博世EDC17电控高压共轨系统介绍

1、博世EDC17电控高压共轨系 统介绍 内培资料 标定部 柴油科室 高压共轨燃油系统 低压油路 高压油路 高压共轨电控系统 传感器 执行器 ECU控制功能 电控高压共轨系统电控高压共轨系统 高压共轨燃油系统 低压油路 油箱 输油管路 回油管路 燃油滤清器 燃油泵（低压泵） 齿轮式燃油泵 电动燃油泵 高压油路 高压油泵 燃油计量计（MeUn） 阶跃回油阀 柱塞泵 零油量节流阀 共轨 限压阀 喷油器 电磁阀 液压伺服系统 喷油嘴 高压共轨燃油系统高压共轨燃油系统 高压共轨燃油系统结构示意图高压共轨燃油系统结构示意图 A来自燃油滤器 内部压力 (4.5 6 bar) 润滑用燃油 B C 内部燃油回油

2、高压油 燃油回油 D E F A B B B C C D E F F CP3.3 回油阀 燃油滤清器 (电磁比例调节阀) MPROP 高压共轨燃油系统工作原理图（高压共轨燃油系统工作原理图（1 1） 高压共轨燃油系统工作原理图（高压共轨燃油系统工作原理图（2 2） 带油水分离装 置滤清器 1-滤清器盖 2-进油口 3-纸质滤芯 4-壳体 5-水分收集器 6-放水螺塞 7-出油口 u 燃油中若含有杂质，将 导致油泵零部件、出油阀、 喷油嘴的损坏。因此必须 装用燃油滤清器，燃油滤 清器必须符合喷射系统的 特定要求，否则燃油供给 系统正常运转和相关元件 的使用寿命将无法得到保 证。 u 柴油中含有水

3、分，若这 些水分水进入喷射系统， 将会引起燃油系统元件的 穴蚀。 作用：分离杂质、水，防止损坏，锈蚀共轨系统零部件 燃油滤清器燃油滤清器 手动输油泵油水分离器水量传感器燃油加热器 手动输油泵是为保证发动机首次起 动或开放维修后低压油路后初次起 动提供燃油 而设计的部件，当发 动机燃油耗尽时、进行油水分离器 内排水工作和更换燃油 滤清器后 重新起动发动机前，需要通过手动 输油泵进行排气，先按压手动输油 泵直到按不动为止 油水分离器 可以滤去燃 油中的污染 物、杂质、 颗粒物和水 分 水量传感器是燃 油滤清器中必配 的电子元件，根 据水量传感 器 反馈的信息， ECU使仪表上警 告灯适时点亮 燃油

4、加热器 是由一个温 度开关来控 制，不是由 ECU控制 燃油滤清器 组成部分及 功用 1-吸油端 2-驱动齿轮 3-压力端 u 齿轮式燃油泵是用来为 共轨高压油泵提供燃油的。 它既可以集成在高压油泵 中，由高压油泵驱动轴驱 动，也可以直接连接到发 动机上，由发动机驱动。 u 在壳体内安装有两个互 相啮合的齿轮，一个是主 动齿轮，而另一个为被动 齿轮。 u 利用互相啮合反向转动 的齿轮，将齿隙中的燃油 从吸油端送往压油端。 吸入负吸入负 压、输出油压和回油流量是齿轮式燃油泵压、输出油压和回油流量是齿轮式燃油泵 输出性能的相关参数！输出性能的相关参数！ 齿轮式燃油泵齿轮式燃油泵 电动燃油泵只用于轿

5、车和轻型商务汽车。它并不是只负责将燃 油供给至高压泵，还可能在监控系统的控制下，当有紧急情况发 生时，它必须切断燃油供给。 电动燃油泵和齿轮式燃油泵的区别？ A 图： A-油泵元件 B-电动机 C-后盖 1-压力端 2-电动机枢轴 3-滚子泵 4-限压阀 5-进油端 B 图： 1-进油端 2-转子 3-滚子 4-基盘 5-压力端 电动燃油泵电动燃油泵 CP2.2高压泵 零供油节流阀 表面渗碳柱塞 凹面凸轮 齿轮泵 ZP5 2 体型 I/O 阀 渗碳滚轮销 润滑油进油口 HP 出油口 MPROP 进油计量比例阀 小齿轮 柱塞弹簧 内齿轮 高压泵高压泵 1= 进油 2= 计量单元 / 比例电磁阀

6、3= 高压联接 4 = 齿轮式输油泵 5= 出油阀 6= 进油阀 7= 多边环 8= 偏心轴 1 2 3 4 5 6 7 8 CP3.2高压泵 当点火开关旋至“Start”档时， 在起动机的带动下低压输油泵的 齿轮开始旋转泵油 （起动后由发 动机自身带动） 当输油泵的泵油压力大于安装 在高压油泵上的调压阀弹簧弹 力时便顶开调压阀 ，低压燃油 便进入高压油泵的油道内 当高压泵的柱塞在吸油行程且输 油泵供油压力超过进油阀开启压 力时(进油阀开启压力为0.5- 1.5bar)，燃油进入油泵柱塞室 当柱塞经过 下止点时， 进油阀关闭 柱塞上升 行程时燃 油被升压 当被升压的燃油压力大于当前共轨压力 时

7、，被升压的燃油就进入了高压油路 柱塞下降吸油行程时，只要柱塞腔内的 压力低于输油泵压力时，进油阀又开启， 泵油过程又开始 径向柱塞式高压油泵工作原理径向柱塞式高压油泵工作原理 阶跃回油阀（溢流阀）阶跃回油阀（溢流阀） 进油计量比例阀（流量计进油计量比例阀（流量计Metering UnitMetering Unit） 零供油位置最大供油位置 从齿轮泵来 至高压油泵 进油计量比例阀工作原理 高压油轨（高压蓄压器）和高压油管高压油轨（高压蓄压器）和高压油管 u共轨管（蓄压器）存贮高压燃油并抑 制压力波动，高压蓄压器为所有气缸所 共有 ，因此将其称作“共轨”。即使 大量燃油排出时，共轨也能将其内部压

8、力保持基本不 变。燃油压力由共轨压 力传感器测定并发送到ECU，ECU分析 后，通过高压泵上的调 压阀（流量计） 调节到规定数值。 u高压油管必须能够经受喷油系统的最 大压力和喷油间歇时的局部高频压力波 动。该油管是由钢管制成, 通常外径为 6mm，内径为2.4mm。 u各缸的高压油管长度是完全相同的， 共轨与各缸喷油器之间的不同间距是通 过各缸高压油管的弯曲程度进行长度补 偿的，但油管长度应尽可能短一些。 喷油器喷油器 针阀弹簧 针阀腔 喷油器可以被拆分为一系列功能部件：孔式喷油嘴，液压伺服系统和电磁阀。 喷油器工作原理喷油器工作原理 u 当电控单元向喷油器的电磁阀通电时，滑阀在电磁力的作用

9、下升起，控制室的共 轨油压顶开回油球阀，使控制腔的上腔回油。由于喷油器的进油节油孔小于回油节 流孔，所以柱塞上腔的油压降低，使喷油器针阀向下的压力迅速降低，于是针阀在 针阀腔的共轨油压的作用下升起，喷油器开始喷油。（下图中喷嘴开启所示） u 当电控单元停止向喷油器的电磁阀送电时，电磁阀的滑阀在弹簧力的作用下压在 球阀上，球阀此时受上下两个力的作用，向下的力是共轨油压通过回油节流孔作用 在球阀的力，因回油节流孔径很小，所以球阀受到的共轨油压向上的推力小于滑阀 弹簧的弹力，使球阀紧压在阀滑阀座上，使控制柱塞上腔停止回油，此时针阀腔的 压力要等于控制室的压力，加之针阀弹簧向下的压力使针阀紧压在针阀座

10、上，使针 阀腔的共轨油压无力升起针阀，使喷油器停止喷油。（下图中喷嘴关闭所示） 综上可见： l当电磁阀通电，回油球阀升起回油，喷油器针阀抬起喷油； l电磁阀断电，球阀关闭，针阀落座停止喷油。 l电磁阀通电时刻，便是喷油开始时刻， 电磁阀断电的时刻，便是 喷油器停止喷油时刻，喷油量的多少由电磁阀通电的时 间，也就是 由喷油脉宽来决定的。 高压共轨电控系统 传感器 冷却液温度传感器曲轴转速传感器凸轮轴转速传感器增压压力传感器 进气流量传感器进气温度传感器环境温度传感器大气压力传感器 轨压传感器车速传感器加速踏板开度传感器油水分离器水位传感 离合器信号开关空档信号开关制动信号开关点火信号（T15）

11、排辅控制开关空调开关信号中压压力开关信号定速巡航控制开关 压差传感器 执行器 EGR阀节流阀 涡轮增压器（VGT、 旁通阀） 燃油计量单元 （MeUn） 喷油器（电磁阀）电动燃油泵预热系统排辅控制 空调控制电子防盗仪表指示灯 高压共轨电控系统高压共轨电控系统 ECU控 制功能 车速、档位判定 扭矩路径计算确定各种控制量和控制参数的基础 空气系统增压压力控制、空气量控制 轨压控制喷油压力 喷油控制喷油量、喷油时刻、预喷次数、预喷油量、预喷时刻、后喷 动态油量修正IQA、FBC、ZFC、QWC、FMA、FMO 起动控制 预热控制 怠速控制高、低怠速、工作怠速（PT0） 主动减震控制 定速巡航 、限

12、速控制 排辅控制、防盗控制 空调、风扇控制 保护限制烟度限制、外特性限制、过热保护限制、增压器保护限制 故障诊断管理（DSM） 故障分类、故障监控、故障诊断、故障存储、故障处理 ECUECU p 电子控制单元ECU（Electronic Control Unit）：是整个柴油机电控 系统的“计算机与控制中心”，它是 电控系统的“大脑”，是这个电控系 统的核心。它承担整个电控系统的信 号采集与处理、数据运算与分析、控 制策略的实现、控制指令的产生、数 据的通信与交换等功能。 p电子控制单元（ECU）通过各种传感器和开关，采集到发动机当前 的工作状态信息，进行分析计算并按此状态下预先标定好的最佳参

13、数， 控制发动机的喷油量、喷油时间及喷油压力等，从而调整发动机的工作 状态，达到省油、高效、低排放、安全、舒适等目的。 ECU 传感器传感器 p定义：能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转 换成可用信号输出的器件或装置。 p传感器是一种转换器，作用是进行信号变换。柴油机电控 系统中常用的传感器有温度、压力、转速等，在整个系统中的 作用就好像人的五官一样，ECU也就相当与人的大脑。 p电控共轨系统中的传感器一般有位置传感器（加速踏板）、 转速（曲轴、凸轮轴）传感器、压力（轨压、进气压力）传感 器、温度传感器（水温、进气温度）、车速传感器、大气压力 传感器等。 执行器执行器 执行器功能 喷油

14、器通过控制电磁阀开启时间，从而控制喷油量 燃油计量单元控制进入高压泵的燃油量，从而控制轨压 EGR阀控制进气量（在空气系统中详细介绍） VNT涡轮增压器控制增压压力（在空气系统中详细介绍） 节流阀控制进气量 指示灯预热指示灯、EPC灯、OBD灯等等 继电器 继电器通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关 闭或者开启。（排辅控制、空调控制、风扇控制、预热控制） u 根据其特定的应用范围，多种形式的温度 传感器被使用，一种随温度变化的半导体测量 电阻被安装于传感器的内部。温度传感器中常 常使用负阻系数的温度电阻（NTC）,较少的 温度传感器使用正阻系数的温度电阻(PTC)。 u 温度传感器的

15、温度电阻作为5V分压电路的 一部分，温度传感器的两端与受压电路相连接， 当温度传感器的温度电阻随温度发生变化时， 受压电路的电压发生变化，该电压被输入到 ECU接口电路的模数转换电路。电压与温度之 间的关系特性曲线被存储在发动机的管理系统 的ECU中。 水温传感器水温传感器 曲轴位置转速传感器曲轴位置转速传感器 u 永久磁铁发出的磁场通过软铁芯传到触发轮，磁场的强度受到触发轮与传 感器间的磁隙的影响（磁阻发生变化）： 当触发轮轮齿向传感器接近时，磁隙减小，磁阻减小，磁场强度变强 当触发轮轮齿远离传感器时，磁隙增大，磁阻增大，磁场强度变弱。 因此，当触发轮旋转时，将会产生一个交变的磁场，从而使得

16、电磁线圈产 生一个正弦感应电压，交变电压的振幅随着触发轮转速的提高而加 （mV100V）,我们要求至少30rpm时就能产生合适的信号电压。 u 永磁铁：安装在信号盘的边缘， 产生永磁场，穿过信号盘、电磁 线圈等。 u 电磁线圈：当磁场变化时，产 生感应电动势，输出信号。 u 气隙(小于2mm)：过大， 信号弱；过小，碰撞。 u 信号盘：安装在曲轴上 霍尔效应是霍尔霍尔效应是霍尔 (Hall)24 (Hall)24 岁时在美国霍普金斯大学研究岁时在美国霍普金斯大学研究 生期间，研究关于载流导体在生期间，研究关于载流导体在 磁场中的受力性质时发现的一磁场中的受力性质时发现的一 种现象。种现象。 E

17、dwin Hall（18551938） 霍尔效应霍尔效应 u 现象现象 霍尔效应霍尔效应 在在长方形导体薄板上通以电流，沿电流的垂直方向施加长方形导体薄板上通以电流，沿电流的垂直方向施加磁磁 场，场， 就就会在与电流和磁场两者垂直的方向上产生电势差，这种现会在与电流和磁场两者垂直的方向上产生电势差，这种现 象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电压。象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电压。 u 理论理论分析分析 磁场中运动载流子受洛伦兹力作用磁场中运动载流子受洛伦兹力作用 电荷聚集形成电场电荷聚集形成电场 电场力与洛伦兹力电场力与洛伦兹力 达到平衡，形成稳达到平衡，形成稳 定电压定电压UH

18、 B f S I v b d E f H U b U qBq H v 凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器 u工作原理： 相位传感器PG 安装在凸轮轴端部，与转速传感器配 合，可区分1 缸的压缩上止点和排气上止点。 如果其中一个触发轮齿通过载流线型传感器元件（半 导体晶片），它改变了垂直于霍尔元件的磁场强度，这将 使得在长轴方向电压下驱动的电子向垂直于电流的方向偏 离，从而在该方向产生mV级电压信号，其幅值与传感器 相对于触发轮的转速有关。与传感器霍尔集成电路制成一 体的计算电路对信号进行处理并以方波信号输出。 霍尔线型传感 器使用霍尔效应原 理，一个铁磁体的 触发轮随凸轮轴一 起转动，霍尔效应

19、的集成电路安装于 触发轮和永久磁铁 间，永久磁铁产生 垂直于霍尔元件的 磁场。 曲轴位置转速传感器，一种功能 是用来计算曲轴运行转速；另外一种 功能是判缸技术， 信号盘上2个缺齿 可以明确的通知你这是1缸的2个上止 点。但单独靠它还不能准确判断，曲 轴传感器只能确定气缸在上止点，但 不知道是压缩上止点还是排气上止点， 需要其它传感器信息作为辅助或加 ECU程序计算。 目前分有两个技术派： 1、BOSCH：曲轴位置传感器+ 凸轮轴位置传感器 近年这一派开始 取消凸轮轴位置，而且采用曲轴位置 传感器+预喷ECU计算来辅助判缸。 2、DELPHI : 曲轴位置传感器 +TMAP（MAP） 判缸判缸

20、多齿多齿 缺齿缺齿 曲轴位置传感器+凸轮轴位置传感器进行判缸 通过曲轴位置传感器+凸轮轴位置传感器进行判缸过程： ECU根据电控柴油机曲轴信号盘与凸轮轴信号盘的相位关系判断柴油机运行 的角度相位（也称判缸）并计算柴油机转速。仅在判缸成功后才能开始喷油（电 喷发动机起动不一定比常规发动机快） A、正常模式（曲轴/凸轮轴传感器均正常） 在起动过程中，曲轴信号与凸轮轴信号均正常时，ECU结合曲轴缺齿判断与 凸轮轴多齿判断进行判缸。判缸过程迅速、可靠。 B、后备模式1（仅有凸轮轴传感器） 在起动过程中，仅有凸轮轴信号时， ECU通过检测判缸齿（第一缸前的多余 齿）确定当前柴油机的正确相位，从而按照正确

21、的喷油时序喷射。 C、后备模式2（仅有曲轴传感器） 在起动过程中，仅有曲轴信号时，当ECU检测到一个缺齿时，猜测柴油机此 时处于第一缸上止点前，按照此假定的角度相位，以1-5-3-6-2-4的喷油时序持续 一定次数的喷射，当发动机转速超过一定阈值时，可以判断此相位正确，从而判 缸成功；若没有转速升高的着火迹象，则重新假定一相位喷油以判缸。 u 信号盘齿数（Z为汽缸数）： 曲轴转速信号盘：60-2=58齿（2为缺 齿部分）； 凸轮轴信号盘： Z +1 ； 通常情况下,凸轮轴脉冲信号用于相位判断,曲轴脉冲信号用于燃油喷射控制。 当识别到曲轴缺齿位置时,根据凸轮多齿信息即可判别发动机具体相位,即出现

22、缺 齿时若凸轮轴多齿标志已置位,则发动机处于第1缸压缩上止点前108 曲轴转角, 否则处于第3缸压缩上止点前108 曲轴转角。 举例：本研究试验对象为YC4E3000发动机,该发动机为4缸柴油机,配备高 压共轨燃油喷射系统,其凸轮轴信号为4+1齿,即4个正常齿加1个多齿,曲轴信号 为60-2齿,其中2齿为缺齿;曲轴缺齿后再过108度曲轴转角为压缩上止点,凸轮的 第0齿距第1缸压缩上止点90度曲轴转角,第4齿为多齿。 电位计型加速踏板位置传感器以分压电路原理工作，计算机供给传感器 电路5V电压。加速踏板通过转轴与传感器内部的滑动变阻器的电刷连接， 加速踏板位置传感器的位置改变时，电刷与接地端的电

23、压发生改变，计算机 内部的受压电路将该电压转变成加速踏板的位置信号。 传感器 检测 范围 传感器 检测 范围 踏板操 控范围 踏板操 控范围 完全 关闭 完全 打开 充分打开完全关闭 EP2EP1VPA2VPA1VCP2VCP1 加速踏板打开角度 完全关闭 完全打开 5V 0 输 出 电 压 急速踏板位置传感器急速踏板位置传感器( (电位计式电位计式/ /接触式）接触式） 急速踏板位置传感器急速踏板位置传感器( (霍尔式霍尔式/ /非接触式）非接触式） 1-磁轭 2-定子（1,2软铁）3-转子 4- 空气气隙 5-霍尔感应元件 -转角 u 由转动的磁环和许多的固定的软磁感应元 件组成，转动的磁

24、场直接通过位于两个半圆 感应元件间的霍尔元件，流经霍尔元件的磁 场的强度为一个转角函数。 1-霍尔感应传感器 2-踏板轴 3-永久磁铁 加速踏板位置传感器 发动机ECM 磁铁 磁铁 霍尔 IC 霍尔 IC VPA EPA VCPA VPA2 EPA2 VCPA2 完全关闭完全打开 输 出 电 压 5 0 VPA2 VPA V 1-盖板 2-转子 （永久磁铁）3- 带有霍尔感应传 感器的计算电路 4-壳体 5-回位弹 簧 6-连接元件 1-转子（永久磁铁）2-极靴 3-感应 元件 4-空气气隙 5-霍尔效应传感 器 6-踏板轴（软磁） 空气流量传感器（空气流量传感器（HFM5HFM5、6 6） 热膜式空气流量计是一个带 有逻辑输出的空气质量传感器， 为了获得空气流量，传感器元件 上的传感器膜片被中间安装的加 热电阻加热，膜片上的温度分配 被与加热电阻平行安装的温度电 阻测量。通过传感器的气流改变 了膜片上的温度分配，从而使得 两个温度电阻的电阻值产生差异。 电阻值的差异取决于气流的方向 和流量，因此空