柴油電控發(fā)動(dòng)機(jī)

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴油系統(tǒng)目錄柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的組成柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控原理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)應(yīng)用舉例柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展

盡管柴油機(jī)熱效率高（比汽油機(jī)高約10%）、燃油消耗率低（比汽油機(jī)低約20%）的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展?jié)摿κ瞧蜋C(jī)無法比擬的，但自柴油機(jī)的問世至今，其比重大、振動(dòng)和噪聲大，起動(dòng)性能差、制造成本高的缺點(diǎn)，始終是限制柴油機(jī)在汽車（尤其是在轎車）上廣泛應(yīng)用的瓶頸。柴油機(jī)電控技術(shù)是在解決能源危機(jī)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(tái)上發(fā)展起來的。汽油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展為柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展在柴油機(jī)的電子控制系統(tǒng)中，最早研究并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的是電子控制柴油噴射系統(tǒng)，到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了三代變化：1.第一代電控柴油噴射系統(tǒng)：位置控制式。2.第二代電控柴油噴射系統(tǒng)：時(shí)間控制式。3.第三代電控柴油噴射系統(tǒng)：高壓共軌式系統(tǒng)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的組成傳感器包括加速踏板位置傳感器、反饋信號(hào)傳感器、燃油溫度傳感器等和信號(hào)開關(guān)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)行元件發(fā)出執(zhí)行令信號(hào)。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)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控原理第一代位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)位置控制式直列柱塞泵位置控制式電控分配泵系統(tǒng)第一代位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)的控制特點(diǎn)位置控制式直列柱塞泵

ECU根據(jù)加速踏板位置傳感器信號(hào)（即負(fù)荷信號(hào)）和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并參考供油齒條位置、冷卻液溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器信號(hào)，按內(nèi)存控制程序計(jì)算供油量和噴油提前角控制參數(shù)值，再通過ECU中行程或位置伺服電路，使電子調(diào)速器內(nèi)的線性螺線管控制噴油泵供油齒條的行程或位置。噴油量的控制

線性螺線管安裝在原噴油泵供油齒條的一端，螺線管中的鐵心與噴油泵的供油齒條連成一體。當(dāng)控制電流通過螺線管時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)作用在鐵芯上的與螺線管中電流成正比的電磁力，推動(dòng)油量調(diào)節(jié)齒桿移動(dòng)，當(dāng)推力與復(fù)位彈簧力平衡時(shí)，齒桿就停留在某一位置上。齒桿位置傳感器將信號(hào)傳給ECU，ECU根據(jù)齒桿的實(shí)際位置和預(yù)定位置間的偏差量，發(fā)出改變輸入螺線管電流的驅(qū)動(dòng)信號(hào)就能精確控制齒桿的位置，從而改變噴油量

位置控制式直列柱塞泵電子調(diào)速器結(jié)構(gòu)噴油正時(shí)的控制電控直列柱塞泵供油正時(shí)系統(tǒng)組成1–轉(zhuǎn)速表2–故障指示燈3–供油齒條位置傳感器4–柴油機(jī)5–噴油泵6–正時(shí)傳感器7–正時(shí)控制閥8–轉(zhuǎn)速傳感器9–正時(shí)控制電磁閥10–冷卻液溫度傳感器正時(shí)控制閥工作原理圖

正時(shí)控制閥工作原理1–凸輪軸2–液壓腔3–液壓活塞4–大偏心輪5–小偏心輪6–驅(qū)動(dòng)軸7–驅(qū)動(dòng)盤8–滑塊銷9–滑塊10–電磁閥

位置控制式電控分配泵系統(tǒng)ECD型電控分配泵結(jié)構(gòu)

噴油量的控制

位置控制式電控分配泵電子調(diào)速器結(jié)構(gòu)

噴油量的控制噴油量的控制方式

供油正時(shí)的控制

正時(shí)控制閥結(jié)構(gòu)示意圖

1.保留了傳統(tǒng)的噴油泵-高壓油管-噴油器系統(tǒng)，只取消機(jī)械調(diào)速器，改用電子執(zhí)行器來完成分配轉(zhuǎn)子與滑套或柱塞和柱塞套之間的相對(duì)位置控制。

2.增加反饋位置的傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器以及燃油溫度傳感器等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油泵的精確控制。3.電子控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，不同轉(zhuǎn)速與負(fù)荷下的噴油量可以靈活標(biāo)定，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)穩(wěn)態(tài)工況范圍，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性可以按照性能最佳的方式來確定，且響應(yīng)速度快。位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)的控制特點(diǎn)位置控制式電噴系統(tǒng)工作原理圖優(yōu)點(diǎn)：柴油機(jī)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。應(yīng)用在在直列柱塞泵上的有：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。應(yīng)用在分配泵上的有：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。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控原理第二代時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)電控分配泵噴射系統(tǒng)電控泵噴嘴系統(tǒng)第二代時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)的控制特點(diǎn)

時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)噴油量控制

時(shí)間控制式轉(zhuǎn)子分配泵結(jié)構(gòu)控制ECU根據(jù)各種傳感器信號(hào)計(jì)算出供油量后，向控制器發(fā)出指令和相關(guān)信息控制器則根據(jù)ECU的指令和相關(guān)信息，并參考燃油溫度傳感器信號(hào)對(duì)分配給各缸的供油量進(jìn)行平衡（均勻性控制），并通過驅(qū)動(dòng)器（放大電路）直接控制高速電磁溢流閥工作。噴油量控制原理圖

轉(zhuǎn)子分配泵的供油量控制系統(tǒng)

電磁溢流閥結(jié)構(gòu)示意圖1–電樞2–電磁線圈3–輔助閥4–主閥高速電磁溢流閥結(jié)構(gòu)

電磁溢流閥工作原理噴油正時(shí)控制

噴油正時(shí)控制機(jī)構(gòu)與位置控制式電控分配泵一樣，即通過正時(shí)活塞的移動(dòng)來改變端面凸輪與滾輪的相對(duì)位置來實(shí)現(xiàn)噴油提前角的控制的，而正時(shí)活塞的位置則由加在上面的液壓大小所決定。ECU通過控制正時(shí)控制電磁閥線圈電流的通斷來控制作用在正時(shí)活塞上的油壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油提前角控制，但取消了定時(shí)活塞位置傳感器，反饋信號(hào)來自于曲軸位置信號(hào)和噴油泵轉(zhuǎn)角傳感器的無齒段信號(hào)間的相位差。在油泵驅(qū)動(dòng)軸上裝有泵角脈沖發(fā)生器，泵角傳感器向ECU輸入燃油何時(shí)開始噴射的信號(hào)，曲軸位置傳感器向ECU輸入曲軸基準(zhǔn)位置的參考信號(hào)。ECU根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)才能確定噴油提前角。

電控泵噴嘴系統(tǒng)的組成電控泵噴嘴系統(tǒng)

泵噴嘴Bosch公司電子控制泵噴嘴結(jié)構(gòu)電控噴嘴系統(tǒng)

1-凸輪2-柱塞3-回位彈簧4-高壓腔5-電磁閥針閥6-電磁閥閥腔7-進(jìn)油通道8-回油通道9-線圈10-低壓腔泵噴嘴工作原理

時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)的控制特點(diǎn)1.產(chǎn)生高壓的裝置與機(jī)械式噴油系統(tǒng)、第一代位置控制式系統(tǒng)相同，都需要用凸輪軸來驅(qū)動(dòng)柱塞，用壓縮燃油來產(chǎn)生噴射需要的力。2.油量控制和調(diào)節(jié)裝置與第一代位置控制式系統(tǒng)已經(jīng)完全不同。第一代的位置電控中，油量調(diào)節(jié)裝置是油量控制套筒，而第二代時(shí)間控制式的電控系統(tǒng)中，控制油量的執(zhí)行器是電磁閥，直接由電磁閥的動(dòng)作完成每個(gè)噴射過程。3.噴射過程更加直接和精確。噴射過程中，電磁閥關(guān)閉的時(shí)間決定噴油正時(shí)，電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間決定噴油量和噴射壓力，電磁閥直接調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工況。4.由于仍需要凸輪型線的驅(qū)動(dòng)來產(chǎn)生噴射所需的高壓，其噴射壓力嚴(yán)重依賴于凸輪型線的設(shè)計(jì)，使得噴油壓力控制、噴油速率控制和噴油定時(shí)控制都沒有得到充分發(fā)揮，從而也限制了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步改善。時(shí)間控制式電噴系統(tǒng)工作原理圖

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(shí)刻和通、斷電時(shí)間控制噴油泵的供油量和供油正時(shí)。

電磁溢流閥結(jié)構(gòu)示意圖1–電樞2–電磁線圈3–輔助閥4–主閥電磁溢流閥的結(jié)構(gòu)電磁溢流閥工作原理優(yōu)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公司的客貨兩用車和越野車）；日本豐田公司的ECD-2系統(tǒng)等。電控泵噴嘴系統(tǒng)有：德國(guó)波許公司的PDE27/PDE28系統(tǒng)等。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控原理第三代高壓共軛式電控燃油噴射系統(tǒng)1.可實(shí)現(xiàn)高壓噴射，噴射壓力比一般噴油泵高出一倍，最高已達(dá)200MPa。2.可改善發(fā)動(dòng)機(jī)低速及低負(fù)荷性能。3.可優(yōu)化燃燒過程，使發(fā)動(dòng)機(jī)油耗、煙度、噪聲及排放等性能指標(biāo)得到明顯改善，并有利于改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性。4.可實(shí)現(xiàn)共軌壓力的閉環(huán)控制。共軌上的壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋共軌中的壓力，通過控制PCV的電流來調(diào)整進(jìn)入共軌的燃油量和軌道壓力，形成獨(dú)立的共軌壓力閉環(huán)子系統(tǒng)。5.共軌沿發(fā)動(dòng)機(jī)縱向布置，高壓泵、共軌和噴油器各自的位置相互獨(dú)立，便于在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝和布置。6.共軌系統(tǒng)組成較復(fù)雜，機(jī)械、液力和電子、電磁閥耦合程度高，加工制造、控制匹配要求的水平高，與第二代時(shí)間控制式相比，具有性能好的同時(shí)，開發(fā)難度也加大。高壓共軛式電控燃油噴射系統(tǒng)“電控”指噴油系統(tǒng)由電腦(ECU)控制，ECU對(duì)每個(gè)噴油嘴的噴油量、噴油時(shí)刻進(jìn)行精確控制，能使柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性達(dá)到最佳的平衡，