重型柴油车电控高压共轨系统教程

重型柴油车电控高压共轨系统教程柴油发动机周围环境的变迁为了防止全球变暖和降低废气排放，从而减少对人类健康的影响，改善车辆的燃油经济性已成为全世界亟需解决的问题。在欧洲，柴油发动机车辆是很受欢迎的，因为它的燃油经济性较好。另一方面，必须大大降低废气中所含的“氮氧化（NOx）”和“粒子状物质（PM）”，以满足废气法规的要求，而用以改善燃油经济性和降低废气的相关技术也正在积极开发中。对柴油车辆的要求：减少废气（NOx、PM、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和烟雾）。改善燃油经济性。·减少噪音。·提高功率输出和驾驶性能。废气排放法规的变迁（大型车辆柴油法规）对燃油喷射系统的要求为了应对施加于柴油车辆的各种要求，燃油喷射系统（包括喷射泵和喷嘴）起到举足轻重的作用，因为它直接影响到发动机和车辆的性能。其中一些要求是：更高的喷射压力、最佳的喷射率、更高精度的喷射正时控制、更高精度的喷射量控制。因此电控高压共轨柴油机在现今正逐步推广。共轨系统特性共轨系统使用一种称为油轨的蓄压室来存储加压燃油，带电子控制电磁阀的喷油器可将加压燃油喷射到各个气缸中。由于发动机控制器控制喷射系统（包括喷射压力、喷射率和喷射正时），所以喷射系统是相对独立的，不受发动机转速或负荷的影响。由于发动机控制器可以将喷射量和喷射正时控制到很高的精度，甚至可实现多次喷射（一次喷射行程中有多次燃油喷射）。这样确保喷射压力在任何时候都是稳定的，即使在低发动机转速范围，通常可以显著减少在起动和加速期间柴油发动机排出的黑烟量。因此，废气更加清洁且废气排放减少，从而实现更高的功率输出。A.喷射控制的特性a.喷射压力控制·在低发动机转速下实现高压喷射。·优化控制，从而减少粒子状物质和NOx的排放。b.喷射正时控制根据驾驶情况实现最佳控制。c.喷射率控制在进行主喷射之前，先导喷射控制首先喷射少量燃油。燃油共轨构成共轨控制系统可大致划分为以下四个方面：传感器、发动机控制器、EDU 和执行器。A.传感器监测发动机和泵的状况。B.发动机控制器从传感器接收信号，计算实现发动机最佳运行所需的正确喷射量和喷射正时，然后向执行器发出合适的信号。C.执行器根据从发动机控制器接收的信号，提供最佳喷射量和喷射正时。概述：燃油共轨系统主要由输油泵、油轨和喷油器组成。根据所使用的输油泵的不同，有以下类型。A.HP0 型这是电装商品化的第一个燃油共轨系统。它使用HP0 型输油泵，并被安装在大型卡车和大型公共汽车上。a.系统主要组件外观图b.系统主要组件构成（以HP0 为例）输油泵A. HP0 型a.结构和特性·HP0 输油泵主要由传统型直列泵（两气缸）中的压送系统、控制燃油排放量的PCV （泵控制阀）、气缸识别传感器（TDC （上止点）（G）传感器）和进油泵组成。·它通过改变凸轮的齿数来控制发动机缸数。输油泵以发动机一半的转速旋转。发动机缸数与输油泵的压送次数之间的关系如下表所示。通过增加凸轮齿的个数来控制发动机缸数，使用一个小型、两缸的泵单元可以实现。此外，由于此泵的压送行程数与喷射次数相同,所以油轨压力会保持平稳。b.输油泵零部件功能(1)进油泵进油泵（集成在输油泵中）从燃油箱吸入燃油，然后通过燃油滤清器供给泵室。进油泵有两种类型：次摆线型和叶轮型。次摆线型进油泵的功能如下所示。凸轮轴驱动进油泵的外部/ 内部转子，使其开始转动。根据外部/ 内部转子的运动产生的空间，进油泵将燃油抽吸到吸入口，然后压送到排放口。(2) PCV：泵控制阀PCV （泵控制阀）调节输油泵的燃油排放量，以便调节油轨压力。输油泵排放到油轨的燃油量取决于向PCV 施加电流的正时。A)执行电路下图所示为PCV 的执行电路。点火开关接通或关断PCV 继电器，以向PCV 施加电流。ECU 对PCV 的打开/ 关闭进行控制。它根据每个传感器发出的信号，确定提供最佳油轨压力所需的目标供油量，并控制PCV 的打开/ 关闭正时，从而达到目标供油量。(3) 压送机构凸轮轴由发动机驱动，凸轮通过挺柱体驱动柱塞以压送进油泵提供的燃油。PCV 对供油量进行控制。燃油从进油泵压送到气缸，然后到出油阀。(4) 气缸识别传感器（TDC （G）传感器）当脉冲通过气缸识别传感器（TDC （G）传感器）时，磁阻发生变化，而且通过传感器的电压发生变化。内部IC 电路使电压的变化放大，并且输出到发动机控制器。在输油泵凸轮轴的中心有一个盘形齿轮，其上每隔60°就有一个缺口，以及一个额外缺口。因此，发动机每转两转（对于六缸发动机）该齿轮输出七个脉冲。通过将发动机侧的发动机转速脉冲和TDC 脉冲相结合，可将额外切口脉冲之后的脉冲辨认为1 号气缸。c.输油泵工作原理(1)输油泵燃油总流程燃油从燃油箱被吸入到进油泵，然后通过PCV 输送到抽吸机构。PCV 将抽吸机构抽吸的燃油量调整到必要的排出量，然后燃油通过出油阀被压送到油轨。(2)燃油排供油控制从进油泵输送的燃油经过柱塞抽吸。为了调整油轨压力，PCV 对排放量进行控制。实际操作如下所示。A) 每一个行程期间PCV 和柱塞的操作a)进气行程(A)在柱塞下降行程中，PCV 打开，同时低压燃油通过PCV 被吸入到柱塞室中。b)预行程(B)就在柱塞进入上升行程时，PCV 不通电并保持开启。此时，通过PCV 吸入的燃油没经过加压（预行程）而通过PCV 返回。a)抽吸行程(C)在获得所需排放量的最佳时机，提供电力使PCV 关闭，则返回通道关闭，同时柱塞室中的压力上升。因此，燃油流经出油阀（反向切断阀），然后被抽吸到油轨。具体情况是，PCV 关闭之后柱塞升程部分变成排放量，而且通过改变PCV 关闭正时（柱塞预行程的终点），排放量得到改变，从而使油轨压力得到控制。a)进气行程(A)当凸轮超过最大升程时，柱塞进入下降行程，同时柱塞室中的压力下降。此时，出油阀关闭，燃油抽吸停止。此外，PCV 由于被断电而打开，低压燃油被吸入到柱塞室。具体情况是，系统进入A 状态。油轨A.油轨功能和构成·油轨的功能是向各气缸喷油器分配由输油泵加压的燃油。·油轨的形状取决于车型，同时零部件也随之改变。·零部件为油轨压力传感器（Pc 传感器）、压力限制器，有些车型上还有流动缓冲器和压力限制阀。B.零部件结构和工作原理a.压力限制器如果压力异常高，则压力限制器打开以释放压力。如果油轨中的压力异常高，压力限制器工作（打开）。它在压力降低到一定水平之后恢复（关闭）。由压力限制器释放的燃油返回到油箱。b.油轨压力传感器（Pc 传感器）油轨压力传感器（Pc 传感器）安装在油轨上。它检测油轨的燃油压力，然后发送信号给发动机控制器。这是一个半导体传感器，它利用了压力施加到硅元件上时电阻发生变化的压电效应。c.流动缓冲器流动缓冲器可降低加压管中的压力脉动，并以稳定的压力向喷油器提供燃油。流动缓冲器也可在出现燃油过度排放时（例如喷射管道或喷油器出现燃油泄漏的情况）切断燃油通道，从而防止燃油异常排放。(1) 工作原理当高压管中出现压力脉动时，它穿过量孔产生的阻力破坏了油轨侧和喷油器侧的压力平衡，因此活塞将移到喷油器一侧，从而吸收压力脉动。正常压力脉动情况下，喷射因燃油流量降低而停止。随着通过量孔的燃油量增加，油轨和喷油器之间的压力得到平衡。结果，由于弹簧压力，活塞被推回油轨侧。但是，如果由于喷油器侧燃油泄漏等而发生异常流量状态，通过量孔的燃油就会失去平衡。这将使活塞被推动抵住底座而导致燃油通道封闭。3-3.喷油器A.概述·喷油器根据ECU 发出的信号，将油轨中的加压燃油以最佳的喷射正时、喷射量、喷射率和喷射方式喷射到发动机燃烧中。·使用TWV （双向阀）和量孔对喷射进行控制。TWV 对控制室中的压力进行控制，从而对喷射的开始和结束进行控制。量孔可通过限制喷嘴打开的速度来控制喷射率。·控制活塞通过将控制室压力传递到喷嘴针来将阀打开和关闭。·当喷嘴针阀打开时，喷嘴将燃油雾化并进行喷射。多次喷射是指为了降低废气排放和噪音，在不改变喷射量的情况下，用一到六次喷射来完成主喷射。B.喷油器工作原理喷油器通过控制室中的燃油压力来控制喷射。TWV 通过对控制室中的燃油泄漏进行控制，从而对控制室的燃油压力进行控制。TWV 随喷油器类型的不同而改变。a. 无喷射当TWV 未通电时，它切断控制室的溢流通道，因此控制室中的燃油压力和施加到喷嘴针的燃油压力为同一油轨压力。从而，喷嘴针阀由于控制活塞的承压面和喷嘴弹簧力之间的差别而关闭，燃油未喷射。对于X1 型，外部阀被弹簧力和外部阀中的燃油压力推向座，从而控制室的泄漏通道被切断。对于X2/G2 型，控制室出油量孔直接在弹簧力作用下关闭。b. 喷射当TWV 通电开始时，TWV 阀被拉起，从而打开控制室的溢流通道。当溢流通道打开时，控制室中的燃油流出，压力下降。由于控制室中的压力下降，喷嘴针处的压力克服向下压的力，喷嘴针被向上推，喷射开始。当燃油从控制室泄漏时，流量受到量孔的限制，因此喷嘴逐渐打开。随着喷嘴打开，喷射率升高。随着电流被继续施加到TWV，喷嘴针最终达到最大升程，从而实现最大喷射率。多余燃油通过如图所示的路径返回到燃油箱。c. 喷射结束TWV 通电结束时，阀下降，从而关闭控制室的溢流通道。当溢流通道关闭时，控制室中的燃油压力立即返回油轨压力，喷嘴突然关闭，喷射停止。C.喷油器驱动电路为了改善喷油器的敏感度，将驱动电压变为高电压，从而加速电磁线圈磁化和TWV 响应。ECU 中的EDU 或充电电路将各自蓄电池电压提高到大约100V，维持电压12.8 V，它通过ECU 发出的驱动喷油器的信号而施加到喷油器上。D.带QR 代码的喷油QR （快速响应）代码被用来提高校正精度。QR 代码包含喷油器中的校正数据，它被写入发动机控制器中。QR 代码致使燃油喷射量校正点的数目大大增加，从而极大地改善了喷射量精度。QR 代码是由电装公司开发的一个新的二维代码。除了喷射量校正数据之外，代码还包括部件号和产品号，它们可以在非常高的速度下阅读。(1) 操作带QR 代码的喷油器（参考）带QR 代码的喷油器使发动机控制器能够识别和校正喷油器，因此当喷油器或发动机控制器被更换时，必须在发动机控制器中登记喷油器的ID 代码。A) 更换喷油器必须将更换了的喷油器的ID 代码登记到发动机控制器（ECU）中。B) 更换发动机控制器必须将所有车辆喷油器的ID 代码登记到发动机控制器（ECU）中。4.控制系统组件说明4-1.发动机控制系统图（参考）4-2.发动机控制器（电子控制单元）发动机控制器（ECU）通过传感器发出的信号不断检查发动机的状态，计算符合条件的燃油喷射量等，启动执行器以及将发动机控制到最佳状态。喷油器可以由发动机控制器中的EDU 或充电电路来启动。该执行电路取决于其所安装的车型的规格，ECU 也具有诊断功能，可用于记录系统故障得。4-3.各种传感器功能a. 曲轴t位置传感器（发动机转速NE 传感器）和气缸识别传感器（TDC （G）传感器）(1) 曲轴位置传感器（发动机转速NE 传感器）曲轴位置传感器安装在靠近曲轴正时齿轮或飞轮的位置。传感器单元是MPU （电磁感应）型。当曲轴上安装的发动机转速脉冲齿轮通过传感器时，传感器内线圈的磁场发生变化，从而产生AC 电压。AC 电压可与检测信号一样由发动机控制器检测到。发动机转速脉冲的脉冲数量取决于安装传感器的车辆的规格。(2) 气缸识别传感器（TDC （G）传感器）对于HP0 系统，气缸识别传感器安装在输油泵单元上。传感器单元使用MRE （电磁电阻元件）型。对于MRE 型，当脉冲通过传感器时，磁阻发生变化，而且通过传感器的电压发生变化。内部IC 电路使电压的变化放大，并且输出到发动机控制器。TDC 脉冲的脉冲数量取决于安装传感器的车辆的规格。b. 加速器位置传感器