第十章 柴油机电子控制燃油喷射系统 ......................................................................................... 1
第一节 概述............................................................................................................................. 2
一、柴油机燃油喷射系统发展历程 ............................................................................... 2 二、柴油机电控技术的特点 ........................................................................................... 2 第二节 电子控制燃油喷射理论 ............................................................................................. 3
一、燃油压力控制 ........................................................................................................... 5 二、燃油量控制 ............................................................................................................... 5 三、喷射起始时刻、预喷射时间间隔控制 ................................................................... 6 第三节 高压共轨系统............................................................................................................. 6
一、常用传感器 ............................................................................................................... 8 二、执行器及部件 ........................................................................................................... 8 三、控制单元 ................................................................................................................. 17 四、空气供给系统 ......................................................................................................... 17 五、燃油供给系统 ......................................................................................................... 18 第四节 单体泵系统............................................................................................................... 27 第五节 电子控制泵喷嘴燃油系统 ....................................................................................... 30
一、泵喷嘴的结构功能 ................................................................................................. 30 三、泵喷嘴的控制 ......................................................................................................... 33 第六节 电控柴油喷射系统的检测维修 ............................................................................... 34
一、拆装注意事项 ......................................................................................................... 34 二、 ................................................................................................................................. 35 三、 ................................................................................................................................. 36 第七节 典型柴油机电子控制燃油喷射系统 ....................................................................... 37
一、宝来柴油机 ............................................................................................................. 37 二、玉柴YC6G和五十铃6HK1-TG电控柴油机 ...................................................... 38 四、康明斯ISBe电控柴油机 ....................................................................................... 38
第十章 柴油机电子控制燃油喷射系统
引文
柴油机的发展经历了：狄塞尔热力发动机理论诞生，柴油机探索阶段；喷油泵、喷油嘴的出现，实现了缸内燃料喷射，柴油机稳步发展阶段；燃油喷射的电子控制阶段。
在能源燃料日益紧张、环境问题日益严峻、尾气排放法规越来越严格的今天，电子控制柴油喷射技术成为柴油机发展的必然。
本章就是叙述现在广泛应用的柴油电子控制喷射系统。 知识目标
泵喷嘴系统、单体泵系统、共轨燃油系统的工作原理和主要部件的构造工作过程。
技能目标
泵喷嘴系统、单体泵系统、共轨燃油系统主要部件的维护与检测。
第一节 概述
一、柴油机燃油喷射系统发展历程
柴油机燃油喷射系统经历了配备两极和全程调速器的直列泵、分配泵，改进为电子控制直列泵和分配泵，又发展为现在广泛采用的泵喷嘴、单体泵和共轨系统。
1直列式喷油泵
每个气缸配备一套独立的喷油组件，也就是柱塞组件、回油阀组件、喷油阀组件，柱塞行程不变，柱塞的有效行程越大输油量和喷油量越大。通过电子控制柱塞外的油量调节套能够实现电子控制。
2分配式喷油泵
只有一个柱塞组件为所有气缸供油，旋转的中心柱塞打开或关闭径向油孔，把燃油分配到各个气缸中。喷油持续时间由喷油量套筒或高压电磁阀控制。
3泵喷嘴系统（UIS）
喷油泵和和喷油嘴组成一个单独泵喷嘴（unit injector system）单元，每个气缸顶部装有一个泵喷嘴，泵喷嘴直接由凸轮轴驱动或由气门摇臂驱动。整个泵喷嘴系统的结构省却了其他喷油系统必需的泵和喷嘴之间的高压油管，因此泵喷嘴系统能运行在更高的喷油压力下，喷油压力的最大值大约是220MPa。泵喷嘴系统采用电子控制，通过电磁阀控制喷油开始时刻与喷油时间。
4单体泵系统（UPS）
喷嘴总成与油泵由短高压管连接，每个缸有一个单独的油泵柱塞组件，喷油泵、油管和喷嘴组成单体泵（unit pump system）总成，单体泵总成由发动机凸轮驱动。单体泵系统采用电子控制的高速电磁阀来控制喷油时刻与喷油量。
5共轨系统（CR）
公共燃油轨道（简称共轨）内充满高压燃油，它起到蓄压器的作用，高压泵输送出的高压燃油进入轨道，轨道上安装有油管将高压油送到喷油器，喷油压力与喷油量不依赖于发动机转速，喷射的燃油直接来源于轨道。ECU根据发动机运行工况、燃油压力等控制喷油时刻与喷油量。喷油量由喷油时间和喷油压力决定。 二、柴油机电控技术的特点
（一）柴油机电控技术的优点 1.改善低温起动性。
2.提高发动机运转稳定性，提高发动机的动力性和经济性，有更好的排放性。 3.具有涡轮增压等动力输出和负荷等多功能的自动调节功能。 4.扩展了故障诊断、失效策略（电控系统故障状态下的运行策略）、信号共享功能。 （二）电子控制柴油机与汽油机的主要区别： 1.由于柴油机具有更高的压缩比（典型柴油机的压缩比为20:1，而典型汽油机的压缩比为10:1），所以一般柴油机要比同等汽油机更重一些。
2.由于重量和压缩比的原因，柴油机的最大转速范围低于汽油机。这使得柴油机具有大扭矩，汽油机具有高转速。由于压燃的速度低于点燃速度从而导致柴油发动机加速较慢。
3.天冷时柴油机会很难启动，如果柴油机含有电热塞，那么您可能需要等待电热塞加热后，才能启动柴油机。
4.柴油机的噪声很大且容易震动。 5.柴油机会产生一定的烟雾和“怪味”。
第二节 电子控制燃油喷射理论
柴油机电子控制燃油喷射系统的工作方式与汽油机有区别，但总体的燃油供应道理是相通的，传感器向发动机ECU发出检测到的信号，这些检测到的信号包括驾驶员的控制信号，也包括发动机工作状态信号和环境等信号。ECU将适量的燃油换算成向执行器提供的指令，使燃油在合适的时刻喷入气缸中被压燃完成作功。
喷入气缸中的柴油是适量的燃油是因为，柴油机的负荷是靠调节混合气的浓度实现的，过量空气系数的变化范围很大。
5.04.03.0?a2.01.025Pu0%负荷百分比
?a随负荷的变化关系
柴油机电子控制燃油喷射系统对发动机的控制，从使用的方便性和各种工况适应性方面有如下控制功能： 控制功能名称 起动控制 冷起动辅助控制 控制内容 为确保起动的可靠性和起动烟度排放要求：喷油定时=f（转速，喷油量，冷却液温度） 为提高发动机的冷起动性能，电控单元会根据当前发动机的温度来决定是否需要对进气预热以及预热时间长短，这是通过对进气预热继电器的进行控制实现的。 油门油量控制 油门油量控制模块根据油门开度与柴油机转速计算出油门油量，从而司机可以控制柴油机转速与车辆运行速度。 智能动力控制 怠速控制 短期超载，即短期增大输出扭矩的限制值，以方便司机不换挡爬坡。 采用闭环控制方法使柴油机的转速稳定在设定怠速转速附近，并向其它运行工况平稳过渡。 智能怠速控制 各缸平衡控制 根据各种温度，蓄电池电压与空调请求调节怠速运行速度。 通过精确测定曲轴转速，根据各缸作功行程中曲轴转速的变化确定各缸供（喷）油量的偏差，然后进行补偿调节。 喷油定时控制 为了满足发动机性能、排放法规和燃油经济性的需要： 喷油定时=f（转速，喷油量，冷却温度，进气压力，大气压力） 单体泵泵喷嘴校正 最高转速控制 最大扭矩控制 对每个单体泵、泵喷嘴进行修正，以提高各缸均匀性和一致性。 在高速运行或冷机状态下限制喷油量。避免柴油机因过大的机械应力或热负荷受到损害。 由进气量限制最大扭矩，防止发动机冒黑烟；当电控单元诊断出电控系统有严重故障时，发动机将降低最大扭矩。
最大供油量控制 根据柴油机转速与其它车辆运行参数，对指令油量进行限制，从而保证柴油机免受因过大的机械应力与热负荷而导致的损害。 发动机保护 在某些极限条件下需对发动机进行保护。如冷却液温度太高、机油压力太低等工况下，就要降低发动机功率，甚至使发动机停机，已达到保护发动机的目的。 通讯接口 ISO通讯接口采用ISO9141（K线）标准串行数据通讯方式，可实现与电控单元之间的数据交换。CAN采取SAE J1939标准，是一种高速串行通讯方式，该通讯方式主要用于不同的电控单元之间。 故障诊断 电控单元检测出故障，会将故障信息以及当前的环境信息存储到电控单元中，同时使仪表盘上的故障指示灯闪亮以便于维修。 柴油机的性能及其排放特性与燃烧放热规律有关，对一定的燃烧系统，放热规律直接取
决于喷油规律，喷嘴结构、喷油率、喷射压力等都影响喷油规律。
喷油率是指在喷油过程中，每秒从喷油器喷出的燃油量，单位为mm3/s。
喷油率曲线的形状，是指喷油量对喷油时间的微分（单位时间的喷油量）随时间的变化关系，通俗地说就是喷油规律。
轴针式喷油嘴一般用于非直喷式发动机中，孔式喷油嘴一般用于直喷式发动机中。 在电控燃油系统普及之前，一般认为：理想喷油率为如图所示的靴形喷油率。然而，机械式燃油系统中很难实现靴形喷油率。电控共轨系统中，喷油率的实现是自由的，不仅可以实现靴形喷油率，而且可以实现如图所示的预喷射和主喷射，以及多段喷射。
靴形喷射曲线 预喷射主喷射曲线
多段喷射就是将一个喷油循环细分成若干段相关联、各自独立的喷射段——如图所示，引导喷射1、预喷射2、主喷射3、后喷射4和次后喷射5。喷射过程中，电磁阀必须完成多次开启、关闭动作，
引导喷射相对于主喷射提前角度很大，由于预混合燃烧的效果，PM排放和燃烧噪声可以明显降低。引导喷射越提前，烟度和噪声越低。
预喷射能够缩短主喷射的着火延迟、降低NOx和燃烧噪声，预喷射段靠近主喷射能够降低PM排放。
后喷射促进扩散燃烧、降低颗粒排放。
次后喷射拍温升高、通过供给还原剂、促进后处理（催化剂）。
一、燃油压力控制
多段喷射 A利于降低噪音 B利于燃烧 C利于废气后处理
燃油压力及相关因素曲线
ECU以转速和负荷信号作为主控信号，按预设的程序确定最佳的喷油压力，并对喷油压力进行闭环控制。同时具有轨压建立和超压保护，喷油器泄压控制，轨压跛行回家功能。
起动时的燃油喷射压力由发动机转速、燃油喷射量、冷却液温度计算；正常状态下的燃油喷射压力由发动机转速和燃油喷射量计算。 二、燃油量控制
燃油喷射量及相关因素曲线
ECU根据转速、加速踏板位置确定基本供（喷）油量；根据水温、进气温度、冷却液温度、进气压力、起动开关、空调开关、反馈信号等对供（喷）油量进行修正，通过执行机构的快速响应对喷油量进行精确的控制。还具有预喷油量自学习控制，减速断油控制功能。
发动机起动时燃油喷射量由发动机起动转速和冷却液温度决定；标准的燃油喷射量由发动机转速和加速踏板位置决定。最大燃油喷射量由发动机转速和增压压力计算。
柴油机电子控制燃油喷射系统
