汽车柴油机电控系统的控制模式

柴油机电控系统的控制模式可分为三大类：开环控制、闭环控制和开环—闭环综合（复合式）控制，如图7-1-6所示。

图7-1-6　柴油机电控系统的控制模式

（一）开环控制

开环控制系统的结构特点是用电子控制装置取代喷油提前角调节装置。在分配泵凸轮滚环上设置一个液压活塞，液压活塞由一电磁阀控制，凸轮滚环的实际位置由正时活塞位置传感器检测。电磁阀控制流入活塞或流出活塞的通路，使活塞到达所要求的位置，即调整点。该调整点由ECU根据发动机的转速、总供油量和冷却液温度来确定。最佳喷油提前角在研制开发系统时确定，并存入ECU，即凸轮滚环位置与喷油提前角的关系是预先设定好的。此种控制方式会因为零件的磨损、喷孔的堵塞等原因，导致即使相同型号的不同发动机或同一台发动机在不同的使用阶段喷油提前角存在差异。

（二）闭环控制

闭环控制是通过测定实际喷油提前角和调节流入正时活塞的压力在发动机工况及工作条件变化时对喷油提前角进行调整。当ECU根据反馈回来的信息发现实际喷油正时在调整点之外时，它就通过电磁阀控制正时活塞使之回到调整点。一般采用喷油传感器或点火正时传感器反馈实际喷油正时。

（三）开环闭环综合（复合式）控制

此种控制模式是把闭环控制系统与凸轮滚环位置的定位控制结合起来，可克服传统闭环系统响应速度慢的缺点，当调整点与实际喷油正时出现误差时，控制系统就会知道活塞移动的距离，补偿误差。通常在相邻两次喷油间就能达到调整点。

任务实施

就车认知高压共轨柴油发动机电控系统各部件：博世RDS2.0柴油共轨电控系统主要包括以下传感器。

一、进气压力传感器

进气压力传感器，如图7-1-7所示。

（一）安装位置

这个传感器由绝对压力传感器和进气温度传感器组合而成，安装在进气歧管上，提供发动机负荷信息和进气温度信息。

图7-1-7　进气压力传感器

（二）工作原理

压力传感元件主要为一片硅芯片，在中央蚀刻出压力膜片。压力膜片上有4个压电电阻作为应变元件组成一个惠斯顿电桥。硅芯片的背面为参考真空，定值和整流电路也集成在硅芯片上。进气歧管压力的改变使压力膜片受力变形，压阻效应使电阻改变，通过芯片处理后，形成与压力呈线性关系的电压信号。

温度传感器元件是一个负温度系数NTC的电阻，随进气温度变化，输送给控制器一个表示进气温度变化的电压。

二、水温传感器

水温传感器，如图7-1-8所示。

图7-1-8　水温传感器

（一）安装位置

水温传感器装于发动机节温器座下端，用于电子控制燃油喷射装置中，监测发动机冷却水的温度，输出电压信号给电控单元作为发动机的负荷信号，从而对发动机的工况做出判断。

（二）工作原理

水温传感器的工作原理是封装一个负温度系数的热敏电阻，利用热敏电阻的温度敏感特性，将环境温度的变化转换为热敏电阻阻值的变化，并转换成电压信号输出给电控单元。

（三）安装注意事项

水温传感器安装在节温器座上，并且要将铜质导热套筒插入冷却液中。套筒有螺纹，利用套筒上的六角头可将温度传感器拧入节温器座的螺孔中，许用安装扭矩为≤25N·m。

三、转速传感器

转速传感器，如图7-1-9所示。

（一）安装位置

转速传感器装于发动机飞轮壳上。

图7-1-9　转速传感器

（二）工作原理

感应式转速传感器跟脉冲盘相配合，用于提供发动机转速和曲轴上止点信息。感应式转速传感器由一个永久磁铁和磁铁外面的线圈组成。脉冲盘是飞轮前端面，原本加工60个齿，但是有两个空缺。工作原理是利用磁电效应，脉冲盘装在曲轴上，随曲轴转动。当齿尖紧挨着传感器的端部经过时，铁磁材料制成的脉冲盘切割着转速传感器中永久磁铁的磁力线，在传感器线圈两端产生一定频率的感应电压，作为转速信号输出给电控单元。

四、相位传感器

相位传感器，如图7-1-10所示。

（一）安装位置

图7-1-10　相位传感器

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。

（二）工作原理

相位传感器PG 由一个霍尔传感器和一个信号轮（半圆形的铁磁体）组成。凸轮轴转动，带动装在端部的信号轮转动。霍尔传感器采用了霍尔原理，当信号轮叶片进入霍尔传感器永磁体回路的间隙中时，霍尔效应开关处于“关”状态，相应电路输出为高电平；当信号轮叶片离开永磁体回路的间隙时，霍尔效应开关处于“开”状态，相应电路输出为低电平。相应地，曲轴的一转有信号，另一转没有信号，这就区分了两个不同的上止点。

五、空气流量计传感器（TC机型选用，TCI机型不使用）

空气流量计传感器，如图7-1-11所示。

（一）安装位置

空气流量计传感器装于发动机空气滤清器后，发动机增压器进气口前。

（二）功能

空气流量计传感器是一个热流传感器，由进气温度和空气质量流量传感器组成，用于监测发动机进气温度及进气质量流量，通过对进气量的监测反馈给电控单元参与控制，实现EGR系统的闭环控制。

六、真空调节器传感器

真空调节器传感器，如图7-1-12所示。

（一）安装位置

真空调节器传感器布置在机舱内。

（二）功能

图7-1-11　空气流量计

图7-1-12　真空调节器传感器

控制EGR 阀脉冲宽度，控制EGR 阀的开启时间，控制EGR 率，降低NOx污染物，优化排放。

七、预热控制器

预热控制器，如图7-1-13所示。

（一）安装位置(www.xing528.com)

预热控制器布置在机舱内。

图7-1-13　预热控制器

（二）功能

预热控制单元（GCU）受电控单元EDC控制，有以下功能。

1.通过ST和K端信号输入，GCU适用于4、5或6缸发动机。

2.电控单元EDC控制4、5或6缸，预热塞GSK的开关信号。

3.过电流切断保护（电子保险）。

4.预热塞失效诊断。

5.体积小，可布置在机舱内。

6.电控单元EDC高电位保护。

八、电控单元ECU

电控单元ECU，如图7-1-14所示。

（一）安装位置

轻型载货汽车布置在底盘上，皮卡及蒙派克等乘用车布置在座椅下，轻客布置在仪表板下的地板上，轿车布置在副驾A柱附近。

图7-1-14　电控单元ECU

（二）功能

控制喷射、预热控制、怠速控制、提供传感器电源（5V）、EGR 控制、空调开关、喷油量修正、系统故障灯、MIL 灯、发动机转速信号的输出、车速信号的输入、故障诊断等。

九、轨压传感器

轨压传感器，如图7-1-15所示。

图7-1-15　轨压传感器

（一）安装位置

轨压传感器安装在油轨端部。通常油轨安装在进气管侧。

（二）功能

监测轨压，提供电控单元输入信号。

十、喷油器

喷油器，如图7-1-16所示。

（一）安装位置

喷油器安装在气缸盖的进气管侧。

图7-1-16　喷油器

（二）功能

根据发动机MAP 图，对柴油进行测量及喷射准备，从而实现预喷、主喷和后喷（如果需要）。喷油量和喷油时间的控制由系统压力和通电时间决定，这些是由ECU（Electronic Control Unit）来执行的。

任务拓展

柴油发动机电控系统的类型

（一）位置控制式系统

保留传统喷射系统的基本结构，只是将原有的机械控制机构用电控元件取代，在原机械控制循环喷油量和喷油定时的基础上，改进更新机构功能，使用直线比例式和旋转式电磁执行机构控制油量调节齿杆（或拉杆）位移和提前器运动装置的位移，实现循环喷油量和喷油定时的控制，使控制精度和响应速度较机械式控制方式得以提高。

该系统技术特征与系统特点如下。

1.数字控制器通过执行机构的连续式位置伺服控制，对喷射过程实现间接调节，故相对其他电控燃油喷射系统，执行响应较慢、控制频率较低和控制精度不太稳定。

2.不能改变传统喷射系统固有的喷射特性，电控可变预行程直列泵虽能对喷油速率起到一定的调节作用，但却使直列泵机构复杂性加大。

3.柴油机的结构几乎无须改动即可改造成位置控制式喷射系统，故生产继承性好，便于对现有机器进行升级改造。

4.由于燃油泵输送和计量机构基本不变，喷油系统参数受柴油机转速影响大，很难实现喷油规律控制，凸轮机构、柱塞套的应力和变形限制了喷油压力的进一步提高。

（二）时间控制式系统

时间控制系统有许多比纯机械式或第一代系统优越的地方，但其燃油喷射压力仍然与发动机转速有关，喷射后残余压力不恒定。另外，电磁阀的响应直接影响喷射特性，特别是在转速较高或瞬态转速变化很大的情况下尤为严重，而且电磁阀必须承受高压，因此对电磁阀提出了很高的要求。

（三）共轨控制式系统

共轨控制式电控燃油喷射系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理。共轨式电控喷射系统具有公共控制油道（共轨管），高压油泵只是向公共油道供油以保持所需的共轨压力，通过连续调节共轨压力来控制喷射压力，采用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程。

该系统根据柴油机运行工况的不同，不仅可以适时地控制喷油量与喷油定时，使其达到与工况相适应的最优数值，而且还使得喷油压力和喷油速率的控制成为可能，且系统的控制自由度及精度得到了大幅度提高。

该系统的技术特征如下。

1.不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理，采用高压油泵+共轨油管。

2.采用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程。

3.可以柔性控制喷油压力、喷油量和喷油定时，喷油速率的控制也成为可能。

案例分析

故障现象：一辆行驶了32000km的宝来TDI，冷车不易起动，有时热车也出现起动困难。

故障诊断与排除：

1.连接V.A.S5051，对发动机控制单元进行故障读取，发现发动机故障存储器无故障存储，系统正常。

2.在柴油滤清器处进行燃油压力检查，发现燃油压力正常。为了彻底查找故障部位，更换了新的柴油滤清器，发现故障仍然存在。

3.排除电路和油路原因，重点检查气路。重新连接V.A.S5051 读取数据流，在检查数据组3时，仔细观察各数据区的数据变化，发现2区进气量偶尔变化异常，很有可能此故障就是由于进气量引起的。

4.检查真空储气罐，发现真空储气罐及其真空管路有漏气现象，导致真空损失，进而引起进气翻板（节气门）打不开或打开不到位，经检查发现真空储气罐及其真空连接管路均无漏气处。

5.熄灭发动机，反复开关点火钥匙，仔细观察进气翻板动作情况，发现废气再循环动作缓慢，打开或关闭不及时。

6.怀疑是进气翻板故障，而控制进气翻板的各真空装置均正常，故拆解进气翻板进行检查，发现有大量积炭存在。故障原因找到了，是因为存在大量积炭，造成进气翻板打开或关闭困难，进而引起起动困难。

7.清除节气门积炭，重新试车，故障消失。

故障小结：由于此车有时加入劣质燃油，而且空气滤清器更换不及时，造成节气门处积炭过多。在起动时，真空控制节气门开闭不到位，造成起动困难，所以在检查时需要依靠数据组中的数据流变化判断。