2 柴油机电控系统的组成
柴油机电控系统一般由电控单元(ECU)、传感器和执行器三大部分组成,如图2所示。
2.1传感器
传感器的作用是不断采集柴油发动机在运行过程中的状态参数,并将这些物理量转换成电信号,然后将这些电信号输送到ECU。ECU根据传感器的信号进行不断的运行,并控制执行器工作。在电控柴油机中一般有下列传感器。
(1)进气温度和压力传感器。可以分别将柴油机进气(通过涡轮增压器后)的温度和压力转换成电压信号,这些信号经ECU处理后可以用于计算柴油机的进气量。
(2)曲轴信号传感器。曲轴信号传感器安装在靠近曲轴正时齿轮或飞轮的位置,当曲轴上安装的柴油机转速脉冲齿轮通过传感器时,传感器内线圈的磁场发生变化,从而产生交流电压。柴油机ECU将交流电压作为检测信号检测出来,通过对电压信号的处理,可以得到柴油机转速、角加速度的瞬态值和平均值。
(3)凸轮轴信号传感器。凸轮轴信号传感器安装在凸轮轴旁边。当凸轮轴转动时,凸轮轴信号传感器就会产生与凸轮齿廓对应的电脉冲信号。凸轮轴信号主要用于对柴油机的运转状态做相角初定位。
(4)冷却液温度传感器。常用的冷却液温度传感器是用热敏电阻制成的,通过铜材料外壳的保护,直接安装在柴油机的冷却液循环通道内的合适位置。控制系统将根据不同的冷却液温度实施相应的控制策略。
(5)加速踏板位置传感器。在电控柴油机中,“油门”的功能由一个加速踏板位置传感器取代。其外观仍像传统的加速踏板,但它与供油量的控制没有任何机械的连接关系。在它的转轴位置安装着一个由精密导电塑料作为接触材料制成的电位器(也有汽车厂家采用霍尔元件),与加速踏板一起转动,可以将加速踏板的位置转角转换成电信号。控制系统通过对这种传感器的采样可以了解驾驶人的操控意图,并结合其他控制要素进行综合处理,最终控制供油量和供油时机。
(6)废气再循环阀位置传感器。废气再循环(EGR)阀门工作时连动着一个位置传感器,该传感器一般是由精密导电塑料制成的电位器,它将阀门的位移量转换为电信号量。通过对这种传感器采样,控制系统可以获取废气再循环阀的当前开度,通过与开度期望值的比较,可以决定此刻应对该阀门的控制动作。
2.2电控单元(ECU)
柴油机电控系统的电子控制器一般称为电控单元(ECU),也称为柴油机控制模块。它的作用是接收各种传感器和开关信号,进行运算、分析、比较、判断,根据ECU存储的发动机控制程序向执行器发出指令,实现喷油量和喷油正时的控制。电控单元通过CAN总线还可以和其他控制系统进行通信,如底盘传感装置系统、ABS/ASR系统、AC系统、SRS系统的ECU等进行信息交流,以便对全车进行综合控制。
ECU还具有故障诊断功能,当控制系统出现故障时,它会进行识别,当确认为故障时,以故障码的形式进行存储,并使指示灯点亮,提醒驾驶人进行检修。
(1) ECU的控制功能。在电控柴油机中,ECU是“大脑”。电控柴油机的所有机械部件只是使柴油机具备了能够发挥出效能的可能性,而只有在ECU的控制下,才能部分或全部发挥出其效能。
(2) ECU的硬件。从外观上看,ECU就是一个铝外壳的扁平盒子,里边装有一块集成电路板。集成电路板上有个多路的连接器,所有对外电路的连接都通过连接器实现。集成电路板上一般是采用贴片制造工艺安装的电路元件,其中最重要的元件是一片单片机芯片或称微控制器。另外,还有一些其他的元件完成一些辅助的输入输出功能。