(论文)电控柴油发动机的控制策略与维修

电控柴油发动机的控制策略与故障诊断——南京依维柯SOFIM电控喷油器共轨发动机的检修刘剑峰北京市汽车修理公司一厂（100192）摘要：随着国家对环境治理力度的加强，以及实现2008年北京奥运会的“绿色奥运”目标，北京对机动车尾气排放的要求相对的提高了，特别是对柴油发动机的排放要求更加的严格，必须达到欧排III放标准才能够进行销售。柴油汽车如果要达到欧III排放标准就须采用电控喷油系统。南京依维柯汽车公司于2003年与BOSCH公司合作引进柴油机电控喷射系统，在原SOFIM8140.43发动机的基础上进行了技术改进，使原为欧二排放标准的发动机降低了颗粒物等有害气体的排放，达到了欧三排放标准。柴油电控喷油器共轨发动机的面市，改变了柴油发动机的控制模式，实现了精确控制，使排放更加的清洁，减小了柴油机做功粗暴所产生的噪音，提高了车辆的经济性和舒适性。新技术的应用对于从事汽车售后服务工作的人员提出了较高的要求，在发动机维修中必须改变原有的故障分析思路，重新认识柴油发动机，利用好检测设备，才能够准确的判断故障和排除故障。本文主要阐述的是电控喷油器共轨发动机的结构特点、控制策略和运行中故障的分析、判断。关键词：柴油发动机电控喷油器共轨控制故障分析电控柴油发动机的发展过程柴油车之所以被人们重视，是因为柴油车比汽油车更省油，同功率的柴油车和汽油车相比，柴油车要节省25-30％的燃油；CO2排放量比汽油车低30％左右，HC的排放量也比汽油车低，并且柴油车热效率高、寿命长、故障率低、扭矩大等特点，所以被各车型所选用。但是由于柴油车工作粗暴、噪音大、碳烟的排放量较大，一定程度上影响和制约了柴油车的发展。上个世纪八十年代国外在柴油机的电子控制方面就有了较深的研究并应用到车辆上，实现了电子控制。但是柴油机实现电控燃油喷射的关键技术都是掌握在国外的几家公司，如博士、德尔福、西门子和电装等几家公司，到目前为止我国柴油机电控技术均被这几家所垄断。电控柴油发动机的技术从最初的位置控制发展到时间控制，直至发展到现在的时间、压力控制方式，即高压共轨系统，已经历了三个发展阶段。电控高压共轨系统在国外已广泛的应用到各种柴油发动机上，德国BOSCH公司到目前已将电控高压共轨喷射技术发展到了第三代，由电磁阀控制的喷油器发展到压电式喷油器，技术更为的先进，控制更加的精确。目前我国引进的电控高压共轨喷射系统为第一代和第二代，从第一代的最高喷射压力135MPa，排放标准可达到欧Ⅲ排放标准；发展到第二代的最高喷射压力160MPa，排放标准可达到欧Ⅳ排放标准。柴油发动机的喷射压力向着更高的喷射压力发展，结合涡轮增压器、进气中冷、废气再循环以及机外净化器等技术，极大的降低了柴油车颗粒物的排放和氮氧化物、一氧化碳等有害气体的排放。同时电控高压共轨技术的引进也加速了我国柴油发动机的发展。南京依维柯汽车公司引进的BOSCH公司柴油发动机电控系统便是时间、压力控制方式，即高压共轨系统。从引进之初到目前也经历了多次的升级换代，由最初的EDCMS6.3控制系统，发展到现在的EDC16和EDC16C39系统，其尾气排放达到了欧Ⅲ和欧Ⅳ的排放要求。EDCMS6.3电控高压共轨喷射管理系统，实现了欧Ⅲ尾气排放要求，同时降低了发动机工作时的噪音，减少了燃油消耗、提高了燃油经济性，最高喷射压力达到135MPa。由于MS6.3控制系统开发时间较早，控制单元的计算速度较慢，车辆在行驶中加速性能稍迟缓，不能够完全满足车辆行驶中速度的频繁变换，影响车辆的操控性能。目前此系统多用于定速发动机使用，如发电机、小型船舶等。2006年在此基础上将控制系统升级至EDC16，从软件的升级，提高了EDC对信息的处理速度，提高了车辆的加速性能，弥补了上一系统的不足，控制单元的外形也有了一定的改进，体积变得小巧了一些，同时在功能上在满足现车辆功能的基础上，预留出今后升级配置及功能的插口，为后期的升级换代打下了基础。2008年依维柯汽车公司推出达到欧Ⅳ排放标准的F1C发动机的宝迪车型，在电控高压共轨的基础上，增加了废气再循环系统（EGR）和机外净化装置PDF颗粒捕集器。废气再循环系统，通过EDC控制单元对废气再循环比例合理的控制，有效地降低了增压、中冷发动机由于高温富氧所产生的NOX的排放；PDF颗粒捕集器通过安装在捕集器废气入口和催化器出口的压差传感器监测到的压力差，判断捕集器收集到的颗粒物数量，控制单元适时的启动再生功能。再生程序启动的同时EDC控制单元根据安装在排气管前段的氧传感器和安装在颗粒捕集器上的排气温度传感器，所检测到的排气中的氧含量和排气温度，关闭废气再循环系统，推迟喷油提前角，使排气温度升高至650℃以上，使颗粒捕集器内收集到的颗粒物进行燃烧再生。从而使发动机尾气排放更加的清洁，环保。电控高压共轨柴油发动机将朝着更高的喷射压力、更精确的控制方向发展，研发出更环保、更经济的柴油发动机，应用更广泛。8140.43S发动机电控高压共轨柴油发动机的原理及控制策略电控柴油发动机的控制原理与汽油机电控原理基本一样，同样是由电控单元、传感器和执行器组成。柴油发动机电控原理与汽油发动机电控原理基本相同，但是柴油发动机要实行电子控制要复杂一些。电控柴油发动机控制单元（简称EDC）,是柴油发动机电控系统的中央处理器，通过各传感器收集、反馈的发动机运行工况的技术参数信息，通过与控制系统内预设的控制数据（MAP图谱）进行对比和计算，然后对相关的执行器发出指令进行调整和执行，周而复始形成一个发动机燃油喷射控制系统的闭环控制，始终保持对燃油喷射的精确控制。电控高压共轨柴油发动机的传感器主要由曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、共轨压力传感器（燃油压力传感器）、冷却水温度传感器、燃油温度传感器、发动机转速传感器、车速传感器、进气压力传感器、大气压力传感器、制动信号传感器、离合器信号传感器、油门位置传感器（负载）、燃油虑芯堵塞信号传感器、冷启动温度传感器、氧传感器（欧Ⅳ）、压差传感器（欧Ⅳ）、空气流量计（欧Ⅳ）、排气温度传感器（欧Ⅳ）、空调控制及温度传感器、节气门位置传感器（欧Ⅳ）、巡航开关等组成。执行器主要由电动输油泵、燃油压力调节器、第三泵停油电磁阀、电控喷油器、空调压缩机、冷却风扇离合器、冷启动预热电磁阀、燃油加热装置、发动机故障报警灯、检测端口、VGT调制控制阀（8140.43N）、EGR调制控制阀（欧Ⅳ）、EGR阀（欧Ⅳ）、微粒捕集器（欧Ⅳ）、巡航控制（动力输出控制）等组成。高压共轨电控燃油喷射系统是一种燃油喷射压力与发动机转速无关的供油方式，即喷射压力的产生和喷射过程相互分开。高压油泵采用BOSCH径向喷射的CP1型活塞泵，在系统中高压油泵只负责将燃油压缩加压后输送到共轨总管中（也称蓄压器），不具有像机械泵那样具有调速功能。共轨中的高压燃油通过高压管与电控喷油器相连，EDC控制单元根据发动机喷油顺序给喷油器发出喷油指令，接通喷油器电磁阀，提起密封衔铁，使控制容积内的燃油经回油管回流到燃油箱，同时控制区内的压力下1、高压共轨、2、连接高压管至喷油器、3、共轨压力传感器4、回油五通固定位置、5、来自高压泵的燃油入口降，压力腔内的燃油压力使针阀（或称柱塞）提起，此时喷油器内的高压燃油开始喷射。相反，电磁阀断电，密封衔铁回到关闭位置，控制区的压力与压力腔的压力恢复平衡，则针阀在弹簧的作用下回到关闭位置，喷油结束。最高喷射压力可达到135MPa，在不喷油的状态下喷油器回油通道是处于关闭状态，以保证共轨总管内的燃油压力。高压共轨系统是时间、压力控制方式的喷油系统，高压油泵只是向共轨总管输送高压燃油，以维持油轨中所需的压力。油轨中的压力，即燃油喷射压力，压力的调整是由压力调节器完成的。压力调节器的调整范围在250—135MPa范围内进行调整，EDC控制单元根据共轨压力传感器测量的压力及发动机当时的工况条件下所需的燃油压力及喷油量与控制单元内预设的数据（MAP图谱），进行比对、计算后发出调整指令，以控制燃油喷射压力大小和喷油量，喷油量的多少由控制单元控制喷油器电磁阀打开时间长短来控制喷油量。喷油压力大小独立于发动机的转速和负荷，喷油正时、喷油压力和喷油持续时间可以在较宽的范围内调整。共轨系统可以根据发动机的需要进行预喷射、主喷射和二次喷射，大大的提高了燃烧效率，降低了柴油发动机工作时的粗暴噪音和氮氧化物、炭烟的排放量。在电控高压共轨燃油喷射系统还具有自我诊断功能，随时对系统的主要部件及传感器的工作进行技术监控，如果某个传感器或部件发生异常或故障，诊断检测系统便会向驾驶员发出警报（故障灯点亮或闪烁），并将故障以故障码的形式储存到控制单元内。根据故障的危险程度会采取不同的处理方案，如跛行回家功能，当车辆发生的故障不会损害发动机及控制系统时，控制系统将以限制发动机转速的形式，让车辆到最近的维修站进行维修。对危险较大的故障会立即停机灭车，以保证车辆的安全，减少故障的人为扩大。故障码的调取、查1.挺杆-2.柱塞--3.喷嘴-4.线圈-5.导阀-6.球形密封阀-7.控制区-8.压力腔-9.控制容积-10.回油道-11.控制油道-12.进油道-13.电路连接-14.高压燃油进口-15.弹簧阅功能，通过专用的检测设备可以调取发动机控制系统的故障码，分析发动机运转时各监测项目的时时状态，为故障分析提供准确的技术数据，缩小了故障判断的范围，提高故障诊断的准确性。电控高压共轨系统的控制策略1、喷油量的控制，EDC控制单元根据发动机转速和油门开度信号以及温度、压力等辅助信号，计算出发动机实际运转工况下的最佳喷油量。EDC通过控制喷油器电磁阀的通断时间的长短来直接控制喷油量，使发动机在最佳的工况下运转。2、喷油压力的控制，EDC通过共轨压力传感器测量的实际共轨压力，结合发动机转速、喷油量大小与控制单元内预设的最佳值相比较进行反馈控制，从而实现喷油压力的闭环控制。共轨压力的大小决定喷油器喷油压力的大小。3、喷油时间控制，EDC根据转速和负荷等参数，准确计算出最佳喷油时间，并控制电喷油器的开启时刻、关闭时刻，准确的控制喷油时间。4、喷油方式的控制，高压共轨系统采用多次喷射的方式，EDC根据发动机实际运转工况设置并控制预喷、主喷和后喷。将一个工作循环的喷油过程分成几段来完成，每段喷油都是相互独立的。多次喷射的方式有效地提高了燃烧速率，从而有效地降低发动机工作粗暴产1、燃油箱2、粗滤器+油水分离器+电动输油泵；3、燃油滤清器4、温度传感器；5、高压油泵6、压力调节电磁阀；7、低压油路五通；8、共轨；9、压力传感器；10、电磁喷油器；11、回油管生的噪音和颗粒物的排放。5、燃油电动泵控制，打开点火开关至导通档时，向电动泵供电。如果发动机在9秒钟之内没有启动，自动取消向电动泵供电。6、怠速控制，EDC从各个传感器采集信息并调节燃油喷射量，控制压力调节器，改变电磁喷油器的喷射时间，保持蓄电池电压在一定范围。7、防锯齿状控制，通过控制压力调节器和电磁喷油器的开启时间来保证在各种条件下的平滑过渡。8、最高转速的控制，在发动机转速达到4250r/min时，控制单元通过减少电磁喷油器的开启时间来控制控制燃油的流量，车转速超过5000r/min时，电磁喷油器不工作。9、CUTOFF控制，在车辆行驶中油门松开时，控制单元切断对电磁喷油器的供油，在发动机到达最低转速前一点重新恢复对电磁喷油器的供油，控制压力调节器，保持共轨压力的平衡。10、加速烟度的控制，在要求大负荷时，电控单元根据从进气流量计和发动机转速传感器来的信号，控制单元控制压力调节器和改变电磁喷油器的喷油方式和时间，以减少排气烟度。11、燃油温度控制，当燃油温度超过75℃时，电控单元将减少喷射压力，超过90℃时，功率将减少到60％.12、其他的控制功能，如冷却风扇控制、空调压缩机工作控制、冷启动控制以及发动机运转数据的收集功能等。总之，电控高压共轨柴油发动机的控制是对发动机运转过程中燃油压力的控制，参考各传感器传递的信息，通过逻辑计算发出控制指令，实现精确控制的目的。电控单元根据发动机转速、油门位置、进气流量、冷却液温度、电瓶电