西安科技大学继续教育学院
毕 业 论 文(设计)
汽车柴油发动机电控技术
专业名称:汽车运用与维修
班 级:09高汽一班
姓 名:任 宝
指导老师:陈小红
评阅老师:
2011年09月
目录 摘要
汽车柴油发动机电控技术
摘要
21世纪是绿色柴油机的时代，传统的燃油系统已经不能适应柴油机技术发展的需要，机械技术与电子技术的结合使得汽车技术发生了一系列深刻的变化。柴油机电控系统，是必然之选。到目前为止，世界上许多发达国家已经研究并生产了很多功能各异的柴油机电控系统。柴油机电子控制的内容已由当初的燃油喷射系统单一控制，逐步发展到了各个系统控制，如可变气门驱动系统、可变进气涡轮控制系统以及废气再循环等。21世纪柴油机电子控制系统将进入发展的鼎盛时期。目前我国生产的宝来、奥迪轿车以及长城哈弗、华泰圣达菲等一些SUV都已采用了柴油机电控技术，其中很多技术处于世界先进水平，如高压共轨喷射技术、泵喷嘴技术等。本篇突出了柴油机电控部分的构原理和目前先进的柴油机电控技术。
关键词：绿色、环保、鼎盛
第1章 概述
1.1 电控柴油机发展情况
采用电子控制技术是当前柴油机技术发展的重要方向之一。早在20世纪70年代，世界上许多技术发达国家就已竞相开发柴油机电子控制技术。到目前为止，已研制出了许多功能各异的柴油机电子控制技术，其中大部分已经投放市场，取得了显著的经济效益。与此同时，也有利的推动了柴油机电子控制技术的进一步发展。
柴油机电子控制系统的发展主要经历了电控直列喷油泵、电控分配泵、电控泵喷嘴和共轨燃油系统几个阶段。
20世纪90年代共轨燃油系统出现，问世不久，已显示了它巨大的优越性。
1.2 电控柴油共轨系统的主要特点
1 改善柴油机的经济性
由于柴油机具有优异的节油特性，行驶成本远远低于汽油轿车。在原油价格不断上涨的情况下，它的经济性无论是对社会还是个人，都显示出巨大的价值。
2 提高控制精度
控制系统的控制精度越高，被控对象的功能指标就越容易接近最优值。计算机控制的精度主要体现在三个方面：输入信号的高保真、信号均以数字形式传输，只要计算机的位数够高，就能保证足够的精度、高分辨率的输出信号。
3 控制策略灵活
柴油机电控燃油喷射系统的类型
1. 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。 系统技术特征与系统特点: （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,故相对其它电控燃油喷射系统,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。
2. 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。
3. 共轨系统
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。系统技术特征 （1）不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理，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。
对于不同的柴油机，其控制策略往往不同，当需要改进或与其他机型匹配时，传统的办法是改变机械控制系统，周期长成本高。计算机控制系统需要改变的仅仅是EPROM中的软件程序。有些情况下，甚至不需要变更便能用于不同的柴油机。
4 电子控制
整个系统有传感器、电控单元和执行器三大部分组成。最明显的特点是柴油电控喷射系统的多样化，具有高压、高频、脉动等特点喷射压力高达60-150MPa，甚至200MPa。
第2章电控柴油机喷油系统
2.1 柴油机电控喷油系统的组成
柴油机电控系统由传感器、执行器和电控单元组成。传感器检测出发动机或喷油泵的运行状态，ECU根据个传感器信息，控制发动机的最佳喷油量、最佳喷油时间，执行器根据计算机的指令，准确的控制喷油量和喷油时间。
2.2 电控燃油共轨系统的组成
电控高压共轨燃油系统可分成两大部分：电控系统和燃油供给系统。
1 电控系统
电控系统可分为三大部分：传感器、执行器和ECU。ECU是电控燃油共轨的核心部分。根据各个传感器的信息，发动机电控单元计算出最佳喷油时间和最佳和最合适的喷油量，并计算出什么时刻、多长时间的范围内向喷油器发出开启电磁阀或关闭电磁阀的指令，从而精确控制发动机的工作过程。
图2-1 柴油机电控高压共轨系统管路布置
1.高压油泵 2.燃油滤清器 3.电动燃油泵 4.回油3通接头 5.燃油压力调节阀
6.共轨 7.共轨压力调节器 8.喷油器 9.电控单元
2 燃料供给系统
燃料供给系统的组成部分如图2-1所示。燃油供给系的主要构成是供油泵、共轨和喷油器。
燃油供给系的基本工作原理是：供油泵将燃油加压成高压，供入共轨内。共轨实际是一种燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机气缸内。
2.3 喷油器
2.3.1 博世公司电控喷油器
1 博世公司电控喷油器结构如图
a b
图2-2 博世喷油器的结构及工作原理
1.球阀 2.电枢轴 3.高压燃油连接管 4.线圈 5.回位弹簧 6.回油管 7.针阀控制活塞
8.承压腔 9.喷油嘴 10.针阀 11.进油口 12.泄油孔13.针阀控制腔
喷油器主要由控制柱塞、喷油嘴针阀和电磁阀等组成。燃油从高压接头经进油通道送往喷油嘴，经进油节流孔送人控制室。控制室通过由电磁阀打开的回油节流孔与回油孔连接。回油节流孔在关闭时，作用在控制活塞上的液压力大于作用在喷油嘴针阀承压面上的力，因此喷油嘴针阀被压在座面上，燃油没有进入燃烧室。
电磁阀动作时，打开回油节流孔，控制室内的压力下降，当作用在控制活塞上的液压力低于作用在针阀承压面上的作用力时，针阀立即开启，开始喷油。由于电磁阀不能直接产生迅速关闭针阀的所需的力，因此，经过一个液压力放大系统实现针阀的这种间接控制。
在发动机和油泵工作时，喷油器的工作可分为四个工作状态：
1）喷油器关闭，以存有的高压。
2）喷油器打开，开始喷油。
3）喷油器完全打开。
4）喷油器关闭。
2 喷油器的工作原理
1）喷油器关闭如图2-2 a所示。电磁阀在静止状态不受控制，
因此是关闭的。回油节流孔关闭时，电枢的钢球通过弹簧压在回油节
流孔的座面上。控制室内建立公共的高压，同样的压力也存在与喷油
嘴的内腔容积中。共轨压力在控制柱塞端面上施加的力及喷油器调压
弹簧的力大于作用在针阀承压面上的夜压力，针阀处于关闭状态。
2）喷油器开启（喷油开始）如图2-2 b所示。当电磁阀通电后，
在吸动电流的作用下迅速开启当电磁铁的作用力大于弹簧作用力时，
回油节流孔开启，在极短的时间内，升高的吸动电流成为较小的电磁
阀保持电流。随着回油节流孔的打开，燃油从控制室流入上面的空腔，
并经回油通道回到油箱控制室的压力下降，于是控制室的压力小于喷
油嘴内腔容积的压力。控制室中减小了的作用力引起作用在控制柱塞
上的作用力减小，从而针阀开启，开始喷油。
针阀开启速度决定于进、回油节流孔之间的流量差。控制柱塞达
到上限位置，并定位在进、回油节流孔之间。此时，喷油嘴完全打开，
燃油一近乎共轨压力喷入燃烧室。
3) 喷油器关闭（喷油结束）。如果不控制电磁阀，电枢在弹簧的
作用力下向下压，关闭回油节流孔。
电枢设计成两部分组合式，电枢板经一拨杆向下引动。但它可用
复位弹簧向下回弹，从而没有向下的力作用在电枢和钢球上。回油节
流孔关闭，进油节流孔进的油使控制室中建立起与共轨中相同的压
力。这种升高了的压力使作用在控制柱塞上端的压力增加。这个来自
控制室的作用力和弹簧力超过了针阀下方的液压力，于是针阀关闭。
2.3.2 电装公司的喷油器
1 电控喷油器的结构
电装公司电控喷油器主要由喷油嘴、调压弹簧、控制喷油率的量
孔、控制活塞和二通阀等组成。
电控喷油器中由电磁阀直接控制喷油始点、喷油间隔、喷油终点，
从而直接控制喷油量、喷油时间和喷油率。电控喷油器实际上完成了
传统喷油器装置中的喷油器、调速器和提前器的功能。与直喷柴油机
中的机械式喷油器相似，喷油器可用压板等安装在气缸盖内。设计良
好的电控喷油器和传统的的机械式喷油器结构相近。因此，共轨式喷
油器在直喷式柴油机中的安装不需要改变汽缸盖结构。
2 电控喷油器的工作原理
电装公司的喷油器分为三通阀结构和二通阀结构。最初采用的是
三通阀结构。在设计初期阶段，从理论上分析结构具有很多优越性，
但实际试验和使用过程中发现，该三通阀结构并不如想象的好，因为
燃油泄漏量较大。但是，燃油从何处泄漏，如何减少燃油泄漏又没有
有效措施。因此，使用不久就废止了。改用了二通阀结构。工作原理如
图2-3所示。
图2-3 电装喷油器工作原理
当二通阀开启时，控制腔内的高压燃油经量孔2流入低压腔中，
控制腔中的燃油压力降低，但是，喷油嘴压力室中的燃油压力仍然很
高。压力室中的高压使针阀开启，向汽缸内喷射燃油。当二通阀关闭
不同电时，通过量孔1，控制腔中的燃油压力升高，使针阀下降，喷
油结束。这里有一个重要条件：量孔2的直径必须小于其左下方量孔
1的直径。否则不能进行上述工作。
二通阀的通电时刻确定了喷油始点，二通阀的通电时间长短确定
喷油量。这些基本参数都是电子脉冲控制的。通过控制喷油控制腔内
的压力来控制喷油的开始和喷油的终了。量孔大小既控制喷油嘴针阀
的开启速度，也控制喷油率形状。
2.3.3 压电晶体式喷油器
与电磁阀相比，压电执行器具有：没有滞后时间，切换十分迅速
而且精确，可重现性非常好，没有因设计造成的以气隙之类的形式出
现的偏差，寿命长，工作非常稳定等优点。压电式喷油器推出之后，
立即受到个大公司的推崇。如图
2-4
汽车对共轨系统压电晶体基本要
求如下：环 境温度在-40℃-
+150℃；高强度；大约100-200V的低
压；压电晶体作用升程为其厚度的
1/1000；开关迅速，全升程动作时间
约30μS。
1 结构
喷油器的主要组成包括：带弹簧
的多空喷油嘴，控制活塞，进出油节流孔，二位二通阀，压电晶体部
件。用于喷油器的压电晶体的结构采用多层技术。多层压电执行器由
陶瓷层烧制而成，层与层之间有电极，生产技术与多层电容器相似。
图2-4压电式喷油器的结构
2 工作原理
在中低速范围内，喷射的机动灵活性特别重要，最理想的情况式，
在2500转/分一下的转速范围每个工作循环喷射达5次，在中等转速
范围内每个工作循环喷射2-3次，在标定转速每个工作循环喷射1次。
压电式执行原件像一个在点压下立即就能充电的电容器，其关键
原件式陶瓷压电薄膜，它在加上电压以后的0.1ms以内就会发生晶体
晶格的畸变。为了使执行器达到足够的位移，必须将许多层陶瓷薄膜
烧结成一块长方六面体。喷油器内30mm长的执行器由300多层薄膜
组成，每层的厚度只有80μm。压电原件加上电压后会膨胀大约
40
μm，通过杠杆比为1：1.5的杠杆，使得控制腔回油道中的阀开启。
于是，控制阀内的压力下降，喷油嘴针阀开启。
2.4 油泵
2.4.1 低压油泵
低压油泵可以是带有前置过滤器的电动燃油泵，也可以是齿轮式
燃油泵。泵从油箱抽取燃油，然后不但地向高压泵输送定量的燃油。
2.4.2 高压油泵
高压油泵将燃油增至最高1350bar的系统压力。加压燃油然后经
过高压管路并进入管状的共轨内。圣达菲车D4EA发动机的高压油泵
安装在气缸盖的后端面上，由凸轮轴驱动。如图2-5所示。
图2-5 高压油泵横剖面图
A-进油孔（接燃油滤清器） B-出油孔（接共轨）
1.驱动轴 2.偏心凸轮 3.带泵油柱塞的分泵 4.进油阀 5.出油阀
通过一个带有油水分离器的燃油滤清器，低压油泵从油箱抽取燃
油，进入高压泵。燃油是由高压油泵内3个相互呈120°径向布置的
柱塞压缩的，带偏心凸轮的驱动轴，根据凸轮形状相位的变化而将泵
柱塞推上或压下。当柱塞达到下止点后而上行时，则进油阀被关闭，
柱塞腔内的燃油被压缩，只要达到共轨压力就立即打开出油阀，被压
缩的燃油进入高压回路，到上止点前，柱塞一直泵送燃油（供油行程），
达到上止点后，压力下降，出油阀关闭；柱塞向下运动时，由于容积
的增大，剩下的燃油降压，直到柱塞腔中的压力低于低压油泵的供油
压力时，进油阀再次被打开，重复进入下一工作循环。
第3章 柴油机电控系统中的传感器
传感器是柴油机实现电控的关键技术之一，它的作用是进行信号
变换，把被测的非电量信号转换成电信号，输入到电控单元，用于在
整个工作范围内控制最优燃油喷射量、喷射时间，以减少废气排放并
提高发动机功率和经济性。
目前柴油机电控系统应用了很多各种不同类型、不同功能的传感
器，如曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、加速踏板位置传感器、
冷却液温度传感器、共轨压力传感器、空气流量计等。本文结合长城
哈弗GW2.8TC型柴油机加以描述各个传感器的工作原理。
3.1 曲轴位置传感器（CKPS：Crankshaft Point Sensor）
GW2.8TC型柴油机的曲轴位置传感器安装在飞轮壳上，曲轴位置
传感器为电磁感应式，由57个短齿槽和1个长齿槽的信号轮和传感
器组成。如图3-1所示，信号轮安装在飞轮起动用齿圈的后方，它有
57个短齿槽（齿间角度为6°）、1个长齿槽（齿间角度为18°）。当
发动机工作时，曲轴每转过一圈，曲轴位置传感器的电磁感应线圈会
输出57个规则的交流脉冲电压信号和一个畸变的交变电压。如图3-2
所示。
图3-1 信号轮的长、短齿槽 图3-2 曲轴位置传感器输出的波形
ECU根据曲轴位置传感器输入的信号，计算曲轴的转速以及确定
一缸上止点的位置。
3.2 凸轮轴位置传感器（CMPS：Camshaft Point Sensor ）
GW2.8TC型柴油机的凸轮轴位于缸体上（下置式），凸轮轴位置
传感器安装在正时齿轮室盖的前端。
凸轮轴位置传感器利用霍尔效应原理，感应凸轮轴正时齿轮上
感应铁（导磁性材料制成）的位置，以此判定一缸压缩上止点。该传
感器由永久磁铁和霍尔元件组成，当发动机运转时，感应铁与传感器
的位置发生相对运动，这种变化会引起磁场变化，由于磁场变化，传
感器的输出电压也会发生变化，输出方波电压信号，ECU根据此信号
的变化来判定凸轮轴的实际运行位置。如图3-3所示。
图3-3 凸轮轴位置传感器输出的波形
3.3 共轨压力传感器（CRPS：Common Rail Pressure Sensor）
共轨压力传感器安装在共轨上。如图3-4所示，
共轨压力传感器
由：焊接在压力装置上的集成的传感器部件、装有电子检测回路的印
刷电路板、装有电子插入式连线的传感器外壳等组成。
燃油通过共轨上的一个小孔流向共轨压力传感器，有压力的燃油
通过一个盲孔到达传感器膜片。一个将压力信号转换为电信号的传感
器部件（半导体装置）别安装在此膜片上，传感器产生的信号被输入
一个用于放大拾取信号并将它送
入ECU的检测回路。
(a) CRPS结构示意图 (b) CRPS内部电路图
图3-4 共轨压力传感器结构示意图及内部电路图
共轨压力传感器的工作过程如下：当膜片形状变化时，连接于膜
片的电阻值也将改变。系统压力的建立，导致膜片形状变化，改变的
电阻值将引起通过5V电桥的电压变化。电压变化范围为0～70mv(依
赖于应用压力)，并且被放大电路增幅至0.5～4.5V。
通过设置共轨压力传感器，可以实现对燃油压力的闭环控制。ECU
根据发动机当前工况下相关传感器输入的信号，计算出的理论所需要
的轨压，通过调节进油计量比例阀的开度来实现轨压控制，并依靠共
轨压力传感器检测当前实际轨压，将其与理论轨压进行对比修正，实
现闭环控制。
3.4 水温温度传感器（CTS：Coolant Temperature Sensor）
水温传感器安装于节温器下壳体处。水温传感器由NTC（负温度
系数）热敏电阻构成，冷却液温度的变化引起电阻值的变化，当水温
越低电阻值越大，水温越高电阻值越小，ECU依据接收到的电压值来
计算出当前的水温。
3.5 加速踏板位置传感器（APPS：Accelerate Point Sensor）
加速踏板位置传感器的安装位于加速踏板轴上。电位计型加速踏
板位置传感器以分压电路原理工作，ECU供给传感器电路5V电压。电
子油门踏板通过转轴与传感器内部的滑动变阻器的电刷连接，加速踏
板位置传感器的位置改变时，电刷与接地端的电压发生改变，ECU将
该电压转变成加速踏板的位置信号。加速踏板位置传感器同时输出两
组信号给ECU，保证输出信号的可靠性。
3.6 空气流量计（MAF：Mass Air Flow Sensor）
GW2.8TC型柴油机的进气流量计为HFM6型热膜式，可同时输出空
气流量及温度信号，其工作原理与电控汽油机的完全相同。
空气流量计的简单工作原理：为了获得空气流量，传感器元件上
的传感器膜片（发热金属铂丝固定在薄树脂上构成）被中间安装的加
热电阻加热，膜片上的温度分配被与加热电阻平行安装的2个温度电
阻测量；通过传感器的气流改变了膜片上的温度分配，从而使得两个
温度电阻的电阻值产生差异，由此对ECU输出一个变化的电压信号；
在传感器内部安装有进气温度传感器，用以测量进气温度。
3.7 大气压力传感器（APS：Air Pressure Sensor）
大气压力传感器位于ECU内，其允许的测量误差为±3 kPa，在
海平面上大气压力设定值为100 kPa，相应的大气压力传感器的信号
电压为4 V左右。
3.8 燃油含水率传感器
如图3-5所示，燃油含水率传感器安装在油水分离器下方，当燃油中的水分在油水分离器内到达传感器两电极的高度时，利用水的可导电性将两电极短路，此时水位报警灯点亮，提示驾驶员放水。其工作原理如图3-6所示。
图3-5 燃油含水率传感器的安装位置 图3-6 燃油含水率传感器
3.9 EGR位置传感器
电位计式，3个接线端子，分别接5V电源线、信号线、搭铁线。 GW2.8TC型柴油机上装有EGR位置传感器，但是不知何故，并没有导线与ECU相连接，实际上是无效的。由于无EGR阀开度位置信号反馈给ECU，所以，无法实现废气再循环的闭环控制。
第4章 柴油机其他电控系统
4.1 废气在循环系统（EGR）
柴油机与汽油机一样也有大量的废气生成，废气在循环就是通过回引部分废气与新鲜空气共同参与燃烧反应，利用废气中含有大量的惰性气体（CO2、N2、H2O）具有较高的比热容这一特性来降低NOX的生成。
EGR阀及真空执行器安装在进气歧管上，用EGR阀通气管将EGR阀和进、排气歧管接通。排气歧管中的废气通过EGR阀进入进气歧管，再进入气缸，实现废气再循环。这种使废气重新进入燃烧室并与新鲜空气一起再次燃烧的方法，是一种有效降低排气中所含NOx的措施。
再循环废气由于具有惰性，燃烧速度将会放慢，从而导致燃烧室中火焰温度降低，从而使NOx的生成量减少。
废气再循环中引入的废气量必须适当。若引入的废气量过少，对降低NOx生成量的效果不明显；若引入废气量过多，不仅混合气着火
性能变差，发动机的输出功率下降，而且还会使发动机的排放性能恶化。对于废气再循环过程引入的废气量，常用EGR率来表示，EGR率的定义如下：
EGR率=EGR气体流量/（进入汽缸的空气量+ EGR气体流量）×100% 一般的废气再循环EGR率控制在30%以内，同时为减少再循环废气对发动机进气量的影响，有的装有EGR冷却器 ，采用了水冷却的方式。
EGR率与发动机的转速、进气量等参数的对应关系经计算、试验确定后，将数据存入到发动机ECU中。发动机工作时，发动机控制模块根据各种传感器送来的信号，并经过与其内部数据对照和计算修正，输出适当的指令，控制真空调节器来控制EGR阀的开度，以调节废气再循环的EGR率 。
ECU根据空气流量传感器、曲轴位置传感器、冷却液温度传感器等信号给废气再循环EGR电磁阀提供不同占空比控制信号，使EGR电磁阀具有不同的打开、关闭频率，从而得到控制EGR阀不同开度时所
需的各种真空度，从而获得适合发动机工况的不同的EGR率。脉冲电压信号的占空比越大，电磁阀打开时间越长，则真空度越大，EGR阀开度越大，EGR率越大；反之，脉冲电压信号的占空比越小，EGR率越小，当小至某一值时，EGR控制阀关闭，废气再循环系统停止工作。
4.2 可变截面增压器（VGT)
柴油机功率的大小，与发动机的进气量有很大的关系，在发动机配置不变的前提下，提高了进气量，才能增大喷油量，从而提高发动机的功率。
在普通的废气涡轮增压器中，涡轮机转子叶片与壳体之间的截面积是固定不变的，在废气冲击下其转速与发动的转速有关。当发动机低转速工作时，废气的动能小，涡轮机的转子转速较低，同轴带动压气机的充气量相对较少，增压后的进气压力较低；而发动机高速旋转时，废气的动能大，同轴带动压气机的充气量相对较多，增压后的进气压力高。这种充气量的差异，限制了发动机中低时速功率的提高。可变截面废气涡轮增压器（VGT--Variable Geometry Turbocharger）正是针对此改进设计的。
VGT可变截面涡轮增压技术是在普通的废气涡轮增压器的基础上，在涡轮侧增加了涡轮转动叶片及调整机构，ECU通过控制VGT电磁阀、膜盒式真空执行器来控制转动叶片的角度。当发动机处于低速运转时，废气的动能较小，膜盒式真空执行器使活动叶片组处于关闭位置，叶片间通道通道截面变小，废气进入涡轮机的速度加大，涡轮机的转速提高，同轴带动压气机使充气量较普通的增压器增多；在高
速时让活动叶片组逐步打开，最终至全开位置，使涡轮机转速限制在规定之范围内。如此，可实现发动机在任何的转速下，维持所需要的增压值，消除了传统涡轮增压器低转速时的
在涡轮机转子一侧的圆形固定盘上，装有转动叶片组，它的几何位置由ECU通过控制VGT电磁阀、膜盒式真空执行器来控制。如图4-2b所示，当发动机处于中低速时，废气的动能较小，膜盒式真空执行器使活动叶片组处于最大关闭位置，叶片间
通道截面变小，因此废气进入涡轮机的速度加大，从而使涡轮机的转速提高，同轴带动压气机使充气量较普通的增压器增多。
当发动机高速旋转时，废气动能增加，气膜盒式真空执行器推动活动叶片组逐步打开，最终至全开位置，叶片间通道截面增大，导致废气进入涡
涡轮机转速
机使进气量
图4-2a所示。
轮机速度减慢，从而使降低，同轴带动的压气维持在合适的范围内，如
图4-1 VGT涡轮侧结构示意图
1.传动拉杆 2.摇臂 3.传动销轴 4.转动叶片组 5.固定盘 6.转动盘 A-接膜盒式真空
执行器
A
高速工况 b中、低速工况
图4-2 VGT叶片组角度变化示意图
不带VGT的D4EA柴油机（有旁通阀式涡轮增压器）的最大输出
功率为83KW，最大输出扭矩为255N.m，而带VGT的D4EA柴油机（与前者比较，其它方面几乎相同）的最大输出功率增加了9 KW ，达到92KW，最大输出扭矩达285N.m，增加了30 N.M。由此可见，VGT系统明显提高了发动机的动力性。
柴油机电控喷射系统故障诊断
故障诊断是柴油机电控单元的一个重要组成部分，是柴油机电控系统投入产品化的可靠性与安全性的重要保障。目前各种柴油机电控喷油系统均具有故障诊断系统。故障诊断通常由控制软件完成，一般在仪表板上设故障指示灯，并可以输出故障代码。电控喷油系统一般在故障诊断的同时提供支撑功能。诊断监测柴油机运行状况，采集其运行参数以确定柴油机电控系统是否发生故障，如果发生故障，则利用故障处理策略使发动机能继续运行下去。果没有故障自诊断，电控系统一旦发生故障而又无法诊断出故障并加以相应的处理，则此时柴油机的运行必偏离正常运行状况，造成排放恶化，经济性、动力性下降，甚至根本不能运行。 （1）实时检测输入信号，包括传感器信号、操作人员控制开关信号等，根据工作状态判断信号是否有效。
（2）实时检测输出信号及执行器的工作状态。（3）记录故障信号的故障代码，以及故障发生前后信号随时间变化的特征采样值。
（4）使控制软件在故障发生时执行安全保护模式下的控制子程序。
（5）接收故障诊断仪与维修人员的通讯控制，能够向故障诊断仪发送故障信号及系统信息，并能在故障指示灯上显示故障代码。当ECU中微处理器出现故障时，接通备用集成电路，用固定信号控制发动机进入强制运转。 注意：备用系统只能维持基本功能，而不能保证正常的运行性能。
参考文献
1 徐家龙主编 柴油机电控喷有技术M.北京：人名交通出版社2004
2 王尚青主编 柴油机电子控制技术M.北京:机械工业出版社 2005
3 庄继德主编 汽车电子控制系统工程M.北京：北京理工大学出版社2004
4 赵雨旸主编 柴油发动机M.北京：化学工业出版社 2006 5 齐志鹏主编 汽车传感器和执行器的原理与检修M.北京：人民邮电出版社2002
西安科技大学继续教育学院
毕 业 论 文(设计)
汽车柴油发动机电控技术
专业名称:汽车运用与维修
班 级:09高汽一班
姓 名:任 宝
指导老师:陈小红
评阅老师:
2011年09月
目录 摘要
汽车柴油发动机电控技术
摘要
21世纪是绿色柴油机的时代，传统的燃油系统已经不能适应柴油机技术发展的需要，机械技术与电子技术的结合使得汽车技术发生了一系列深刻的变化。柴油机电控系统，是必然之选。到目前为止，世界上许多发达国家已经研究并生产了很多功能各异的柴油机电控系统。柴油机电子控制的内容已由当初的燃油喷射系统单一控制，逐步发展到了各个系统控制，如可变气门驱动系统、可变进气涡轮控制系统以及废气再循环等。21世纪柴油机电子控制系统将进入发展的鼎盛时期。目前我国生产的宝来、奥迪轿车以及长城哈弗、华泰圣达菲等一些SUV都已采用了柴油机电控技术，其中很多技术处于世界先进水平，如高压共轨喷射技术、泵喷嘴技术等。本篇突出了柴油机电控部分的构原理和目前先进的柴油机电控技术。
关键词：绿色、环保、鼎盛
第1章 概述
1.1 电控柴油机发展情况
采用电子控制技术是当前柴油机技术发展的重要方向之一。早在20世纪70年代，世界上许多技术发达国家就已竞相开发柴油机电子控制技术。到目前为止，已研制出了许多功能各异的柴油机电子控制技术，其中大部分已经投放市场，取得了显著的经济效益。与此同时，也有利的推动了柴油机电子控制技术的进一步发展。
柴油机电子控制系统的发展主要经历了电控直列喷油泵、电控分配泵、电控泵喷嘴和共轨燃油系统几个阶段。
20世纪90年代共轨燃油系统出现，问世不久，已显示了它巨大的优越性。
1.2 电控柴油共轨系统的主要特点
1 改善柴油机的经济性
由于柴油机具有优异的节油特性，行驶成本远远低于汽油轿车。在原油价格不断上涨的情况下，它的经济性无论是对社会还是个人，都显示出巨大的价值。
2 提高控制精度
控制系统的控制精度越高，被控对象的功能指标就越容易接近最优值。计算机控制的精度主要体现在三个方面：输入信号的高保真、信号均以数字形式传输，只要计算机的位数够高，就能保证足够的精度、高分辨率的输出信号。
3 控制策略灵活
柴油机电控燃油喷射系统的类型
1. 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。 系统技术特征与系统特点: （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,故相对其它电控燃油喷射系统,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。
2. 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。
3. 共轨系统
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。系统技术特征 （1）不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理，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。
对于不同的柴油机，其控制策略往往不同，当需要改进或与其他机型匹配时，传统的办法是改变机械控制系统，周期长成本高。计算机控制系统需要改变的仅仅是EPROM中的软件程序。有些情况下，甚至不需要变更便能用于不同的柴油机。
4 电子控制
整个系统有传感器、电控单元和执行器三大部分组成。最明显的特点是柴油电控喷射系统的多样化，具有高压、高频、脉动等特点喷射压力高达60-150MPa，甚至200MPa。
第2章电控柴油机喷油系统
2.1 柴油机电控喷油系统的组成
柴油机电控系统由传感器、执行器和电控单元组成。传感器检测出发动机或喷油泵的运行状态，ECU根据个传感器信息，控制发动机的最佳喷油量、最佳喷油时间，执行器根据计算机的指令，准确的控制喷油量和喷油时间。
2.2 电控燃油共轨系统的组成
电控高压共轨燃油系统可分成两大部分：电控系统和燃油供给系统。
1 电控系统
电控系统可分为三大部分：传感器、执行器和ECU。ECU是电控燃油共轨的核心部分。根据各个传感器的信息，发动机电控单元计算出最佳喷油时间和最佳和最合适的喷油量，并计算出什么时刻、多长时间的范围内向喷油器发出开启电磁阀或关闭电磁阀的指令，从而精确控制发动机的工作过程。
图2-1 柴油机电控高压共轨系统管路布置
1.高压油泵 2.燃油滤清器 3.电动燃油泵 4.回油3通接头 5.燃油压力调节阀
6.共轨 7.共轨压力调节器 8.喷油器 9.电控单元
2 燃料供给系统
燃料供给系统的组成部分如图2-1所示。燃油供给系的主要构成是供油泵、共轨和喷油器。
燃油供给系的基本工作原理是：供油泵将燃油加压成高压，供入共轨内。共轨实际是一种燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机气缸内。
2.3 喷油器
2.3.1 博世公司电控喷油器
1 博世公司电控喷油器结构如图
a b
图2-2 博世喷油器的结构及工作原理
1.球阀 2.电枢轴 3.高压燃油连接管 4.线圈 5.回位弹簧 6.回油管 7.针阀控制活塞
8.承压腔 9.喷油嘴 10.针阀 11.进油口 12.泄油孔13.针阀控制腔
喷油器主要由控制柱塞、喷油嘴针阀和电磁阀等组成。燃油从高压接头经进油通道送往喷油嘴，经进油节流孔送人控制室。控制室通过由电磁阀打开的回油节流孔与回油孔连接。回油节流孔在关闭时，作用在控制活塞上的液压力大于作用在喷油嘴针阀承压面上的力，因此喷油嘴针阀被压在座面上，燃油没有进入燃烧室。
电磁阀动作时，打开回油节流孔，控制室内的压力下降，当作用在控制活塞上的液压力低于作用在针阀承压面上的作用力时，针阀立即开启，开始喷油。由于电磁阀不能直接产生迅速关闭针阀的所需的力，因此，经过一个液压力放大系统实现针阀的这种间接控制。
在发动机和油泵工作时，喷油器的工作可分为四个工作状态：
1）喷油器关闭，以存有的高压。
2）喷油器打开，开始喷油。
3）喷油器完全打开。
4）喷油器关闭。
2 喷油器的工作原理
1）喷油器关闭如图2-2 a所示。电磁阀在静止状态不受控制，
因此是关闭的。回油节流孔关闭时，电枢的钢球通过弹簧压在回油节
流孔的座面上。控制室内建立公共的高压，同样的压力也存在与喷油
嘴的内腔容积中。共轨压力在控制柱塞端面上施加的力及喷油器调压
弹簧的力大于作用在针阀承压面上的夜压力，针阀处于关闭状态。
2）喷油器开启（喷油开始）如图2-2 b所示。当电磁阀通电后，
在吸动电流的作用下迅速开启当电磁铁的作用力大于弹簧作用力时，
回油节流孔开启，在极短的时间内，升高的吸动电流成为较小的电磁
阀保持电流。随着回油节流孔的打开，燃油从控制室流入上面的空腔，
并经回油通道回到油箱控制室的压力下降，于是控制室的压力小于喷
油嘴内腔容积的压力。控制室中减小了的作用力引起作用在控制柱塞
上的作用力减小，从而针阀开启，开始喷油。
针阀开启速度决定于进、回油节流孔之间的流量差。控制柱塞达
到上限位置，并定位在进、回油节流孔之间。此时，喷油嘴完全打开，
燃油一近乎共轨压力喷入燃烧室。
3) 喷油器关闭（喷油结束）。如果不控制电磁阀，电枢在弹簧的
作用力下向下压，关闭回油节流孔。
电枢设计成两部分组合式，电枢板经一拨杆向下引动。但它可用
复位弹簧向下回弹，从而没有向下的力作用在电枢和钢球上。回油节
流孔关闭，进油节流孔进的油使控制室中建立起与共轨中相同的压
力。这种升高了的压力使作用在控制柱塞上端的压力增加。这个来自
控制室的作用力和弹簧力超过了针阀下方的液压力，于是针阀关闭。
2.3.2 电装公司的喷油器
1 电控喷油器的结构
电装公司电控喷油器主要由喷油嘴、调压弹簧、控制喷油率的量
孔、控制活塞和二通阀等组成。
电控喷油器中由电磁阀直接控制喷油始点、喷油间隔、喷油终点，
从而直接控制喷油量、喷油时间和喷油率。电控喷油器实际上完成了
传统喷油器装置中的喷油器、调速器和提前器的功能。与直喷柴油机
中的机械式喷油器相似，喷油器可用压板等安装在气缸盖内。设计良
好的电控喷油器和传统的的机械式喷油器结构相近。因此，共轨式喷
油器在直喷式柴油机中的安装不需要改变汽缸盖结构。
2 电控喷油器的工作原理
电装公司的喷油器分为三通阀结构和二通阀结构。最初采用的是
三通阀结构。在设计初期阶段，从理论上分析结构具有很多优越性，
但实际试验和使用过程中发现，该三通阀结构并不如想象的好，因为
燃油泄漏量较大。但是，燃油从何处泄漏，如何减少燃油泄漏又没有
有效措施。因此，使用不久就废止了。改用了二通阀结构。工作原理如
图2-3所示。
图2-3 电装喷油器工作原理
当二通阀开启时，控制腔内的高压燃油经量孔2流入低压腔中，
控制腔中的燃油压力降低，但是，喷油嘴压力室中的燃油压力仍然很
高。压力室中的高压使针阀开启，向汽缸内喷射燃油。当二通阀关闭
不同电时，通过量孔1，控制腔中的燃油压力升高，使针阀下降，喷
油结束。这里有一个重要条件：量孔2的直径必须小于其左下方量孔
1的直径。否则不能进行上述工作。
二通阀的通电时刻确定了喷油始点，二通阀的通电时间长短确定
喷油量。这些基本参数都是电子脉冲控制的。通过控制喷油控制腔内
的压力来控制喷油的开始和喷油的终了。量孔大小既控制喷油嘴针阀
的开启速度，也控制喷油率形状。
2.3.3 压电晶体式喷油器
与电磁阀相比，压电执行器具有：没有滞后时间，切换十分迅速
而且精确，可重现性非常好，没有因设计造成的以气隙之类的形式出
现的偏差，寿命长，工作非常稳定等优点。压电式喷油器推出之后，
立即受到个大公司的推崇。如图
2-4
汽车对共轨系统压电晶体基本要
求如下：环 境温度在-40℃-
+150℃；高强度；大约100-200V的低
压；压电晶体作用升程为其厚度的
1/1000；开关迅速，全升程动作时间
约30μS。
1 结构
喷油器的主要组成包括：带弹簧
的多空喷油嘴，控制活塞，进出油节流孔，二位二通阀，压电晶体部
件。用于喷油器的压电晶体的结构采用多层技术。多层压电执行器由
陶瓷层烧制而成，层与层之间有电极，生产技术与多层电容器相似。
图2-4压电式喷油器的结构
2 工作原理
在中低速范围内，喷射的机动灵活性特别重要，最理想的情况式，
在2500转/分一下的转速范围每个工作循环喷射达5次，在中等转速
范围内每个工作循环喷射2-3次，在标定转速每个工作循环喷射1次。
压电式执行原件像一个在点压下立即就能充电的电容器，其关键
原件式陶瓷压电薄膜，它在加上电压以后的0.1ms以内就会发生晶体
晶格的畸变。为了使执行器达到足够的位移，必须将许多层陶瓷薄膜
烧结成一块长方六面体。喷油器内30mm长的执行器由300多层薄膜
组成，每层的厚度只有80μm。压电原件加上电压后会膨胀大约
40
μm，通过杠杆比为1：1.5的杠杆，使得控制腔回油道中的阀开启。
于是，控制阀内的压力下降，喷油嘴针阀开启。
2.4 油泵
2.4.1 低压油泵
低压油泵可以是带有前置过滤器的电动燃油泵，也可以是齿轮式
燃油泵。泵从油箱抽取燃油，然后不但地向高压泵输送定量的燃油。
2.4.2 高压油泵
高压油泵将燃油增至最高1350bar的系统压力。加压燃油然后经
过高压管路并进入管状的共轨内。圣达菲车D4EA发动机的高压油泵
安装在气缸盖的后端面上，由凸轮轴驱动。如图2-5所示。
图2-5 高压油泵横剖面图
A-进油孔（接燃油滤清器） B-出油孔（接共轨）
1.驱动轴 2.偏心凸轮 3.带泵油柱塞的分泵 4.进油阀 5.出油阀
通过一个带有油水分离器的燃油滤清器，低压油泵从油箱抽取燃
油，进入高压泵。燃油是由高压油泵内3个相互呈120°径向布置的
柱塞压缩的，带偏心凸轮的驱动轴，根据凸轮形状相位的变化而将泵
柱塞推上或压下。当柱塞达到下止点后而上行时，则进油阀被关闭，
柱塞腔内的燃油被压缩，只要达到共轨压力就立即打开出油阀，被压
缩的燃油进入高压回路，到上止点前，柱塞一直泵送燃油（供油行程），
达到上止点后，压力下降，出油阀关闭；柱塞向下运动时，由于容积
的增大，剩下的燃油降压，直到柱塞腔中的压力低于低压油泵的供油
压力时，进油阀再次被打开，重复进入下一工作循环。
第3章 柴油机电控系统中的传感器
传感器是柴油机实现电控的关键技术之一，它的作用是进行信号
变换，把被测的非电量信号转换成电信号，输入到电控单元，用于在
整个工作范围内控制最优燃油喷射量、喷射时间，以减少废气排放并
提高发动机功率和经济性。
目前柴油机电控系统应用了很多各种不同类型、不同功能的传感
器，如曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、加速踏板位置传感器、
冷却液温度传感器、共轨压力传感器、空气流量计等。本文结合长城
哈弗GW2.8TC型柴油机加以描述各个传感器的工作原理。
3.1 曲轴位置传感器（CKPS：Crankshaft Point Sensor）
GW2.8TC型柴油机的曲轴位置传感器安装在飞轮壳上，曲轴位置
传感器为电磁感应式，由57个短齿槽和1个长齿槽的信号轮和传感
器组成。如图3-1所示，信号轮安装在飞轮起动用齿圈的后方，它有
57个短齿槽（齿间角度为6°）、1个长齿槽（齿间角度为18°）。当
发动机工作时，曲轴每转过一圈，曲轴位置传感器的电磁感应线圈会
输出57个规则的交流脉冲电压信号和一个畸变的交变电压。如图3-2
所示。
图3-1 信号轮的长、短齿槽 图3-2 曲轴位置传感器输出的波形
ECU根据曲轴位置传感器输入的信号，计算曲轴的转速以及确定
一缸上止点的位置。
3.2 凸轮轴位置传感器（CMPS：Camshaft Point Sensor ）
GW2.8TC型柴油机的凸轮轴位于缸体上（下置式），凸轮轴位置
传感器安装在正时齿轮室盖的前端。
凸轮轴位置传感器利用霍尔效应原理，感应凸轮轴正时齿轮上
感应铁（导磁性材料制成）的位置，以此判定一缸压缩上止点。该传
感器由永久磁铁和霍尔元件组成，当发动机运转时，感应铁与传感器
的位置发生相对运动，这种变化会引起磁场变化，由于磁场变化，传
感器的输出电压也会发生变化，输出方波电压信号，ECU根据此信号
的变化来判定凸轮轴的实际运行位置。如图3-3所示。
图3-3 凸轮轴位置传感器输出的波形
3.3 共轨压力传感器（CRPS：Common Rail Pressure Sensor）
共轨压力传感器安装在共轨上。如图3-4所示，
共轨压力传感器
由：焊接在压力装置上的集成的传感器部件、装有电子检测回路的印
刷电路板、装有电子插入式连线的传感器外壳等组成。
燃油通过共轨上的一个小孔流向共轨压力传感器，有压力的燃油
通过一个盲孔到达传感器膜片。一个将压力信号转换为电信号的传感
器部件（半导体装置）别安装在此膜片上，传感器产生的信号被输入
一个用于放大拾取信号并将它送
入ECU的检测回路。
(a) CRPS结构示意图 (b) CRPS内部电路图
图3-4 共轨压力传感器结构示意图及内部电路图
共轨压力传感器的工作过程如下：当膜片形状变化时，连接于膜
片的电阻值也将改变。系统压力的建立，导致膜片形状变化，改变的
电阻值将引起通过5V电桥的电压变化。电压变化范围为0～70mv(依
赖于应用压力)，并且被放大电路增幅至0.5～4.5V。
通过设置共轨压力传感器，可以实现对燃油压力的闭环控制。ECU
根据发动机当前工况下相关传感器输入的信号，计算出的理论所需要
的轨压，通过调节进油计量比例阀的开度来实现轨压控制，并依靠共
轨压力传感器检测当前实际轨压，将其与理论轨压进行对比修正，实
现闭环控制。
3.4 水温温度传感器（CTS：Coolant Temperature Sensor）
水温传感器安装于节温器下壳体处。水温传感器由NTC（负温度
系数）热敏电阻构成，冷却液温度的变化引起电阻值的变化，当水温
越低电阻值越大，水温越高电阻值越小，ECU依据接收到的电压值来
计算出当前的水温。
3.5 加速踏板位置传感器（APPS：Accelerate Point Sensor）
加速踏板位置传感器的安装位于加速踏板轴上。电位计型加速踏
板位置传感器以分压电路原理工作，ECU供给传感器电路5V电压。电
子油门踏板通过转轴与传感器内部的滑动变阻器的电刷连接，加速踏
板位置传感器的位置改变时，电刷与接地端的电压发生改变，ECU将
该电压转变成加速踏板的位置信号。加速踏板位置传感器同时输出两
组信号给ECU，保证输出信号的可靠性。
3.6 空气流量计（MAF：Mass Air Flow Sensor）
GW2.8TC型柴油机的进气流量计为HFM6型热膜式，可同时输出空
气流量及温度信号，其工作原理与电控汽油机的完全相同。
空气流量计的简单工作原理：为了获得空气流量，传感器元件上
的传感器膜片（发热金属铂丝固定在薄树脂上构成）被中间安装的加
热电阻加热，膜片上的温度分配被与加热电阻平行安装的2个温度电
阻测量；通过传感器的气流改变了膜片上的温度分配，从而使得两个
温度电阻的电阻值产生差异，由此对ECU输出一个变化的电压信号；
在传感器内部安装有进气温度传感器，用以测量进气温度。
3.7 大气压力传感器（APS：Air Pressure Sensor）
大气压力传感器位于ECU内，其允许的测量误差为±3 kPa，在
海平面上大气压力设定值为100 kPa，相应的大气压力传感器的信号
电压为4 V左右。
3.8 燃油含水率传感器
如图3-5所示，燃油含水率传感器安装在油水分离器下方，当燃油中的水分在油水分离器内到达传感器两电极的高度时，利用水的可导电性将两电极短路，此时水位报警灯点亮，提示驾驶员放水。其工作原理如图3-6所示。
图3-5 燃油含水率传感器的安装位置 图3-6 燃油含水率传感器
3.9 EGR位置传感器
电位计式，3个接线端子，分别接5V电源线、信号线、搭铁线。 GW2.8TC型柴油机上装有EGR位置传感器，但是不知何故，并没有导线与ECU相连接，实际上是无效的。由于无EGR阀开度位置信号反馈给ECU，所以，无法实现废气再循环的闭环控制。
第4章 柴油机其他电控系统
4.1 废气在循环系统（EGR）
柴油机与汽油机一样也有大量的废气生成，废气在循环就是通过回引部分废气与新鲜空气共同参与燃烧反应，利用废气中含有大量的惰性气体（CO2、N2、H2O）具有较高的比热容这一特性来降低NOX的生成。
EGR阀及真空执行器安装在进气歧管上，用EGR阀通气管将EGR阀和进、排气歧管接通。排气歧管中的废气通过EGR阀进入进气歧管，再进入气缸，实现废气再循环。这种使废气重新进入燃烧室并与新鲜空气一起再次燃烧的方法，是一种有效降低排气中所含NOx的措施。
再循环废气由于具有惰性，燃烧速度将会放慢，从而导致燃烧室中火焰温度降低，从而使NOx的生成量减少。
废气再循环中引入的废气量必须适当。若引入的废气量过少，对降低NOx生成量的效果不明显；若引入废气量过多，不仅混合气着火
性能变差，发动机的输出功率下降，而且还会使发动机的排放性能恶化。对于废气再循环过程引入的废气量，常用EGR率来表示，EGR率的定义如下：
EGR率=EGR气体流量/（进入汽缸的空气量+ EGR气体流量）×100% 一般的废气再循环EGR率控制在30%以内，同时为减少再循环废气对发动机进气量的影响，有的装有EGR冷却器 ，采用了水冷却的方式。
EGR率与发动机的转速、进气量等参数的对应关系经计算、试验确定后，将数据存入到发动机ECU中。发动机工作时，发动机控制模块根据各种传感器送来的信号，并经过与其内部数据对照和计算修正，输出适当的指令，控制真空调节器来控制EGR阀的开度，以调节废气再循环的EGR率 。
ECU根据空气流量传感器、曲轴位置传感器、冷却液温度传感器等信号给废气再循环EGR电磁阀提供不同占空比控制信号，使EGR电磁阀具有不同的打开、关闭频率，从而得到控制EGR阀不同开度时所
需的各种真空度，从而获得适合发动机工况的不同的EGR率。脉冲电压信号的占空比越大，电磁阀打开时间越长，则真空度越大，EGR阀开度越大，EGR率越大；反之，脉冲电压信号的占空比越小，EGR率越小，当小至某一值时，EGR控制阀关闭，废气再循环系统停止工作。
4.2 可变截面增压器（VGT)
柴油机功率的大小，与发动机的进气量有很大的关系，在发动机配置不变的前提下，提高了进气量，才能增大喷油量，从而提高发动机的功率。
在普通的废气涡轮增压器中，涡轮机转子叶片与壳体之间的截面积是固定不变的，在废气冲击下其转速与发动的转速有关。当发动机低转速工作时，废气的动能小，涡轮机的转子转速较低，同轴带动压气机的充气量相对较少，增压后的进气压力较低；而发动机高速旋转时，废气的动能大，同轴带动压气机的充气量相对较多，增压后的进气压力高。这种充气量的差异，限制了发动机中低时速功率的提高。可变截面废气涡轮增压器（VGT--Variable Geometry Turbocharger）正是针对此改进设计的。
VGT可变截面涡轮增压技术是在普通的废气涡轮增压器的基础上，在涡轮侧增加了涡轮转动叶片及调整机构，ECU通过控制VGT电磁阀、膜盒式真空执行器来控制转动叶片的角度。当发动机处于低速运转时，废气的动能较小，膜盒式真空执行器使活动叶片组处于关闭位置，叶片间通道通道截面变小，废气进入涡轮机的速度加大，涡轮机的转速提高，同轴带动压气机使充气量较普通的增压器增多；在高
速时让活动叶片组逐步打开，最终至全开位置，使涡轮机转速限制在规定之范围内。如此，可实现发动机在任何的转速下，维持所需要的增压值，消除了传统涡轮增压器低转速时的
在涡轮机转子一侧的圆形固定盘上，装有转动叶片组，它的几何位置由ECU通过控制VGT电磁阀、膜盒式真空执行器来控制。如图4-2b所示，当发动机处于中低速时，废气的动能较小，膜盒式真空执行器使活动叶片组处于最大关闭位置，叶片间
通道截面变小，因此废气进入涡轮机的速度加大，从而使涡轮机的转速提高，同轴带动压气机使充气量较普通的增压器增多。
当发动机高速旋转时，废气动能增加，气膜盒式真空执行器推动活动叶片组逐步打开，最终至全开位置，叶片间通道截面增大，导致废气进入涡
涡轮机转速
机使进气量
图4-2a所示。
轮机速度减慢，从而使降低，同轴带动的压气维持在合适的范围内，如
图4-1 VGT涡轮侧结构示意图
1.传动拉杆 2.摇臂 3.传动销轴 4.转动叶片组 5.固定盘 6.转动盘 A-接膜盒式真空
执行器
A
高速工况 b中、低速工况
图4-2 VGT叶片组角度变化示意图
不带VGT的D4EA柴油机（有旁通阀式涡轮增压器）的最大输出
功率为83KW，最大输出扭矩为255N.m，而带VGT的D4EA柴油机（与前者比较，其它方面几乎相同）的最大输出功率增加了9 KW ，达到92KW，最大输出扭矩达285N.m，增加了30 N.M。由此可见，VGT系统明显提高了发动机的动力性。
柴油机电控喷射系统故障诊断
故障诊断是柴油机电控单元的一个重要组成部分，是柴油机电控系统投入产品化的可靠性与安全性的重要保障。目前各种柴油机电控喷油系统均具有故障诊断系统。故障诊断通常由控制软件完成，一般在仪表板上设故障指示灯，并可以输出故障代码。电控喷油系统一般在故障诊断的同时提供支撑功能。诊断监测柴油机运行状况，采集其运行参数以确定柴油机电控系统是否发生故障，如果发生故障，则利用故障处理策略使发动机能继续运行下去。果没有故障自诊断，电控系统一旦发生故障而又无法诊断出故障并加以相应的处理，则此时柴油机的运行必偏离正常运行状况，造成排放恶化，经济性、动力性下降，甚至根本不能运行。 （1）实时检测输入信号，包括传感器信号、操作人员控制开关信号等，根据工作状态判断信号是否有效。
（2）实时检测输出信号及执行器的工作状态。（3）记录故障信号的故障代码，以及故障发生前后信号随时间变化的特征采样值。
（4）使控制软件在故障发生时执行安全保护模式下的控制子程序。
（5）接收故障诊断仪与维修人员的通讯控制，能够向故障诊断仪发送故障信号及系统信息，并能在故障指示灯上显示故障代码。当ECU中微处理器出现故障时，接通备用集成电路，用固定信号控制发动机进入强制运转。 注意：备用系统只能维持基本功能，而不能保证正常的运行性能。
参考文献
1 徐家龙主编 柴油机电控喷有技术M.北京：人名交通出版社2004
2 王尚青主编 柴油机电子控制技术M.北京:机械工业出版社 2005
3 庄继德主编 汽车电子控制系统工程M.北京：北京理工大学出版社2004
4 赵雨旸主编 柴油发动机M.北京：化学工业出版社 2006 5 齐志鹏主编 汽车传感器和执行器的原理与检修M.北京：人民邮电出版社2002