電控柴油發動機結構原理

張盈利

彰武縣運輸管理所

電控柴油發動機結構原理

張盈利

彰武縣運輸管理所

隨著柴油發動機的發展，傳統的燃油供給系統已經滿足不了柴油技術的發展。因此，柴油機電控系統的發展，是柴油發動機的必然之路。目前，柴油機發動機電子控制技術，已由當初的單一控制燃油噴射系統，發展到了獨立系統控制，如渦輪增壓控制系統、廢氣再循環系統、排放后處理系統。本文主要介紹柴油發動機的各組成部分，以及各系統的控制原理，從而體現電控柴油機的優越性。

電控；發動機；傳感器；柴油機

1　電控柴油機的發展

柴油機電子控制技術的發展分為三個階段

1.1位置控制噴油系統

此系統的特點是用電子伺服機構代替早期的調速器控制供油滑套的位置從而實現供油量的調整；

1.2時間控制系統

此系統通過控制快速響應電磁閥的開啟和閉合時刻來進行調節；

1.3時間-壓力控制系統

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

2　電控柴油機的優越性

1、目前所有的柴油電控系統中，共軌電控噴射系統性能最為優秀，與傳統噴射系統相比，具有以下優點

（1）噴射壓力高，可大200Mpa；

（2）噴油壓力獨立于發動機轉速；

（3）實現理想噴油規律，達到5次噴射；

（4）噴油量及噴油正時可自由選定；

（5）震動及驅動扭矩小；

（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　電控柴油發動機的組成

電控柴油發動機的組成與汽油發動機相似，都是有傳感器、ECU、執行元件三部分組成。

3.1傳感器

傳感器的作用是采集發動機各部位的信息，并將其轉變成電信號，傳給汽車發動機電腦。

3.2ECU

其作用是根據傳感器輸入的信號和內存程序，計算出噴油量和噴油開始時刻，并向執行元件發出執行命令。

3.3執行元件

執行ECU的執行命令，調節柴油機的噴油量和噴油正時。

4　電控柴油發動機的原理

4.1廢氣再循環（EGR）系統的工作原理

廢氣再循環（EGR，Exhaust Gas Recirculation）系統是一種廣泛應用在發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系統可使部分排氣流經EGR閥返回到進氣系統，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根據發動機的轉速信號、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，所以對于該系統必須進行潤滑。渦輪增壓系統的潤滑油來自發動機的主油道，并通過精濾器再次過濾后，進入到增壓器的中間殼，潤滑后經下部的出油口流回發動機油底殼。

4.3排放后處理系統（SCR）

SCR（Selective Catalytic Reduction）系統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

柴油機在冷啟動時，由于環境溫度低，噴入到氣缸內的柴油并未升溫到著火溫度，因此必須采用預熱系統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個規則的交流脈沖電壓信號和一個畸變的電壓信號。ECU根據傳感器輸入的信號，計算出發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，當發動機工作時，感應鐵與傳感器的位置發生相對運動，引起磁場變化，傳感器的輸出電壓也會因此變化，輸出方波數字信號，ECU根據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生變化。ECU根據發動機相關傳感器的信號，計算出所需要的軌壓，通過調節進油量比例閥的開度來實現軌壓控制，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，實現閉環控制。

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監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生差異，由此對ECU輸出一個變化。

6　電控柴油機系統的故障診斷

發動機ECU內有一個故障存儲器，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動機故障報警燈來提醒駕駛員，并可以通過檢測儀調出儲存在ECU中的故障信息，此故障信息都為電控系統故障，因此多為各種傳感器及執行元件故障。

［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；