电控柴油机燃油系统的组成和工作原理

1.系统组成

柴油机燃油系统电子控制中，不论采用何种方案，其电控部分均由传感器、电控单元（电脑）与执行器三部分组成，如图1-4所示。

图1-4 柴油机电子控制系统框图

传感器部分主要包括传感器和开关，其功用是检测发动机及车辆运行时的各种工况信息，如进气压力与环境压力传感器、冷却液温度传感器、机油与燃油温度传感器、进气流量传感器、喷油泵油量调节机构的运行速度、喷油器针阀的升程等。加速踏板传感器或操纵杆的位置则作为发动机转速与负荷的目标设定值输入到电控单元。

电控单元是发动机电控系统的核心部分。它的硬件包括微处理器或中央处理器（CPU）、各种存储器、输入输出接口以及上述各部分之间传递信息的数据总线、地址总线和控制总线以及产生时间节拍脉冲的计时器等。ECU软件的核心内容是发动机的各种性能调节曲线、图表和控制算法，其作用是接受和处理传感器的所有信息，按软件程序进行运算，然后发出各种控制脉冲指令给执行器或直接显示控制参数，其中喷油正时脉冲是ECU发出的最重要的控制指令。

为了实现对柴油机喷射过程控制的优化，存储在ECU中的曲线和图表包括一些在产品开发过程中通过大量试验总结出的综合各方面要求的目标值，如喷油量与喷油正时随转速与负荷变化的三维曲线面图，这种图形一般称为脉谱（MAP）图，图1-5所示为车用柴油机的喷油正时和喷油量的脉谱图。

图1-5 柴油机喷油正时控制的脉谱（MAP）图

工作时，当ECU接收到从针阀升程传感器送来的实时喷油始点信号时，就能对实际值与目标值两者之间进行比较与计算，并发出控制指令，以保证两者之间差别为最小，从而实现理想的喷油正时。

执行器部分其功用为接受ECU的各种控制指令，并完成所需调控的各项任务，执行器的种类很多，并视控制与调节方式不同而异，如在位置控制式中，有使喷油泵齿杆达到油量控制目标位置的电磁铁，使喷油泵达到预定供油提前角的控制阀，在时间控制方式中，有控制喷油器针阀开闭的电磁阀等。

2.传感器与执行器

传感器的功用是将发动机运行工况与环境的多种信号及时并尽可能真实地传递至电控单元，这些信号又可分为数字信号、模拟信号和开关信号。

数字信号为离散的变量，经整形与放大后即可通过电控单元的I/O接口直接进入微机。(www.xing528.com)

模拟信号是连续的变量，其模拟量的变化与传感器受到的作用成正比，精度则受到传感器本身以及环境等多种因素的影响。这些模拟信号它们在进行滤波整形、放大等处理后，需要再经过模数（A/D）转换才能输入电控单元的微机。

开关是一种特殊的传感器，它只给出是与否或高与低的两态信号。它和数字信号一样，可以直接为微机所接受，而无需经过A/D转换。

执行器的功能是将ECU输出的电信号转换为各种控制机构的机械运动，以完成各项预定的操作。执行器的种类很多，按其工作原理不同可分为电磁式、电液式和电压式等，按工作对象不同划分，除了燃料供给与调节系统外，还有用于废气再循环的控制阀、增压系统的放气阀和可变涡轮几何结构的执行器、排气制动系统控制阀以及冷却风扇的电磁离合器等。

传感器与执行器在第四章中有详细介绍，这里不再赘述。

3.电控单元

电控单元（ECU）又称电子控制器，是柴油机电控系统的核心部件，它实际上是一个微型计算机管理中心，即以信号采集作为输入、经过计算处理、分析判断、决定对策，然后输出控制指令驱动执行器动作，同时它还要给有源传感器提供稳压电源或参考电压，其全部功能是通过各种硬件和软件的组合来完成的，具体的内容将在第四章中详细介绍。

发动机电控系统的控制方式有开环控制和闭环控制两种。

开环控制为单一方向的流程（图1-6a），即当发动机在一定工况下，电控单元从传感器得到该工况的各种信息并从内存中找出适合于该工况的目标值（脉谱图）、相应的修正量与其他信息，通过计算决定当前的控制目标，据此制定出各种控制指令送到相应的执行器去工作。至于各执行器是否正确地执行了预定控制，执行后发动机工况是否与控制目标一致，电控单元并不进行检查与比较。

闭环控制则为双向操作（图1-6b），与开环控制不同的是，电控单元不断地将待控参数与优化的控制目标值进行比较，据此不断地调节输出指令，使两者差别达到最小。作为闭环控制的特点，系统中一定要有相应的反馈信号，例如，在喷油量和转速控制中采用曲轴转速传感器、在喷油始点判别上采用针阀升程传感器、在混合气浓度和排放性能控制中采用氧传感器等。

图1-6 开环与闭环控制系统的方框图

a）电控系统的开环控制 b）电控系统的闭环控制

由此可知，闭环控制的精度要高于开环控制，而且还可以补偿同一型号各台发动机之间的性能差异以及同一台发动机因使用年限不同而产生的性能变化。尽管如此，并不是所有工况均可以采用闭环控制，例如，发动机起动与部分过渡工况只能采用开环控制，当缺少针阀升程传感器时，喷油正时的控制也是采用开环控制或在闭环控制中以其他反馈信号来进行间接判断，因此在实际电控发动机上，往往是闭环与开环两种控制方式并存，有时还因工况的变化，必须从一种控制方式（如闭环）转到另一种控制方式（如开环）上去，这样才能保证整个机器安全可靠地工作。