張盈利

彰武縣運輸管理所

電控柴油發(fā)動機結構原理

張盈利

彰武縣運輸管理所

隨著柴油發(fā)動機的發(fā)展，傳統(tǒng)的燃油供給系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了柴油技術的發(fā)展。因此，柴油機電控系統(tǒng)的發(fā)展，是柴油發(fā)動機的必然之路。目前，柴油機發(fā)動機電子控制技術，已由當初的單一控制燃油噴射系統(tǒng)，發(fā)展到了獨立系統(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)電控柴油機的優(yōu)越性。

電控；發(fā)動機；傳感器；柴油機

1　電控柴油機的發(fā)展

柴油機電子控制技術的發(fā)展分為三個階段

1.1位置控制噴油系統(tǒng)

此系統(tǒng)的特點是用電子伺服機構代替早期的調(diào)速器控制供油滑套的位置從而實現(xiàn)供油量的調(diào)整；

1.2時間控制系統(tǒng)

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

1.3時間-壓力控制系統(tǒng)

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

2　電控柴油機的優(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

（1）噴射壓力高，可大200Mpa；

（2）噴油壓力獨立于發(fā)動機轉速；

（3）實現(xiàn)理想噴油規(guī)律，達到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??；

（6）可對各缸工作均勻性矯正。

2、排放小，油耗低

3、低速動力強勁、加速性能好、扭矩大等特點

4、噪音低、可靠性高

3　電控柴油發(fā)動機的組成

電控柴油發(fā)動機的組成與汽油發(fā)動機相似，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)動機各部位的信息，并將其轉變成電信號，傳給汽車發(fā)動機電腦。

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)柴油機的噴油量和噴油正時。

4　電控柴油發(fā)動機的原理

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)是一種廣泛應用在發(fā)動機的排放控制裝置，其主要目的是降低氮氧化合物的生成。由于發(fā)動機所排放的廢氣中，主要由氮氣和二氧化碳組成，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)動機的轉速信號、供油量和水溫信號等，按預先設定的脈譜圖改變EGR率。實際應用中，柴油機的EGR回流管直徑要比汽油機大得多，因此柴油機進排氣管之間壓差較小，需要的EGR回流量高于汽油機。

4.2渦輪增壓系統(tǒng)工作原理

在柴油機上廣泛使用的廢氣渦輪增壓器是用于實現(xiàn)為進氣增壓，在供入氣缸，以提高空氣的密度及進氣量。六缸柴油機排氣管內(nèi)的廢氣按工作順序1-5-3-6-2-4依次進入渦輪機中，推動排氣管中的渦輪旋轉，同時帶動進氣管側的渦輪旋轉，使進入氣缸的新鮮空氣得到增壓。由于渦輪增壓工作中高速運轉，所以對于該系統(tǒng)必須進行潤滑。渦輪增壓系統(tǒng)的潤滑油來自發(fā)動機的主油道，并通過精濾器再次過濾后，進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)是控制柴油機排放后進行處理的一種裝置，其將尿素溶液噴射到排氣管當中，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，將其還原成氮氣和水，從而達到降低氮氧化合物排放的目的。

4.4預熱系統(tǒng)

柴油機在冷啟動時，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，因此必須采用預熱系統(tǒng)改善柴油的著火性能。預熱可分為啟動預熱和輔助預熱，其中啟動預熱是對空氣進行預熱，而輔預熱是對冷卻液進行預熱。此外，在重型車上除了在進氣道中安裝電熱塞預熱外，還在燃油濾清器座上安裝有電加熱器，對燃油進行加熱。預熱塞內(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，使預熱塞的溫度不會過高，一般預熱塞溫度可升高到900度。

5　柴油發(fā)動機常見的傳感器

5.1曲軸位置傳感器

又稱轉速傳感器，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°）。當發(fā)動機工作時，曲軸每轉一圈，曲軸位置傳感器的感應線圈就會輸出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，計算出發(fā)動機的轉速以及確定一缸上止點的位置。

5.2凸輪軸位置傳感器

此傳感器利用霍爾效應原理，感應凸輪軸正時齒輪上感應鐵的位置，從而判定一缸壓縮行程上止點。凸輪軸位置傳感器由永久磁鐵和霍爾元件組成，當發(fā)動機工作時，感應鐵與傳感器的位置發(fā)生相對運動，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，半導體裝置安裝在膜片上并將壓力信號轉換為電信號。當其原理是當膜片形狀變化時，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)動機相關傳感器的信號，計算出所需要的軌壓，通過調(diào)節(jié)進油量比例閥的開度來實現(xiàn)軌壓控制，并依靠共軌壓力傳感器檢測當前的實際軌壓，將其與理論軌壓進行對比修正，實現(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。加速踏板通過轉軸與傳感器內(nèi)部的滑動變阻器連接在一起，當位置改變時，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

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　電控柴油機系統(tǒng)的故障診斷

發(fā)動機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ECU儲存有故障時，一般會通過儀表盤上的發(fā)動機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.柴油機電子控制技術M.北京：機械工業(yè)出版社，2005；

［2］賴瑞海.電控柴油機結構與原理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；