电控燃油系统简介

柴油机电控喷射燃油系统的电控技术是一种用计算机来实现对柴油机工作过程优化控制的技术。它是发动机上一系列传感器检测到的柴油机各种信息传递到柴油机上的电子控制模块（ECU、ECM），对喷油器工作进行控制，对喷油正时和喷油量调节，以使柴油机工作处于最佳状态。使发动机的性能有效提高，更好地控制尾气排放，能满足欧Ⅲ排放限值法规的要求。电喷与共轨技术是满足发动机欧Ⅲ排放的保障。

1.柴油机电控喷射燃油系统的特点

柴油机燃油系统电控技术与汽油机相似，都是由传感器、电控单元和执行器三部分组成整个系统。柴油机电控喷射方面与汽油机的主要差别：汽油机的电控喷射系统控制的是汽油与空气的比例，柴油机的电控喷射系统则通过控制喷油时间调节输出油量，且柴油机喷油控制是由发动机的转速、油门和供油拉杆位置来决定的。柴油机电控技术明显的特点有两个：一是电控喷射系统的多样化，二是喷射电控执行器复杂程度。

柴油机燃油喷射特点：高压、高频、脉动等。高达200MPa的喷射压力，百倍于汽油机喷射压力。对燃油高压喷射系统实施喷油量的电子控制难度较大。而且柴油喷射需要很高的喷射正时精度，柴油机活塞上止点的角度位置准确远比汽油机要求高，导致柴油喷射的电控执行器更加复杂。

柴油机的喷射系统形式多样，传统的柴油机喷射系统有：直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等。实施电控执行机构比较复杂，形成了柴油喷射系统多样化；同时柴油机需要综合控制油量、定时、喷油压力等参数，其软件的难度比汽油机高。

电控喷射技术其任务是电子控制喷油系统，在运行工况过程实时控制喷油量及喷油定时。实时检测转速、温度、压力等传感器的参数同步输入计算机，与ECU已储存的参数值进行比较及处理计算，按照最佳状态控制执行机构，驱动喷油系统，使柴油机达到最佳运作状态。

高压喷射和电控喷射技术的有效采用，可充分雾化燃油，使各气缸获得最佳的空燃混合气，达到降低排放，提高整机效率的目的。

自20世纪70年代以来全球环境状态日愈恶化，能源危机以及CO₂排放被认为是对温室效应有较大影响，对柴油机尾气排放和经济性能有更高的要求。世界各国推出的排放法规和能源法规更加严格。采用电脑控制、机电一体化的发动机喷油系统非常关键。

电喷技术即内燃机燃油系统的电控燃油喷射技术。通过电信号来控制喷油时刻、喷射压力，完全取代燃油系统机械控制结构。采用电喷技术使柴油机运行稳定、动态性能好，使柴油机的经济性、控制尾气排放达到新的高度。

2.电喷式柴油机的优点

1）柴油机的调速控制改进 由电控调速器取代机械调速器的旋转飞锤等装置，使转速精确控制。

2）燃油经济性改善 选定柴油机工况后控制模块ECM（Electronic Control Module，电子控制模块）按程序监测柴油机的运转工况，特别是影响喷油过程的定时、温度、转速和增压压力等。

3）柴油机冷启动性改善 在获得冷却液或机油温度数值后，确定柴油机是否处于低温状态，ECM将根据传感器输入的信号优化控制喷油定时和喷油量，减少启动的黑烟。

4）柴油机排气烟度降低ECM根据机油温度和增压压力精确控制喷油定时和喷油量，使柴油机在稳态及瞬态工况下的烟度满足EPA（Environmental Protection Agency，环境保护署）排放法规的要求。

5）柴油机的维护工作量减少 由于燃油喷射严格控制，改善了柴油机的燃烧。另外，由于取消了机械调速器拉杆或齿条，减少了项目调整和维修。

3.电喷燃油系统的构成

电喷系统是一个一体化的柴油机管理和控制系统。主要有输入传感器，对输入信号进行分析的电子控制模块（ECM）和按照ECM输出信号动作的执行器（如电控单体式喷油器）。

（1）电子控制模块（ECM）

ECM是电控系统的大脑，它不断地接收来自柴油机各个传感器发送的电压信号并进行处理，决定向EUI（Electronic Unit Injector，电控单体式喷油器）或HEUI（Hydraulic Electronic Unit Injector，液压驱动电控制单体式喷油器）输出可调脉宽的控制信号，喷油器电磁铁的激励时间越长，喷油器喷入越多的燃烧室内的燃油量。

ECM由微处理器、存储器和按照要求控制执行器的驱动电路组成。它将各传感器及开关的数据和信息接收并处理，比较各传感器返回的电压与ECM程序数据库中所存储的各开关及传感器的特定数据（假设传感器产生的是模拟信号，这些信号必须先通过模-数转换器，将模拟信号转换成ECM能够识别的数字信号），继而发出指令，调整供油量及喷油时间处于最佳，使柴油机在最佳状态运行。

微处理器由数千个元件组成，它们包括许多逻辑门和一个对传感器及开关输入数据进行加、减、乘、除运算逻辑器。通过对存储在计算机中的各种数据进行查阅，确定因负载引起的柴油机转速变化、进气压力、机油压力及温度、冷却液温度等输入信号变化时的响应。根据喷油器的反馈信号决定下一个喷油器在何时开启喷油和喷油持续时间，判定喷油器电磁阀是否存在故障。

储存器的基本类型如图2-6所示。ROM（Read Only Memory，只读存储器）、RAM（Ran-dom Access Memory，随机存储器）、PROM芯片都与MP（microprocessor，微处理器）相连。

RAM和PROM可被MP读入或读出，而ROM只能被读出。制造厂商用ROM芯片储存柴油机的转速、功率设定、柴油机保护等工作数据和信息，一旦被存储这些数据就不能更改了。

PROM（Programmable Read Only Memory，可编程只读存储器）芯片也是硬线式结构，固定的工作数据在制造厂装配线上通过数据程序写入其中，除了更换芯片，数据一旦被写入，也不能被更改。

EPROM（Electrically Programmable Read-Only-Memory，电可擦只读存储器），能在制造厂的装配线上最后被编程。EEPROM或E²PPROM芯片是电可擦可编程只读储存器，可以利用便携式计算机及调制解调器在使用现场通过网络连接在制造厂的主计算机上，对其更改和重新编程。当对ECM重新编程时，该类储存器的存储内容被系统擦除，由程序将更新后的用户校准参数写入到ECM中。

随机存储器（RAM）的就像工作记录本，在传感器信号改变时能够不断地被擦除和被更新。

KAM（Keep random memory，保存随机存储器）用于更加持久的信息的保存，在电池电源断开后这种存储器的存储内容将会丢失，在KAM中诊断故障码或故障码被存储。

图2-6 ECM模块的基本组成

ECM中的驱动电路一方面对喷油器电磁阀大电流开关或其他执行机构进行驱动，另一方面监测电磁阀的电压波形，对电磁阀是否关闭进行检测。(www.xing528.com)

（2）传感器

由于电喷系统的控制需要高精度，在柴油机配备了多个传感器，主要包括凸轮轴角位移传感器、曲轴角位移传感器、进气压力温度传感器、大气压力温度传感器和喷油压力传感器等。喷油器的供油量和供油时间需要ECM控制模块根据这些传感器所测得的有关数据来调节。帕金斯柴油机使用其中几个传感器如图2-7和图2-8所示，各传感器的功能如下：

图2-7 曲轴、凸轮轴位置传感器

a）曲轴位置传感器 b）凸轮轴位置传感器

1）曲轴、凸轮轴角位移传感器

在电控柴油机中，对曲轴和凸轮轴做角位移的测量是对运行进行控制的最基本手段，其测量的参数是对柴油机做各种控制的基本依据。ECM根据传感器提供的脉冲信号解译出曲轴、凸轮轴位置，据此数据优化控制喷油器的喷油定时，使柴油在最佳状态工作，降低柴油机排放。

曲轴、凸轮轴角位移传感器一般采用霍尔元件的居多，如图2-7所示是曲轴、凸轮轴角位移传感器的图片。曲轴角位移传感器的信号轮就是柴油机的飞轮，而凸轮轴角位移传感器的信号轮一般设置在凸轮轴上，也有设置在燃油泵的凸轮轴上。

2）进气压力、温度传感器

进气温度传感器一般与进气压力传感器制成一体，装在柴油机的进气总管中间靠后的位置，对进气管内的空气压力和温度感应，使ECM控制供油量以防供油过多造成黑烟，其外型如图2-8所示。

图2-8 压力温度传感器

a）进气压力温度传感器 b）油压压力温度传感器 c）大气压力温度传感器

进气压力传感器一般采用半导体应变片电桥技术制成，其输出电压与压力呈线性关系（下同）；进气温度传感器一般使用由环氧树脂封装的热敏电阻（下同）；其外型如图2-8所示。

3）大气压力、温度传感器

大气压力温度传感器确定柴油机所处的海拔根据该传感器输入的信号对喷油量进行调节，对柴油机在高海拔地区使用时的功率下降进行补偿，改善在使用时出现的排黑烟现象。

4）喷油压力传感器

在高压共轨的燃油系统中对燃油集合管内的油压感应，由ECM控制供油量。

5）燃油温度传感器

某些电控燃油系统，燃油温度会对每次供油量造成影响。控制系统会根据温度的改变量，适时、适量地改变供油控制。如当燃油温度升高、燃油黏度下降时，电控系统控制增加供油时间，从而使柴油机每次供油量不会因燃油温度的变化而变化。

6）润滑油压力、温度传感器

与传统的燃油供给系统的柴油机润滑油压力传感器同样起着相当重要的作用，通过ECU控制实现实时保护；润滑油温度的高低可以通过冷却液温度来反映，比较简单的电控柴油机系统只安装冷却液温度传感器，通过冷却液温度间接地判断润滑油的温度。

7）冷却液温度传感器

传统的燃油供给系统的柴油机冷却液温度传感器只是显示其温度状态及高温报警停机功能，在电控燃油系统柴油机中冷却液温度对于控制的影响有：

①供油提前角 冷却液温度与柴油机燃烧室温度相关联，而燃烧室的温度对于喷入燃烧室油滴的气化过程有影响，当温度较低时，油滴的气化过程所需时间较长，需要较多的燃烧准备时间，因此应将供油提前角适当提前；当温度较高时则相反。

②暖机状态 当柴油机启动时，如果冷却液温度较低，则可认定是冷机启动，自行执行自动暖机过程。

③过载和故障保护 当冷却液温度达到上限值时，ECU采取负载限制、停机或信号报警等。

（3）执行器

ECM接收传感器传来的信号，处理后发出指令给执行器，由执行器控制喷油器的喷油过程。执行器具有两个基本功能：接收ECM发出的控制信号和按指令精确地执行动作。

电喷式柴油机执行器的形式有两种：第一种是电控单体式喷油器EUI（Electronic control Unit Injectors，电控喷油器），第二种是电控高压共轨燃油系统（DCR）。还有HEVI（Hydraulie drive Electric control）液压驱动电控单体式喷油器和电控分配泵燃油系统。前二种方式在大中型柴油机中应用广泛，特别是在发电用柴油机中。