电控柴油喷射系统

5．10　电控柴油喷射系统

随着电子技术的发展，汽油机的电控燃料喷射技术已日趋完善，但直到20世纪80年代中期，国外一些大型汽车工业开始着手研究开发电子控制式柴油机，以提高其各项使用性能、降低燃料消耗、降低噪声，并满足排气环保法规的要求。

在柴油机上应用电控技术，相对于汽油机电控技术来说具有一定的难度。首先，从喷油量控制方面来说，汽油喷射是根据进气量，通过控制喷油脉冲时间严格控制发动机各工况的空燃比；而柴油喷射却要用控制喷油量来调节发动机负荷的大小，这种调节将影响到柴油机的功率与噪声等。其次，从燃油喷射压力方面来说，汽油机的喷射压力为0．3MPa左右（为低压喷射），通过控制喷油器内的电磁线圈的电流通断，即可方便地控制喷油器的喷油通断；而柴油机为加强喷雾质量，其喷射压力一般高达到30～100MPa，这样的高压状态靠电磁力打开喷油阀门是较难实现的。因此，现有的电控柴油喷射系统一般在原柴油机的柱塞式喷油泵或分配式喷油泵的基础上，加装电子控制系统来完成控制目标的实现。

图5－54所示为丰田汽车柴油机电子控制系统构成图。其电子控制系统由传感器、电子控制单元和执行器等组成。

执行器的功用是根据电子控制单元送来的执行指令，调节喷油量和喷油正时，从而调节柴油机的运行状态。电控柴油喷射系统的常见执行器有电磁溢流阀和喷油定时控制阀等。传感器、执行器和电子控制单元的工作关系如图5－55所示。

不难发现，电控柴油喷射系统的构成和工作原理与电控汽油喷射系统的相似，其最大的区别在于喷油量的控制和喷油时刻的控制。

5．10．1　喷油量的控制

想要精确地控制喷油量，燃油分配泵的构成和控制是技术关键。图5－56所示为燃油分配泵工作示意图。

图5－54　丰田汽车柴油机电子控制系统构成图

1－传动带轮　2－燃油进口　3－泵角传感器　4－分配泵　5－回油阀　6－电磁溢流阀　7－预热塞继电器　8－进气压力传感器　9－加速器踏板　10－涡轮增压器　11－废气通道控制阀　12－喷油器　13－预热塞　14－膜片阀　15－副燃烧室　16－着火时间传感器　17－冷却液温度传感器　18－进气温度传感器　19－节气门位置传感器20－副节气门　21－真空泵　22－ECU　23－仪表　24－定时控制器25－调整电阻（θ）　26－调整电阻（γ）　27－曲轴转角传感器

燃油分配泵的功用是提高燃油压力，适时向各气缸喷油器供给适量的燃油。

驱动轴（凸轮轴）由发动机曲轴的传动齿型带轮进行驱动。驱动轴与输油泵、凸轮盘及柱塞等同步旋转。曲轴每转2圈，驱动轴转1圈。

凸轮盘19工作面上的凸轮数目与气缸数相等，且均匀分布。凸轮盘转动时将设置在滚轮架4上的滚轮5顶起，使柱塞在转动的同时向右运动。在柱塞移动前，进油通道口与柱塞进油槽13接通，从燃油泵来的增压燃油进入高压室14。当柱塞右移时，柱塞进油槽与进油通道口错位而处于隔断状态，使高压室内燃油不断增压，并适时通过高压出油口向喷油器压送高压燃油，喷油器开始喷油。电磁溢流阀9通过通道与高压室相通，当电磁溢流阀开启时，高压室内的燃油压力下降，从而使喷油器停止喷油。因此，控制从喷油开始到电磁溢流阀开启的时间的长短，即可控制喷油量的多少。

泵角传感器3的功用是检测柱塞压送燃料的开始时刻，并将此信号输送给电子控制单元。泵角传感器由安装在滚轮架4上的电磁线圈和安装在凸轮轴上的泵角检测齿轮21（泵角脉冲发生器）组成。泵角检测齿轮的齿数为64个，并在其圆周上均匀设置有相当于2个齿的缺齿，如图5－57所示。当泵角检测齿轮的缺齿部与电磁线圈对准时，滚轮架上的滚轮开始顶起凸轮盘，即此时为柱塞压送燃油的开始时刻。当电子控制单元接收到泵角传感器输入的缺齿信号时，喷油器开始喷油。

图5－55　柴油机ECU的输入和输出信号

图5－56　燃油分配泵工作示意图

1－传动带轮　2－燃油进口　3－泵角传感器　4－滚轮架　5－滚轮　6－回油　7、22－输油泵泵出燃油通道　8－燃油切断电磁阀　9－电磁溢流阀　10－溢流控制阀　11－主溢流阀　12－进油通道13－柱塞进油槽　14－高压室　15－喷油器　16－柱塞　17－高压燃油出口通道　18－柱塞弹簧　19－凸轮盘　20－定时控制阀　21－泵角检测齿轮　23－输油泵24－驱动轴　25－定时器销　26－定时器活塞

电磁溢流阀的结构如图5－58所示，主要由主溢流阀、溢流控制阀、螺线管电磁线圈等组成。其工作原理如图5－59所示。

电子控制单元输出指令，控制电磁溢流线圈的供电电路。当电磁溢流阀的电磁线圈通电时，溢流控制阀关闭，此时，高压室的压力油通过主溢流阀上的节流孔同时作用于主溢流阀的正面和背面，主溢流阀在弹簧作用下处于关闭位置，燃油被封在高压室中不断增压，并经由喷油器喷入气缸，如图5－59a所示；当电磁溢流阀电磁线圈中的电流被切断时，溢流控制阀首先被打开，主溢流阀的背压下降，如图5－59b

图5－57　泵角传感器

图5－58　电磁溢流阀的结构示意图

1－主溢流阀　2－溢流控制阀　3－螺线管电磁线圈　4－电枢　5－高压室

所示；继而高压室内的高压油克服弹簧弹力及主溢流阀背压将主溢流阀打开，高压室内的燃油向低压区流动而急剧泄压，喷油停止，如图5－59c所示。

电子控制单元根据发动机转速和节气门开度决定基本喷油量，并依据冷却液温度、进气温度、进气压力以及发动机运转的过渡条件等参量，对基本喷油量进行修正，最后确定最佳喷油量。最佳喷油量的控制是通过电子控制单元控制切断电磁溢流阀的电路，从而控制喷油器喷油时间的长短来实现的。喷油量控制如图5－60所示。

5．10．2　喷油时刻的控制

柴油机的燃油喷射时刻随发动机工况的变化而变化，从而使发动机的运行达到最佳状态。电控柴油喷射系统对喷油时刻的调整是由定时控制阀来完成的。

图5－59　电磁溢流阀的工作原理图

图5－60　喷油量控制

如图5－56b所示，定时控制阀由定时器活塞26、定时器销25和弹簧等组成。定时器活塞可左右移动，并带动定时器销和滚轮架－起移动。定时器活塞右侧承受输油泵的泵出油压，左侧承受输油泵进油油压和弹簧力；左、右侧通过管道相连，而管道的通断则由电子控制单元控制的电磁阀控制。当发动机在常用转速下工作时，活塞左、右两侧受力平衡；当发动机转速变化时，活塞右侧的油压改变，活塞两侧产生压力差，使活塞轴向移动，从而通过定时器活塞销带动滚轮架转动一定角度，使滚轮和凸轮盘的凸轮之间的相对位置发生变化，则喷油时刻也发生变化。

电子控制单元根据发动机转速和节气门的开度决定喷油时刻，并由冷却液温度和进气压力等参数进行修正，决定最佳喷油时刻。电子控制单元确定最佳喷油时刻后，通过输出指令控制定时器活塞左、右侧通断的电磁阀，调节定时器活塞左、右侧的压力差，来控制活塞的位置，从而控制滚轮架（滚轮）的位置，实现对喷油时刻的精确控制。