第4单元

课文B 一种新型的柴油机电子控制燃油喷射系统

在柴油机排放法规日趋严格的形势下，燃油喷射系统的最重要设计目标是：降低排放，同时改善主要性能（提高输出，降低燃油消耗和降低噪声）。因此，燃油喷射系统必须满足下列要求：

1）具有高的喷射压力；

2）增强控制功能。除了控制喷油量和喷油定时外，还要控制喷油压力和喷油速率。 一种适合于采用电子控制，能够对喷油量、喷油定时、喷油速率和喷油压力进行单独控制，并实现高压要求的新概念燃油喷射系统已经研制成功。作为第二代泵喷嘴该系统叫做ECD-U2。

ECD-U2系统不仅具有优异的喷射特性，而且对于安装该系统的发动机来说还具有下列优点:

1）由于发动机不需要额外的凸轮轴，因而具有优异的可安装性。

2）由于油泵的平均驱动转矩和最大驱动转矩低于直列式油泵，所以发动机油泵传动部件设计容易，且传动噪声减小。

3）该系统的维修方式与传统的直列式油泵相同。

4）只要对喷嘴支架设计略加改进，该系统计可用于各种发动机。 1.ECD-U2系统概要

ECD-U2系统的组成包括：高压油泵、共轨、喷油器以及控制这些部件的ECU和传感器（见图5-5和图5-6）。

通过使用一只油泵控制阀（PCV）来改变高压油泵的泄油量，即可实现共轨压力控制。共轨压力由安装在共轨上的一只高压传感器进行检测，此压力依据发动机负荷和转速被控制在一个预定值上，这就是共轨压力的反馈控制。

与通常情况一样，共轨压力要加给喷油器的喷嘴一侧，但还要加给喷嘴的背后一侧。通过利用三通阀（TWV）来控制喷嘴背压，即可改变喷油量和喷油定时。通过改变加给三通阀的脉宽，即可实现喷油量的控制。通过改变加给三通阀的脉冲的定时，即可实现喷油定时的控制。喷油速率可以按照三种不同的规律进行控制，即Δ形、靴形和预喷射。

2.喷油量控制

在ECD-U2系统中，喷油量受加给喷油器执行器的脉冲宽度信号的控制，而喷油器执行器又受ECU的控制，ECU按照由各种传感器监测的发动机工作条件，计算出最佳喷油量。图5-7给出了喷油量控制框图。在ECU中，喷油量的计算分两个阶段进行：

·喷油量计算：根据发动机工况信息，确定每次喷射的目标喷油量； ·脉宽计算：确定加给执行器的脉宽指令，实现目标喷油量。

喷油量的控制仿照传统的电子控制调速器的方法，即从脉谱图中分别找到基本喷油量QBASE（QBASE=f（Ne，ACCP）和最大容许喷油量，QFULL（QFULL=f（Ne，PIM，THA），然后选择较小值即为最终喷油量。电子控制的特点得到了充分的利用，以便确保QBASE和QFULL能够自由并以灵活的形式得以编程。不用说，该系统能够实现像在低温条件下根据冷却液温度增加喷油量，以及发动机怠速反馈控制（即所谓的ISC控制）这样的一些附加功能，而做到这一点，只需对系统的相关程序进行调整，无须增加任何硬件。

脉冲宽度的计算方法已经固化到ECD-U2系统中。ECD-U2系统是一个完善的“时间-压力计量系统”，因此，按照关系式Q =f（TQ，PC），以独特的方法对喷油量进行控制，这就是说，根据QFIN和共轨压力PC，在喷油前可以很容易地从脉谱图上查到脉冲宽度TQ。

最后，通过电源驱动电路，控制喷油器三通阀通电时间为TQ，从而得到了与QFIN相应的喷油量。

如上所述，ECD-U2系统是一种前所未有喷油量控制系统，在喷油量控制方面比现有的电子控制系统具有更好的灵活性，并且具有更好的控制响应性，能够检测出每一次喷油的最新发动机状况，并在喷油量控制中将发动机最新状况及时考虑进去。

3.喷油器控制

当接收到来自ECU的指令脉冲信号时，三通阀（见图5-8）升起，因而将喷油器指令活塞顶部（即喷嘴背压一侧）的高压燃油释放到回油油道。此时，三通阀下面的油压迅速从共轨压力下降到大气压力，而单向节流孔的下游指令室内的压力则根据节流孔的限流程度逐渐下降。由于这些节流孔的作用，喷嘴针阀的上升运动是逐渐的，这对燃烧是有利的，这样就得到了所谓的?喷油速率（图5-9）。

随着规定时间TQ的流逝，三通阀被断电，并回到其原始位置。此时，指令室压力立即变为共轨压力（在压力上升的方向，单向节流阀并不工作），喷嘴立即关闭，喷油被快速截断。

具体工作情况如下（图5-8）：

当线圈没有通电时，外阀在弹簧力作用下处于下面位置。而内阀在油道1所加油压的作用下升起。

这样，阀座A开启，油道1和2互相连通，因而共轨压力就从油道1进入指令室2。 当线圈通电时，外阀受到电磁力作用而向上运动，使阀座A关闭。而内阀在油道1所加油压的作用下已经在升起位置。

这样，阀座A关闭，阀座B开启。油道2和3相互连通，指令室内的燃油就被排放到泄油道3中。

4.喷油定时控制

采用ECD-U2系统，通过送给喷油器三通阀的脉冲信号的定时（时间）能灵活控制喷油定时。

在喷油定时控制中，在ECU内进行着与喷油量控制相同的下面两个阶段的计算： ·θFIN的计算。以各种传感器信号为基础，确定最终喷射开始时刻θFIN（α?BTDC）； ·TC的计算。为实现θFIN，确定送给三通阀脉冲信号的开始通电时刻TC。

θBASE是根据发动机转速Ne和负荷QFIN所确定的基本喷油定时。然后，经过进气压力较正、冷态水温校正等各种校正之后，确定最终喷油定时θFIN。由于θFIN是一个以曲轴转角（α?BTDC）来度量的值，所以要根据发动机转速，将其转换成时间TT。进而，得到了从30?BTDC信号（时间计数的参考）之后经历的时间TC，以便给喷油器输出脉冲信号。

与喷油量控制不同的是，喷油定时控制涉及到将曲轴转角转换成时间的问题，并且容易受到发动机转速变化的影响，因此必须确保发动机转速传感器具有一定的脉冲数目。为了确保考虑瞬态模式之后的喷油定时控制的精确性，ECD-U2系统还采用了一只发动机转速（曲轴转角）传感器，该传感器每15?曲轴转角就产生脉冲信号。

5.喷油速率控制

喷油速率的控制是一种确保同时提高输出，降低油耗，降低排放和噪声的非常有效的手段。

次阿勇ECD-U2系统，可以得到以下几种喷油速率型式： ·?型。喷油速率先逐渐上升进而，然后再急剧下降。

·预喷射型。在主喷射前，有一个喷油量很小的预先喷射。

·靴型。预喷射与主喷射合为一体，形成像靴子一样的“T”型喷油速率曲线。 1）?型喷射

?型喷油速率是通过利用一个单向节流孔，限制喷嘴后面的指令室内的压力下降速度来实现的。通过限制单向节流孔，就限定了针阀的初始升程，从而就得到了逐渐上升的喷油速率（见图5-9）。并且，在所有情况下，喷油终了的喷油速率急剧下降。

通过选择节流孔直径和共轨压力，可以获得适合于发动机燃烧的最佳喷油速率曲线。 2）预喷射

预喷射（图5-10）是通过在主喷射之前提供一次小的喷射，每次喷射驱动两次三通阀来实现的。由于改善了三通阀的响应性和对硬件进行的各种改进以便限制各个点的液压脉动，使预喷射油量减小到1ml/次和预喷射与主喷射之间的间隔缩短为0.1ms已经实现。

3）靴型喷射

通过在一定的预升程点上将喷嘴针阀停止运动，实现了靴形喷射。图5-11是实现靴形喷射的一种喷油器的结构和原理。这种喷油器在三通阀的下面安装了一个靴阀，用来替代普通喷油器上使用的单向节流孔。靴阀与指令活塞之间有一个间隙，用于形成可调节的预升程。当给三通阀通电时，靴阀中心的高压被释放到回油道，喷嘴打开与预升程相应的开度。然后维持此开度，并一直持续到靴阀周围的油压残余高压经过靴阀节流孔而进一步降低为止。然后，喷嘴针阀再上升到最高点，达到最大喷油速率。简单地说，通过预升程与靴阀节流孔直径的合理搭配便可获得各种靴形喷油速率曲线。

6.喷油压力控制

ECD-U2系统具有喷油压力可灵活控制的特点。借助共轨压力传感器的反馈信号，来改变高压油泵的泄油量，即可对喷油压力即共轨压力进行控制。通过改变电磁阀关闭的时刻即可对高压油泵实现精确的控制。

在ECU中进行着两个阶段的计算，这就像喷油量控制的情况一样： ·PFIN的计算。以各种传感器信号为基础，确定最终喷油压力PFIN；

·TF的计算。为实现PFIN，确定送给PCV阀脉冲信号的开始通电时刻TF。 PFIN是根据发动机转速Ne和负荷QFIN确定的目标喷油压力，在进行水温校正之后便可得到其喷油压力的最终值。目标压力PFIN与由高压传感器检测的实际共轨压力Pc之差即为反馈校正值的大小。通过参考通电开始时刻便可得到指令值TF。在经过了由气缸识别信号（用作时间计数的参考）所提供的时间TF之后，脉冲就被输出给油泵控制电磁阀。

在系统开始工作时，必须首先产生用作系统工作基准的油压。为此，选择了一种不同的模式作为控制算法。这种模式用在因为转速过低而无法检测到气缸识别参考信号时的那个阶段。控制阀按照一固定的频率反复开、闭，与发动机转速并不同步。阀的开、闭周期也经过选择，以便实现在平均值基础上的最大可能的泄油量。

高压油泵产生的高压燃油供应与喷油器的喷油定时几乎同步，这样在燃油消耗和供应方面，就不会产生临时过剩和不足。因此，共轨压力保持稳定，无需安装蓄能器。此外，对每次喷射，都能做到对油泵泄油速度进行控制，因而也就获得了高的控制精度和极佳的响应性。

由于如前所述的燃油消耗与供应的精确平衡，所以，与另外的一些采用减压阀来泄掉多余燃油的系统相比，该系统能在很大程度上降低损失。