《汽車典型電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修》課件第3章

第3章柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與維修

3.1柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理

3.2柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的故障診斷與排除

3.3典型柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)分析

3.1柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理

3.1.1柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的組成與工作原理

1．傳感器傳感器的主要功能是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)或狀態(tài)。它將非電量的有關(guān)參數(shù)或狀態(tài)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，然后不失真地傳送給電控單元。

2．電控單元(ECU)

電控單元由微處理機(jī)及接口硬件和一整套軟件組成。軟件的核心內(nèi)容是發(fā)動(dòng)機(jī)的各種性能調(diào)節(jié)曲線、圖表和控制算法。電控單元的作用是接受和處理傳感器傳來的所有信息，按軟件程序進(jìn)行運(yùn)算，然后發(fā)出各種控制脈沖指令給執(zhí)行器并直接顯示控制參數(shù)。

3．執(zhí)行器

執(zhí)行器由驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行電器和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成，接受電控單元傳來的指令，并完成所需調(diào)控的元器件。

柴油機(jī)電控系統(tǒng)的工作原理如下：

傳感器檢測(cè)到的各種信號(hào)按一定規(guī)律先選入模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，然后通過電控單元的接口輸入。在電控單元的存儲(chǔ)器中，存有所需發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)控參數(shù)或狀態(tài)的目標(biāo)數(shù)據(jù)。當(dāng)由傳感器檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)的某一實(shí)際參數(shù)(經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器)進(jìn)入電控單元后，先與存儲(chǔ)器中的相應(yīng)參數(shù)和最優(yōu)運(yùn)行結(jié)果比較。如果兩者相同，則整個(gè)電控系統(tǒng)保持原狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)按先前狀態(tài)運(yùn)行；反之，當(dāng)實(shí)際參數(shù)偏離目標(biāo)參數(shù)時(shí)，電控單元控制中心經(jīng)過I/O通道輸出控制決策信號(hào)。當(dāng)執(zhí)行器所需要的是連續(xù)時(shí)間函數(shù)信號(hào)時(shí)，控制中心的輸出信號(hào)還必須通過數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器，然后再輸出給執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)部分。這樣，執(zhí)行器就按特定的規(guī)律調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)機(jī)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的相應(yīng)參數(shù)或狀態(tài)向目標(biāo)逼近。逼近程度如何也可由傳感器來檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果再次送給微機(jī)控制中心，如此循環(huán)，就形成了一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，使柴油機(jī)按最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行。

3.1.2柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的控制任務(wù)

一個(gè)較完善的電控系統(tǒng)通?？梢酝瓿上率龈黜?xiàng)控制任務(wù)。

1.燃油噴射控制

電控汽車柴油機(jī)的燃油噴射控制主要包括循環(huán)供(噴)油量的控制、供(噴)油正時(shí)的控制、供(噴)油規(guī)律的控制及噴油壓力的控制。此外還有柴油機(jī)低油壓保護(hù)、增壓器工作狀況保護(hù)等。

1)循環(huán)供(噴)油量的控制

電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)，按預(yù)設(shè)的基本循環(huán)供(噴)油量計(jì)算程序或三維脈譜圖，確定基本循環(huán)供(噴)油量，并根據(jù)其他有關(guān)輸入信號(hào)(如進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等)加以補(bǔ)償和修正，最后確定總的循環(huán)供(噴)油量。

2)供(噴)油正時(shí)的控制

電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)，按預(yù)設(shè)的基本供(噴)油正時(shí)三維脈譜圖，確定基本供(噴)油正時(shí)，并根據(jù)其他有關(guān)輸入信號(hào)(如進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等)加以補(bǔ)償和修正，并根據(jù)曲軸位置信號(hào)，最后將各缸供(噴)油正時(shí)控制在一個(gè)最佳時(shí)刻。

3)供(噴)油速率和供(噴)油規(guī)律的控制

電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)，按預(yù)設(shè)的程序確定最佳的供(噴)油速率和供(噴)油規(guī)律。

4)噴油壓力的控制

電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)，按預(yù)設(shè)的程序確定最佳的噴油壓力。

5)柴油機(jī)低油壓保護(hù)

柴油機(jī)機(jī)油壓力過低時(shí)，電控單元根據(jù)機(jī)油壓力傳感器傳來的信號(hào)減少循環(huán)供(噴)油量，降低轉(zhuǎn)速并報(bào)警；當(dāng)機(jī)油壓力降至極限值以下時(shí)，則切斷燃油供應(yīng)，以保護(hù)柴油機(jī)。

6)增壓器工作狀況保護(hù)

當(dāng)增壓壓力因增壓器超速而過高，并造成冷氣壓力太高或氣缸內(nèi)爆發(fā)壓力過高(或超過極限)時(shí)，電控單元根據(jù)增壓壓力傳感器傳來的信號(hào)減少循環(huán)供(噴)油量；而如果因增壓壓力過低，造成空氣量不足使排氣溫度過高時(shí)，電控單元根據(jù)增壓壓力傳感器傳來的信號(hào)減少循環(huán)供(噴)油量，并進(jìn)行報(bào)警。

2.怠速控制

電控汽車柴油機(jī)的怠速控制主要包括怠速轉(zhuǎn)速的控制和怠速時(shí)各缸均勻性的控制。

1)怠速轉(zhuǎn)速的控制

怠速工況時(shí)，電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)，同時(shí)參照冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度、空調(diào)離合器開關(guān)情況等信息，按預(yù)存的怠速循環(huán)供(噴)油量脈譜圖來確定循環(huán)供(噴)油量，并通過各種反饋信息，對(duì)怠速循環(huán)供(噴)油量進(jìn)行反饋控制，使怠速轉(zhuǎn)速得以穩(wěn)定。

2)怠速時(shí)各缸均勻性的控制

系統(tǒng)在各缸工作行程中，精確測(cè)定曲軸轉(zhuǎn)速，由電控單元算出怠速時(shí)各缸循環(huán)供(噴)油量的偏差，然后進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。

3.進(jìn)氣控制

電控汽車柴油機(jī)的進(jìn)氣控制主要包括進(jìn)氣管節(jié)流控制、可變進(jìn)氣渦流控制和可變配氣正時(shí)控制。

1)進(jìn)氣管節(jié)流控制

電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)來控制進(jìn)氣管中節(jié)流閥的開度，以滿足高、低轉(zhuǎn)速工況時(shí)對(duì)進(jìn)氣流量不同的要求。

2)可變進(jìn)氣渦流控制

電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)，按預(yù)存的最佳進(jìn)氣渦流比脈譜圖對(duì)進(jìn)氣渦流強(qiáng)度進(jìn)行控制，以滿足高、低轉(zhuǎn)速工況時(shí)對(duì)進(jìn)氣渦流強(qiáng)度不同的要求。

3)可變配氣正時(shí)控制

電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)，按預(yù)存的各種工況下的最佳配氣相位圖對(duì)配氣正時(shí)進(jìn)行控制，以滿足不同工況時(shí)對(duì)配氣正時(shí)不同的要求。

4.增壓控制

電控汽車柴油機(jī)的增壓控制主要包括廢氣旁通控制和渦流通流面積的控制。

1)廢氣旁通控制

電控單元以柴油機(jī)增壓壓力信息作為主控信號(hào)，結(jié)合其他有關(guān)信息，控制廢氣旁通閥的開啟或關(guān)閉，使廢氣渦輪增壓，并使汽車柴油機(jī)在低速時(shí)響應(yīng)性更好，扭矩特性不變差，而高速時(shí)又能滿足功率大的要求。

2)渦流通流面積的控制

電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)，結(jié)合增壓壓力、冷卻液溫度等信息從相關(guān)脈譜圖中得到目標(biāo)增壓壓力，然后通過對(duì)渦輪進(jìn)口面積或渦輪噴嘴截面的控制來改變渦輪通流面積(低工況時(shí)和高工況時(shí)分別縮小和增大渦輪通流面積)。從而在不損害高工況經(jīng)濟(jì)性的前提下，擴(kuò)大低燃油消耗率的運(yùn)行區(qū)，增大低速扭矩，提高加速性能，降低排放和噪聲。

5.排放控制

電控汽車柴油機(jī)的排放控制主要是廢氣再循環(huán)(EGR)控制。電控單元以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信息作為主控信號(hào)，經(jīng)過查看EGR率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣量的三維脈譜圖進(jìn)行計(jì)算修正，輸出適當(dāng)占空比脈沖電壓，控制EGR真空電磁閥通電時(shí)間，進(jìn)而控制EGR閥開度，以調(diào)節(jié)EGR率。

6.啟動(dòng)控制

啟動(dòng)時(shí)，電控單元根據(jù)柴油機(jī)冷卻液溫度，決定電熱塞或進(jìn)氣預(yù)熱塞是否點(diǎn)燃和決定通電持續(xù)時(shí)間。當(dāng)點(diǎn)燃指示燈熄滅時(shí)，表示啟動(dòng)條件已具備，點(diǎn)燃/啟動(dòng)開關(guān)轉(zhuǎn)到“啟動(dòng)”位置，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。啟動(dòng)完成后或需中斷啟動(dòng)時(shí)，則自動(dòng)將電源切斷。此外，啟動(dòng)控制還包括啟動(dòng)階段循環(huán)供(噴)油量(啟動(dòng)油量)和啟動(dòng)時(shí)供(噴)油正時(shí)的控制。

7.故障自診斷、失效保險(xiǎn)

當(dāng)柴油機(jī)或電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，電控單元將會(huì)點(diǎn)亮儀表板上的指示燈，提醒駕駛員注意，并存儲(chǔ)故障信息。檢修時(shí)，通過一定程序，可將故障代碼及有關(guān)信息資料調(diào)出。當(dāng)電控單元出現(xiàn)故障時(shí)，電控單元內(nèi)的備用電路可使系統(tǒng)進(jìn)入失效保險(xiǎn)程序的控制狀態(tài)，讓車輛低速開到最近的維修站進(jìn)行檢修。

8.柴油機(jī)與變速器的綜合控制

在汽車上采用電控自動(dòng)變速器時(shí)，將柴油機(jī)電控單元與自動(dòng)變速器電控單元合在一起，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)與變速器的綜合控制，以大大改進(jìn)變速性能。

圖3-1所示為德國大眾汽車公司1.9LTDI增壓中冷直噴式轎車柴油機(jī)上的BoschMSA6電控系統(tǒng)的方框圖。

圖3-1德國BoschMSA6電控系統(tǒng)方框圖

3.1.3柴油機(jī)電子控制燃油噴射系統(tǒng)的類型與特點(diǎn)

按對(duì)柴油機(jī)燃油噴射的控制方式分，柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)經(jīng)歷了從“位置控制”到“時(shí)間控制”，再到“時(shí)間—壓力控制”或“壓力控制”的發(fā)展過程。按燃油噴射系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)分，柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)經(jīng)歷了第一代電控噴油系統(tǒng)(也稱常規(guī)壓力電控噴油系統(tǒng))到第二代電控噴油系統(tǒng)(也稱高壓電控噴油系統(tǒng))的發(fā)展過程。

采用“位置控制”的第一代電控噴油系統(tǒng)，保留了傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)(直列泵、徑向柱塞泵或軸向柱塞式分配泵、單體泵和泵噴嘴系統(tǒng)等)的基本組成和結(jié)構(gòu)，只是將原有的機(jī)械式噴油泵及其機(jī)械控制部件用電控噴油泵及其控制部件取代，通過設(shè)置傳感器、電控單元、電子調(diào)速器及有關(guān)電/液控制執(zhí)行器等組成的控制系統(tǒng)，使控制精度和響應(yīng)速度得以提高。其優(yōu)點(diǎn)是柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)幾乎不需改動(dòng)，生產(chǎn)繼承性好，便于對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行升級(jí)換代。缺點(diǎn)是“位置控制”系統(tǒng)執(zhí)行頻率響應(yīng)慢、控制頻率低、控制自由度小、控制精度還不夠高和噴油壓力無法獨(dú)立控制。

采用“時(shí)間控制”的第一代電控噴油系統(tǒng)，基本保留了傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)。其通過設(shè)置傳感器、電控單元、高速電磁閥和有關(guān)電/液控制執(zhí)行器等，組成數(shù)字式高額調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由電磁閥的關(guān)閉時(shí)刻和閉合時(shí)間決定循環(huán)供油量和供油正時(shí)，其控制自由度和控制精度都是“位置控制”所無法比擬的。其技術(shù)上的難點(diǎn)在于如何加快需通過大油量的高速電磁閥的響應(yīng)速度，同時(shí)供(噴)油壓力還是無法獨(dú)立控制。

第二代電控噴油系統(tǒng)即高壓電控噴油系統(tǒng)，除了一部分電控單體泵噴油系統(tǒng)或電控泵噴嘴噴油系統(tǒng)外，其基本改變了傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，而采用電控共軌式噴油系統(tǒng)。采用無液壓放大的高壓共軌系統(tǒng)或有液壓放大的增壓共軌系統(tǒng)形成高壓，運(yùn)用“時(shí)間—壓力式”或“壓力式”燃油計(jì)量原理，用電磁閥控制噴油過程。根據(jù)電控單元的指令，帶有電液控制件的噴油器可從共軌中“調(diào)出”具有所要求的精確壓力和精確循環(huán)量的燃油。因無二次噴射的約束，噴油壓力可按需控制以實(shí)現(xiàn)高壓噴射，其平均噴油壓力與最大噴油壓力非常接近，從而明顯地改善了燃油霧化品質(zhì)，改善了燃燒過程，提高了燃燒效率，降低了燃燒噪聲，降低了排放。由于系統(tǒng)可直接控制噴油器針閥的運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和后噴射，因此可獲得理想的噴油速率。

圖3-2所示的無液壓放大的高壓(蓄壓)共軌系統(tǒng)中，高壓供油泵將燃油送入共軌，然后經(jīng)各缸高壓油管送到電/液控制噴油器。其優(yōu)點(diǎn)是：由于無液壓放大，在電/液控制噴油器中電磁閥控制的是小油量，控制活塞具有小的截面積和行程，不僅電磁閥開關(guān)的速率可以提高，而且噴油器的結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，在氣缸蓋上布置方便，制造成本相對(duì)較低，其噴油壓力已達(dá)到140～160MPa。同時(shí)，由于是小油量的控制，所以對(duì)噴油速率的控制比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴油。其缺點(diǎn)是：需要有高壓的供油泵，系統(tǒng)中許多零部件處在高壓下工作。

圖3-2電控?zé)o液壓放大的高壓共軌系統(tǒng)

1—燃油箱；2—濾清器?+?輸油泵；3—高壓供油泵；4—共軌壓力傳感器；5—公共油軌；6—噴油器；7—電控單元；8—限壓閥；9—各種傳感器

圖3-3所示的有液壓放大的液力增壓共軌系統(tǒng)中，中壓(或低壓)供油泵將燃油(或機(jī)油)送入共軌，再經(jīng)過中壓(或低壓)油管送到具有液力放大機(jī)構(gòu)的電液控制噴油器。由供油泵、共軌上的油壓傳感器和電控單元組成的閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)共軌內(nèi)的燃油(或機(jī)油)壓力實(shí)施精確的控制。用高速電磁/液力控制式噴油器對(duì)循環(huán)噴油量、噴油正時(shí)、噴油速率和噴油規(guī)律進(jìn)行控制。其優(yōu)點(diǎn)是：由于采用了液壓放大，只需采用具有中等油壓(但需要有較大的供油量)的供油泵，就有可能實(shí)現(xiàn)非常高的噴油壓力，目前噴油壓力已可壓到150～180MPa。系統(tǒng)中承受高壓的零部件較少。其缺點(diǎn)是：起液壓放大作用的增壓活塞上部有較大的面積，控制油腔容積大，所需控制油量多，使控制時(shí)電磁閥開關(guān)的速度很難提高，造成對(duì)小油量控制(如預(yù)噴射時(shí))的困難，不易進(jìn)行噴油速率的控制。此外，由于電/液控制噴油器中設(shè)有液壓放大機(jī)構(gòu)，此噴油器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝尺寸大，在氣缸蓋上布置較為困難。

圖3-3電控有液壓放大的液力增壓共軌系統(tǒng)

1—各種傳感器；2—電控單元；3—共軌壓力傳感器；4—公共油軌；5—噴油器；6—二位三通電磁閥；7—回油；8—壓力放大活塞；9—節(jié)流閥；10—噴嘴；11—燃油箱；12—供油泵；13—機(jī)油泵；14—機(jī)油箱；15—柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器；16—凸輪軸位置傳感器；17—油門踏板

3.2柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的故障診斷與排除

3.2.1柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)故障診斷的原則診斷時(shí)要認(rèn)真閱讀有關(guān)技術(shù)資料，熟悉基本原理、診斷步驟及不同車系的特點(diǎn)，根據(jù)診斷程序進(jìn)行診斷，避免因操作不當(dāng)引起新的故障。一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)嚴(yán)禁在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將蓄電池?cái)嚅_，以防損壞傳感器和計(jì)算機(jī)。

(2)電子控制系統(tǒng)的線路比較復(fù)雜，在檢修和排除故障時(shí)動(dòng)作要輕，不允許猛烈撞擊，不能直接測(cè)試計(jì)算機(jī)，以免引起更多的故障。

(3)在拆裝和接通噴油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)接線插頭前，都必須關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)。

(4)電子控制單元主要是根據(jù)空氣流量計(jì)測(cè)得的空氣量來控制噴油量的，進(jìn)氣系統(tǒng)密封不良會(huì)造成空氣計(jì)量失準(zhǔn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成不良影響。因此，進(jìn)氣系統(tǒng)各連接處應(yīng)連接良好。

(5)診斷發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)有關(guān)零件時(shí)應(yīng)先切斷電源，將點(diǎn)火開關(guān)置于“OFF”，或拆下蓄電池搭鐵線。對(duì)于帶有發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)自診斷系統(tǒng)的車輛，應(yīng)先檢查已儲(chǔ)存的診斷碼，再拆下蓄電池搭鐵線，以免丟失存儲(chǔ)器內(nèi)的有關(guān)數(shù)據(jù)。安裝蓄電池時(shí)，蓄電池極性不能搞錯(cuò)。

3.2.2柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)故障診斷的常用方法

可以使用下列的一種或多種途徑對(duì)柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷與排除：

(1)直觀檢查。對(duì)可能發(fā)生故障的部位或零部件進(jìn)行直觀的檢查，用壓力計(jì)檢測(cè)進(jìn)氣壓力、排氣壓力和燃油壓力。

(2)使用故障排除指南或手冊(cè)。查閱手冊(cè)的索引以便快速找到所需的資料或數(shù)據(jù)，然后按照推薦的故障排除步驟逐步進(jìn)行。

(3)使用隨車自診斷系統(tǒng)。采用隨車自診斷系統(tǒng)讀取柴油機(jī)自診斷故障代碼，并參考維修手冊(cè)排除故障。

(4)使用車外診斷系統(tǒng)。采用專用的故障診斷儀(電腦解碼器)，連接到汽車上的故障診斷插座，從而讀取故障代碼，并參考維修手冊(cè)排除故障。

(5)使用故障診斷應(yīng)用軟件。輸入簡明的故障描述，再回答軟件菜單的提問，程序?qū)凑宅F(xiàn)象與原因的聯(lián)系給出系統(tǒng)的診斷指導(dǎo)。

3.2.3柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)典型故障的診斷與排除

1.故障自診斷的工作原理

1)傳感器的故障診斷

柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果傳感器電壓信號(hào)多次或持續(xù)一定時(shí)間超出了規(guī)定范圍，自診斷系統(tǒng)會(huì)診斷為故障。如圖3-4所示的冷卻液溫度傳感器的故障診斷為例，正常工作時(shí)，其輸出電壓應(yīng)在0.1～4.8V范圍內(nèi)，如果輸出電壓低于0.1V(相當(dāng)于冷卻液溫度高于139℃)或高于4.8V(相當(dāng)于冷卻液溫度低于-50℃)，系統(tǒng)會(huì)診斷為故障信號(hào)。在“記錄”故障代碼、顯示故障(車內(nèi)儀表盤上“檢查發(fā)動(dòng)機(jī)”燈亮)的同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采用應(yīng)急反應(yīng)措施，用事先存儲(chǔ)的代用值80℃作為冷卻液溫度的控制值，以防因傳感器信號(hào)異常造成控制混亂而導(dǎo)致汽車不能行駛。自診斷隨車檢測(cè)系統(tǒng)只能診斷出該傳感器有故障，或其電路發(fā)生短路或斷路，而無法確認(rèn)傳感器性能的好壞。對(duì)偶然出現(xiàn)的異常信號(hào)，自診斷系統(tǒng)并不立即判定為有故障，如柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速信號(hào)丟失3～4個(gè)脈沖信號(hào)，電控單元不會(huì)判定為轉(zhuǎn)速信號(hào)故障，轉(zhuǎn)速信號(hào)的故障碼也不會(huì)存入存儲(chǔ)器中，當(dāng)然“檢查發(fā)動(dòng)機(jī)”燈不會(huì)點(diǎn)亮。

圖3-4冷卻液溫度傳感器的故障診斷實(shí)例

2)執(zhí)行器的故障診斷

柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電控單元會(huì)按柴油機(jī)工況的要求不斷地向執(zhí)行器發(fā)出各種指令，但開環(huán)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器不可能反饋“執(zhí)行”情況信息，因此需增加專用電路來監(jiān)視其工作情況，并對(duì)執(zhí)行器故障采取相應(yīng)措施。

2.自診斷故障代碼的讀取

通常診斷的輸出接口有檢查發(fā)動(dòng)機(jī)(CheckEngine)警告燈、超速檔指示燈、ABS警告燈、電控單元檢測(cè)插座(CheckConnection)、故障診斷插座(TDCL)等組成，如圖3-5所示。警告燈或指示燈作為指示有無故障的標(biāo)志，一般位于汽車儀表板上，如圖3-5(a)所示；電控單元檢測(cè)插座一般位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，當(dāng)將檢測(cè)插座與檢測(cè)端子TE1對(duì)地短接后(如圖3-5(b)所示)，發(fā)動(dòng)機(jī)警告燈會(huì)閃爍，閃爍次數(shù)即為故障代碼；故障診斷插座通常位于儀表板下方，它是電控系統(tǒng)診斷信號(hào)的專用連接器，主要用于與專用的車外故障診斷儀(也稱電腦解碼器)相連接，進(jìn)行車外診斷，以擴(kuò)充隨車診斷系統(tǒng)的診斷信息和診斷功能。它也可用于隨機(jī)診斷，這時(shí)它的作用完全與電控單元檢測(cè)插座相同。

圖3-5自診斷代碼的讀取

(a)儀表板發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈；(b)檢查連接器；(c)TDCL連接器(T端子)故障代碼既可采用隨車自診斷系統(tǒng)也可采用車外診斷系統(tǒng)讀取。

1)采用隨車自診斷系統(tǒng)讀取

如圖3-6所示，在汽車正常行駛中，若發(fā)動(dòng)機(jī)警告燈持續(xù)點(diǎn)亮，意味著存在故障。為讀取故障代碼，應(yīng)先將電源鑰匙開關(guān)置于OFF，用一根導(dǎo)線連接故障診斷插座(或檢測(cè)插座)內(nèi)

TE1和E1。在讀取故障代碼之前，要使柴油機(jī)處于規(guī)定的狀態(tài)：蓄電池電壓≥11V；松開油門；變速器置空擋；關(guān)閉所有附屬電器設(shè)備；柴油機(jī)為熱機(jī)狀態(tài)。在以上狀態(tài)下，將電源鑰匙開關(guān)置于“ON”，但不啟動(dòng)柴油機(jī)。讀取故障碼的方法有以下三種。

(1)用儀表板上“檢查發(fā)動(dòng)機(jī)”警告燈的閃爍規(guī)律讀取。若電控系統(tǒng)工作正常，電控單元內(nèi)存無故障代碼，則警告燈以每秒5次的頻率連續(xù)閃爍，如圖3-6(a)所示。若電控單元內(nèi)存有故障代碼，則警告燈以每秒2次的閃爍頻率連續(xù)閃爍，將兩位數(shù)組成的故障代碼的十位數(shù)和個(gè)位數(shù)，先后用警告燈的閃爍次數(shù)表示出來，如圖3-6(b)所示。若電控單元內(nèi)存有若干個(gè)故障代碼，電控單元會(huì)按故障代碼的大小，依次將所有儲(chǔ)存故障代碼顯示出來。兩個(gè)故障代碼之間的間歇時(shí)間為2.5s。當(dāng)所有故障代碼全部顯示完后，燈閃停頓4.5s，然后再重新開始顯示。如此反復(fù)，直至從檢測(cè)插座上拔下連接導(dǎo)線為止。

圖3-6故障代碼的顯示

(a)正常；(b)顯示故障代碼

(2)用故障診斷插座上輸出的電脈沖讀取。這種方法是用萬用表來檢查故障診斷插座上故障代碼輸出孔中的電脈沖信號(hào)。所有柴油機(jī)準(zhǔn)備及故障診斷插座內(nèi)連接均同前。將電源鑰匙開關(guān)置于“OFF”，萬用表置于直流電壓擋(25V量程)，正極測(cè)筆接故障檢測(cè)孔上的W插孔(代碼輸出孔)，負(fù)極測(cè)筆接地。然后將電源鑰匙開關(guān)置于“ON”，但不啟動(dòng)柴油機(jī)，W插孔就會(huì)輸出一連串脈沖，其形式和上述“檢查發(fā)動(dòng)機(jī)”警告燈閃爍形式相同。通過觀察萬用表指針擺動(dòng)規(guī)律和次數(shù)，就可以讀出故障代碼。

(3)用車上液晶顯示檢測(cè)裝置讀取。在一些新型汽車上，可以利用液晶顯示裝置，直接讀取故障代碼。其步驟為：電源鑰匙開關(guān)置于“ON”，但不啟動(dòng)柴油機(jī)；同時(shí)按下選擇(SELECT)和輸入(INPUT)兩個(gè)按鈕，時(shí)間至少3s，這時(shí)屏幕上顯示DIAG字樣，表示自診斷系統(tǒng)已進(jìn)入工作狀態(tài)；稍等片刻，按下置位鈕(SET)，時(shí)間也至少3s，如果電控系統(tǒng)工作正常，屏幕上顯示“ENG—OK”；故障代碼顯示于屏幕上，兩個(gè)故障代碼間也有3s暫停時(shí)間；輸完代碼后，將電源鑰匙開關(guān)置于“OFF”。

無論采用以上哪種方法來讀取故障代碼，在故障排除后，均應(yīng)清除電控單元內(nèi)存儲(chǔ)的故障代碼，否則一旦另有故障發(fā)生，它還會(huì)隨新的故障代碼一起顯示出來。清除的方法是：拆下車上蓄電池負(fù)極樁搭鐵約30s，即可清除電控單元內(nèi)存儲(chǔ)的所有故障代碼。

2)采用車外診斷系統(tǒng)讀取

車外診斷系統(tǒng)是用一種專用的故障診斷儀(電腦解碼器)，通過插頭與汽車上故障診斷插座(TDCL)連接，打開電源鑰匙開關(guān)，就可以很方便地從故障診斷儀的顯示屏上，讀出所有儲(chǔ)存在電控單元中的故障代碼。除此以外，它還有以下幾個(gè)功能：

(1)通過故障診斷儀向電控單元發(fā)出工作指令。在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中或熄火狀態(tài)下通過故障診斷儀可向執(zhí)行器發(fā)出工作指令。例如，在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中停止某缸噴油器的噴油，模擬加速，模擬各種行駛狀態(tài)，設(shè)定噴油正時(shí)，或設(shè)定怠速所需的初始狀態(tài)。再如，在柴油機(jī)熄火狀態(tài)下，讓某個(gè)噴油器噴油，某個(gè)繼電器或某個(gè)電磁閥工作。通過這些來檢測(cè)執(zhí)行器的工作情況，查找有故障的控制電路。因此，這種功能特別適合于檢測(cè)執(zhí)行器及其控制電路的故障。

(2)清除電控單元內(nèi)存儲(chǔ)的故障代碼。通過故障診斷儀發(fā)出指令，清除電控單元內(nèi)存儲(chǔ)的故障代碼，使故障警告燈熄滅。

(3)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，直接讀取各部分電路中的診斷參數(shù)。柴油機(jī)運(yùn)行過程中，電控單元的工作情況，各種輸入、輸出信號(hào)的瞬時(shí)數(shù)值(如各傳感器信號(hào)、電控單元計(jì)算結(jié)果、控制模式以及向各執(zhí)行器發(fā)出的控制指令)等，都可以通過串行通信方式反映在故障診斷儀上，使整個(gè)電控系統(tǒng)的工作情況一目了然。檢修人員可根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)行過程中電控系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)變化情況，來判斷系統(tǒng)工作情況正常與否。它特別適用于診斷因傳感器故障造成的或是因連接電路開路或短路造成的故障。

3.失效保險(xiǎn)

電控單元內(nèi)設(shè)有監(jiān)控回路，用以監(jiān)視電控單元是否按正常的控制程序工作。在監(jiān)控回路內(nèi)設(shè)有監(jiān)控時(shí)鐘，按時(shí)對(duì)電控單元進(jìn)行復(fù)位，當(dāng)電控單元發(fā)生故障時(shí)，程序不能正常執(zhí)行，時(shí)鐘就不能使電控單元復(fù)位，從而造成溢出。據(jù)此便判斷為故障并予以顯示。

為防止因電控單元出現(xiàn)故障，汽車被迫停止行駛，在多數(shù)電控單元內(nèi)具有備用電路以提供失效保險(xiǎn)。當(dāng)監(jiān)控回路內(nèi)定時(shí)信號(hào)溢出后，系統(tǒng)進(jìn)入失效保險(xiǎn)程序的控制狀態(tài)，立即啟用備用電路。在備用電路中輸出柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、油門位置信號(hào)以及啟動(dòng)信號(hào)等進(jìn)行簡易控制，在簡易控制狀態(tài)下的啟動(dòng)、油門位置變化以及其他控制均用程序設(shè)定，所對(duì)應(yīng)的循環(huán)供(噴)油量、噴油提前角等為一定值。汽車則在備用電路控制下，以一種行駛模式(例如l0km/h車速)開到最近的維修站檢修。

3.3典型柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)分析

3.3.1大眾系列柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)分析

1985年，德國Bosch公司推出了該公司用于轎車柴油機(jī)上的第一代以微機(jī)為控制單元的現(xiàn)代車用柴油機(jī)電控系統(tǒng)——EDC系統(tǒng)，1986年開始批量生產(chǎn)。1991年10月大眾汽車公司Passat型轎車用的首批1.9L四缸TDI渦輪增壓中冷直噴式轎車柴油機(jī)上就采用了裝有帶MSA6電控單元的EDC系統(tǒng)。除了主要用來進(jìn)行電控VE型分配式噴油泵系統(tǒng)的燃油噴射控制外，EDC系統(tǒng)也用于柴油機(jī)的怠速控制、排放控制、增壓控制、啟動(dòng)控制，同時(shí)還具有故障自診斷功能、安全保險(xiǎn)功能和后備控制功能，此外還具有與轎車上其他電控系統(tǒng)進(jìn)行信息交換(數(shù)據(jù)通信)的功能。

從圖3-7可以看出，在燃油噴射控制中，它采用了一個(gè)布置在噴油泵體內(nèi)上方的轉(zhuǎn)動(dòng)式螺線管作為執(zhí)行器，通過一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來控制油量調(diào)節(jié)滑套的位置，實(shí)現(xiàn)循環(huán)供油量的“位置控制”。在轉(zhuǎn)動(dòng)式螺線管的上方有一個(gè)角度傳感器作為油量調(diào)節(jié)滑套位置傳感器，提供反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。對(duì)供油正時(shí)的“位置控制”采用了與日本電裝公司ECD—V1系統(tǒng)相同的電控液壓提前器。噴油器體內(nèi)部安裝了一個(gè)用來直接檢測(cè)噴油始點(diǎn)的電磁式針閥升程傳感器，利用它和柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角與位置傳感器信號(hào)來確定實(shí)際噴油正時(shí)，提供反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)供油正時(shí)的閉環(huán)控制。

圖3-7EDC系統(tǒng)中所用的電控VE泵控制示意圖

a—轉(zhuǎn)速；b—噴油始點(diǎn)；c—溫度；d—增壓壓力；e—油門踏板位置；f—回油；g—主噴油器；h—進(jìn)油；1—輸油泵；2—控制供油正時(shí)的電磁閥；3—供油提前器；4—油量調(diào)節(jié)滑套；5—帶有位置傳感器的油量控制執(zhí)行器；6——電控單元

為了安全，在電控單元中設(shè)置了復(fù)雜的軟件故障診斷系統(tǒng)。對(duì)已判明的故障，按不同類型、出現(xiàn)的頻率和現(xiàn)行工況進(jìn)行存儲(chǔ)。通過報(bào)警器或診斷指示燈閃爍，或與測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行串行通信，都能提供故障信息。此外，還設(shè)置了如圖3-8所示的備用硬件安全邏輯電路。該電路的輸入信號(hào)有柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、油量調(diào)節(jié)滑套位置和車輛制動(dòng)信號(hào)。如果安全邏輯電路遇到彼此不相容的信號(hào)，就會(huì)切斷油量執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使供油停止。

圖3-8備用硬件安全邏輯電路

20世紀(jì)90年代初，Bosch公司在其EDC系統(tǒng)的燃油噴油控制中對(duì)循環(huán)供油量采用了“時(shí)間控制”，為此，將其原來的VE型分配泵系統(tǒng)更換為新研制開發(fā)的VP29型分配泵系統(tǒng)。它采用了既是溢油閥又是進(jìn)油閥的高速電磁溢流閥作為對(duì)高壓腔燃油溢流通道實(shí)施關(guān)閉或開啟的執(zhí)行器(如圖3-9所示)，電磁溢流閥設(shè)置在噴油泵的各缸出油口之間，緊靠高壓腔。它采用溢油—泵油—溢油法(SPS法)對(duì)循環(huán)供油量進(jìn)行控制。當(dāng)電磁溢流閥開啟時(shí)，燃油進(jìn)入高壓腔，進(jìn)油過程中油量不加控制。電磁溢流閥關(guān)閉的時(shí)刻就是供油始點(diǎn)，該始點(diǎn)可以在凸輪升程的最低點(diǎn)即柱塞行程的下止點(diǎn)，也可以在凸輪上升工作段上任何一點(diǎn)，即柱塞泵(壓)油行程的某一位置。電磁溢流閥一開啟，供油就結(jié)束。

電磁溢流閥關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間決定了循環(huán)供油量。電磁溢流閥如果在關(guān)閉情況下出故障，則因沒有燃油吸入，造成不供油；如果在開啟情況下出故障，則吸入的燃油在柱塞上升時(shí)又會(huì)重新通過電磁溢流閥排回進(jìn)油腔，也會(huì)造成供油，因而不需要另外附加停油裝置。但為了要獲得實(shí)際供油始點(diǎn)的反饋信息，噴油泵內(nèi)仍需安裝凸輪轉(zhuǎn)角—時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)，每間隔3°有一個(gè)齒，各缸之間有參考寬槽。如圖3-10所示，系統(tǒng)保留了原來的用電控液壓提前器對(duì)供油正時(shí)進(jìn)行“整體調(diào)整”的“位置控制”方法和閉環(huán)控制方法，但可選擇不同速度的凸輪工作段作為電磁溢流閥關(guān)閉的時(shí)刻(供油始點(diǎn))，達(dá)到改變供油速率的目的。

圖3-9VP29型電控分配泵結(jié)構(gòu)

1—泵體；2—電控單元；3—電磁閥；4—分配頭；5—控制供油正時(shí)的電磁閥；6—供油提前器；7—輸油泵

圖3-10VP29型電控分配泵系統(tǒng)工作原理圖

1—輸油泵；2—噴油泵；3—電控單元；4—燃油濾清器；5—燃油箱；6—電磁閥；7—供油提前器；8—控制供油正時(shí)的電磁閥

圖3-11所示為用于1998年德國大眾汽車公司推向北美市場(chǎng)的新型Passat轎車上功率為66kW(4400r/min)的1.9L四缸TDI渦輪增壓直噴式柴油機(jī)的電控系統(tǒng)方框圖。電控單元采用了已屬于第四代的EDCl5模塊，由于對(duì)排放、燃油耗率和舒適性方面的要求的增加，在新一代的電控單元中大大增加了用來控制輸入與輸出關(guān)系的特征線和脈譜圖的數(shù)量。微處理器由8位升至16位，RAM從64K擴(kuò)大到256K。除燃油噴射控制外，還包括了采用可變渦輪噴嘴截面(VNT)控制的增壓控制、采用廢氣再循環(huán)控制的排放控制、采用OBD-Ⅱ的故障自診斷系統(tǒng)和與汽車傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)電控單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的CAN系統(tǒng)。

圖3-111.9L四缸TDI渦輪增壓直噴式柴油機(jī)系統(tǒng)方框圖

3.3.2通用系列柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)分析

20世紀(jì)80年代中期，美國GM公司在其4.3～6.2L的輕型載重車柴油機(jī)上首次使用了Stanadyne公司研制的現(xiàn)代車用柴油機(jī)電控系統(tǒng)——PCF系統(tǒng)。

PCF系統(tǒng)除了主要用來進(jìn)行電控DB2型徑向柱塞型分配泵系統(tǒng)的燃油噴射控制外，也用于柴油機(jī)的怠速控制、排放控制、啟動(dòng)控制，同時(shí)還具有故障自診斷功能、安全保險(xiǎn)功能和后備控制功能。圖3-12為該系統(tǒng)的組成示意圖。

圖3-12美國StanadynePCF系統(tǒng)組成示意圖

1—曲軸轉(zhuǎn)速和位置傳感器；2—電控單元；3—串行通信口；4—供油正時(shí)控制；5—循環(huán)供油量反饋信號(hào)；6—斷油控制；7—循環(huán)供油量控制；8—EGR控制；9—EGR反饋信號(hào)；10—車速信號(hào)；11—傳動(dòng)控制；12—進(jìn)氣溫度傳感器；13—進(jìn)氣壓力傳感器；14—冷卻液溫度傳感器；15—油門踏板位置傳感器；16—噴油始點(diǎn)傳感器；17—噴油泵

為實(shí)現(xiàn)對(duì)泵油柱塞徑向行程的控制，柱塞的一端被加工成兩個(gè)對(duì)中軸面有同樣斜度的斜坡(如圖3-13所示)，其斜度取決于確定循環(huán)供油量所需要的柱塞徑向位移量和步進(jìn)電機(jī)對(duì)遞增量的分辨度，斜坡與座架彎臂接合，彎臂槽夾住柱塞，使柱塞在泵油行程中只能向內(nèi)移動(dòng)而不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3-14所示，裝在分配轉(zhuǎn)子上的座架可以作軸向移動(dòng)。當(dāng)座架移向噴油泵驅(qū)動(dòng)端時(shí)，柱塞進(jìn)油行程增加，循環(huán)供油量增加。分配轉(zhuǎn)子軸上加工有一條座架槽，使座架能在槽內(nèi)作自由的徑向運(yùn)動(dòng)，以利座架自動(dòng)調(diào)心，讓一對(duì)柱塞能均勻地向外移動(dòng)，保證循環(huán)供油量的穩(wěn)定。

圖3-13柱塞和座架部件

1—柱塞；2—柱塞上的斜面；3—槽；4—座架

圖3-14座架軸向定位的零部件

1—驅(qū)動(dòng)軸；2—凸輪從動(dòng)體；3—推力圈；4—驅(qū)動(dòng)軸；

5—柱塞；6—座架；7—座架彈簧；8—推桿；

9—十字銷；10—導(dǎo)向管

由于循環(huán)供油量的變化由柱塞徑向位移量決定，而柱塞徑向位移量又由座架的軸向位移量決定，因此必須對(duì)座架的軸向位置進(jìn)行控制。為此，通過一個(gè)位置固定的、端面具有曲面的導(dǎo)向管和一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的、廓面與之相配的端面凸輪從動(dòng)體之間相對(duì)位置的變化所產(chǎn)生的凸輪從動(dòng)體軸向位移來實(shí)現(xiàn)這種控制。凸輪從動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸輪廓面沿著導(dǎo)向管端面曲面移動(dòng)而同時(shí)作軸向運(yùn)動(dòng)。凸輪從動(dòng)體空套在驅(qū)動(dòng)軸上時(shí)，它的軸向運(yùn)動(dòng)推動(dòng)與驅(qū)動(dòng)軸用十字銷連在一起的推力圈運(yùn)動(dòng)，然后再推動(dòng)穿過驅(qū)動(dòng)軸中心孔的推桿，而推桿則一直被座架彈簧頂在座架上。這樣，只要對(duì)凸輪從動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)加以控制，就能控制座架的軸向位置。如圖3-15所示，凸輪從動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)是用根據(jù)電控單元指令工作的步進(jìn)電機(jī)通過一個(gè)液壓伺服機(jī)構(gòu)來完成的。

圖3-15由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓伺服機(jī)構(gòu)控制循環(huán)供油量

1—反饋電位器；2—進(jìn)油槽；3—?jiǎng)恿钊?—壓力油環(huán)路；5—伺服閥；6—步進(jìn)電機(jī)

液壓伺服機(jī)構(gòu)就是一個(gè)驅(qū)動(dòng)力放大器。它驅(qū)動(dòng)齒桿帶動(dòng)凸輪從動(dòng)體外圓周上的齒圈使凸輪從動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)。凸輪從動(dòng)體實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的位置(即反映座架的實(shí)際位置或柱塞的實(shí)際位置)用齒桿行程反饋電位器進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。噴油正時(shí)的控制也采用步進(jìn)電機(jī)和液壓伺服機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行器，通過對(duì)液壓伺服機(jī)構(gòu)中伺服活塞位置的控制來控制液壓式提前器活塞的位置，用裝在噴油器中的霍爾效應(yīng)式或壓電陶瓷式傳感器來檢測(cè)針閥升程，確定噴油始點(diǎn)，提供反饋信息，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

系統(tǒng)對(duì)排放的控制主要是對(duì)廢氣再循環(huán)進(jìn)行控制。它采用由電控單元控制的裝有兩個(gè)電磁閥的真空調(diào)節(jié)閥，用來得到控制EGR閥不同開度所需要的真空度。

1994年，GM公司在其Chevrolet輕型貨車、GMC輕型貨車和Jimmy載重車用的6.5L自然吸氣或渦輪增壓柴油機(jī)上使用了能進(jìn)行燃油噴射控制、怠速控制、增壓控制、排放控制、啟動(dòng)控制和變速器換檔控制的新型柴油機(jī)電