電控柴油發動機主要部件和傳感器元件的功用

2017-02-08 14:01:08 正德友邦 149

一、電控柴油發動機主要部件和傳感器元件的功用

1、主要部件的功用

a、ECU(電子控制單元)

任務和工作方式:

ECU是電控發動機的控制中心,通過接收各傳感器傳送來的發動機運行信息,加以運算處理后控制各執行器動作。

ECU計算外部傳感器的信號,并把它們限制在允許的電壓電平上。

微處理機從這些輸入數據和存貯的MAP圖計算噴油時間和噴油正時,并將這些時間轉換為與發動機運行匹配的隨時間變化的電壓過程。由于要求的精度高,發動機的工作是高速變化的,因此計算效率應很高。

用輸出電壓來控制末級,末級對調節共軌壓力的執行元件(執行器)和切斷柱塞供油提供足夠的功率。此外,執行器還控制發動機功能(例如廢氣再循環執行器,增壓壓力執行器,電動輸油泵執行器)和其它輔助功能(例如風扇繼電器,輔助采暖繼電器,預熱繼電器,空調裝置)。末級有短路保護和電過載產生故障的保護。這類故障和導線的斷開將反饋給微處理機。噴油器末級的診斷功能也識別有缺陷的信號變化過程。另外,一些輸出信號經接口傳給車輛的其它系統。在安全方案的范圍內,ECU也監控整個噴油系統。

ECU還包含著一個監測模塊。ECU和監測模塊相互監測,如果發現故障,它們中的任何一個都可以獨立于另一個而切斷噴油。


b、低壓輸油泵

輸油泵的任務是在任何一種工況下,它將燃油從燃油箱中吸出,以所需的壓力,并在整個使用壽命中向高壓泵提供足夠的燃油。目前輸油泵有兩種類型,即電動輸油泵(滾子葉片泵)和機械驅動的齒輪泵。


c、高壓泵

高壓泵是低壓和高壓部分之間的接口,它的任務是在車輛所有工作范圍和整個使用壽命期間準備足夠被壓縮的燃油。任務還包括快速起動過程和共軌中壓力迅速上升所需的燃油儲備。高壓泵將燃油壓縮到共軌壓力1350bar,被壓縮的燃油經高壓油管進入類似管狀的高壓燃油存儲器(共軌)。

高壓泵持續產生高壓存儲器(共軌)所需的系統壓力。


d、共軌(高壓存儲器)

在共軌內,燃油仍保持其壓力,即使取出噴油量后,燃油壓力也保持在近似不變的水平上,因為燃油有彈性,產生一種蓄壓作用。燃油壓力由共軌壓力傳感器測定,并通過調壓閥調節到要求的數值。限壓閥的任務是將共軌中的燃油壓力限制在最高1500bar.利用流量限制器(可選用)防止燃油不合要求地流向發動機燃燒室,被高度壓縮的燃油從共軌送往噴油器。

高壓存儲器的任務是在高壓下存儲燃油。其間泵供油及噴油產生的壓力波動應由共軌容積來緩沖。甚至在輸出較大燃油量時,所有各缸共用的燃油分配器(即共軌)內的壓力也保持在近似不變的數值上,從而確保噴油器打開時噴油壓力不變。



e、噴油器

當燃油被一受控電磁閥釋放時,噴油器的噴油嘴打開,將燃油直接噴入發動機燃燒室。多余的燃油經一集油管流回到燃油箱。調壓閥的回油、低壓部分的回油以及高壓泵的潤滑油也流入此集油管。

為使噴油始點合適和噴油量準確,共軌式噴油系統使用了帶液壓伺服系統和電控裝置(電磁閥)的噴油器。噴油過程開始時,以提高了吸動電流控制噴油器,于是電磁閥迅速打開。當針閥達到其最大升程使噴油嘴全開時,控制電流立即減少到較低的保持電流值上。噴油量由開啟時間和共軌壓力決定。電磁閥不再受控而關閉時,噴油過程就結束。

電磁閥斷電:球閥關閉控制腔壓力+針閥彈簧壓力>針閥腔壓力針閥關閉,不噴射

電磁閥通電:球閥開啟,瀉油孔瀉油控制腔壓力+針閥彈簧壓力<針閥腔壓力針閥抬起,噴射針閥抬起速度取決于瀉油孔與進油孔的流量差針閥關閉速度取決于進油孔流量噴射響應=電磁閥響應+液力系統響應一般應為0.1ms~0.3ms(噴油速率控制的要求)。


f、高壓部分的燃油管

引導高壓燃油的油管必須能持久地經受系統最大壓力和噴油間歇時的局部高頻壓力波動,因此它鋼管制成。通常它的外徑為6mm,內徑為2.4mm。共軌與噴油器之間的不同間距通過對各缸油管長度上或多或少的彎曲補償。但總的說來油管長度應盡可能短。


g、調壓閥

     調壓閥的任務是根據發動機的負荷狀況調整和保持共軌中的壓力:

——共軌壓力過高時,調壓閥打開,一部分燃油經一集油管返回油箱。

——共軌壓力過低時,調壓閥關閉,高壓端對低壓端密封。

ECU通過調壓閥來控制共軌中的壓力。當調壓閥受控時,電磁鐵將電樞壓在密封座面上,將閥關閉。高壓端對低壓端是密封的,共軌中的壓力上升。無電流時,電磁鐵沒有力作用在電樞上,調壓閥打開,使一部分燃油經一集油管流回到油箱,共軌壓力下降。

通過控制電流的脈寬調制,共軌壓力可作不同的調整。根據節拍率(脈沖占空系數)的不同,調壓閥開得大一些或小一些。

調壓閥工作時,如果要提高高壓回路中的壓力,必須除了彈簧力之外再建立一個磁力。調壓閥被控制,直至磁力和彈簧力與高壓力之間達到平衡時被關閉。然后調壓閥停留在某個開啟位置,保持壓力不變。泵供油量改變和燃油經噴油器從高壓部分取出時,通過不同的開度予以補償。電磁鐵的磁力與控制電流成正比??刂齐娏鞯淖兓ㄟ^脈寬調制來實現。調制頻率為1KHZ已足以避免電樞的干擾運動和共軌中的壓力波動。


h、限壓閥

限壓閥的任務是相當于安全閥,它限制共軌中的壓力,當壓力過高時,打開放油孔卸壓。共軌內允許的短時最高壓力為1500bar。

在標準工作壓力(1350bar)下,彈簧將活塞緊壓在座面上,從而共軌呈關閉狀態。只有當超過系統最大壓力時,活塞才受共軌中壓力的作用而壓到彈簧上,于是處于高壓下的燃油流出。燃油經過通道流入活塞中央的孔,然后經集油管流回油箱。隨著閥的開啟,燃油從共軌中流出,結果降低了共軌中的壓力。


i、流量限制器

流量限制器的任務是防止噴油器可能出現的持續噴油現象。為實現此任務,由共軌取出的油量超過最大油量時,流量限制器將流向相應噴油器的進油口關閉。

j、預熱控制器

預熱時間控制裝置用于使冷起動順利和改善廢氣排放有關的暖機階段。預熱時間決定于冷動水溫度。在發動機起動和運轉時,很多因數,例如噴油量和發動機轉速等,都影響預熱階段的長短。預熱時間控制是通過一個功率繼電器進行的。


2、傳感器元件的功用

a、共軌壓力傳感器

共軌壓力傳感器的任務是以足夠的精度、在相應較短的時間內、測定共軌中的實時壓力,按相應壓力向ECU提供一個電壓信號。

燃油經共軌中的一個孔流向共軌壓力傳感器,傳感器的膜片將孔末端封住。壓力作用下的燃油經壓力室孔流向膜片。在此膜片上裝有傳感元件(半導體),用以將壓力轉換為電信號。通過一根連接導線,產生的信號傳到一個向ECU提供加強的測量信號的求值電路。

當膜片形狀改變時,膜片上涂屋的電阻發生變化。這種由建立的系統壓力引起的膜片形狀變化(1500bar時約1mm)促使電阻改變,并在用5V供電的電阻電橋中產生電壓變化。

此電壓在0~70mV之間(具體視所處壓力而定),由求值電路放大到0.5~4.5V。精確測量共軌中的壓力是噴油系統正常工作所必須的。為此,壓力傳感器在測量壓力時允許偏差很小.在主要工作范圍內,測量精度約為最大值的2%。共軌壓力傳感器失效時,具有應急行駛功能的調壓閥以固定的預定值勤進行空載控制。


b、曲軸位置傳感器

氣缸內的活塞位置對獲得正確的噴油正時極為重要。發動機的所有活塞都是經過連桿與曲軸連接。因此,裝在曲軸上的傳感器提供所有氣缸內活塞位置的信息。轉速是指曲軸每分鐘的轉數。此重要輸入參數用控制器從電感式曲軸轉速傳感器的信號算出。

在曲軸上裝一個鐵磁式傳感輪,輪上有60-2個齒。除去兩個齒,留下的大齒隙相應于第1氣缸中的活塞位置。曲軸轉速傳感器按齒序對傳感輪掃描。它由永久磁鐵和帶銅繞組的軟鐵芯組成。由于齒和齒隙交替地越過傳感器,其內的磁流發生變化,感應出一個正弦交變電壓。交變電壓的振幅隨轉速的上升而增大。從每分鐘50轉的最低轉速起就有足夠的振幅。

發火間隔(°)=  720°/ 氣缸數

在四缸發動機,發火間隔為180度,也就是說,曲軸轉速傳感器在兩次發火間隔之間掃描30個齒。由此掃描的時間內在平均曲軸轉數得出轉速。


c、凸輪軸位置傳感器

凸輪軸控制進、排氣門,它以曲軸轉速的一半轉動。它的位置確定了向上止點運動的活塞是處于壓縮沖程隨即發火或是排氣沖程內。在起動過程中,從曲軸位置是得不到此信息的。與此相反,在車輛運行時,由曲軸傳感器產生的信息足以確定發動機狀態。這就是說,凸輪軸轉速傳感器在車輛運行過程中失效時,ECU仍一直知道發動機狀態。

    凸輪軸轉速傳感器利用霍爾效應來確定凸輪軸的位置?;魻栃缦拢涸谕馆嗇S上放一個鐵磁材料制成的齒,齒隨同凸輪軸轉動。當凸輪軸轉速傳感器中流過電流的半導體薄片經過該齒時,傳感器的磁場將半導體薄片上的電子流向折轉到與電流方向垂直。從而短時內形成一個電壓信號(霍爾電壓),此信號告知ECU:第1氣缸正好處在壓縮沖程。


d、溫度傳感器

溫度傳感器用在好幾個地方:

——用在冷卻水回路中,以從冷卻水溫度推知發動機溫度,

——用在進氣道中,以測定吸入空氣的溫度,

——用在機油中,以測定機油溫度(可選裝),

——用在燃油回油油路中,以測定燃油溫度(可選裝)。

傳感器有一個隨溫度而變的電阻,電阻的溫度系數為負值,高靈敏度NTC(負溫度系數熱敏電阻)電阻阻值隨溫度下降而增大,它是用5V供電的一個分壓器電路的一部分。接于電阻的電壓經模擬—數字變換器讀出,此電壓是溫度的尺度。在ECU的微處理機中存有一條特性曲線,該曲線對任何一個電壓都給出相應的溫度。


e、空氣流量傳感器

為達到法定的廢氣排放極限值,特別是在發動機動態工作情況下,必須保持努力達到的空燃比。為此需使用能極精確確定實際吸入空氣質量流量的傳感器。進氣脈動、倒流、廢氣回竄和凸輪軸控制的改變以及進氣溫度變化都不得影響負荷傳感器測定精度。

為達上述目標,在熱膜式空氣質量流量計中,通過對空氣質量流的熱傳導,從一個加熱的傳感元件提取熱量。微型機械式測量系統與一混合電路相配合,可測定空氣質量流量,包括流動方向??諝赓|量流量強烈脈動時,能識別出倒流。微型機械式傳感元件布設在插接式傳感器流動通道中。插接式傳感器可裝在空氣濾清器或空氣引導部分的測量管中。

測量管有各種不同的尺寸,視所要求的發動機最大空氣流量而定。信號電壓與空氣質量流量的關系曲線可分為反向和正向流動的兩個信號范圍。為了提高測量精度,使測量信號與一個從發動機控制得出的參考電壓相關。特性曲線的特性是如此設計的:使得在修理廠診斷時,例如借助于發動機控制等可識別出導線折斷。為確定進氣溫度,可內裝溫度傳感器。


f、 進氣壓力傳感器

   進氣壓力傳感器檢測的是節氣門后方的進氣歧管的絕對壓力,它根據發動機轉速和負荷的大小檢測出歧管內絕對壓力的變化,然后轉換成信號電壓送至控制器(ECU),ECU依據此信號電壓進行噴油量的控制和修正。

    注意:傳感器壓力端口要垂直于安裝面,與豎直方向最大夾角不超過60度,傳感器不能安裝在進氣加熱裝置之后(如果有此裝置),噴漆或清洗時嚴禁水分進入傳感器內部。


g、 加速踏板傳感器

與普通的分配泵或直列式泵不同,在柴油機電控裝置中,司機的加速要求不再是通過拉索或傳動桿系傳給噴油泵,而是用加速踏板傳感器來獲知,并傳給電控加速踏板。

根據加速踏板的位置,經一電位計,在加速踏板傳感器中形成一個電壓。根據MAP圖,由電壓算出加速踏板位置。


h、 增壓壓力傳感器

增壓壓力傳感器與進氣管相連,它測定0.5~3bar的進氣管絕對壓力。此傳感器分為帶兩個傳感無件的電晶體和求值電路空間兩部分。求值電路放在共用的陶瓷底座上。傳感元件由一個鐘形的厚層膜片構成,它以一定的內壓關閉參考容積。

根據增壓壓力的不同大小,膜片作不同偏轉。膜片上設有“電壓阻抗”式電阻,其導電能力在機械應力下是變化的。此電阻接成電橋,使得膜片的偏轉導致電橋平衡發生變化,從而電橋電壓成為增壓壓力的尺度。

求值電路的任務是放大電橋電壓,補償溫度影響以及使壓力特性曲線線性化。求值電路的輸出信號傳給ECU。借助于MAP圖,從測定的電壓來計算增壓壓力。


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