柴油發動機電控方案及故障診斷

李玉雄

（來賓市技工學校 546100)

1 柴油機電控技術

1.1 柴油機控制技術的特點與難點

柴油機電子控制技術和汽油機控制技術有些類似，一般都由傳感器、電子控制單元與執行機構3個單元構成。大部分傳感器，如速度、壓力、溫度傳感器、油門踏板傳感器等都是相同的，電子控制單元在硬件上類似于車輛管理系統的軟件也非常相似，電子控制單元正向著集成化、智能化、綜合化的方向邁進。但柴油機噴油具有高壓、高頻、脈動等特性，是汽油機噴油注射壓力的千百倍，要求有良好的穩定性和持久性，而且柴油噴射對噴射的定時精度非常高，相對于上止點的角度位置也要求非常準確，這導致了柴油噴射裝置的實施要復雜得多[1]。

從控制方面考慮，電子控制系統不光要控制噴油量、正時，還要控制噴油量注射壓力感應狀態，從單一的轉速狀態發展到整個發動機的工作狀態和環境狀況，這樣就使控制的難度大大的提高了。所以，柴油機的重點控制研究對象是執行器，它是電控柴油機的噴油機構。所以研究柴油機的國家都在大力鉆研各類電控柴油機噴油機構，努力找到更好的解決方案，這同樣也是柴油機電控技術的困難所在。

1.2 柴油機控制技術未來發展趨勢

能源短缺和環境大面積污染使得人們對柴油機的經濟性、有害排放和穩定性要求變得更高。這就要求采取多種改進方案，對柴油機進行高精度、全工況的改進和控制[2]。由于柴油機控制精度高、反應速度靈敏、控制方面多變、適應性優越等方面的特點，柴油機的電子控制一定會成為未來柴油機技術的發展方向。微電子技術的飛速進步、集成度持續優化、成本降低、功能和穩定性的提高，為柴油機電噴系統的發展奠定了優越的條件。和以往的機械式燃油噴射系統相比，電子燃油噴射系統擁有以下優點。

1.2.1 減少尾氣污染，提高經濟效益

高壓噴射能夠提升燃油經濟性，大量降低顆粒和煙霧；燃油噴射定時和燃油噴射量的有效控制能夠降低氮氧化物和碳氫化合物的排放；電子燃油噴射系統可根據發動機工作要求實現燃油噴射量、燃油噴射定時、燃油噴射壓力和燃油噴射率在滿足排放法規的同時提供最佳的經濟性[3]。

1.2.2 操作控制自動化及穩定性

電子控制系統將轉換成滿足駕駛員要求的控制信號，用各種傳感器及執行器完成發動機的自動控制。如怠速自動控制和過渡條件的最好控制等。柴油發動機還擁有智能的自診斷、故障防護與后備能力，電子控制柴油發動機也可以依照發動機的工作情況自校正參數校準，確保發動機在工作生涯中一直處于優越狀態。

2 電控柴油機的控制

2.1 電控共軌系統原理

電控柴油機的控制原理和汽油機控制的原理大體相同，都是由電控單元、傳感器與執行器構成。柴油機的電子控制原理和汽油機的電子控制原理都一樣，但是柴油機實現電子控制要更加復雜[4]。

執行器的組成部分：電動油泵、燃油壓力調節器、第三泵停止電磁閥、電動噴油器、空調壓縮機、冷卻風扇離合器、冷起動預熱電磁閥、燃油加熱設備、發動機故障報警燈、測試口、可變幾何渦輪增壓調節控制閥、廢氣循環調節控制閥、顆粒捕捉器、巡航控制（動力輸出控制）等。電子燃油噴射系統與燃油噴射壓力和發動機速度無關，也就是說，注射壓力和注射過程是互相分離的。系統中的高壓泵只是將燃油壓縮和傳輸至共軌歧管，沒有機械泵調節速度的能力。

共軌中的高壓燃油用高壓管連接到電動噴油器，電氣數據收集器依照發動機燃料噴射序列向燃料噴射器給出燃料噴射命令，打開燃料噴射器電磁閥，并提升密封電樞，使得燃料的控制量通過返回管道到燃料箱管道內的壓力降落在控制區內，這時噴油器開始噴射高壓燃油。反之 ，切斷電磁閥電源，銜鐵返回到關閉狀態，并且控制區域中的壓力和壓力室中的壓力相等，然后柱塞閥在彈簧的彈力促使下返回到關閉狀態，燃料噴射結束。

高壓共軌系統是一種時間和壓力控制的噴射系統，高壓泵僅向共軌歧管輸送高壓燃油，用來保持在導軌上受到的壓力。導軌中的壓力，就是燃料噴射壓力，由壓力調節器調節。壓力調節器的可調范圍在245～130 MPa之間，電氣數據收集器依照壓力傳感器測量出的共軌壓力，與發動機在一定時間條件下需要的燃油壓力和燃油噴射情況以及控制部分的默認數據進行比較，計算并給出一個調節命令，用來調控噴油壓力和噴油量的多少，噴油量的大小由噴油器電磁閥開啟的時長來調控。燃油噴射壓力與發動機轉速和負載無關，燃油噴射正時、燃油噴射壓力及燃油噴射可維持的時長能夠在很寬的區域內調節。共軌系統能夠依照發動機的需求產生預噴射狀態、首要噴射及二次噴射，使燃燒效率得到很大的提高，也減少了柴油機噪聲及氮氧化物等有害氣體的排放量[5]。

2.2 電控共軌系統調節策略

噴油量的調節，電氣數據收集器依照發動機轉速和油門開度信號以及溫度、壓力等輔助信號，來計算發動機在工作狀態下的最佳噴油量。電氣數據收集器通過調節噴油器電磁閥的開關時間來調節噴油量的大小，從而讓發動機運行在最佳狀態。

噴射壓力調節，電氣數據收集器通過共軌壓力傳感器測量當前共軌壓力，結合發動機轉速、燃油噴射量和調節部分所給定的理想值進行比較，從而反饋給系統，以達到噴射壓力高精度環調節。噴油時長調節，電氣數據收集器依照轉速與負載等數據，通過調節噴油器的工作時間、停止時間，精確地調節噴油時間。

噴油方式調節，高壓共軌系統用的是多次噴油的方式，電氣數據收集器依照發動機的正常工作狀態來設定和調節預噴、首噴和二次噴射。注入一個工作周期的過程將由幾次噴射后完成，每次注入與其他次注入互不干擾。多次噴射方式能夠使燃燒率得到很大提升，同時使發動機運轉時發出的噪音和產生的廢氣物量得以減少。

高壓共軌柴油機的調節是在發動機工作狀態下調節燃油壓力，依據各傳感器反饋的信息，經邏輯運算給出調節命令，從而完成精確調節。電子控制單元依照發動機轉速、節氣門點位、進氣流量、冷卻液溫度、電池電壓和燃油壓力等數據給出噴油方式及噴油量。

3 電控柴油機常見故障和診斷流程

在掌握發動機和調節系統是如何構成和工作的前提下，使用先進的檢測儀器、善于總結是重點，以下是筆者總結的簡單柴油機診斷過程。

（1）確定發動機產生的故障現象，感受發動機狀態，對故障做出初步判斷。

（2）使用檢測儀器（X431）檢索故障代碼，并通過故障現象得出初步判斷。

（3）經故障代碼判斷不出故障時，可以進入診斷程序“讀取數據流”頁面，選擇對應的發動機工作狀態數據，研究數據判斷故障情況。

（4）依照檢測儀器給出的數據和故障模式，分析燃油系統的情況、回油裝置的壓力等。

（5）根據故障代碼和故障現象，檢查有關傳感器和執行器的運行情況，酌情修理或更換。

（6）檢查相關傳感器與調節部分之間的通訊線路是否存在問題，檢驗有關調節開關和配電箱內的熔絲狀況。

（7）將發現的故障和異常排除在外，用檢測儀清除存儲的故障碼，并進行路測以確認故障是否排除。

（8）將發現的故障點排除后，使用檢測儀器檢查故障代碼是否再次出現，確保故障完全排除后，交給檢查員進行檢測，并向客戶交車[6]。

在電控柴油機的維修中，不能單靠解碼器來查找故障，要熟練掌握各部件的工作原理、結構和工作特點，合理利用檢測儀器。對維修車輛在出現故障之前的運行狀態、保養情況和發生故障的時間、地點、環境等方面多做了解，以幫助分析故障點，縮短檢查時間。尤其需要注意燃油質量的好壞、過濾器更換的頻率，這些因素都會對供油系統有直接影響。

[1]田晉躍.現代汽車新技術概論[M].北京大學出版社.2013.

[2]宋福昌.電子控制高壓共軌柴油機故障檢修[M].國防工業出版社.2015.

[3]朱玉平.怎樣維修電控柴油轎車[M].北京:機械工業出版社，2016.

[4]譚明裕、劉建華.綜合維修電子報,2013年007版.

[5]張家璽.新編汽車電控燃油噴射系統結構與檢修[M].金盾.2014.

[6]嚴安輝、韋忠霞.汽車柴油發動機電控系統原理與檢修[M].國防工業出版社.2016.6.