柴油电控系统

1、共轨式电控喷油系统共轨式电控喷油系统 20世纪世纪90年代以后出现的共轨式喷油系统是柴年代以后出现的共轨式喷油系统是柴 油机电控技术发展过程中的一个较大的飞跃。油机电控技术发展过程中的一个较大的飞跃。 它改变了传统的喷油系统的组成结构，最大的它改变了传统的喷油系统的组成结构，最大的 特点就是将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，特点就是将燃油压力产生和燃油喷射分离开来， 通过对共轨管内的油压实现精确控制，使高压通过对共轨管内的油压实现精确控制，使高压 油管压力大小与发动机的转速基本无关。油管压力大小与发动机的转速基本无关。 电磁阀控制的喷油器替代了传统的机械式喷油器，电磁阀控制的喷油器替代了传统的

2、机械式喷油器， 共轨中的燃油压力由一个高压泵产生，由于压力大小共轨中的燃油压力由一个高压泵产生，由于压力大小 与发动机的转速无关，可在一定范围内自由设定。共与发动机的转速无关，可在一定范围内自由设定。共 轨中的燃油压力由一个电磁压力调节阀控制，根据发轨中的燃油压力由一个电磁压力调节阀控制，根据发 动机的工作需要进行连续压力调节。电控单元作用于动机的工作需要进行连续压力调节。电控单元作用于 喷油器电磁阀上的脉冲信号控制燃油的喷射过程。喷喷油器电磁阀上的脉冲信号控制燃油的喷射过程。喷 油量的大小取决于燃油轨中的油压和电磁阀开启时间油量的大小取决于燃油轨中的油压和电磁阀开启时间 的长短，及喷油嘴液体

3、流动特性。的长短，及喷油嘴液体流动特性。 第一节 柴油发动机电控柴油喷射系统的发展历程 二、柴油机二、柴油机sDIsDI电控燃油喷射系统的发展电控燃油喷射系统的发展 按照喷油高压形成的不同，共轨式电控燃油喷射系按照喷油高压形成的不同，共轨式电控燃油喷射系 统有两种基本型式，即高压共轨式和中压共轨式统有两种基本型式，即高压共轨式和中压共轨式。高压高压 共轨系统。高压输油泵（压力在共轨系统。高压输油泵（压力在120Mpa以上）直接产生以上）直接产生 高压燃油后，输送至共轨中消除压力的脉动，再分送到高压燃油后，输送至共轨中消除压力的脉动，再分送到 各喷油器；当电子控制装置按需要发出指令信号后，高各喷

4、油器；当电子控制装置按需要发出指令信号后，高 速电磁阀迅速打开或关闭，进而控制喷油器工作，即按速电磁阀迅速打开或关闭，进而控制喷油器工作，即按 设定的要求喷出或停喷高压燃油。中压共轨系统。设定的要求喷出或停喷高压燃油。中压共轨系统。 中压输油泵（压力为中压输油泵（压力为1013Mpa）将中压燃油输送到共轨）将中压燃油输送到共轨 中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中；当中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中；当 高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后，高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后， 就迅速开启或关闭，从而控制燃油器工作，随即通过高压柱就迅速

5、开启或关闭，从而控制燃油器工作，随即通过高压柱 塞的增压作用，将从共轨中来的中压燃油加压至高压塞的增压作用，将从共轨中来的中压燃油加压至高压 （120150Mpa）后喷出或停喷。中压共轨系统又包括共轨蓄）后喷出或停喷。中压共轨系统又包括共轨蓄 压式和共轨液压式，共轨蓄压式的控制油和喷射油均来自共压式和共轨液压式，共轨蓄压式的控制油和喷射油均来自共 轨管；而共轨液压式的控制油来自共轨管，喷射油来自燃油轨管；而共轨液压式的控制油来自共轨管，喷射油来自燃油 输油泵，所以该系统的控制油和喷射油可以采用不同物质输油泵，所以该系统的控制油和喷射油可以采用不同物质。 第一节 柴油发动机电控柴油喷射系统的发展

6、历程 二、柴油机二、柴油机sDIsDI电控燃油喷射系统的发展电控燃油喷射系统的发展 第二节 捷达CDX/GDF柴油机轿车优点及喷油控制原理 二、柴油发动机的喷油控制原理二、柴油发动机的喷油控制原理 柴油机的柴油机的ECU是通过控制喷嘴的喷油时间来调节发动机输出是通过控制喷嘴的喷油时间来调节发动机输出 功率的大小。喷油控制是由发动机的转速和加速踏板的位置来决功率的大小。喷油控制是由发动机的转速和加速踏板的位置来决 定的。定的。基本工作原理基本工作原理是是ECU根据转速传感器和加速踏板位置传感根据转速传感器和加速踏板位置传感 器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据冷却液温度、器的输入信号，首

7、先计算出基本喷油量，然后根据冷却液温度、 进气温度和压力等传感器的信号进行修正，再与来自加速位置传进气温度和压力等传感器的信号进行修正，再与来自加速位置传 感器的信号进行反馈修正后确定最佳喷油量的，与空气的进入量感器的信号进行反馈修正后确定最佳喷油量的，与空气的进入量 无关（柴油机工作时节流阀体是完全打开的）。柴油机是柴油遇无关（柴油机工作时节流阀体是完全打开的）。柴油机是柴油遇 到受到高压而温度急剧升高的空气后自燃的，柴油机没有复杂的到受到高压而温度急剧升高的空气后自燃的，柴油机没有复杂的 高压点火系统，也不会像汽油机那样产生电火花干扰。高压点火系统，也不会像汽油机那样产生电火花干扰。 第五

8、节电子控制共轨式柴油喷射系统 三、共轨式柴油机系统的组成和工作过程三、共轨式柴油机系统的组成和工作过程 1.共轨式柴油机系统的组成共轨式柴油机系统的组成 共轨式柴油机主要由传感器、共轨式柴油机主要由传感器、ECU、执行器及连接这些、执行器及连接这些 零部件的线束组成。传感器有冷却液温度传感器、发动机转零部件的线束组成。传感器有冷却液温度传感器、发动机转 速传感器、凸轮轴相位传感器、加速踏板位置传感器、空气速传感器、凸轮轴相位传感器、加速踏板位置传感器、空气 流量传感器、共轨压力传感器等。执行器部分由低压油路、流量传感器、共轨压力传感器等。执行器部分由低压油路、 高压油路构成，低压油路部分由油箱

9、、输油管、燃油滤清器、高压油路构成，低压油路部分由油箱、输油管、燃油滤清器、 输油泵、高压油泵的低压区组成；高压油路部分由高压油泵输油泵、高压油泵的低压区组成；高压油路部分由高压油泵 高压区、共轨、高压油管、喷油器等部件组成。高压区、共轨、高压油管、喷油器等部件组成。 第五节电子控制共轨式柴油喷射系统 三、共轨式柴油机系统的组成和工作过程三、共轨式柴油机系统的组成和工作过程 2.共轨式柴油机系统的系统功能共轨式柴油机系统的系统功能 柴油机的供油提前角，供油量，供油规律均由柴油机的供油提前角，供油量，供油规律均由ECU根据不根据不 同工况通过喷油器上的电磁阀进行控制，喷油压力由同工况通过喷油器上

10、的电磁阀进行控制，喷油压力由ECU根据根据 不同工况的需要，接受加速踏板位置传感器，空气流量（进气）不同工况的需要，接受加速踏板位置传感器，空气流量（进气） 传感器，凸轮相位传感器，发动机转速等信号，通过高压油泵传感器，凸轮相位传感器，发动机转速等信号，通过高压油泵 上的电磁阀进行控制。因此，高压油泵只是独立的燃油压力源，上的电磁阀进行控制。因此，高压油泵只是独立的燃油压力源， 高压油泵产生的被高压油泵产生的被ECU控制的燃油压力蓄压于共轨中，共轨以控制的燃油压力蓄压于共轨中，共轨以 该压力向喷油器供油。该压力向喷油器供油。 电子控制部分结构图电子控制部分结构图 转速传感器转速传感器 冷却水温

11、度传感器冷却水温度传感器 压力传感器压力传感器 油门位置传感器油门位置传感器 凸轮轴转速传感器凸轮轴转速传感器 曲轴转速传感器曲轴转速传感器 增压压力增压压力/温度传感器温度传感器 共轨压力传感器共轨压力传感器 大气压力传感器大气压力传感器 控制器控制器ECU 传传 感感 器器 执执 行行 器器 喷油器电磁阀喷油器电磁阀 燃油计量阀燃油计量阀 控制线束控制线束 整车线束整车线束 发动机线束发动机线束 曲轴曲轴/凸轮轴传感器凸轮轴传感器 作用：精确计算曲轴位置，用于喷油时刻、作用：精确计算曲轴位置，用于喷油时刻、 喷油量的计算，转速计算；喷油量的计算，转速计算； 工作环境：-40度120度； 曲

12、轴曲轴/凸轮轴传感器凸轮轴传感器 信号盘的设计：信号盘的设计： 齿数（齿数（Z为汽缸数）为汽缸数）； 曲轴转速信号盘：曲轴转速信号盘：58齿；齿； 凸轮轴信号盘：凸轮轴信号盘： Z +1 ； 曲轴传感器安装位置曲轴传感器安装位置 曲轴传感器通过支架安装在齿轮室上，通过减振器上的凹曲轴传感器通过支架安装在齿轮室上，通过减振器上的凹 齿来采集信号齿来采集信号； 凸轮轴传感器安装位置凸轮轴传感器安装位置 凸轮轴传感器安装于齿轮室上，通过信号盘上的凸齿来采凸轮轴传感器安装于齿轮室上，通过信号盘上的凸齿来采 集信号集信号； 曲轴曲轴/凸轮轴传感器凸轮轴传感器 常见故障及处理：常见故障及处理： 常见故障常

13、见故障故障原因及提示故障原因及提示 维修建议维修建议 无法起动无法起动 曲轴、凸轮轴信号盘或传感器安装 相位误差过大，无法建立同步； 1.按要求纠正安装偏差； 2.脱开同步关系错误的传感 器，依靠单传感器工作运 行； 1、曲轴、凸轮轴信号均丢失； 2、诊断仪显示起动过程没有转速信 息（诊断仪中没相关故障码提示） 1.查传感器线束是否故障； 2.根据传感器特性（860欧）判断 是否需要更换双传感器； 3.只装一个传感器使控制器进入 limp home模式运行； 某一传感器信号间歇性丢失； 1.查传感器线束是否松动； 2.检查对应信号盘是否脏污； 3.脱开同步关系错误的传感器使 控制器进入 lim

14、p home模式运行 增压压力及温度传感器增压压力及温度传感器 作用：主要通过计算空气量，控制作用：主要通过计算空气量，控制“空燃比空燃比”。 特点：特点： 集成温度传感器与压力传感器；集成温度传感器与压力传感器； 工作温度范围：工作温度范围：- 40130； 工作压力范围：工作压力范围： 50400kpa； 增压压力及温度传感器增压压力及温度传感器 工作原理：把压力信号转化为电压信号，然后送给工作原理：把压力信号转化为电压信号，然后送给 ECU，由其进行相关比较，运算后控制，由其进行相关比较，运算后控制 执行器的动作。执行器的动作。 增压压力及温度传感器增压压力及温度传感器 常见故障及处理方

15、法：常见故障及处理方法： 常见故障常见故障故障原因及提示故障原因及提示维修建议维修建议 功率不足，功率不足， 转速受限转速受限 1700转内转内 压力信号丢失；压力信号丢失； 检查信号线是否开路、短路；检查信号线是否开路、短路； 更换传感器；更换传感器； 压力信号漂移；压力信号漂移；更换传感器；更换传感器； 进气温度传感器进气温度传感器 信号丢失；信号丢失； 检查信号线是否开路、短路；检查信号线是否开路、短路； 更换传感器；更换传感器； 冷却水温传感器冷却水温传感器 原理：把温度信号转化为电压信号后，输送给原理：把温度信号转化为电压信号后，输送给 ECU，由其进行相关比较，运算后控制执行，由其

16、进行相关比较，运算后控制执行 器的动作；器的动作； 作用：测量冷却水温度，用于冷起动，目标怠速作用：测量冷却水温度，用于冷起动，目标怠速 计算，同时修正喷油提前角，最大功率保计算，同时修正喷油提前角，最大功率保 护等；护等； 特性：特性： 热敏电阻式传感器热敏电阻式传感器 工作电压：工作电压：50.15V 工作环境：工作环境： ：- 40140 静态电阻：静态电阻： 25006%欧姆；欧姆； 冷却水温传感器冷却水温传感器 节温器座节温器座 25006% 冷却水温传感器冷却水温传感器 故障表现：故障表现：功率不足，转速受限功率不足，转速受限1700转内；转内； 故障原因故障原因维修建议维修建议

17、传感器信号丢传感器信号丢 失；失； 检查传感器信号线是检查传感器信号线是 否开路、短路；否开路、短路； 检查传感器物理特检查传感器物理特 性，决定是否更换性，决定是否更换 传感器；传感器； 冷却水温合理冷却水温合理 性故障；性故障； 检查传感器物理特检查传感器物理特 性，决定是否更换传性，决定是否更换传 感器；感器； 共轨压力传感器共轨压力传感器 作用：实时测定共轨管中的实际压力信号并反馈给作用：实时测定共轨管中的实际压力信号并反馈给 ECU，由，由ECU对燃油计量阀实施反馈控制，对燃油计量阀实施反馈控制， 通过对供油量的增减来调节油压稳定在目标通过对供油量的增减来调节油压稳定在目标 值；值；

18、 轨压传感器工作原理轨压传感器工作原理 膜片上装有半导体型敏感元膜片上装有半导体型敏感元 件，当高压燃油经压力室的小件，当高压燃油经压力室的小 孔流向膜片时，膜片形状发生孔流向膜片时，膜片形状发生 改变，膜片涂层的电阻发生变改变，膜片涂层的电阻发生变 化；化； 由系统压力引起膜片形状变由系统压力引起膜片形状变 化，促使电阻值改变，并产生化，促使电阻值改变，并产生 电压变化，向电压变化，向ECU发送电信发送电信 号；号； 共轨压力传感器共轨压力传感器 特点：特点： 集成于共轨管上；集成于共轨管上； 最高压力为最高压力为1800bar； 信号电压： 0.5V左右 共轨压力传感器共轨压力传感器 相关

19、控制策略：轨压闭环控制；相关控制策略：轨压闭环控制； 失效模式及策略：失效模式及策略： 常见故障常见故障故障原因及提示故障原因及提示维修建议维修建议 功率不足，功率不足， 转速受限转速受限 1700rpm 内；内； 传感器信号丢失； 系统进入油轨压力信号 limp home模式； 检查信号线是否存在开 路、短路故障； 参考其压力特性，检查是 否需要更换传感器； 传感器信号漂移； 相关故障码：P0191； 更换轨压传感器； 油门位置传感器油门位置传感器 作用：将驾驶员的意图输送给作用：将驾驶员的意图输送给ECU； 特性：特性： 双信号输出； 工作温度范围：- 4085 相关控制策略：相关控制策略

20、： 扭矩限制；扭矩限制； 怠速控制；怠速控制； 减速断油控制；减速断油控制； Limp home 控制；控制； 油门位置传感器油门位置传感器 引脚序号引脚序号定义定义注释注释 1VCC1传感器传感器1的参考电源的参考电源 2OUT1传感器传感器1的输出信号的输出信号 3GND1传感器传感器1的参考地的参考地 4VCC2传感器传感器2的参考电源的参考电源 5OUT2传感器传感器2的输出信号的输出信号 6GND2传感器传感器2的参考地的参考地 油门位置传感器油门位置传感器 失效模式及控制策略：失效模式及控制策略： 常见故障常见故障故障原因及提示故障原因及提示维修建议维修建议 油门失效，油门失效，

21、转速维持转速维持 在在 1100rpm 左右；左右； 油门接插件脱落； 油门开度； 相关故障码：P0122 检查接插件及线束，是否存在 开路、短路故障； 油门传感器信号错误； 一路信号故障； 二路信号故障； 二路信号一致性故障； 检查接插件及线束，是否存在 开路、短路故障； 检查油门踏板是否损坏； 油门卡滞； 相关故障码：P2299 检查油门踏板是否损坏； 燃油计量阀执行器燃油计量阀执行器 作用：控制进入高压油泵的作用：控制进入高压油泵的 燃油量，从而控制轨压；燃油量，从而控制轨压； 特性：特性： 线圈电阻线圈电阻:2.63.15欧；欧； 最大工作电流：最大工作电流：1.8A 集成在高压油泵上

22、，不允许拆集成在高压油泵上，不允许拆 卸；卸； ECU引脚接插件引脚引脚定义 3091电源（+） 3102控制信号 燃油计量阀执行器燃油计量阀执行器 失效模式及控制策略：失效模式及控制策略： 一旦燃油计量阀失效，共轨管上的泄压阀将被强行冲开；一旦燃油计量阀失效，共轨管上的泄压阀将被强行冲开； 一旦出现燃油计量阀失效，必须进行整个高压油泵的更一旦出现燃油计量阀失效，必须进行整个高压油泵的更 换，不允许自行更换燃油计量阀；换，不允许自行更换燃油计量阀； 常见故障常见故障故障原因及提示故障原因及提示维修建议维修建议 功率不足，转速功率不足，转速 受限受限1700rpm内内 燃油计量阀故障；燃油计量阀

23、故障； 驱动线路故障；驱动线路故障； 检查驱动线路是否存检查驱动线路是否存 在开路、短路故障；在开路、短路故障； 检查其电阻是否符合检查其电阻是否符合 物理特性物理特性2.63.15 欧，判断其是否损坏欧，判断其是否损坏 喷油器电磁阀喷油器电磁阀 作用：接收作用：接收ECU喷油指令；喷油指令； 特性：特性： 工作电压：工作电压：24V； 线圈静态电阻：线圈静态电阻：230毫欧毫欧； 集成在喷油器体内；集成在喷油器体内； 喷油器电磁阀喷油器电磁阀 失效模式及控制策略：失效模式及控制策略： 一旦出现电磁阀失效，则必须进行整个喷油器更一旦出现电磁阀失效，则必须进行整个喷油器更 换，不允许自行更换电磁

24、阀；换，不允许自行更换电磁阀； 常见故障常见故障故障原因及提示故障原因及提示维修建议维修建议 某缸不工作，某缸不工作， 整机功率、整机功率、 扭矩不足，扭矩不足， 运行不稳；运行不稳； 喷油器喷射驱动模块、 驱动线路、喷油器电磁阀 本身故障导致相关喷油器 停喷； 检查喷油器驱动线路是否 存在开路、短路； 检查喷油器电磁阀特性， 是否满足静态电阻230毫 欧； 排除上述情况后，表明故 障可能出现在控制器内 部； ECU控制策略控制策略 什么是失效控制策略：什么是失效控制策略： 定义：电控系统故障状态下运行的策略；定义：电控系统故障状态下运行的策略； 失效控制策略的分级；失效控制策略的分级； 一级

25、：缺省值；一级：缺省值； 二级：减扭矩；二级：减扭矩； 三级：三级：limp home 四级：停机四级：停机 limp home失效控制策略失效控制策略 当发动机处于以下几种情况的时候，控制当发动机处于以下几种情况的时候，控制 策略将进入策略将进入limp home状态：状态： 曲轴传感器损坏或信号线开路、短路； 凸轮轴传感器损坏或信号线开路、短路 轨压传感器损坏或信号线开路、短路； 燃油计量阀损坏或驱动线路开路、短路； 油门传感器损坏或者信号线开路、短路； 曲轴曲轴/凸轮轴传感器失效控制策略凸轮轴传感器失效控制策略 进入条件：进入条件：ECU判断曲轴或凸轮轴传感器信号故障判断曲轴或凸轮轴传感

26、器信号故障 传感器损坏； 信号线故障； ECU处理措施：处理措施： 点亮故障灯、产生故障码；点亮故障灯、产生故障码； 发动机依靠单传感器继续工作；发动机依靠单传感器继续工作； 起动时间稍长；起动时间稍长； 油门感觉正常；油门感觉正常； 对发动机动力性没有明显影响，但发动机油耗或排放可能对发动机动力性没有明显影响，但发动机油耗或排放可能 会变差；会变差； 轨压传感器失效策略轨压传感器失效策略 进入条件：进入条件：ECUECU判断轨压传感器信号故障判断轨压传感器信号故障 轨压传感器损坏； 信号线故障； ECUECU处理措施：处理措施： 点亮故障灯、产生故障码； 控制器将加大油泵供油量，燃油压力超高

27、，泄压阀被冲控制器将加大油泵供油量，燃油压力超高，泄压阀被冲 开；开； 诊断仪显示轨压维持在诊断仪显示轨压维持在720bar720bar，不随转速变化而波动；，不随转速变化而波动； 限制发动机转速在限制发动机转速在1700rpm1700rpm下，在限制范围内，油门起作下，在限制范围内，油门起作 用；用； 燃油计量阀失效策略燃油计量阀失效策略 进入条件：进入条件：ECUECU判断燃油计量阀信号故障判断燃油计量阀信号故障 燃油计量阀损坏； 驱动线路故障； ECUECU处理措施：处理措施： 点亮故障灯、产生故障码； 控制器将加大油泵供油量，燃油压力超高，泄压阀被冲控制器将加大油泵供油量，燃油压力超高

28、，泄压阀被冲 开；开； 实际轨压维持在实际轨压维持在700760bar700760bar范围内；随转速变化而波动范围内；随转速变化而波动 限制发动机转速在限制发动机转速在1700rpm1700rpm下，在限制范围内，油门仍然下，在限制范围内，油门仍然 起作用，此时可以明显感觉到回油管温度很高；起作用，此时可以明显感觉到回油管温度很高； 点火开关关闭后，泄压阀方可关闭，恢复正常；点火开关关闭后，泄压阀方可关闭，恢复正常； 如果发动机起动过程已进入此策略，仍能起动且没明显影响；如果发动机起动过程已进入此策略，仍能起动且没明显影响； 减扭矩失效策略减扭矩失效策略 进入条件：进入条件： 大气压力传感器

29、损坏或驱动线路故障； 增压压力/温度传感器损坏或驱动线路故障； 轨压传感器信号漂移； 油轨压力闭环控制故障； 传感器参考电压故障； ECUECU控制策略：控制策略： 点亮故障灯，产生相应故障码； 外特性油量将会减少一个百分比（目前标定80%）； 转速限制小于1700rpm； 在限制范围内，油门仍然起作用； 电子油门失效策略电子油门失效策略 进入条件：进入条件： ECUECU判断电子油门信号故障判断电子油门信号故障 油门接插件脱落； 两路油门信号中任一路出现故障； 两路油门信号不一致； 油门开度与刹车踏板逻辑性错误； ECUECU控制策略：控制策略： 点亮故障灯、产生故障码； 油门失效；油门失效； 发动机起动后，维持发动机起动后，维持limp homelimp home转速（转速（1100rpm1100rpm）；）； 常开型常开型常闭型常闭型 24V 水温信号故障下的热保护功水温信号故障下的热保护功 能能 进入条件：进入条件：ECU判断水温信号错误；判断水温信号错误； 水温传感器损坏； 水温传感器信号线损坏； ECU处理措施：处理措施： 点亮故障灯，产生故障码； 发动机采用缺省水温为100； 外特性油量会减小外特性油量会减小40%（不同机型略有区别）（不同机型略