柴油機(jī)電控系統(tǒng)

第1頁(yè)1柴油機(jī)的動(dòng)力性特點(diǎn)2柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)3柴油機(jī)的排放特點(diǎn)補(bǔ)充材料:柴油機(jī)的工作特點(diǎn)第2頁(yè)1柴油機(jī)的動(dòng)力性特點(diǎn)猜猜看:下列機(jī)動(dòng)裝備用的發(fā)動(dòng)機(jī)是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第3頁(yè)二沖程/四沖程汽油機(jī)下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第4頁(yè)1.2升柴油機(jī)，3L/100km，61馬力下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第5頁(yè)1臺(tái)12V150柴油機(jī)，功率1500馬力下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第6頁(yè)兩臺(tái)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，1420馬力下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第7頁(yè)各型卡車(chē)、客車(chē)，150～300馬力下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第8頁(yè)1臺(tái)16V280ZJA型柴油機(jī)，5000馬力下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第9頁(yè)兩臺(tái)渦輪式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第10頁(yè)兩臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第11頁(yè)2臺(tái)柴油機(jī),?馬力下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第12頁(yè)4臺(tái)柴油機(jī)，13000馬力下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第13頁(yè)柴燃聯(lián)合動(dòng)力(CODOG)；二臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)55000馬力；二臺(tái)柴油機(jī)8840馬力

下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？第14頁(yè)下述對(duì)象用的是什么類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)？返回柴油機(jī)第15頁(yè)2柴油機(jī)的動(dòng)力性特點(diǎn)功率分布范圍大，轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)矩大1～10000馬力，5000轉(zhuǎn)以下具有良好的可靠性和耐久性船用柴油機(jī)可以工作20年以上升功率及單位質(zhì)量功率比汽油機(jī)小30～60kW/L，1000馬力/噸第16頁(yè)柴油機(jī)的動(dòng)力性特點(diǎn)第17頁(yè)3柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)熱效率高中小功率柴油機(jī)：30％～40％大功率柴油機(jī)：50％～55％燃油消耗率低轎車(chē)柴油機(jī)：198g/kWh卡車(chē)柴油機(jī)：188g/kWh比汽油機(jī)低1/3左右第18頁(yè)3柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)(續(xù)）工作經(jīng)濟(jì)范圍寬部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性較好可實(shí)現(xiàn)3L/100km例：TDI發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性曲線第19頁(yè)TDI發(fā)動(dòng)機(jī)解剖圖第20頁(yè)TDI轎車(chē)柴油機(jī)的萬(wàn)有特性100015002000250030003500400024681012n

,rpmBMEP,bar2032052102152202252302352402502602803203605101520253035404550556065第21頁(yè)TDI轎車(chē)柴油機(jī)的萬(wàn)有特性第22頁(yè)4柴油機(jī)的排放特點(diǎn)與汽油機(jī)比較：HC和CO排放相對(duì)較少CO2少NOx排放和汽油機(jī)基本相當(dāng)，但是汽油機(jī)可以加三效催化裝置微粒排放較高噪聲較大（南京IVECO車(chē)）解決NOx和PM的排放，是柴油機(jī)面臨的排放問(wèn)題。第23頁(yè)改進(jìn)柴油機(jī)排放的措施第24頁(yè)改進(jìn)柴油機(jī)排放的措施第25頁(yè)5柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)理想噴射特性預(yù)噴射、初始噴射速率低，主噴速率高，后噴停止速度快缸內(nèi)高壓噴射轎車(chē)：2000bar，卡車(chē)：2600bar以上增壓中冷，廢氣再循環(huán)(EGR)提高升功率、經(jīng)濟(jì)性和降低排放第26頁(yè)5

柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)(續(xù))排氣后處理

微粒捕捉器，氧化催化器，NOx催化器解決方案：電子控制：電子控制燃油噴射電子控制可變截面渦輪電子控制廢氣再循環(huán)電動(dòng)進(jìn)排氣門(mén)電子控制單元第27頁(yè)課后思考題為什么汽油機(jī)的功率范圍不如柴油機(jī)？為什么柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍不如汽油機(jī)？增壓可以同時(shí)改善柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放，為什么？高海拔條件下，柴油機(jī)的功率恢復(fù)最有效的措施是什么？柴油機(jī)排放物中的主要矛盾？第28頁(yè)課后思考題（續(xù)）如何解決柴油機(jī)的微粒排放？柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是什么？柴油機(jī)的工作特點(diǎn)？第29頁(yè)§5.7柴油機(jī)電子控制燃油噴射系統(tǒng)一、優(yōu)點(diǎn)：

1、改善柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、降低排放和噪音確定最佳噴油提前角，和精確的噴油量。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫、進(jìn)氣溫度、燃油溫度、壓力等。2、提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性3、對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)際高精度控制微機(jī)對(duì)各種運(yùn)行參數(shù)信息，進(jìn)行監(jiān)測(cè)處理迅速調(diào)節(jié)控制。實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)運(yùn)行工況實(shí)時(shí)高精度控制。4、較強(qiáng)的適應(yīng)性5、具有多功能的自動(dòng)調(diào)節(jié)性能；6、具有自診斷、檢測(cè)功能。國(guó)際上受日益嚴(yán)格的排放法規(guī)限制，目前柴油機(jī)電子控制技術(shù)在國(guó)外達(dá)到60%--90%第30頁(yè)保留了傳統(tǒng)柴油機(jī)供給系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，只是取消了機(jī)械控制部件（調(diào)速器等），增加了傳感器、ECU、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。優(yōu)點(diǎn)：柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)幾乎不需改動(dòng)，便于對(duì)現(xiàn)有柴油機(jī)進(jìn)行升級(jí)換代。缺點(diǎn)：響應(yīng)慢，控制精度不高，供油壓力不能控制。在直列柱塞泵上實(shí)施位置控制的有：日本電裝公司的ECD-P1、ECD-P2、ECD-P3系統(tǒng)；德國(guó)波許公司的EDR系統(tǒng)；美國(guó)的PEEC系統(tǒng)等。在分配泵上實(shí)施位置控制的有：日本電裝公司的ECD-V1系統(tǒng)；德國(guó)波許的EDC系統(tǒng)；美國(guó)的PCF系統(tǒng)等。第一代系統(tǒng)（位置控制方式）第31頁(yè)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(kāi)，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。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。在分配泵上實(shí)施時(shí)間控制的有：日本電裝公司的ECD-V3系統(tǒng)；美國(guó)Stanadyne公司的DS型和RS型（DS型已用于GM公司1994年的增壓柴油機(jī)上，RS型已用于GM公司的客貨兩用車(chē)和越野車(chē)）；日本豐田公司的ECD-2系統(tǒng)，等等。電控泵噴嘴系統(tǒng)有：德國(guó)波許公司的PDE27/PDE28系統(tǒng)，等等。第二代系統(tǒng)（時(shí)間控制方式）第32頁(yè)國(guó)外于20世紀(jì)90年代中期研制的一種新型柴油機(jī)電控技術(shù)。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、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。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。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(chē)和轎車(chē)柴油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展速度十分迅速。國(guó)外典型共軌噴射系統(tǒng)：日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)；美國(guó)BKM公司的servojet系統(tǒng)；美國(guó)Caterpiller公司的HEUI系統(tǒng)等。第三代系統(tǒng)（時(shí)間-壓力方式）第33頁(yè)二、原理與分類(lèi)1、原理與電控汽油噴射系統(tǒng)基本相同。2、分類(lèi)

（1）根據(jù)噴油量的控制

位置控制

式時(shí)間控制式（2）由產(chǎn)生高壓油的機(jī)構(gòu)不同

直列泵式分配泵式泵噴油器式單缸式共軌式

第34頁(yè)第35頁(yè)柴油機(jī)電控系統(tǒng)第36頁(yè)三、柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)內(nèi)容及功能8．進(jìn)氣渦流強(qiáng)度控制9．起動(dòng)預(yù)熱控制10．故障自診斷及故 障保護(hù)功能2．噴油正時(shí)控制3．怠速控制4．各缸噴油量不均 勻修正5．排氣再循環(huán)控制7．增壓控制6．進(jìn)氣節(jié)流控制1．噴油量控制第37頁(yè)（一）、噴油量控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)（基本噴油量）節(jié)氣門(mén)位置/加速踏板信號(hào)（基本噴油量）進(jìn)氣溫度信號(hào)（修正噴油量）進(jìn)氣壓力信號(hào)（修正噴油量）冷卻液溫度信號(hào)（修正噴油量）燃油特性修正、低溫起動(dòng)后修正、急減速修正以適應(yīng)不同工況不同工作條件變化的需要。通過(guò)電磁溢流閥對(duì)噴油量進(jìn)行精確控制第38頁(yè)（二）、噴油正時(shí)控制

噴油正時(shí)是由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置決定的，并由冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等信號(hào)進(jìn)行修正。

通過(guò)著火正時(shí)傳感器檢測(cè)實(shí)際燃燒開(kāi)始時(shí)刻實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油正時(shí)的閉環(huán)控制。

排除燃油十六烷值、大氣條件變化引起噴油正時(shí)差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油正時(shí)的最佳控制。第39頁(yè)（三）、怠速控制 由于發(fā)電機(jī)、空調(diào)動(dòng)力轉(zhuǎn)向等輔助裝置工作狀態(tài)的變化引起柴油機(jī)負(fù)荷變化導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化。 柴油機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)反饋控制系統(tǒng)控制怠速噴油量，使怠速控制在目標(biāo)轉(zhuǎn)速。第40頁(yè)（四）、各缸噴油量不均勻修正

由于各缸噴油泵的性能差異導(dǎo)致各缸噴油量的差異，引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)即所謂：怠速顫振。 電控系統(tǒng)通過(guò)作工沖程時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)速變化判斷各缸噴油量的差異。 利用電磁溢流閥快速響應(yīng)，及時(shí)修正各缸的噴油量來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，按各缸轉(zhuǎn)速無(wú)波動(dòng)偏差來(lái)控制各缸噴油量。第41頁(yè)（五）、排氣再循環(huán)控制 減少排氣中的NOX排放量，與汽油機(jī)電 控系統(tǒng)相同。（七）、增壓控制 電控系統(tǒng)控制增壓壓力和進(jìn)氣量、空燃比。（六）、進(jìn)氣節(jié)流控制 系統(tǒng)通過(guò)控制節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，控制進(jìn)氣量，降低怠速時(shí)的振動(dòng)和噪聲，停車(chē)時(shí)系統(tǒng)關(guān)閉節(jié)氣門(mén)中斷進(jìn)氣，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。第42頁(yè)（八）、進(jìn)氣渦流強(qiáng)度控制 系統(tǒng)通過(guò)控制進(jìn)氣通道的變化，以便在不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下更好地組織進(jìn)氣渦流，改善燃燒質(zhì)量，提高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、降低排放和污染。（九）、起動(dòng)預(yù)熱控制 在不同的起動(dòng)條件下系統(tǒng)通過(guò)控制起動(dòng)預(yù)熱塞的通電時(shí)間改善柴油機(jī)低溫起動(dòng)和低溫怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。（十）、故障自診斷及故障保護(hù)功能 此項(xiàng)與汽油機(jī)電控系統(tǒng)的故障自診斷失效保護(hù)功能基本相同。第43頁(yè)四、柴油機(jī)電了控制系統(tǒng)的控制方式控制方式可分為三大類(lèi)：

1、開(kāi)環(huán)控制、

2、閉環(huán)控制、

3、開(kāi)環(huán)—閉環(huán)綜合控制第44頁(yè)1、開(kāi)環(huán)控制

特點(diǎn)：用電子控制裝置取代噴油提前調(diào)節(jié)裝置。 結(jié)構(gòu)：分配泵凸輪滾環(huán)→液壓正時(shí)活塞→電磁閥控制（燃油反饋壓力） 電磁閥←控制單元←轉(zhuǎn)速、冷卻水溫、總供油量由電控單元貯存的最佳供油提前角發(fā)出指令。第45頁(yè)2、閉環(huán)控制 電控單元根據(jù)噴油傳感器著火正時(shí)傳感器反饋信號(hào)通過(guò)電磁閥控制正時(shí)活塞達(dá)到最佳正時(shí)供油提前角。第46頁(yè)3、開(kāi)環(huán)—閉環(huán)綜合控制 電控單元把開(kāi)環(huán)—閉環(huán)綜合起來(lái)，調(diào)整實(shí)際噴油正時(shí)出現(xiàn)誤差。進(jìn)行誤差補(bǔ)償。通常在相鄰兩次噴油間就能達(dá)到調(diào)整點(diǎn)。第47頁(yè)五、柴油機(jī)電子控系統(tǒng)組成由信號(hào)輸入裝置、電控單元、執(zhí)行器三部分組成一、傳感器信號(hào)輸入

1、油門(mén)踏板位置傳感器 反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷信號(hào)及怠速確認(rèn)，主控信號(hào)。

2、轉(zhuǎn)速傳感器、曲軸位置傳感器 主控信號(hào)與加速踏板位置傳感器共同決定噴油量和噴油提前角。

3、泵角傳感器 檢測(cè)泵轉(zhuǎn)角與曲軸位置傳感器共同控制噴油量保證噴油正時(shí)改變時(shí)不影響噴油量。第48頁(yè)4、著火正時(shí)傳感器 檢測(cè)燃燒室開(kāi)始燃燒時(shí)刻修正噴油正時(shí)5、冷卻液溫度傳感器 控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度，修正噴油量與噴油正時(shí)。6、進(jìn)氣溫度傳感器 檢測(cè)進(jìn)氣溫度、修正噴油量與噴油正時(shí)。7、進(jìn)氣壓力傳感器 檢測(cè)進(jìn)氣壓力、修正噴油量與噴油正時(shí)。8、溢流環(huán)位置傳感器

檢測(cè)溢流控制電磁鐵的電樞位置，以反饋控制溢流環(huán)位置。第49頁(yè)9、正時(shí)活塞位置傳感器檢測(cè)電子控制定時(shí)器正時(shí)活塞位置，將噴油正時(shí)提前量信號(hào)輸入ECU。10、控制桿位置傳感器檢測(cè)電子控制柱塞式噴油泵調(diào)速器中控制桿位置將噴射量的增減信號(hào)反饋給ECU11、控制套筒位置傳感器檢測(cè)電控分配式噴油泵調(diào)整器中控制筒位置將噴油量增減信號(hào)反饋給ECU12、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)、空調(diào)信號(hào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向油壓開(kāi)關(guān)信號(hào)、空擋起動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)第50頁(yè)二、電子控制單元ECU

功能與組成汽油機(jī)電控單元基本相同。三、執(zhí)行器 電動(dòng)調(diào)速器、溢流控制電磁鐵、電子控制正時(shí)控制閥、電子控制正時(shí)器、電磁溢流閥、高速電磁閥、電子液力控制噴油器等。第51頁(yè)車(chē)用柴油機(jī)的理想噴射特性ConventionalInjectionR第52頁(yè)三種柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的噴射壓力對(duì)比（轎車(chē)柴油機(jī)）R第53頁(yè)柴油機(jī)增壓和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)R第54頁(yè)HEUI系統(tǒng)R第55頁(yè)柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的傳感器返回R第56頁(yè)空氣流量傳感器返回R第57頁(yè)柴油機(jī)電控噴嘴返回R第58頁(yè)共軌柴油機(jī)的ECU返回第59頁(yè)6第三代高壓共軌系統(tǒng)注意其控制特點(diǎn)：共軌壓力的反饋控制噴油量控制噴油定時(shí)控制預(yù)噴射控制第60頁(yè)(1)共軌控制系統(tǒng)的類(lèi)型1中壓共軌—HEUI系統(tǒng)2高壓共軌—線圈電磁閥噴油器3高壓共軌—壓電晶體噴油器4共軌系統(tǒng)的控制特點(diǎn)第61頁(yè)(2)液力活塞增壓噴射系統(tǒng)－HEUI第62頁(yè)HEUI的含義第63頁(yè)第64頁(yè)高壓機(jī)油泵高壓機(jī)油共軌HEUI噴油器燃油濾清器輸油泵燃油箱燃油回油管ECURPCV壓力控制閥機(jī)油泵機(jī)油箱機(jī)油冷卻器機(jī)油濾清器油壓300kPa油壓200kPa油壓4～23MPa噴射壓力可達(dá)150MPa低壓燃油共軌第65頁(yè)HEUI系統(tǒng)組成第66頁(yè)(3)HEUI的預(yù)噴射功能第67頁(yè)(4)HEUI的主噴射第68頁(yè)HEUI的機(jī)油壓力控制第69頁(yè)HEUI的燃油供油泵第70頁(yè)HEUI的控制系統(tǒng)第71頁(yè)HEUI的控制特點(diǎn)機(jī)油壓力和增壓活塞配合完成噴射壓力控制，以較低的共軌壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓噴射；需要活塞增壓，增壓過(guò)程響應(yīng)慢；30ms可以實(shí)