电控柴油发动机结构原理

2016-03-16张盈利

环球市场 2016年4期

关键词：柴油发动机膜片喷油

张盈利

彰武县运输管理所

电控柴油发动机结构原理

张盈利

彰武县运输管理所

随着柴油发动机的发展，传统的燃油供给系统已经满足不了柴油技术的发展。因此，柴油机电控系统的发展，是柴油发动机的必然之路。目前，柴油机发动机电子控制技术，已由当初的单一控制燃油喷射系统，发展到了独立系统控制，如涡轮增压控制系统、废气再循环系统、排放后处理系统。本文主要介绍柴油发动机的各组成部分，以及各系统的控制原理，从而体现电控柴油机的优越性。

电控；发动机；传感器；柴油机

1　电控柴油机的发展

柴油机电子控制技术的发展分为三个阶段

1.1位置控制喷油系统

此系统的特点是用电子伺服机构代替早期的调速器控制供油滑套的位置从而实现供油量的调整；

1.2时间控制系统

此系统通过控制快速响应电磁阀的开启和闭合时刻来进行调节；

1.3时间-压力控制系统

此系统的特点是通过共轨压力盒喷油压力-时间的综合控制，从而实现柴油机的各种复杂供油特性。

2　电控柴油机的优越性

1、目前所有的柴油电控系统中，共轨电控喷射系统性能最为优秀，与传统喷射系统相比，具有以下优点

（1）喷射压力高，可大200Mpa；

（2）喷油压力独立于发动机转速；

（3）实现理想喷油规律，达到5次喷射；

（4）喷油量及喷油正时可自由选定；

（5）震动及驱动扭矩小；

（6）可对各缸工作均匀性矫正。

2、排放小，油耗低

3、低速动力强劲、加速性能好、扭矩大等特点

4、噪音低、可靠性高

3　电控柴油发动机的组成

电控柴油发动机的组成与汽油发动机相似，都是有传感器、ECU、执行元件三部分组成。

3.1传感器

传感器的作用是采集发动机各部位的信息，并将其转变成电信号，传给汽车发动机电脑。

3.2ECU

其作用是根据传感器输入的信号和内存程序，计算出喷油量和喷油开始时刻，并向执行元件发出执行命令。

3.3执行元件

执行ECU的执行命令，调节柴油机的喷油量和喷油正时。

4　电控柴油发动机的原理

4.1废气再循环（EGR）系统的工作原理

废气再循环（EGR，Exhaust Gas Recirculation）系统是一种广泛应用在发动机的排放控制装置，其主要目的是降低氮氧化合物的生成。由于发动机所排放的废气中，主要由氮气和二氧化碳组成，氧含量很低，使用EGR系统可使部分排气流经EGR阀返回到进气系统，与新鲜的混合气混合，稀释新鲜混合气中的氧浓度，使其燃烧速度降低；此外还可以使新鲜混合气的比热容提高，降低燃烧温度，因此有效的抑制氮氧化合物的生成。

ECU根据发动机的转速信号、供油量和水温信号等，按预先设定的脉谱图改变EGR率。实际应用中，柴油机的EGR回流管直径要比汽油机大得多，因此柴油机进排气管之间压差较小，需要的EGR回流量高于汽油机。

4.2涡轮增压系统工作原理

在柴油机上广泛使用的废气涡轮增压器是用于实现为进气增压，在供入气缸，以提高空气的密度及进气量。六缸柴油机排气管内的废气按工作顺序1-5-3-6-2-4依次进入涡轮机中，推动排气管中的涡轮旋转，同时带动进气管侧的涡轮旋转，使进入气缸的新鲜空气得到增压。由于涡轮增压工作中高速运转，所以对于该系统必须进行润滑。涡轮增压系统的润滑油来自发动机的主油道，并通过精滤器再次过滤后，进入到增压器的中间壳，润滑后经下部的出油口流回发动机油底壳。

4.3排放后处理系统（SCR）

SCR（Selective Catalytic Reduction）系统是控制柴油机排放后进行处理的一种装置，其将尿素溶液喷射到排气管当中，由于高温将尿素溶液分解为氨和二氧化碳，氨又在催化剂的作用下，与氮氧化合物发生还原反应，将其还原成氮气和水，从而达到降低氮氧化合物排放的目的。

4.4预热系统

柴油机在冷启动时，由于环境温度低，喷入到气缸内的柴油并未升温到着火温度，因此必须采用预热系统改善柴油的着火性能。预热可分为启动预热和辅助预热，其中启动预热是对空气进行预热，而辅预热是对冷却液进行预热。此外，在重型车上除了在进气道中安装电热塞预热外，还在燃油滤清器座上安装有电加热器，对燃油进行加热。预热塞内安装有加热电阻，其特性是电阻随温度的升高而增加，从而降低控制线圈的电流量，使预热塞的温度不会过高，一般预热塞温度可升高到900度。

5　柴油发动机常见的传感器

5.1曲轴位置传感器

又称转速传感器，一般安装在飞轮壳上，电磁式曲轴位置传感器为，由传感器和信号轮组成，其中信号轮由57个短齿槽和1个长齿槽。信号轮安装在飞轮的后方，57个短齿槽（齿间角度为6°）、1个长齿槽（齿间角度为18°）。当发动机工作时，曲轴每转一圈，曲轴位置传感器的感应线圈就会输出57个规则的交流脉冲电压信号和一个畸变的电压信号。ECU根据传感器输入的信号，计算出发动机的转速以及确定一缸上止点的位置。

5.2凸轮轴位置传感器

此传感器利用霍尔效应原理，感应凸轮轴正时齿轮上感应铁的位置，从而判定一缸压缩行程上止点。凸轮轴位置传感器由永久磁铁和霍尔元件组成，当发动机工作时，感应铁与传感器的位置发生相对运动，引起磁场变化，传感器的输出电压也会因此变化，输出方波数字信号，ECU根据此信号的变化来判定凸轮轴的运行位置。

5.3共轨压力传感器

此传感器安装在燃油供轨上，由传感器部件、检测回路的印刷电路板、装有传感器外壳等组成。有压力的燃油通过共轨上的小孔流向传感器膜片，半导体装置安装在膜片上并将压力信号转换为电信号。当其原理是当膜片形状变化时，连接于膜片的电阻值也将改变，从而ECU接收到的电压信号也发生变化。ECU根据发动机相关传感器的信号，计算出所需要的轨压，通过调节进油量比例阀的开度来实现轨压控制，并依靠共轨压力传感器检测当前的实际轨压，将其与理论轨压进行对比修正，实现闭环控制。

5.4加速踏板位置传感器

此传感器的安装位于加速踏板轴上，利用滑动变阻器的原理来实现监测加速踏板的具体位置。ECU向传感器提供5V电压。加速踏板通过转轴与传感器内部的滑动变阻器连接在一起，当位置改变时，电刷与接地端的电压发生改变，ECU将该电压转变成加速踏板的位置信号。加速踏板位置传感器同时输出两组信号给ECU，保证输出信号的可靠性。

5.5空气流量计

目前空气流量传感器多为热式，可同时输出空气流量及温度信号，其原理是铂金丝被加热电阻加热，膜片上的温度分配被与加热电阻平行安装的2个温度电阻测量；通过传感器的空气降低了膜片上的温度，从而使得两个温度电阻的电阻值产生差异，由此对ECU输出一个变化。