柴油机电控系统控制内容

2. 1 控制内容和方法

2. 1. 1 燃油控制

对柴油机燃烧的控制,是对喷油量、喷油定时、喷油速率和喷油压力等主要参数的控制。控制方式经历了位置控制和时间控制2 个阶段,控制内容也从供(喷) 油量、供(喷) 油定时逐步扩展到供(喷) 油速率、喷油压力。按产生高压燃油的执行装置分,有传统的泵—管—嘴系统、泵喷嘴系统和高压共轨系统等。高压共轨系统是在高压泵与各缸控制喷油电磁阀之间设有蓄压油轨,从而使喷油压力的产生与油泵泵油互不关联。它使喷油过程中喷油压力近乎恒定,毋需在每次喷油时建立压力,同时具备喷油压力闭环控制,可实现高精度的高压喷射,并可灵活地预喷射和多级喷射。由于其独特的性能,现已成为电控柴油机的最常用的喷油系统。

a) 供(喷) 油量控制 在位置控制系统中,电控单元以转速和负荷(油门手柄或加速踏板位置) 信号为主控信号,确定基本供油量,再根据进气压力、进气温度、冷却液温度等信号以及油量分配泵或柱塞泵位置传感器提供实际位置的反馈信号进行修正,来提供最佳喷油量。

在时间控制系统中,电控单元须确定控制溢油通路的高速电磁阀或喷油器高速电磁阀针阀开启的持续时间,即喷油量。在共轨系统中,电控单元根据该工况下喷油量设定值和测得的油轨压力,确定喷油器高速电磁阀相应激励时间(即脉冲宽度) ,提供基本喷油量。

b) 供(喷) 油定时控制 在位置控制系统中,电控单元以转速和负荷信号为主控信号,确定基本供油定时,再根据进气压力、温度、冷却液温度等信号进行修正,并参考提前器活塞位置传感器或喷油器针阀升程传感器提供的信号对分配泵液压提前器活塞位置(即供油定

时) 进行反馈修正。在时间控制系统中,电控单元须确定溢油通路高速电磁阀的开启时刻或控制喷油器电磁阀针阀的开启时刻,即供(喷) 油定时,在提供电磁阀开启(或关闭) 点检测信号时,还须进行反馈修正,最后确定供(喷) 油定时。在共轨系统中,电控单元还必须从曲轴(或凸轮轴) 转角位置传感器获得信号,确保各缸喷油压力按发动机规定的发火顺序喷油。

c) 喷油压力控制 在高压共轨系统中,高压供油泵、油压传感器和电控单元形成油压控制的闭环系统,电控单元根据转速和负荷设定的喷油量,通过预定压力,以传感器测得的实际压力为反馈信号,来确定高压供油泵所产生的系统压力偏差,控制泵内电磁阀,改变油的流通面积,从而改变燃油供应量,使之偏差在规定范围内。

d) 喷油速率控制 在时间控制的分配泵,泵喷嘴和单体泵系统中,电控单元选择不同速度的凸轮工作段作为电磁阀的关闭时间,改变供油速率,在位置控制柱塞式合成泵系统中,通过改变柱塞上滑套的位移或预行程(供油起始点) 来改变供油速率。为降低NOx 的排放量,通常采用延迟喷油的办法,但这样做会增加固体颗粒的排放。因此,在电控发动机上,通常采用在主喷射前进行少量预喷射的办法来消除它。这样,不仅可以在不增加颗粒排放的情况下减少NOx 的排放量,而且有利于降低燃烧噪声。在时间控制的分配泵、泵喷嘴、单体泵和共轨系统中,电控单元通过对电磁阀或喷油器电磁阀针阀运动的控制,可实现对预喷射或多级喷射的控制。

2. 1. 2 怠速控制

怠速状态是柴油机的常用工况之一,该状态也是排放比较恶劣的状态。电控发动机的电控单元根据工作时的有关信号对各缸的均匀性(即各缸喷油量偏差) 、进气量等进行综合控制,有效解决了怠速的振动、噪声及排放问题。

2. 2 电控系统组成

2. 2. 1 传感器

传感器是电控系统中的重要组成部分,它们可以把物理参量、电量、磁量和化学量等信息转换成电控单元可识别的信号。按其作用不同,传感器可分为4 类,即,一类用于对主控信号的检测(如,空气流量、发动机转速等) ,以确定控制目标的基本量;一类用于对环境状态的检测(如环境温度、气压等) ,以确定修正量;一类用于对控制对象状态检测,以确定反馈量;一类用于对操作者操作情况进行判断,以提供相应的开关信号。柴油机电控系统的传感器是在内燃机特有的高温、高振动、高冲击、油污、灰尘、电磁干扰等恶劣环境中工作的,因此,其技术指标的安全性、可靠性均有非常高的要求。一般来说,电控柴油机有以下传感器。

a) 正时和同步传感器 这2 种传感器用来传送柴油机的正时信息,一般来说,其精确度可达到曲轴每转360°误差为±0. 25°。正时传感器提供每缸一次的参数,同步传感器则提供每转一次的参数。从而使电控单元能够精确地确定活塞上止点位置,综合其他参数控制喷油量和喷油时间,以保证得到最佳的燃烧过程。

b) 油门位置传感器 油门位置传感器是电控油门踏板或操纵杆的一个组成部分,它取代了机械式油门拉杆,既不需要润滑,也没有杆件铰接处卡塞或松驰的弊端,从而能够准确地将操作者的意图输入电控单元。

c) 涡轮增压器传感器 此传感器用来监视废气涡轮增压器的压力变化,将压力值输入电控单元,保证柴油机的最佳工况,防止突然加速时冒黑烟,还可起到空气系统的保护作用。

d) 燃油温度传感器 将燃油温度的变化输入电控单元,据此计算出燃油密度的变化,调整燃油比,以获得最佳的燃烧过程。

e) 燃油压力传感器 此传感器监视燃油压力,一旦压力下降,便表明燃油滤清器较脏,及时发出警告,提前更换滤芯、清洗滤清器。

f ) 冷却液液位传感器 如果此传感器发现冷却液液位下降,便立即发出停机警告,避免产生重大机械事故。

g) 润滑油压力传感器 此传感器为柴油机保护系统而设置,如油压较低,便发出警告并自动降低输出功率和转速,若过低就发出停机警告。

2. 2. 2 电控单元

电控单元的作用是根据规定的方法或已储存的程序对传感器输入的各种模拟量或数字量信息进行运算、处理、判断,然后输出指令,控制有关执行器准

确、快速动作(如图2) 。

1 —传感器;2 —模拟信号;3 —输入回路;

4 —A/ D 转换器;5 —输出回路;6 —执行器;

7 —微机;8 —存储器(ROM2RAM) ;9 —数字信号

图2 电控单元示意

该单元主要由输入回路、A/ D 转换器、微型电子计算机、输出回路等组成,通常与电源、抗电磁干扰装置、自检装置及后备系统等组装成为一个模块。

2. 2. 3 执行器

执行器是为实现某种控制功能而提供操作力和操作动作的机构,如,电动燃油泵、电磁式喷油器、怠速常通空气阀及各种继电器等,也可以是实现某种控制功能的其他装置,如点火线圈、点火器等。