柴油機電控技術(shù)簡介

1、汽車發(fā)動機電控技術(shù)教案第六章柴油機電控技術(shù)簡介課程名稱汽車發(fā)動機電控技術(shù)總學(xué)時：4學(xué)時講課：4學(xué)時實習(xí)：0學(xué)時課程性質(zhì)理論課任課教師職稱授課對象專業(yè)年 班級教學(xué)目的和要求掌握柴油機的三代電控燃油噴射系統(tǒng)的劃分方法及其在噴油量控 制、噴射壓力控制、噴射定時控制、噴油速率控制等方面的區(qū)別；掌握 柴油機電控系統(tǒng)是如何實現(xiàn)噴油過程和進(jìn)氣過程的綜合管理的；了解柴油機電子控制燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢； 柴油機廢氣后處理 各種措施及相應(yīng)裝置的基本工作原理。教學(xué)重點和難點掌握柴油機電控系統(tǒng)是如何實現(xiàn)噴油過程和進(jìn)氣過程以及三代柴 油電控燃油噴射系統(tǒng)的工作原理。教學(xué)進(jìn)程第次課第1次課第2次課第3次課授課章

2、節(jié)柴油機電控技術(shù)概述、柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的 功能與組成柴油機供（噴）油量控制、供（噴）油正時控制柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)實例學(xué)時112備注教案（章節(jié)備課）學(xué)時第1節(jié)概述教 案 內(nèi) 容一、柴油機電控技術(shù)的發(fā)展柴油機電控技術(shù)是在解決能源危機和排放污染兩大難題的背景下，在飛 速發(fā)展的電子控制技術(shù)平臺上發(fā)展起來的。汽油機電控技術(shù)的發(fā)展為柴油機 電控技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗。柴油機電控技術(shù)發(fā)展的三個階段：位置控制、時間控制、時間一壓力控制（壓力控制）第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)（常規(guī)壓力電控噴油系統(tǒng)）特點：結(jié)構(gòu)不需改動，生產(chǎn)繼承性好，便于對現(xiàn)有柴油機進(jìn)行升級換代。系統(tǒng)響應(yīng)慢、控制頻率低、控制自由度小、

3、控制精度不夠高，噴油壓力 無法獨立控制。第二代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)（高壓電控噴油系統(tǒng)）改變了傳統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，主要以電控共軌（各缸噴油器 共用一個高壓油管）式噴油系統(tǒng)為特征，直接對噴油器的噴油量、噴油正時、 噴油速率和噴油規(guī)律、噴油壓力等進(jìn)行“時間一壓力控制”或“壓力控制”。特點：通過設(shè)置傳感器、電控單元、高速電磁閥和相關(guān)電/液控制執(zhí)行元件等，組成數(shù)字式高頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有電磁閥的通、斷電時刻和通、斷電時 間控制噴油泵的供油量和供油正時。但供油壓力還無法獨立控制。二、柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點1 .改善低溫起動性。2 .降低氮氧化物和煙度的排放。3 .提高發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。4 .提

4、高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。5 .控制渦輪增壓。6 .適應(yīng)性廣。2汽車發(fā)動機電控技術(shù)教案12柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的功能與組成一、柴油機電控系統(tǒng)的功能1.燃油噴射控制(1)供(噴)油量控制(2)供(噴)油正時控制(3)供(噴)油速率和供(噴)油規(guī)律的控制(4)噴油壓力的控制(5)柴油機低油壓保護(6)增壓器工作保護2 .怠速控制(1)怠速轉(zhuǎn)速的控制(2)各缸均勻性的控制3 .進(jìn)氣控制(1)進(jìn)氣節(jié)流控制(2)可變進(jìn)氣渦流控制教 案 內(nèi) 容(3)可變配氣正時控制4 .增壓控制5 .排放控制6 .起動控制7 .巡航控制8 .故障自診斷和失效保護9 .柴油機與自動變速器的綜合控制二、柴油機電控燃油噴射系

5、統(tǒng)的組成柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)除了控制噴油量外，對噴油正時和噴油的壓力 都有很高的要求。(柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的噴油壓力較高約為 19.6MPa)各種柴油電控系統(tǒng)的區(qū)別在于控制功能、傳感器的數(shù)量和類型、執(zhí)行元 件的類型、ECU控制軟件、主要電控元件的結(jié)構(gòu)原理和安裝位置，但基本 組成與其他電子控制系統(tǒng)一致，也是由傳感器、ECU、執(zhí)行元件三部分組 成。1 .傳感器(1)加速踏板位置傳感器(2)反饋信號傳感器(3)燃油溫度傳感器(4)其他傳感器和信號開關(guān)2 .柴油機控制E C U根據(jù)各傳感器輸入信號和內(nèi)存程序，計算出供(噴)油量和供(噴)油 開始時刻，并向執(zhí)行元件發(fā)出執(zhí)令信號。3 .執(zhí)行元件執(zhí)行E

6、C U的指令，調(diào)節(jié)柴油機的供(噴)油量和供(噴)油正時。柴油機供（噴）油量控制一、位置控制方式柴油機供（噴）油量的控制方法隨供給系統(tǒng)的類型而異。第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)主要以電控直列柱塞泵或電控轉(zhuǎn)子分 配泵為特征。1 .直列柱塞泵的供油量控制“位置控制”的直列柱塞泵供油量控制裝置一般采用占空比控制型電磁 閥（簡稱占空比電磁閥）式或直流電動機式電子調(diào)速器。2 .轉(zhuǎn)子分配泵的供油量控制“位置控制”的轉(zhuǎn)子分配泵供油量控制裝置，一般采用轉(zhuǎn)子式或占空比 電磁閥式電子調(diào)速器。第一代位置控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)不僅保留了傳統(tǒng)的泵一管一嘴系統(tǒng)，還保留了原噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的機械傳動機

7、構(gòu)，只是對齒條或者 滑套的運動位置予以電子控制。教案內(nèi)容日本Denso公司的ECD- V1,德國Bosch公司的EDCffi日本Zexel公司 的COVE等都屬于位置控制的電才5分配泵系統(tǒng)。日本 Zexel公司的COPEC 德國Bosch公司的EDRK統(tǒng)和美國Caterpillar 公司的PEECK統(tǒng)等都屬于 位置控制的電控直列泵系統(tǒng)。二、時間控制方式供油量的“位置控制”特點是用模擬量來控制執(zhí)行元件工作，通過對噴 油泵油量控制機構(gòu)的定位來得到所需的供油量。不論采用何種類型的電子調(diào) 速器，總是需要由部分機械裝置來完成對噴油泵供油量的調(diào)節(jié)，也會降低控 制精度和響應(yīng)速度。所以繼供油量“位置控制”之后

8、出現(xiàn)了 “時間控制” 。1 .轉(zhuǎn)子分配泵的供油量控制在回油通道中安裝一個有E C U控制的高速電磁閥來控制回油通道的 開閉，也就實現(xiàn)供油量的“時間控制”?！皶r間控制”的轉(zhuǎn)子分配泵取消了油 量控制滑套和泵油柱塞上的回油槽（或孔）。2 . P T噴油器的供油量控制取消了原PT燃油系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的調(diào)速器和噴油器中的計量裝置， 使燃油供給系統(tǒng)大為簡化。高速電磁閥關(guān)閉的時刻即是噴油開始時刻，高速電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時間 決定了噴油量。第二代時間控制系統(tǒng)時間控制系統(tǒng)是用高速強力電磁閥直接控制高壓燃油，一般情況下，電 磁閥關(guān)閉，開始噴油；電磁閥打開，噴油結(jié)束。噴油始點取決于電磁閥關(guān)閉 時刻，噴油量取決于電磁閥關(guān)

9、閉的持續(xù)時間。傳統(tǒng)噴油泵中的齒條、滑套、 柱塞上的斜槽和提前期等全部取消， 對噴射定時和噴射油量控制的自由度更日本Zexel公司的Model-1電控分配泵，美國Detroit公司的DDEC電控 泵噴嘴、德國Bosch公司的EUP13電控單體泵都屬于時間控制系統(tǒng)。我國專家歐陽明高和丹麥 Sorenson研制的“泵一管一閥一嘴 (Pump/Pipe/Valve/Injector- PPVI)”電控燃油噴射系統(tǒng)也屬于第二代電控噴 射系統(tǒng)。三、時間一壓力控制方式第二代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)中最典型的是電控共軌式燃油噴射系 統(tǒng)。在電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)中，對噴油量的控制采用“時間一壓力控制” 或“壓力控

10、制”，用的最多的是“時間一壓力控制”方式。在該系統(tǒng)中，E C U控制供油壓力調(diào)節(jié)閥使噴油器的噴油壓差保持不 變，再通過控制三通電磁閥工作實現(xiàn)噴油量和噴油正時的控制。電磁閥通電 開始時刻決定了噴油的開始時刻，其通電時間決定噴油量。四、壓力控制方式在后期開發(fā)的柴油機電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)中， 為降低對供油壓力的 要求，噴油量的控制采用控制噴油壓力的方法實現(xiàn)，即噴油量的“壓力控制” 方式。教案內(nèi)容噴油器噴孔尺寸一定，噴油時間一定，控制噴油壓力即可控制噴油量； 而在增壓活塞和柱塞尺寸一定時，噴油壓力(即增壓壓力)取決于共軌中的 油壓，共軌中的油壓是由E C U根據(jù)各種傳感器信號通過燃油壓力調(diào)節(jié)閥來 控

11、制的，所以將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。在系統(tǒng)中，E C U根據(jù)實際的共軌壓力信號對共軌壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。第三代共軌電控噴射系統(tǒng)共軌式電控噴射系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的柱塞泵脈動供油的原理，通過油錘響應(yīng)、液力增壓、共軌蓄壓或者高壓共軌等形式形成高壓。采用壓力時間式燃 油計量原理，用電磁閥控制噴射過程，可以實現(xiàn)對噴射油量和噴射定時的靈 活控制。高壓共軌系統(tǒng)被世界內(nèi)燃機行業(yè)公認(rèn)為 20世紀(jì)三大突破之一，將成為21世紀(jì)柴油機燃油系統(tǒng)的主流。德國 Bosch公司、日本Denso公司和英國 Lucas公司都研制出了電控高壓共軌系統(tǒng)，并開始小批量向市場供貨。德國戴姆勒奔馳公司利用Bosch公司的技術(shù)首先

12、在世界范圍內(nèi)推出了 采用新型高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的 4氣門直噴式柴油機，并用于A、C級轎 車上。日本Hino公司利用Denso公司的技術(shù)在新型K13C型柴油發(fā)動機和J 系列柴油發(fā)動機上均采用了高壓共軌系統(tǒng)，日本 Mitsubishi公司也利用 Denso公司的技術(shù)在重型柴油發(fā)動機上應(yīng)用了高壓共軌系統(tǒng)。第三代共軌電控噴射系統(tǒng)基本特點：高壓共軌系統(tǒng)利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來， 并消除燃油中的壓力波動，然后再輸送給每個噴油器，通過控制噴油器上的 電磁閥實現(xiàn)噴射的開始和終止。其主要特點可以概括如下：1 .共軌腔內(nèi)的高壓直接用于噴射，可以省去噴油器內(nèi)的增壓機構(gòu)；而且 共軌腔內(nèi)是持續(xù)

13、高壓，高壓油泵所需的驅(qū)動力矩比傳統(tǒng)油泵小得多。2 .通過高壓油泵上的壓力調(diào)節(jié)電磁閥， 可以根據(jù)發(fā)動機負(fù)荷狀況以及經(jīng) 濟性和排放性的要求對共軌腔內(nèi)的油壓進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)， 尤其優(yōu)化了發(fā)動機的 低速性能。3 .通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時，噴射油量以及噴射速率，還可 以靈活調(diào)節(jié)不同工況下預(yù)噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。第三代共軌電控噴射系統(tǒng)一一典型系統(tǒng)高壓共軌系統(tǒng)由五個部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油 器、電控單元、各類傳感器和執(zhí)行器。供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的 進(jìn)油口，由發(fā)動機驅(qū)動的高壓油泵將燃油增壓后送入共軌腔內(nèi)，再由電磁閥 控制各缸噴油器在相應(yīng)時刻噴油。第三代共

14、軌電控噴射系統(tǒng)一一噴射系統(tǒng)預(yù)噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內(nèi)發(fā)生預(yù)混合或者 部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內(nèi)壓力升高率和峰值壓力都會 下降，發(fā)動機工作比較緩和，同時缸內(nèi)溫度降低使得NOx排放減小。預(yù)噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統(tǒng)的冷起動性能。主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內(nèi)噴入氣缸內(nèi)的油 量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時間從而縮短緩燃期，使燃 燒在發(fā)動機更有效的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)完成，提高輸出功率，減少燃油消耗， 降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度 和碳?xì)渑欧拧＝贪竷?nèi)容柴油機供（噴）油正時控制傳統(tǒng)柴油機

15、供給系統(tǒng)中，都是采用機械離心式或液壓式供油提前角自動 調(diào)節(jié)器來控制噴油泵的供油正時，間接實現(xiàn)對噴油器噴油正時的調(diào)節(jié)。而在 柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)中，一般都是由 ECU根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等傳 感器信號對供（噴）油正時進(jìn)行控制。在第二代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)和部分采用“時間控制”供（噴）油 量的第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)中，取消了傳統(tǒng)的供（噴）油提前角自 動調(diào)節(jié)器，采用由ECU控制的高速電磁閥控制供（噴）油的開始時刻（即 正時），并增加供（噴）油正時傳感器，實現(xiàn)了供（噴）油正時的閉環(huán)控制。一、直列柱塞泵供油正時電控系統(tǒng)直列柱塞泵供油正時電控系統(tǒng)由正時控制器、電磁閥、柴油機轉(zhuǎn)速傳感 器、正時傳感

16、器和ECU等組成。教案內(nèi)容兩個電磁閥分別安裝在正時控制器進(jìn)、回油路中，控制正時控制器工作 的液壓油來自柴油機潤滑系。正時控制器安裝在噴油泵驅(qū)動軸與凸輪軸之 問，受液壓控制的正時控制器可使噴油泵凸輪軸相對驅(qū)動軸在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn) 動。柴油機轉(zhuǎn)速傳感器安裝在噴油泵驅(qū)動軸上，ECU主要根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷傳感器信號確定基本供油提前角，再根據(jù)冷卻液溫度等傳感器信號進(jìn) 行修正，并通過兩個電磁閥控制正時控制器工作，來實現(xiàn)對噴油泵供油正時 的控制。正時傳感器安裝在噴油泵凸輪軸上，用來檢測凸輪軸的位置和轉(zhuǎn)角， ECU根據(jù)正時傳感器信號判斷實際的供油正時，并對供油正時進(jìn)行閉環(huán)控 制。二、轉(zhuǎn)子分配泵供油正時電控系統(tǒng)在

17、第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子分配泵供油正時的控制通常 是在原供油提前角自動調(diào)節(jié)器活塞兩側(cè)油腔之間增加一條液壓通道，并由 ECU通過電磁閥控制該液壓通道來實現(xiàn)。ECU主要根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷 傳感器信號確定基本供油提前角，再根據(jù)冷卻液溫度等傳感器信號進(jìn)行修 正，并通過電磁閥控制正時活塞左右兩側(cè)油腔內(nèi)的燃油壓力差，以改變正時 活塞的位置；正時活塞左右移動時，通過傳動銷帶動轉(zhuǎn)子分配泵內(nèi)的滾輪架 轉(zhuǎn)動，從而改變噴油泵的供油正時。正時傳感器（正時活塞位置傳感器）為差動電感式。傳感器鐵心隨正時 活塞移動，傳感器線圈內(nèi)產(chǎn)生與活塞位置成正比的電壓（自感電動勢）信 號,ECU根據(jù)此傳感器信號對噴油泵供油

18、正時進(jìn)行閉環(huán)控制。柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)實例 一、本電裝公司E C D V 1系統(tǒng)日本豐田公司柴油轎車最早裝用的就是由日本電裝公司開發(fā)的ECD V1系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵的基礎(chǔ)上，加裝電子控制裝置而形 成的。主要傳感器包括：發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、加速踏板位置傳感器、滑套位 置傳感器、正時活塞位置傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻 液溫度傳感器、車速傳感器、空檔開關(guān)、起動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)等。ECD-V1系統(tǒng)的控制功能包括：燃油噴射控制、進(jìn)氣節(jié)流控制、預(yù)熱 塞控制、自診斷和安全保護功能等。二、本電裝公司ECD V 3系統(tǒng)教案內(nèi)容日本電裝公司開發(fā)的ECD-V3系統(tǒng)也是在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵

19、基礎(chǔ)上， 增加電子控制裝置形成的柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)。 與ECDV1系統(tǒng)相比， 主要是噴油量控制方法不同，ECD-V3系統(tǒng)是通過控制噴油時間來實現(xiàn)對 噴油量控制的，即ECU在確定噴油器的噴油開始時刻后，再通過回油控制 電磁閥來控制柱塞泵回油的時刻（即停止噴油的時刻），以此來控制噴油量； 為控制噴油時間，在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵內(nèi)增設(shè)了泵角傳感器。泵角傳感器采 用電磁感應(yīng)式，向ECU提供噴油泵凸輪軸位置和轉(zhuǎn)角信號。止匕外，ECD-V3系統(tǒng)裝用光電式著火正時傳感器，對噴油正時實施反 饋控制。發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器安裝在曲軸上。三、本五十鈴公司I T E C系統(tǒng)五十鈴公司I TEC （全電子控制式）是在轉(zhuǎn)子分

20、配式噴油泵基礎(chǔ)上， 增加電子控制裝置形成的全電子控制式柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)的 主要特點是：具有巡航控制功能，設(shè)有燃油溫度傳感器，不對噴油正時進(jìn)行 反饋控制。止匕外，加速踏板位置傳感器采用差動電感式； 進(jìn)氣節(jié)流（節(jié)氣門） 不受ECU控制。四、直列柱塞泵電控系統(tǒng)裝用直流電動機式電子調(diào)速器的直列柱塞泵電控系統(tǒng)，用電子調(diào)速器取 代原有的機械調(diào)速器，以實現(xiàn)對噴油量的控制；用正時控制器取代原有的機 構(gòu)離心式供油提前角自動調(diào)節(jié)器，來對噴油正時進(jìn)行控制；并設(shè)有油量調(diào)節(jié) 拉桿（或齒條）位置傳感器和正時傳感器，對噴油量和噴油正時的控制均采 用閉環(huán)控制方式。五、美國Caterpillar公司HEUI系統(tǒng)該

21、系統(tǒng)具有共軌式柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，屬第二 代電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制功能包括：燃油噴射控制、進(jìn)氣 控制、起動控制、故障自診斷、失效保護和應(yīng)急備用，同時還具有與其他控 制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。HEUI系統(tǒng)的噴油量控制采用了 “壓力控制” 方式，通過由傳感器、ECU和執(zhí)行元件等組成的控制系統(tǒng)，對循環(huán)噴油量、 噴油正時、噴油速率和噴油壓力進(jìn)行控制。六、本電裝公司ECD-U2系統(tǒng)該系統(tǒng)主要用于載重汽車裝用的柴油機上，日本日野汽車公司、三菱汽(IT ATvQNJIXhl I車公司和日產(chǎn)汽車公司生產(chǎn)的載重汽車柴油機多數(shù)米用ECD U 2系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有共軌式噴油系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，屬于第二代柴油機電控燃油噴 射系統(tǒng)，ECDU2系統(tǒng)的組成，由各種傳感器、ECU、燃油壓力控制閥和 三通電磁閥等組成的控制系統(tǒng)，對噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力 進(jìn)行“時間壓力控制”。作業(yè)1 .柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點有哪些？2 .柴油機電控系統(tǒng)的功能有哪些？3 .柴油機