高压共轨燃油喷射电控系统原理解析

2023-09-23 理论教育版权反馈

【摘要】：采用共轨燃油喷射系统的柴油机，其电控系统分为3个分系统，控制原理框图如图4-26所示。图4-26 共轨柴油机电控系统控制原理框图以下重点讲述共轨柴油机电控系统所用的传感器。表4-3 共轨柴油机电控系统各传感器的功能（续）曲轴转速传感器①信号的产生。该交变电压的振幅随转速的上升而增大。而与此相反，在车辆运行时，由曲轴转速传感器产生的信号已足以确定柴油机的状态。RH和RK均置于进气通道中的取气管内。

采用共轨燃油喷射系统的柴油机，其电控系统分为3个分系统，控制原理框图如图4-26所示。

图4-26 共轨柴油机电控系统控制原理框图

以下重点讲述共轨柴油机电控系统所用的传感器。

共轨柴油机电控系统各传感器的功能见表4-3。

表4-3 共轨柴油机电控系统各传感器的功能

（续）

（1）曲轴转速传感器

①信号的产生。在机体上面对曲轴的部位装一个铁磁式传感器信号轮，轮上应该有60个齿，去除2个齿，留下的大齿隙相应于第一缸活塞上止点位置。曲轴转速传感器按齿序对传感器信号轮进行扫描。它由永久磁铁和含铜导线绕组的软铁心组成，如图4-27所示。

由于齿和齿隙交替地越过传感器，使其内部的磁流发生变化，感应出一个正弦交变电压。该交变电压的振幅随转速的上升而增大。从50r/min的最低转速起就有足够大的振幅。

图4-27 曲轴转速传感器

1—永久磁铁 2—传感器外壳 3—柴油机机体 4—软铁心 5—电磁线圈 6—传感器信号轮

②转速的计算。柴油机气缸的点火次序是互相错开的，曲轴旋转两圈（720°）后，第一缸又开始新的工作循环，着火间隔是均匀分布的。在4缸柴油机上，着火间隔为180°，也就是说，曲轴转速传感器在两次着火间隔之间扫描30个齿。由该扫描时间内的平均曲轴转数即可算出曲轴的转速。

（2）凸轮轴位置传感器凸轮轴控制进、排气门，它的转速为1/2曲轴转速，其位置确定了向上止点运动的活塞是处于压缩行程上止点还是排气行程上止点。在起动过程中，仅从曲轴位置信号是无法区分这两种上止点的。而与此相反，在车辆运行时，由曲轴转速传感器产生的信号已足以确定柴油机的状态。这就是说，若凸轮轴位置传感器在车辆运行过程中失效时，ECU仍然能够判别柴油机的状态。

凸轮轴位置传感器利用霍尔效应来确定凸轮轴的位置。在凸轮轴上设置一个铁磁材料制成的齿，它随同凸轮轴转动。当该齿经过凸轮轴位置传感器中流过电流的霍尔效应半导体薄片时，传感器的磁场将霍尔效应半导体薄片中的电子流向偏转到与电流方向垂直，从而短时内形成一个电压信号（霍尔电压），此信号告知ECU此时第一缸正好处于压缩行程上止点。

（3）气缸识别传感器对于HPO系统，气缸识别传感器安装在输油泵单元上。传感器单元为MRE（电磁电阻元件）型。对于MRE型，当脉冲通过传感器时，磁阻发生变化，而且通过传感器的电压发生变化。内部IC电路使电压的变化放大，并且输出到柴油机控制器。气缸识别脉冲的脉冲数量取决于安装传感器的车辆的规格。

（4）温度传感器温度传感器用在多个地方，用在冷却液回路中，即冷却液温度传感器（图4-28），用以从冷却液温度推知柴油机的温度；用在进气道中，可以测定吸入空气的温度；用在机油中，可以测定机油温度（可选装）；用在燃油回路中，可以测定燃油温度（可选装）。

温度传感器中有一个电阻值随温度而变化的负温度系数电阻，它是用5V供电的一个分压器电路的一部分，其电压是温度的尺度，经模-数转换器输入ECU。在ECU的微处理器中存有一条负温度系数电阻特性曲线，对任何一个电压都给出相应的温度。

（5）燃油压力传感器它的功用是测量燃油分配管中的实时压力，并将测量结果传输给ECU作为燃油分配管内油压的反馈控制信号。燃油压力传感器由膜片、求值电路板、电气插头和外壳等构成，如图4-29所示。燃油分配管内的燃油压力经燃油压力传递孔作用于由半导体压电敏感元件制成的膜片上，膜片因受压而变形，从而使膜片表面涂层的电阻值发生改变，并在电阻电桥中转换为电压信号，此电压信号经求值电路放大后传输给ECU。

图4-28 冷却液温度传感器

1—电气插头 2—传感器外壳 3—负温度系数（NTC）电阻

图4-29 燃油压力传感器

（6）热膜式空气流量计热膜式空气流量计工作原理如图4-30所示。热膜电阻（发热体）R_H和进气温度计（又称温度补偿电阻）R_K与精密电阻R_A、电桥电阻R_B共同构成惠斯顿电桥。集成电路A用于控制热膜电阻电流，使进气温度与热膜温度相差100℃。R_H和R_K均置于进气通道中的取气管内。柴油机工作进气时，热膜电阻R_H通电产生热量被进气空气流吸收带走，因而热膜温度下降。

图4-30 热膜式空气流量计工作原理图

空气流量越大，热膜损失的热量越多，要保持进气温度（R_K的温度）与热膜温度（R_H的温度）相差100℃，集成电路A将根据进气温度和空气流量的大小加大或减小通过热膜电阻R_H的电流，使两者温度差保持恒定。

当热膜电阻的电流通过精密电阻R_A时，便在R_A上产生电压降，此电压降随着热膜电阻通过的电流（亦即空气量）的变化而变化，这样就可以根据其输出电压U₀，检测出空气流量。怠速工况时，空气流量较小，传感器输出电压较低，大负荷时空气流量大，输出电压较高。空气流量计向ECU提供一个0.3～4.5V的电压信号。

（7）加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器（图4-31）将加速踏板开度转换为电子信号，并将其输出到柴油机控制器。另外，它有两个系统，可在一旦发生故障时提供备用功能。

图4-31 加速踏板位置传感器及其针脚

用于柴油机的加速踏板位置传感器是非接触型传感器。有连杆与加速踏板一起转动，输出端子电压根据连杆转动角度而变化。所以，虽然有两个传感器输出系统，但没有任何输出电压相互抵消。

高压共轨燃油喷射电控系统原理解析

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