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零件裝配與結(jié)構(gòu)組成 |
電噴柴油發(fā)動機燃油系統(tǒng)的組成圖解 |
電噴柴油發(fā)動機是采用電子控制裝置取代傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)來控制發(fā)動機的供油過程，相當(dāng)于是一個一體化的柴油機管理和控制系統(tǒng)。例如通過各種傳感器將發(fā)動機的溫度、空燃比.油門狀況、發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷、曲軸位置、運行狀況等信號輸入電子控制裝置。其結(jié)構(gòu)主要由輸入傳感器，對輸入信號進行分析的電子控制模塊（ECM）和按照ECM輸出信號動作的執(zhí)行器（如電控單體式噴油器）組成。
1、電子控制模塊（ECM）
ECM是電控系統(tǒng)的大腦，它不斷地接收來自柴油機各個傳感器發(fā)送的電壓信號并進行處理，決定向EUI（Electronic Unit Injector，電控單體式噴油器）或HEUI（Hydraulic Electronic Unit Injector，液壓驅(qū)動電控制單體式噴油器）輸出可調(diào)脈寬的控制信號，噴油器電磁鐵的激勵時間越長，噴油器噴入越多的燃燒室內(nèi)的燃油量。
ECM 由微處理器、存儲器和按照要求控制執(zhí)行器的驅(qū)動電路組成。它將各傳感器及開關(guān)的數(shù)據(jù)和信息接收并處理，比較各傳感器返回的電壓與ECM程序數(shù)據(jù)庫中所存儲的各開關(guān)及傳感器的特定數(shù)據(jù)（假設(shè)傳感器產(chǎn)生的是模擬信號，這些信號必須先通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成ECM能夠識別的數(shù)字信號），繼而發(fā)出指令，調(diào)整供油量及噴油時間處于最佳，使柴油機在最佳狀態(tài)運行。
微處理器由數(shù)千個元件組成，它們包括許多邏輯門和一個對傳感器及開關(guān)輸入數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除運算邏輯器。通過對存儲在計算機中的各種數(shù)據(jù)進行查閱，確定因負載引起的柴油機轉(zhuǎn)速變化、進氣壓力、機油壓力及溫度、冷卻液溫度等輸入信號變化時的響應(yīng)。根據(jù)噴油器的反饋信號決定下一個噴油器在何時開啟噴油和噴油持續(xù)時間，判定噴油器電磁閥是否存在故障。
儲存器的基本類型如圖1所示。
ROM（Read Only Memory，只讀存儲器）、RAM（Ran-dom Access Memory，隨機存儲器）、PROM芯片都與MP（microprocessor，微處理器）相連。
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圖1 柴油發(fā)電機ECM模塊的基本組成 |
○ RAM和PROM可被 MP讀入或讀出，而ROM只能被讀出。制造廠商用ROM芯片儲存柴油機的轉(zhuǎn)速、功率設(shè)定、柴油機保護等工作數(shù)據(jù)和信息，一旦被存儲這些數(shù)據(jù)就不能更改了。
○ PROM（Programmable Read Only Memory，可編程只讀存儲器）芯片也是硬線式結(jié)構(gòu)，固定的工作數(shù)據(jù)在制造廠裝配線上通過數(shù)據(jù)程序?qū)懭肫渲?，除了更換芯片，數(shù)據(jù)一旦被寫入，也不能被更改。
○ EPROM (Electrically Programmable Read-Only-Memory，電可擦只讀存儲器），能在制造廠的裝配線上最后被編程。EEPROM或E2PPROM芯片是電可擦可編程只讀儲存器，可以利用便攜式計算機及調(diào)制解調(diào)器在使用現(xiàn)場通過網(wǎng)絡(luò)連接在制造廠的主計算機上，對其更改和重新編程。當(dāng)對ECM重新編程時，該類儲存器的存儲內(nèi)容被系統(tǒng)擦除，由程序?qū)⒏潞蟮挠脩粜?zhǔn)參數(shù)寫入到ECM中。
○ 隨機存儲器（RAM）的就像工作記錄本，在傳感器信號改變時能夠不斷地被擦除和被更新。
○ KAM（Keep random memory，保存隨機存儲器） 用于更加持久的信息的保存，在電池電源斷開后這種存儲器的存儲內(nèi)容將會丟失，在KAM中診斷故障碼或故障碼被存儲。
○ ECM中的驅(qū)動電路一方面對噴油器電磁閥大電流開關(guān)或其他執(zhí)行機構(gòu)進行驅(qū)動，另一方面監(jiān)測電磁閥的電壓波形，對電磁閥是否關(guān)閉進行檢測。
2、傳感器
由于電噴系統(tǒng)的控制需要高精度，在柴油機配備了多個傳感器，主要包括凸輪軸角位移傳感器、曲軸角位移傳感器、進氣壓力溫度傳感器、大氣壓力溫度傳感器和噴油壓力傳感器等。噴油器的供油量和供油時間需要ECM控制模塊根據(jù)這些傳感器所測得的有關(guān)數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)。康明斯柴油機使用其中幾個傳感器的功能如下：
1）曲軸、凸輪軸角位移傳感器
在電控柴油機中，對曲軸和凸輪軸做角位移的測量是對運行進行控制的最基本手段，其測量的參數(shù)是對柴油機做各種控制的基本依據(jù)。ECM根據(jù)傳感器提供的脈沖信號解譯出曲軸、凸輪軸位置，據(jù)此數(shù)據(jù)優(yōu)化控制噴油器的噴油定時，使柴油在最佳狀態(tài)工作，降低柴油機排放。曲軸、凸輪軸角位移傳感器一般采用霍爾元件的居多，如圖2所示是曲軸、凸輪軸角位移傳感器的圖片。曲軸角位移傳感器的信號輪就是柴油機的飛輪，而凸輪軸角位移傳感器的信號輪一般設(shè)置在凸輪軸上，也有設(shè)置在燃油泵的凸輪軸上。
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圖2 柴油機電磁式曲軸位置傳感器 |
2）進氣壓力、溫度傳感器
進氣溫度傳感器一般與進氣壓力傳感器制成一體，裝在柴油機的進氣總管中間靠后的位置，對進氣管內(nèi)的空氣壓力和溫度感應(yīng)，使ECM控制供油量以防供油過多造成黑煙。進氣壓力傳感器一般采用半導(dǎo)體應(yīng)變片電橋技術(shù)制成，其輸出電壓與壓力呈線性關(guān)系（下同）；進氣溫度傳感器一般使用由環(huán)氧樹脂封裝的熱敏電阻（下同）。
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圖3 柴油機進氣壓力傳感器接線示意圖 |
3）大氣壓力、溫度傳感器
大氣壓力溫度傳感器確定柴油機所處的海拔根據(jù)該傳感器輸入的信號對噴油量進行調(diào)節(jié)，對柴油機在高海拔地區(qū)使用時的功率下降進行補償，改善在使用時出現(xiàn)的排黑煙現(xiàn)象。
4）噴油壓力傳感器
在高壓共軌的燃油系統(tǒng)中對燃油集合管內(nèi)的油壓感應(yīng)，由ECM控制供油量。
5）燃油溫度傳感器
某些電控燃油系統(tǒng)，燃油溫度會對每次供油量造成影響?？刂葡到y(tǒng)會根據(jù)溫度的改變量，適時、適量地改變供油控制。如當(dāng)燃油溫度升高、燃油黏度下降時，電控系統(tǒng)控制增加供油時間，從而使柴油機每次供油量不會因燃油溫度的變化而變化。
6）潤滑油壓力、溫度傳感器
與傳統(tǒng)的燃油供給系統(tǒng)的柴油機潤滑油壓力傳感器同樣起著相當(dāng)重要的作用，通過ECU控制實現(xiàn)實時保護；潤滑油溫度的高低可以通過冷卻液溫度來反映，比較簡單的電控柴油機系統(tǒng)只安裝冷卻液溫度傳感器，通過冷卻液溫度間接地判斷潤滑油的溫度。
7）冷卻液溫度傳感器
傳統(tǒng)的燃油供給系統(tǒng)的柴油機冷卻液溫度傳感器只是顯示其溫度狀態(tài)及高溫報警停機功能，在電控燃油系統(tǒng)柴油機中冷卻液溫度對于控制的影響有：
①供油提前角 冷卻液溫度與柴油機燃燒室溫度相關(guān)聯(lián)，而燃燒室的溫度對于噴入燃燒室油滴的氣化過程有影響，當(dāng)溫度較低時，油滴的氣化過程所需時間較長，需要較多的燃燒準(zhǔn)備時間，因此應(yīng)將供油提前角適當(dāng)提前；當(dāng)溫度較高時則相反。
②暖機狀態(tài) 當(dāng)柴油機啟動時，如果冷卻液溫度較低，則可認定是冷機啟動，自行執(zhí)行自動暖機過程。
③過載和故障保護 當(dāng)冷卻液溫度達到上限值時，ECU采取負載限制、停機或信號報警等。
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圖4 冷卻液溫度傳感器位置圖 |
3、執(zhí)行器
ECM接收傳感器傳來的信號，處理后發(fā)出指令給執(zhí)行器，由執(zhí)行器控制噴油器的噴油過程。執(zhí)行器具有兩個基本功能：接收ECM發(fā)出的控制信號和按指令精確地執(zhí)行動作。
電噴式柴油機執(zhí)行器的形式有兩種：第一種是電控單體式噴油器EUI（Electronic controlUnit Injectors，電控噴油器），第二種是電控高壓共軌燃油系統(tǒng)（DCR）。還有HEVI（Hydraulie drive Electric control）液壓驅(qū)動電控單體式噴油器和電控分配泵燃油系統(tǒng)。前二種方式在大中型柴油機中應(yīng)用廣泛，特別是在發(fā)電用柴油機中。
電子噴射柴油發(fā)電機的EUI電子噴射系統(tǒng)采用EUI電子控制單體噴油器。所有EUI噴油器都沒有機械供油調(diào)節(jié)架。發(fā)動機控制模塊根據(jù)各種傳感器輸入的信號控制噴油量和正時。產(chǎn)生高壓噴油的動力來自凸輪軸驅(qū)動的搖臂機構(gòu)。EIJI電子燃油噴射系統(tǒng)與通用電子燃油噴射系統(tǒng)相似，由發(fā)動機控制模塊(配備ADEMIII電子柴油發(fā)動機）、傳感器和噴油器組成。
燃料輸送泵從燃料箱中吸出燃料，通過初級和次級弗萊徹過濾器和手動油泵，到達公共油管，并通過油管均勻地分配給每個燃料噴射器。輸油泵為齒形泵，供油量遠大于所需噴油量。過量燃油冷卻和潤滑噴油器，并排出燃油系統(tǒng)中可能存在的空氣。燃油通過回油管流回油箱。
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