电控单元(J248)。(2)检查油量调节器(N146)关闭点火开关，拔下喷油泵监控插头(见上图)。测量插头端子

24、5与端子6间电阻值，标定值为：0525欧。若未达到标定值，更换喷油泵。若达到标定值，用电路图检查接线间导线是否断路。检测点(请参见相关电路图)为：端子5与搭铁，端子6与插口121和插口116，导线电阻：最大15欧。另外检测导线间是否彼此短路，对地短路或正极短 路，若未发现故障，更换柴油发动机电控单元(J248)。喷油器针阀升程传感器结构和工作原理喷油器针阀升程传感器是通过检测针阀升程来换算循环喷油量，间接检测柴油机负荷。这种传感器的工作原理如图所示。 霍尔元件2装在针阀弹簧座4的上方，弹簧座上固定着一块永久磁铁3。霍尔元件通电后，弹簧座4随针阀5运动时，因永久磁铁3的运动，使通过霍尔元件2的磁

25、感应强度发生变化，造成近似地与针阀升程成正比的输出信号电压的变化，故可由信号电压的变化来测出喷油始点。为了尽可能地减少处理毫伏级模拟信号问题，将霍尔元件与输出信号放大电路设计成一体，固化在一个集成电路芯片中。输出信号不需要再放大，直接可由单片机进行AD转换获得。这些电路同时具有抑制和消除机械误差、磁误差及温度影响的功能。每经一次测量，就会自行重新校正一次。如下图所示为这种传感器的结构图。针阀升程传感器由固定在顶杆内的磁铁和进行检测的霍尔元件构成，非常紧凑地布置在喷油器体内。1）捷达轿车针阀升程传感器G80针阀升程传感器G80是捷达柴油发动机系统中重要的传感器之一，与三缸喷油器合成一体见图。它采

26、集喷油始点信号和喷油持续时间信号。其作用有三个：（1)作为调整柴油发动机正时活塞及喷油时刻的主要信号； （2)感知喷油持续时间； （3)可以作为判缸信号。 如果传感器失效，喷油阀喷油始点信号转换到开环控制(根据发动机转速与发动机负荷)，失效后会出现下列现象 : 功率损失、废气排放恶化、预热时间控制灯K29闪烁、无废气再循环功能、发动机运转粗暴、耸车在正常操作过程中，喷油阀喷油始点信号由闭环功能控制(根据发动机转速、发动机负荷与温度)。2）针阀升程传感器的检修 关闭点火开关，拔下针阀升程传感器插头，如图所示。测量插头触点间电阻值：标定值为80120欧。测量传感器波形，标准波形如图所示。若达不到标定值，更换带针阀升程传感器(G80)的3缸喷油器。若达到标定值，导线电阻最大为15欧，另外检查线路间是否彼此短路，对地短路或对正极短路。若未发现故障，更换柴油发动机电控单元(J248)。另外检查线路间是否彼此短路，对地短路或对正极短路。若未发现故障，更换柴油发动机电控单元（J248） 检查传感器导线连接检查传感器的导线连接。ECU曹校长陪同省劳动厅厅长到我校视察