爱华网柴油机电控系统维修技术服务商培训课目---1
HIENG fuel injection service ltd
柴油机电控共轨系统原理
海勤电控（重工）维修部编著
海 勤 电 控
电控柴油机的维修---原理篇
当我们有一天看到了柴油车的“大泵”怎么没了，不用慌张，这种事情会发生的更多，因为几年前，柴油车开始使用了电控装置。只要有泵喷嘴、单体泵、高压共轨等几种形式。国内比较多的是共轨和单体泵，本文先对共轨系统做一介绍，毕竟共轨技术是今后重点发展的技术，其占有量是比较高的，另外也是今后的发展方向。
玉柴单体泵（亚新科）福田共轨发动机
柴油机使用了电控系统后，并没用很多的改变，这一点，大家原有的经验都可以继续使用，只是有了电控，燃烧更加精确，排放更加环保。
通过一年的时间调查发现，柴油机维修行业的分工还是比较细致，在小车的维修一般在修理厂内就可以维修了，但柴油机关于油泵油嘴部分，是由专业的“校泵”去做。这样的分工就造成了，诊断的割裂，使维修工作不连贯，维修工诊断理论就不能做到“整车”诊断。而小车维修，就好的多，即便是电控系统的问题，也自己诊断。
造成这样的原因恐怕与柴油燃油系统高昂的价格和需要特殊的专有的检测设备有关，而这些设备都比较贵。
同样也发现，当我将电控检测仪的相关资料，发放到他们手中，看到的多是茫然，这也促使我应该去做培训。
那么怎么将原理讲的使大家容易接受，我想，想介绍一下大概的东西，然后围绕电控系统去介绍各自部分，使大家明白传感器执行器的作用。最重要的是控制理论的介绍。
电控系统简介
柴油机上的电控系统，与汽油机有相似之处，并且应用的目的都一样，主要从控制排放为出发点。电控系统的制造商主要为国外的几家公司，有博士、电装、德尔福，国内有威特、亚新科等，以博士与电装的应用较多。看来技术的垄断是不言而喻的。
下面看一下电控系统的原理图（来自电装网站）
从中可以看到，围绕着控制中心的电脑板，与之连接着各种传感器和开关：空气流量传感器、转速传感器（霍尔、光电）压力传感器、电磁感应型转速传感和爆震传感器、各种开关等。另外还有执行器有喷油嘴、加热棒、油泵、排气制动等等很多电控设备，原来装配大泵时就有的设备部分也被电控化。在国内外小车也越来越多的应用了电控柴油系统。
2011-10-4
高压柴油共轨系统的组成
1电子控制部分，由ECM、传感器、执行器等组成。执行器主要有喷油器、喷油控制阀（电磁阀）、泵油控制阀、蓄压器压力控制阀、电加热器等。电子控制系统的功能是ECM根据各种传感器的输入信号，经过比较计算处理后得出最佳喷油时间和喷油量，向喷油器控制阀（电磁阀）发出开启或关闭指令，从而精确控制发动机的工作过程。下图为发动机控制电脑简称ECM:
2燃油供给部分。由油箱、柴油滤清器、电动输油泵（有的没有电动泵，而是与高压泵组合在一起的齿轮泵）、高压燃油泵、高低压燃油管、蓄压器、喷油器、回油管和ECM组成。燃油部分又分为高压和低压部分。
燃油供给系统的工作原理是：低压泵从油箱中抽出燃油，经柴油滤清器到高压燃油泵，加压后送到蓄压器，由限压阀调整压力，使蓄压器中的压力保持不变，ECM控制电磁阀的开启。
高压共轨系统的工作原理
燃油经过低压油泵吸出后经过油水分离器、柴滤后被输送到高压油泵，此时燃油压力约为0.2MPA，进入高压油泵一部分燃油通过其中的安全阀进入油泵的润滑和冷却油路后，返回了油箱。一部分燃油进入高压泵，经过加压到约135MPA后进入蓄压器，通过其上的轨压传感器和泵上的流量限制阀，调节ECM设计的油轨压力。
之后，燃油进入喷油器，一路喷入燃烧室进行燃烧，另一路在喷油期间从针阀的导向部分泻出和从控制套筒与柱塞的缝隙处泄露处多余的燃油，一起经过回油管流回油箱。
由于电控系统闭环运行的特性，喷油量的大小仅由燃油压力和电磁阀开启时间的长短来定。
此处大家应注意，数据的重要性，也要注意在维修中数据的积累。另外高压系统的油压非常高，还没有测量的仪表，其压力最好通过电脑检测仪的数据流来观察，低压系统的油压可以测量。
相关传感器：
1空气流量计MAFS：使用热膜式检测部件测量进入发动机的进气量,并且发送信号至ECM。少量进气表明减速或怠速状态,大量进气则表明加速或高负荷状态。ECM利用此信息控制EGR电磁阀,修正燃油量。这与汽油机的空气流量计作为主要的负荷信号有很大的不同。
2发动机水温传感器(ECTS)位于发动机气缸盖冷却水通道上,检测发动机冷却水温度。ECTS使用电阻值随温度变化的热敏电阻。ECTS的电阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。ECM通过ECM内电阻器向ECTS提供5V电源。ECM内的电阻器和ECTS的热敏电阻串联。ECTS的热敏电阻值随发动机冷却水温度变化时,输出电压也随之发生变化。在发动机低温工作期间,ECM根据发动机冷却水温度传感器信号增加燃油喷射时间及控制点火时期,防止发动机失速,并增强驱动能力
3曲轴和凸轮轴位置传感器
凸轮轴位置传感器(CMPS)是霍尔传感器,它利用霍尔元件检测凸轮轴位置。它和曲轴位置传感器(CKPS)互相补充,检测CKPS不能检测的每个气缸活塞位置。2个CMPS安装在1排和2排发动机盖上并使用安装在凸轮轴上的信号轮。此传感器有一个霍耳效应IC,当有电流流动时,IC上产生磁场,从而使IC输出电压改变。4个气缸不能在没有CMPS信号的情况下进行顺序喷射。
燃烧室上的活塞位置用于限定喷射正时起动。所有发动机活塞通过连杆连接到曲轴上。曲轴上的传感器可以提供有关所有活塞位置的信息。曲轴每分钟转速限定转速。使用曲轴位置传感器感应的信号判定ECM上的优先输入变数
他们分别提供曲轴位置信号以及判缸信号，以确定喷油量和喷油正时。
凸轮轴位置传感器一般在油泵上，曲轴位置传感器一般在飞轮壳上，当然也有其他部位，如下图所示：
带标签的就是潍柴WP10安装在油泵上的凸轮轴位置传感器。
下图为装在飞轮壳上的曲轴位置传感器
发动机前方皮带轮右侧的曲轴位置传感器
4油门踏板位置传感器
在电动喷射系统上,不再有机械控制加燃料型负荷杆。ECM根据许多参数计算燃油喷射量,这些参数包括使用电位计测量的踏板位置。踏板位置传感器有两个电位计,其滑块是机械固体型。这两个电位计使用的电源不同,所以在提供可靠的驾驶员请求信息中出现了冗余信息。把与加速踏板位置传感器并联的电位计产生的电压作为加速踏板设置的函数,依据程序的特性曲线,使用这个电压计算踏板位置。
5共轨压力传感器(RPS)
安装在共轨的末端,利用它的膜片测量共轨内瞬时燃油压力。安装在膜片上的感测元件(半导体装置)将燃油压力转换成电子信号。
一下是油门波形与共轨压力的对比图：
2011-10-5
6空燃比传感器
空燃比传感器安装在排气歧管上,是线性氧传感器。它检测排气中的氧密度以便通过燃油校正精确控制EGR,也限制由于高发动机负荷状态下空气燃油混合物浓导致的烟雾。ECM控制线性空燃比传感器的空燃比值符合1.0。
空燃比稀(1.0 <空燃比<1.1):ECM向空燃比传感器提供泵送电流(+泵送电流)并启动,从而使空燃比传感器有空燃比=1.0处的特性(0.0泵送电流)。在泵送电流供应至空燃比传感器的情况下,ECM检测排气的空燃比密度。
空燃比浓(0.9<空燃比<1.0):ECM减弱空燃比传感器泵送电流(-泵送电流)并停止空燃比传感器的泵送电流,从而使空燃比传感器有空燃比=1.0处的特性(0.0泵送电流)。在减弱空燃比传感器泵送电流的情况下,ECM检测排气的空燃比密度。
此性能在正常工作温度状态(450°C~600°C)最活跃且最快速。因此为了达到正常工作温度并维持在此温度,在加热器(加热线圈)上集成了空燃比传感器。加热器线圈由ECM控制作为脉冲宽度调制器(PWM),加热器线圈冷时加热器线圈电阻低,通过加热器线圈的电流增大；而加热器线圈热时加热器线圈电阻高,通过加热器线圈的电流减小。根据这个原理,测量空燃比传感器的温度并且空燃比传感器加热器操作根据这个数据变化。
7 油水分离器水检测传感器
水检测传感器安装在燃油滤清器的底部,检测燃油中是否存有水。当水位达到上部电极时,仪表盘上"WATER"灯闪烁。如果水位减少至下部电极以下,灯熄灭。
8燃油温度传感器
燃油温度传感器(FTS)安装在燃油供应管路内,感应供给至高压泵的燃油温度。限制燃油温度,防止高压泵和喷油嘴损坏(因高温时发生气阻而迅速恶化或油膜的破坏)。
9车速传感器
用来判断发动机的负荷，以供电控单元根据负荷确定喷油量和喷油提前角。
10 进气压力传感器
检测进气压力修正喷油量。ECM根据涡轮增压器压力检查喷油量是否匹配。
11大气压力传感器
向ECU传递一个瞬时环境空气压力信号，此值取决于海拔。有了该信号，发动机控制单元可以计算一个控制增压压力盒废气再循环大气压力修正值。
从10和11两个信号值，可以观察涡轮增压器的工作效果。
传感器的原理大多相同，但相关执行器则有不同，例如电装系统的油泵系统和博世的就有不同，所以一下执行器就按照以上两类来描述。
上图是电装系统的油泵，我们先来解释它上面的零件
PCV泵控制阀的作用是调节输油泵的燃油排放量，以便调节油轨压力，其燃油量取决于向PCV施加电流的时间。工作原理图如下：
从上图我们可以看出基本的电流走向，其中电脑内部示意图中三极管，就是一个开关。这就体会到前面基础篇所介绍的三极管的作用了。
输油泵的工作原理图
当油进入油泵，然后通过PCV输送到抽吸机构。PCV将抽吸机构的燃油量调节到必要的排出量，然后燃油通过出油阀被送到共轨。从而也对共轨里面的压力进行了调整。
A过程，在柱塞下降时候，PCV打开，同时低压燃油通过PCV被吸入到柱塞室中。
B过程，就在柱塞进入上升行程中，PCV不通电并保持开启。此时PCV吸入的燃油没有经过加压而通过PCV返回。
C过程，在获得需要量的最佳时机，PCV通电关闭，则返回通道关闭，同时柱塞室的压力开始上升，此时燃油通过出油阀进入共轨。
A’过程，此时柱塞由最高处开始下行，压力降低，出油阀关闭，PCV断电而打开，燃油从新开始被吸入就进入了A过程。
在BOSCH泵中有一个燃油计量阀所起的作用于电装泵中的PCV相似。
2011-10-6
共轨
压力限制阀，如果共轨中压力升高异常，该阀打开，当压力降低到一定的程度后关闭。由该阀释放的燃油流回到油箱。该压力值不同车型而不同，开启压力大约为140—230MPA，闭合的压力约为30—50MPA。
共轨压力传感器
喷油器：
2011-10-7
使用双向阀（TWV）和量孔对喷射进行控制。TWV对控制室中的压力进行控制，从而对喷射的开始和结束进行控制。凌空可以通过限制喷嘴打开的速度来控制喷射率。
无喷射
当TWV没有通电时候，它切断控制室溢流通道，因此控制室中的燃油压力和施加到喷嘴针的燃油压力为同一压力，从而，喷嘴针阀由于控制活塞的承压面和喷嘴弹簧力之间的差别而关闭，就是简单的说，上面的力大于下面的力。
喷射
当TWV通电，阀开启，从而打开控制室的溢流通道，控制室的燃油流出压力下降，喷嘴针阀处的力大于上面的力，针阀上行，喷射开始。当燃油从控制室泄流时候，流量受量孔的限制，因此喷嘴逐渐打开，随着喷嘴的打开，喷射率提高，随着电流继续施加大TWV上，喷嘴针最终达到最大升程，从而实现最大喷射，多余的人又通过回油孔回到油箱。
喷射结束
TWV通电结束时候，阀下降，关闭溢油通道，控制室压力立刻升高，喷嘴突然关闭，喷射停止。
为了改善喷油器的敏感度，将驱动电压变为高电压，加速电磁线圈的相应，此时将电压提高到100V左右，维持电压为12.8V。如下图所示：
QR码，通常用来校正喷油精度，有些喷油嘴并没有该码，例如潍柴的BOSCH系统的嘴子就没有QR码。
2011-10-9
通过上述的简单介绍，我们大致明白了各个电子元件的原理和应用，同时也明白了电子控制系统的简单的控制思路。那么通过下面控制理论的学习，我们就可以更加详细的知道电控系统的控制原理。可以将以上的知识串起来。
为了达到所设定的排放目标，共轨柴油机只要控制是喷油量的控制、喷油压力控制、喷油速率控制、喷油时间控制、喷射方式控制。
国三喷射压力为135MPA以上，国四为180---200MPA，高的喷油压力会得到足够高的喷射初速度，使燃油颗粒得到细化，提高雾化能力并加快燃烧速度。
喷油速率得到优化，减少NOx和PM(可吸入颗粒物)排放降低，实现每循环多次喷射。
合理控制喷油正时，是发动机综合性能最佳发挥。
1喷油量控制
（1）基本喷油量控制，由发动机转速和加速踏板位置决定。
（2）怠速喷油控制，此工况下发动机输出扭矩主要是克服本身的摩擦维持平衡，使发动机在怠速稳定运转。发动机的实际转速和目标转速（由冷却液温度、空调工作状态和负荷因素）进行比较，比较他们之间的值进行喷油量补偿。
（3）起动喷油量，由基本喷油量和冷却液温度决定的补偿喷油量来共同决定。
（4）不均匀喷油量补偿控制，发动机工作时，各缸喷油量不均匀会引起燃烧压力不均匀；各缸混合气燃烧的差异引起转速的不均匀；曲轴旋转速度变化引起的震动。为了减少转速波动，必须调节各缸喷油量，使每一个气缸所需的燃油量精确，必须进行不均匀油量补偿， ECM检测各缸每次做功行程时候的转速波动，再与其他所有气缸的平均转速相比较，分别向各缸补偿相应的喷油量。如果有该数据流，是可以进行再进一步的分析，如果某缸的数值比较大，则可能出现问题。
（5）巡航控制喷油量，根据行驶阻力的变化，自动调节喷油量。
（6）空调运转喷油量控制，根据实际情况，控制空调的接通和切断。
2喷油时间控制
为实现最佳燃烧，ECM根据发动机运行工况和外部环境经常调节喷油时间
3 喷油压力控制
在共轨系统中，ECM根据轨压传感器，计算处实际喷油压力，并将其值与目标值相比，然后发出指令控制高压泵，升高或降低压力，实现闭环控制，完成最佳燃油压力控制。
4喷油速率控制
喷油规律是影响排放的主要因素，理想的规律是喷油初期要求缓慢，速率不能太高，目的是减少滞燃期内可燃混合气量，降低初期燃烧速率，以降低最高燃烧温度和压力升高率一致NO的产生和降低燃烧的噪音，预喷射式时间初期缓慢燃烧的方法。
喷射中期才有高喷射压力和高喷射目的是加快燃烧速度，防止产生微粒和提高燃烧效率。主喷射发生在中期。燃烧后期要求迅速结束喷射，防止在较低喷油压力和喷油速率下燃油雾化变差，导致不完全燃烧，造成排放增加，后喷射可有效降低排放物，使未燃烧的可燃物进一步烧干净。共轨柴油机中，采用多次喷射，使燃油规律优化。
通过上述的学习，我们了解了电控柴油机控制原理与组成。
海勤电控--从事柴油机电控和天然气重卡发动机系统维修、技术培训、汽车检测仪销售业务。成立以来，维修多台疑难电控类SUV、皮卡、卡车、客车、进口卡车和挖机。举办了多期新技术维修短训班。
柴油机电控系统和天然气发动机控制系统维修
拥有齐全的检测设备和原厂资料。先后维修了装备电控直列泵、单体泵、博世VP44、共轨等各类柴油电控系统。今年购入美国伍德沃德天然气诊断系统，可检测潍柴、锡柴等天然气发动机。
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海勤电控，2010年成为北京天元晟业科技公司晋中总代理，主要销售ADS系列PC版汽车电脑检测仪，分为柴油、汽油版。ADS与笔记本电脑、平板电脑、智能手机相结合成为汽车诊断仪。
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