現(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展概述(39張)課件

1、機(jī)械部2013年1月1.1現(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展概述一、柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展為了改善柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能和降低燃油消耗率，同時(shí)也為了適應(yīng)嚴(yán)格的柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的需要，從20世紀(jì)80年代初期開始，各種電控柴油噴射系統(tǒng)相繼問(wèn)世。柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷的三個(gè)階段：（1）位置控制（2）時(shí)間控制（3）時(shí)間-壓力控制第一代柴油機(jī)電控技術(shù)位置控制方式1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)位置控制方式不僅保留了傳統(tǒng)的泵-管-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(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，只是對(duì)齒條或者滑套的運(yùn)動(dòng)位置予以電子控制。2、應(yīng)用在直列柱塞泵上實(shí)施位置控制的有：（1）日本電裝公司的ECD-P1、ECD-P2、ECD-P3系

2、統(tǒng)。（2）德國(guó)波許公司的EDR系統(tǒng)。（3）美國(guó)的PEEC系統(tǒng)等。在分配泵上實(shí)施位置控制的有：（1）日本電裝公司的ECD-V1系統(tǒng)。（2）德國(guó)波許的EDC系統(tǒng)。（3）美國(guó)的PCF系統(tǒng)等。ECD-V1系統(tǒng)的組成4 3、性能特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不需改動(dòng)，生產(chǎn)繼承性好，便于對(duì)現(xiàn)有柴油機(jī)進(jìn)行升級(jí)換代。 缺點(diǎn)：系統(tǒng)響應(yīng)慢、控制頻率低、控制自由度小、控制精度不夠高，噴油壓力無(wú)法獨(dú)立控制。 第二代柴油機(jī)電控技術(shù)時(shí)間控制方式1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本保留了傳統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，通過(guò)高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時(shí)噴射。一般情況下，電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油；電磁閥打開，噴油結(jié)束。因此可實(shí)現(xiàn)供油量控制，又可實(shí)現(xiàn)供油正時(shí)的控制。

3、2、性能特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：控制自由度更大，供油加壓與供油調(diào)節(jié)在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，使噴油泵結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，強(qiáng)度得到提高。高壓噴油能力大大加強(qiáng)。缺點(diǎn)：供油壓力無(wú)法控制。3、應(yīng)用在分配泵上實(shí)施時(shí)間控制的有：（1）日本電裝公司的ECD-V3、 ECD-V4系統(tǒng)。（2）美國(guó)Stanadyne公司的DS系統(tǒng)和RS系統(tǒng)。（3）日本豐田公司的 ECD-2系統(tǒng)。電控泵噴嘴系統(tǒng)有：德國(guó)波許公司的 PDE27/PDE28系統(tǒng)。 第三代柴油機(jī)電控技術(shù)時(shí)間-壓力控制方式1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本改變了傳統(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(gè)高壓油管）式噴油系統(tǒng)為特征，直接對(duì)噴油器的噴油量、噴油正時(shí)、噴油速率和噴油規(guī)律

4、、噴油壓力等進(jìn)行時(shí)間-壓力控制。油壓油泵并不直接控制噴油，而僅僅向共軌供油以維持所需的共軌壓力，并通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來(lái)控制噴射壓力。2、性能特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)高壓噴射（最高達(dá)200Mpa），噴射壓力獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，具有良好的噴射特性。電控高壓共軌噴射系統(tǒng)是柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向，目前在卡車和轎車柴油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展速度很快。3、應(yīng)用國(guó)外典型共軌噴射系統(tǒng)：（1）日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)。（2）美國(guó)BKM公司的servojet系統(tǒng)。（3）美國(guó) Caterpiller公司的 HEUI系統(tǒng)。BOSCH電控高壓共軌安裝示意圖 二、柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（1）

5、改善低溫起動(dòng)性。（2）降低氮氧化物和煙度的排放。（3）提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。（4）提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。（5）控制渦輪增壓。（6）適應(yīng)性廣。三、柴油機(jī)電控系統(tǒng)的功能（1）燃油噴射控制 （2）怠速控制（3）進(jìn)氣控制（4）增壓控制（5）排放控制（6）起動(dòng)控制（7）巡航控制（8）故障自診斷和失效保護(hù)（9）柴油機(jī)與自動(dòng)變速器的綜合控制 1、燃油噴射控制 （1）供（噴）油量控制：在起動(dòng)、怠速、正常運(yùn)行等各種工況下， ECU 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、負(fù)荷信號(hào)和內(nèi)存控制模型來(lái)確定基本供油量，再根據(jù)冷卻液溫度信號(hào)、進(jìn)氣溫度信號(hào)、起動(dòng)開關(guān)信號(hào)、空調(diào)開關(guān)信號(hào)、反饋信號(hào)等對(duì)供油量進(jìn)行修正。 （2）供（噴）油正時(shí)控

6、制：ECU 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、負(fù)荷信號(hào)和內(nèi)存的控制模型來(lái)確定基本供油量，再根據(jù)反饋信號(hào)進(jìn)行修正。 （3）供（噴）油速率和供（噴）油規(guī)律的控制：ECU 以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、負(fù)荷信號(hào)作為主控制信號(hào)，按預(yù)設(shè)的程序確定最佳的供油速率和供油規(guī)律。 （4）噴油壓力的控制：ECU 以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、負(fù)荷信號(hào)作為主控制信號(hào)，按預(yù)設(shè)的程序確定最佳的噴油壓力，并對(duì)噴油壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。 （5）柴油機(jī)低油壓保護(hù)：柴油機(jī)機(jī)油壓力過(guò)低時(shí)， ECU 根據(jù)機(jī)油壓力傳感器信號(hào)減少供油量，降低轉(zhuǎn)速并報(bào)警；當(dāng)機(jī)油壓力降到一定值一下時(shí)，則切斷燃油供給，強(qiáng)制使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。 （6）增壓器工作保護(hù)：ECU 根據(jù)增壓壓力信號(hào)適當(dāng)調(diào)節(jié)供油量

7、，并在增壓壓力過(guò)高或過(guò)低時(shí)報(bào)警。 2、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。 3、進(jìn)氣控制 ：主要包括進(jìn)氣節(jié)流控制、可變進(jìn)氣渦流控制和可變配氣正時(shí)控制。 4、增壓控制 ：柴油機(jī)的增壓控制主要是由 ECU 根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、負(fù)荷信號(hào)、增壓壓力信號(hào)等，通過(guò)控制廢氣旁通閥的開度或廢氣噴射器的噴射角度、增壓器渦輪廢氣進(jìn)口截面大小等措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣渦輪增壓器工作狀態(tài)和增壓壓力的控制，以改善柴油機(jī)的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪聲。 5、排放控制 ：柴油機(jī)的排放控制主要是廢氣再循環(huán)（ EGR ）控制。 ECU 主要根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)，按內(nèi)存程序控制 EGR 閥開度，以調(diào)

8、節(jié) EGR 率。 6、起動(dòng)控制 ：柴油機(jī)起動(dòng)控制主要包括供（噴）油量控制、供（噴）油正時(shí)控制和預(yù)熱裝置控制，其中供（噴）油量控制和供（噴）油正時(shí)控制與其他工況相同。 7、巡航控制 ：帶有巡航控制功能的柴油機(jī)電控系統(tǒng)，當(dāng)通過(guò)巡航控制開關(guān)選定巡航控制模式后， ECU 即可根據(jù)車速信號(hào)等自動(dòng)維持汽車以一定車速行駛。 8、故障自診斷和失效保護(hù) ：柴油機(jī)電控系統(tǒng)中也包含故障自診斷和失效保護(hù)兩個(gè)子系統(tǒng)。柴油機(jī)電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，自診斷系統(tǒng)將點(diǎn)亮儀表盤上的 “ 故障指示燈 ” ，提醒駕駛員注意，并儲(chǔ)存故障碼，檢修時(shí)可通過(guò)一定的操作程序調(diào)取故障碼等信息；同時(shí)失效保護(hù)系統(tǒng)啟動(dòng)相應(yīng)保護(hù)程序，使柴油能夠繼續(xù)保持運(yùn)轉(zhuǎn)

9、或強(qiáng)制熄火。 9、柴油機(jī)與自動(dòng)變速器的綜合控制 ：在裝用電控自動(dòng)變速器的柴油車上，將柴油機(jī)控制 ECU 和自動(dòng)變速器控制 ECU 合為一體，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)與自動(dòng)變速器的綜合控制，以改善汽車的變速性能。 四、柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的組成柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)主要由傳感器、 ECU 、執(zhí)行元件三部分組成。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)原理和安裝位置的不同。1、傳感器 用來(lái)檢測(cè)柴油機(jī)與汽車的運(yùn)行狀況，并將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸送給 ECU 。 （1）加速踏板位置傳感器：用來(lái)檢測(cè)加速踏板所處位置， ECU 根據(jù)此傳感器信號(hào)間接

10、判斷柴油機(jī)的負(fù)荷，作為控制柴油機(jī)噴油量和噴油正時(shí)的主控制信號(hào)。有電位計(jì)式和差動(dòng)電感式兩種類型。 （2）反饋信號(hào)傳感器：閉環(huán)控制系統(tǒng)中用來(lái)檢測(cè)控制系統(tǒng)執(zhí)行元件實(shí)際位置的傳感器。主要包括負(fù)荷傳感器和正時(shí)傳感器兩大類。 （3）燃油溫度傳感器：ECU 根據(jù)此傳感器信號(hào)對(duì)噴油量進(jìn)行修正。一般采用熱敏電阻式，其結(jié)構(gòu)原理與進(jìn)氣溫度傳感器基本相同。 （4）其他傳感器和信號(hào)開關(guān)：包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、冷卻液溫度傳感器、制動(dòng)開關(guān)、空調(diào)開關(guān)、點(diǎn)火開關(guān)等。其功用、結(jié)構(gòu)和工作原理與汽油機(jī)電控系統(tǒng)基本相同。 2、柴油機(jī)控制 ECU 根據(jù)各傳感器輸入信號(hào)和內(nèi)存程序，計(jì)算出供（噴）油量和供（噴）油開始時(shí)刻，并向執(zhí)

11、行元件發(fā)出執(zhí)令信號(hào)。3. 執(zhí)行元件執(zhí)行 ECU 的指令，調(diào)節(jié)柴油機(jī)的供（噴）油量和供（噴）油正時(shí)。五、柴油機(jī)供（噴）油量控制 （一）位置控制方式位置控制方式不僅保留了傳統(tǒng)的泵管嘴系統(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(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，只是對(duì)齒條或者滑套的運(yùn)動(dòng)位置予以電子控制。 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(jiǎn)稱占空比電磁閥）式或直流電動(dòng)機(jī)式電子調(diào)速器。 占空比控制型電磁閥電子調(diào)速器的結(jié)構(gòu)如圖所示，安裝在原噴油泵供油齒條（或供油拉桿、供油角板）的一端，電磁閥中的鐵心與噴油泵的供油齒條連成一體。 柱塞泵供油量“位置控制

12、”系統(tǒng) 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。ECU 通過(guò)控制流經(jīng)線圈的電流方向來(lái)控制轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，通過(guò)控制通電占空比來(lái)控制轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。通過(guò)滑套位置傳感器的反饋信號(hào)，得到滑套的實(shí)際位置，以此進(jìn)行反饋控制。 （二）時(shí)間控制方式供油量的位置控制特點(diǎn)是用模擬量來(lái)控制執(zhí)行元件工作，通過(guò)對(duì)噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)的定位來(lái)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(jī)械裝置來(lái)完成對(duì)噴油泵供油量的調(diào)節(jié)，也會(huì)降低控制精度和響應(yīng)速度。所以繼供油量“位置控制”之后出現(xiàn)了“時(shí)間控制”。 時(shí)間控制方式是用高速?gòu)?qiáng)力電磁閥直接控制高

13、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(diǎn)取決于電磁閥關(guān)閉時(shí)刻，噴油量取決于電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時(shí)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(duì)噴射定時(shí)和噴射油量控制的自由度更大。 1、轉(zhuǎn)子分配泵的供油量控制 在回油通道中安裝一個(gè)有 ECU 控制的高速電磁閥來(lái)控制回油通道的開閉，也就實(shí)現(xiàn)供油量的“時(shí)間控制”。“時(shí)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(jì)量裝置，使燃油供給系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。 高速電磁閥關(guān)閉的時(shí)刻即是噴油開始時(shí)刻，高速電磁閥關(guān)閉的持

14、續(xù)時(shí)間決定了噴油量。 （三）時(shí)間壓力控制方式第二代柴油機(jī)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(duì)噴油量的控制采用“時(shí)間壓力控制”或“壓力控制”，用的最多的是“時(shí)間壓力控制”方式。在該系統(tǒng)中， ECU 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(guò)控制三通電磁閥工作實(shí)現(xiàn)噴油量和噴油正時(shí)的控制。電磁閥通電開始時(shí)刻決定了噴油的開始時(shí)刻，其通電時(shí)間決定噴油量。 電控共軌式燃油噴射系統(tǒng) 電控共軌式燃油噴射系統(tǒng) 噴油量“時(shí)間壓力控制”系統(tǒng) 六、柴油機(jī)供（噴）油正時(shí)控制 傳統(tǒng)柴油機(jī)供給系統(tǒng)中，都是采用機(jī)械離心式或液壓式供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器來(lái)控制噴油泵的供油正時(shí)

15、，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油器噴油正時(shí)的調(diào)節(jié)。在柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)中，一般都是由 ECU 根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等傳感器信號(hào)對(duì)供（噴）油正時(shí)進(jìn)行控制。注意點(diǎn)：在第二代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)和部分采用“時(shí)間控制”供（噴）油量的第一代柴油機(jī)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(dòng)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(shí)刻（即正時(shí)），并增加供（噴）油正時(shí)傳感器，實(shí)現(xiàn)了供（噴）油正時(shí)的閉環(huán)控制。1、直列柱塞泵供油正時(shí)電控系統(tǒng)直列柱塞泵供油正時(shí)電控系統(tǒng)由正時(shí)控制器、電磁閥、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、正時(shí)傳感器和 ECU 等組成。工作原理：兩個(gè)電磁閥分別安裝在正時(shí)控制器進(jìn)、回油路中，控制正

16、時(shí)控制器工作的液壓油來(lái)自柴油機(jī)潤(rùn)滑系。正時(shí)控制器安裝在噴油泵驅(qū)動(dòng)軸與凸輪軸之間，受液壓控制的正時(shí)控制器可使噴油泵凸輪軸相對(duì)驅(qū)動(dòng)軸在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器安裝在噴油泵驅(qū)動(dòng)軸上，ECU 主要根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷傳感器信號(hào)確定基本供油提前角，再根據(jù)冷卻液溫度等傳感器信號(hào)進(jìn)行修正，并通過(guò)兩個(gè)電磁閥控制正時(shí)控制器工作，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油泵供油正時(shí)的控制。正時(shí)傳感器安裝在噴油泵凸輪軸上，用來(lái)檢測(cè)凸輪軸的位置和轉(zhuǎn)角， ECU 根據(jù)正時(shí)傳感器信號(hào)判斷實(shí)際的供油正時(shí)，并對(duì)供油正時(shí)進(jìn)行閉環(huán)控制。 2、轉(zhuǎn)子分配泵供油正時(shí)電控系統(tǒng) 工作原理：在第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子分配泵供油正時(shí)的控制通常是在原供油

17、提前角自動(dòng)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(guò)電磁閥控制該液壓通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。ECU 主要根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷傳感器信號(hào)確定基本供油提前角，再根據(jù)冷卻液溫度等傳感器信號(hào)進(jìn)行修正，并通過(guò)電磁閥控制正時(shí)活塞左右兩側(cè)油腔內(nèi)的燃油壓力差，以改變正時(shí)活塞的位置；正時(shí)活塞左右移動(dòng)時(shí)，通過(guò)傳動(dòng)銷帶動(dòng)轉(zhuǎn)子分配泵內(nèi)的滾輪架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變噴油泵的供油正時(shí)。401、不是井里沒(méi)有水，而是你挖的不夠深。不是成功來(lái)得慢，而是你努力的不夠多。2、孤單一人的時(shí)間使自己變得優(yōu)秀，給來(lái)的人一個(gè)驚喜，也給自己一個(gè)好的交代。3、命運(yùn)給你一個(gè)比別人低的起點(diǎn)是想告訴你，讓你用你的一生去奮斗出一個(gè)絕地反擊的故事，所以有什

18、么理由不努力!4、心中沒(méi)有過(guò)分的貪求，自然苦就少?？诶锊徽f(shuō)多余的話，自然禍就少。腹內(nèi)的食物能減少，自然病就少。思緒中沒(méi)有過(guò)分欲，自然憂就少。大悲是無(wú)淚的，同樣大悟無(wú)言。緣來(lái)盡量要惜，緣盡就放。人生本來(lái)就空，對(duì)人家笑笑，對(duì)自己笑笑，笑著看天下，看日出日落，花謝花開，豈不自在，哪里來(lái)的塵埃!5、心情就像衣服，臟了就拿去洗洗，曬曬，陽(yáng)光自然就會(huì)蔓延開來(lái)。陽(yáng)光那么好，何必自尋煩惱，過(guò)好每一個(gè)當(dāng)下，一萬(wàn)個(gè)美麗的未來(lái)抵不過(guò)一個(gè)溫暖的現(xiàn)在。6、無(wú)論你正遭遇著什么，你都要從落魄中站起來(lái)重振旗鼓，要繼續(xù)保持熱忱，要繼續(xù)保持微笑，就像從未受傷過(guò)一樣。7、生命的美麗，永遠(yuǎn)展現(xiàn)在她的進(jìn)取之中;就像大樹的美麗，是展現(xiàn)在它負(fù)勢(shì)向上高聳入云的蓬勃生機(jī)中;像雄鷹的美麗，是展現(xiàn)在它搏風(fēng)擊雨如蒼天之魂的翱翔中;像江河的美麗，是展現(xiàn)在它波濤洶涌一瀉千里的奔流中。8、有些事，不可避免地發(fā)生，陰晴圓缺皆有規(guī)律，我們只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改變它的軌跡。9、與其埋怨世界，不如改變自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都強(qiáng)。人生無(wú)完美，曲折亦風(fēng)景。別把失去看得過(guò)重，放棄是另一種擁有;不要經(jīng)常艷羨他人，人做到了，心悟到了，相信屬于你的風(fēng)