电控柴油发动机主要部件和传感器元件的功用

2017-02-08 14:01:08 正德友邦 128

一、电控柴油发动机主要部件和传感器元件的功用

1、主要部件的功用

a、ECU(电子控制单元)

任务和工作方式:

ECU是电控发动机的控制中心,通过接收各传感器传送来的发动机运行信息,加以运算处理后控制各执行器动作。

ECU计算外部传感器的信号,并把它们限制在允许的电压电平上。

微处理机从这些输入数据和存贮的MAP图计算喷油时间和喷油正时,并将这些时间转换为与发动机运行匹配的随时间变化的电压过程。由于要求的精度高,发动机的工作是高速变化的,因此计算效率应很高。

用输出电压来控制末级,末级对调节共轨压力的执行元件(执行器)和切断柱塞供油提供足够的功率。此外,执行器还控制发动机功能(例如废气再循环执行器,增压压力执行器,电动输油泵执行器)和其它辅助功能(例如风扇继电器,辅助采暖继电器,预热继电器,空调装置)。末级有短路保护和电过载产生故障的保护。这类故障和导线的断开将反馈给微处理机。喷油器末级的诊断功能也识别有缺陷的信号变化过程。另外,一些输出信号经接口传给车辆的其它系统。在安全方案的范围内,ECU也监控整个喷油系统。

ECU还包含着一个监测模块。ECU和监测模块相互监测,如果发现故障,它们中的任何一个都可以独立于另一个而切断喷油。


b、低压输油泵

输油泵的任务是在任何一种工况下,它将燃油从燃油箱中吸出,以所需的压力,并在整个使用寿命中向高压泵提供足够的燃油。目前输油泵有两种类型,即电动输油泵(滚子叶片泵)和机械驱动的齿轮泵。


c、高压泵

高压泵是低压和高压部分之间的接口,它的任务是在车辆所有工作范围和整个使用寿命期间准备足够被压缩的燃油。任务还包括快速起动过程和共轨中压力迅速上升所需的燃油储备。高压泵将燃油压缩到共轨压力1350bar,被压缩的燃油经高压油管进入类似管状的高压燃油存储器(共轨)。

高压泵持续产生高压存储器(共轨)所需的系统压力。


d、共轨(高压存储器)

在共轨内,燃油仍保持其压力,即使取出喷油量后,燃油压力也保持在近似不变的水平上,因为燃油有弹性,产生一种蓄压作用。燃油压力由共轨压力传感器测定,并通过调压阀调节到要求的数值。限压阀的任务是将共轨中的燃油压力限制在最高1500bar.利用流量限制器(可选用)防止燃油不合要求地流向发动机燃烧室,被高度压缩的燃油从共轨送往喷油器。

高压存储器的任务是在高压下存储燃油。其间泵供油及喷油产生的压力波动应由共轨容积来缓冲。甚至在输出较大燃油量时,所有各缸共用的燃油分配器(即共轨)内的压力也保持在近似不变的数值上,从而确保喷油器打开时喷油压力不变。



e、喷油器

当燃油被一受控电磁阀释放时,喷油器的喷油嘴打开,将燃油直接喷入发动机燃烧室。多余的燃油经一集油管流回到燃油箱。调压阀的回油、低压部分的回油以及高压泵的润滑油也流入此集油管。

为使喷油始点合适和喷油量准确,共轨式喷油系统使用了带液压伺服系统和电控装置(电磁阀)的喷油器。喷油过程开始时,以提高了吸动电流控制喷油器,于是电磁阀迅速打开。当针阀达到其最大升程使喷油嘴全开时,控制电流立即减少到较低的保持电流值上。喷油量由开启时间和共轨压力决定。电磁阀不再受控而关闭时,喷油过程就结束。

电磁阀断电:球阀关闭控制腔压力+针阀弹簧压力>针阀腔压力针阀关闭,不喷射

电磁阀通电:球阀开启,泻油孔泻油控制腔压力+针阀弹簧压力<针阀腔压力针阀抬起,喷射针阀抬起速度取决于泻油孔与进油孔的流量差针阀关闭速度取决于进油孔流量喷射响应=电磁阀响应+液力系统响应一般应为0.1ms~0.3ms(喷油速率控制的要求)。


f、高压部分的燃油管

引导高压燃油的油管必须能持久地经受系统最大压力和喷油间歇时的局部高频压力波动,因此它钢管制成。通常它的外径为6mm,内径为2.4mm。共轨与喷油器之间的不同间距通过对各缸油管长度上或多或少的弯曲补偿。但总的说来油管长度应尽可能短。


g、调压阀

     调压阀的任务是根据发动机的负荷状况调整和保持共轨中的压力:

——共轨压力过高时,调压阀打开,一部分燃油经一集油管返回油箱。

——共轨压力过低时,调压阀关闭,高压端对低压端密封。

ECU通过调压阀来控制共轨中的压力。当调压阀受控时,电磁铁将电枢压在密封座面上,将阀关闭。高压端对低压端是密封的,共轨中的压力上升。无电流时,电磁铁没有力作用在电枢上,调压阀打开,使一部分燃油经一集油管流回到油箱,共轨压力下降。

通过控制电流的脉宽调制,共轨压力可作不同的调整。根据节拍率(脉冲占空系数)的不同,调压阀开得大一些或小一些。

调压阀工作时,如果要提高高压回路中的压力,必须除了弹簧力之外再建立一个磁力。调压阀被控制,直至磁力和弹簧力与高压力之间达到平衡时被关闭。然后调压阀停留在某个开启位置,保持压力不变。泵供油量改变和燃油经喷油器从高压部分取出时,通过不同的开度予以补偿。电磁铁的磁力与控制电流成正比。控制电流的变化通过脉宽调制来实现。调制频率为1KHZ已足以避免电枢的干扰运动和共轨中的压力波动。


h、限压阀

限压阀的任务是相当于安全阀,它限制共轨中的压力,当压力过高时,打开放油孔卸压。共轨内允许的短时最高压力为1500bar

在标准工作压力(1350bar)下,弹簧将活塞紧压在座面上,从而共轨呈关闭状态。只有当超过系统最大压力时,活塞才受共轨中压力的作用而压到弹簧上,于是处于高压下的燃油流出。燃油经过通道流入活塞中央的孔,然后经集油管流回油箱。随着阀的开启,燃油从共轨中流出,结果降低了共轨中的压力。


i、流量限制器

流量限制器的任务是防止喷油器可能出现的持续喷油现象。为实现此任务,由共轨取出的油量超过最大油量时,流量限制器将流向相应喷油器的进油口关闭。

j、预热控制器

预热时间控制装置用于使冷起动顺利和改善废气排放有关的暖机阶段。预热时间决定于冷动水温度。在发动机起动和运转时,很多因数,例如喷油量和发动机转速等,都影响预热阶段的长短。预热时间控制是通过一个功率继电器进行的。


2、传感器元件的功用

a、共轨压力传感器

共轨压力传感器的任务是以足够的精度、在相应较短的时间内、测定共轨中的实时压力,按相应压力向ECU提供一个电压信号。

燃油经共轨中的一个孔流向共轨压力传感器,传感器的膜片将孔末端封住。压力作用下的燃油经压力室孔流向膜片。在此膜片上装有传感元件(半导体),用以将压力转换为电信号。通过一根连接导线,产生的信号传到一个向ECU提供加强的测量信号的求值电路。

当膜片形状改变时,膜片上涂屋的电阻发生变化。这种由建立的系统压力引起的膜片形状变化(1500bar时约1mm)促使电阻改变,并在用5V供电的电阻电桥中产生电压变化。

此电压在0~70mV之间(具体视所处压力而定),由求值电路放大到0.5~4.5V。精确测量共轨中的压力是喷油系统正常工作所必须的。为此,压力传感器在测量压力时允许偏差很小.在主要工作范围内,测量精度约为最大值的2%。共轨压力传感器失效时,具有应急行驶功能的调压阀以固定的预定值勤进行空载控制。


b、曲轴位置传感器

气缸内的活塞位置对获得正确的喷油正时极为重要。发动机的所有活塞都是经过连杆与曲轴连接。因此,装在曲轴上的传感器提供所有气缸内活塞位置的信息。转速是指曲轴每分钟的转数。此重要输入参数用控制器从电感式曲轴转速传感器的信号算出。

在曲轴上装一个铁磁式传感轮,轮上有60-2个齿。除去两个齿,留下的大齿隙相应于第1气缸中的活塞位置。曲轴转速传感器按齿序对传感轮扫描。它由永久磁铁和带铜绕组的软铁芯组成。由于齿和齿隙交替地越过传感器,其内的磁流发生变化,感应出一个正弦交变电压。交变电压的振幅随转速的上升而增大。从每分钟50转的最低转速起就有足够的振幅。

发火间隔(°)=  720°/ 气缸数

在四缸发动机,发火间隔为180度,也就是说,曲轴转速传感器在两次发火间隔之间扫描30个齿。由此扫描的时间内在平均曲轴转数得出转速。


c、凸轮轴位置传感器

凸轮轴控制进、排气门,它以曲轴转速的一半转动。它的位置确定了向上止点运动的活塞是处于压缩冲程随即发火或是排气冲程内。在起动过程中,从曲轴位置是得不到此信息的。与此相反,在车辆运行时,由曲轴传感器产生的信息足以确定发动机状态。这就是说,凸轮轴转速传感器在车辆运行过程中失效时,ECU仍一直知道发动机状态。

    凸轮轴转速传感器利用霍尔效应来确定凸轮轴的位置。霍尔效应如下:在凸轮轴上放一个铁磁材料制成的齿,齿随同凸轮轴转动。当凸轮轴转速传感器中流过电流的半导体薄片经过该齿时,传感器的磁场将半导体薄片上的电子流向折转到与电流方向垂直。从而短时内形成一个电压信号(霍尔电压),此信号告知ECU:第1气缸正好处在压缩冲程。


d、温度传感器

温度传感器用在好几个地方:

——用在冷却水回路中,以从冷却水温度推知发动机温度,

——用在进气道中,以测定吸入空气的温度,

——用在机油中,以测定机油温度(可选装),

——用在燃油回油油路中,以测定燃油温度(可选装)。

传感器有一个随温度而变的电阻,电阻的温度系数为负值,高灵敏度NTC(负温度系数热敏电阻)电阻阻值随温度下降而增大,它是用5V供电的一个分压器电路的一部分。接于电阻的电压经模拟—数字变换器读出,此电压是温度的尺度。在ECU的微处理机中存有一条特性曲线,该曲线对任何一个电压都给出相应的温度。


e、空气流量传感器

为达到法定的废气排放极限值,特别是在发动机动态工作情况下,必须保持努力达到的空燃比。为此需使用能极精确确定实际吸入空气质量流量的传感器。进气脉动、倒流、废气回窜和凸轮轴控制的改变以及进气温度变化都不得影响负荷传感器测定精度。

为达上述目标,在热膜式空气质量流量计中,通过对空气质量流的热传导,从一个加热的传感元件提取热量。微型机械式测量系统与一混合电路相配合,可测定空气质量流量,包括流动方向。空气质量流量强烈脉动时,能识别出倒流。微型机械式传感元件布设在插接式传感器流动通道中。插接式传感器可装在空气滤清器或空气引导部分的测量管中。

测量管有各种不同的尺寸,视所要求的发动机最大空气流量而定。信号电压与空气质量流量的关系曲线可分为反向和正向流动的两个信号范围。为了提高测量精度,使测量信号与一个从发动机控制得出的参考电压相关。特性曲线的特性是如此设计的:使得在修理厂诊断时,例如借助于发动机控制等可识别出导线折断。为确定进气温度,可内装温度传感器。


f、 进气压力传感器

   进气压力传感器检测的是节气门后方的进气歧管的绝对压力,它根据发动机转速和负荷的大小检测出歧管内绝对压力的变化,然后转换成信号电压送至控制器(ECU),ECU依据此信号电压进行喷油量的控制和修正。

    注意:传感器压力端口要垂直于安装面,与竖直方向最大夹角不超过60度,传感器不能安装在进气加热装置之后(如果有此装置),喷漆或清洗时严禁水分进入传感器内部。


g、 加速踏板传感器

与普通的分配泵或直列式泵不同,在柴油机电控装置中,司机的加速要求不再是通过拉索或传动杆系传给喷油泵,而是用加速踏板传感器来获知,并传给电控加速踏板。

根据加速踏板的位置,经一电位计,在加速踏板传感器中形成一个电压。根据MAP图,由电压算出加速踏板位置。


h、 增压压力传感器

增压压力传感器与进气管相连,它测定0.5~3bar的进气管绝对压力。此传感器分为带两个传感无件的电晶体和求值电路空间两部分。求值电路放在共用的陶瓷底座上。传感元件由一个钟形的厚层膜片构成,它以一定的内压关闭参考容积。

根据增压压力的不同大小,膜片作不同偏转。膜片上设有“电压阻抗”式电阻,其导电能力在机械应力下是变化的。此电阻接成电桥,使得膜片的偏转导致电桥平衡发生变化,从而电桥电压成为增压压力的尺度。

求值电路的任务是放大电桥电压,补偿温度影响以及使压力特性曲线线性化。求值电路的输出信号传给ECU。借助于MAP图,从测定的电压来计算增压压力。


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