畢業(yè)設計（論文）-微機控制式捷達SDI（1.9L）電控柴油噴射系統(tǒng)測控試驗臺電路設計（全套圖紙） .doc

微機控制式捷達SDI（1.9L）電控柴油噴射系統(tǒng)測控試驗臺電路設計南京林業(yè)大學應用技術學院交通運輸（汽車運用工程）第1頁共29頁前言21世紀是綠色柴油機的時代，傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)已經不能適應柴油機技術發(fā)展的需要，柴油機電控系統(tǒng)是必然之選。到目前為止，世界上已經有許多發(fā)達國家已經研究并產生了很多功能各異的柴油機電控系統(tǒng)。柴油機電子控制的內容已經由當初的燃油噴射系統(tǒng)單一控制，逐步發(fā)展到了柴油機各個系統(tǒng)控制，如可變氣門驅動系統(tǒng)、可變進氣渦輪控制系統(tǒng)等。21世紀柴油機電子控制技術將進入發(fā)展的鼎盛時期。目前我國生產的捷達、寶來、和奧迪A6轎車等已經采用了柴油機電控技術，其中很多技術處于世界先進水平，如共軌高壓噴射技術、泵噴嘴技術等。正因為電控柴油噴射技術有了如此大的發(fā)展，我們才更應該再認真的學習一下電控柴油噴射系統(tǒng)的一些知識，本論文就是以捷達汽車為例，設計了捷達汽車的電控柴油噴射系統(tǒng)測控試驗臺，這種設備采用微機控制，分為試驗臺主體部分，控制柜和顯示板三部分，通過對信號的采集、控制和顯示，可以使我們更好的了解電控柴油噴射系統(tǒng)的性能。這種試驗臺的最主要優(yōu)點是微機控制，這不僅可以使我們進行遠程控制，而且還節(jié)省了成本，并減小了電控噴射系統(tǒng)試驗臺的體積，觀察檢測方便，實用性強，優(yōu)化教學，操作方便，可靠性高。當然，由于時間倉促，不可避免的還有許多缺點和不足，也請各位老師給與批評和指正！微機控制式捷達SDI（1.9L）電控柴油噴射系統(tǒng)測控試驗臺電路設計南京林業(yè)大學應用技術學院交通運輸（汽車運用工程）第2頁共29頁第一章電控柴油噴射系統(tǒng)概述與現代汽車汽油機電控技術的發(fā)展背景一樣，即面對無法回避的局部和全球性的環(huán)境和能源問題，現代汽車柴油機不得不采用和發(fā)展電子控制系統(tǒng)，以便保持汽車柴油機的可持續(xù)發(fā)展，更充分發(fā)揮柴油機固有的優(yōu)點(低油耗和低CO2排放)。在保持柴油機卓越的燃油經濟性的同時，要想滿足越來越嚴格的排放法規(guī)，除了降低潤滑油消耗、優(yōu)化渦輪增壓技術和使用先進的廢氣后處理系統(tǒng)外，最主要還需進一步改善柴油機的燃燒過程。而噴油系統(tǒng)性能是影響柴油機燃燒過程的關鍵環(huán)節(jié)，利用微機電控技術改進燃燒過程應用了很多新技術，有的新技術雖然與電控技術沒有直接的關聯，但由于改善了整機性能，仍然與電控技術有間接的聯系。1.1概述1.1.1國外電控柴油噴射系統(tǒng)發(fā)展的動態(tài)和趨勢電控柴油噴射系統(tǒng)有二大類，一類是位置控制，一類是時間控制。從發(fā)展的順序上講，首先發(fā)展的是位置控制系統(tǒng)。因此.日本人稱它為第一代電控系統(tǒng)，而把時間控制系統(tǒng)稱為第二代。位置控制系統(tǒng)的特點是不僅保留了傳統(tǒng)的泵一管一嘴系統(tǒng)，而且還保留了原噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上控制斜槽等控制油量的機械傳動機構，只是對齒條或滑套的運動位置予以電子控制。（一）卡特彼勒HEUT公共軌道系統(tǒng)HEUT(Hydraulicallyactuated，Electronicallycon-trolledUnitnjection系統(tǒng)山5部分組成：液壓制動整體式噴油器；柴油泵；軌道壓力控制閥；電子控制組件(ECM)；機油泵。該系統(tǒng)的主要特性為時基噴油和噴油壓力控制。這種電子與液壓技術的結合使得燃油系統(tǒng)的工作不受發(fā)動機轉速的制約，并可在各種發(fā)動機工況下保持較高而且穩(wěn)定的噴油壓力.HEUI系統(tǒng)的噴油壓力.日前可達150MPa。該系統(tǒng)還具有噴油比率成形功能。即可對初始供油期、著火延遲期及主噴油期的供油量進行優(yōu)化控制。改善放熱率并有助于實現低排放和低噪聲。（二）日本電裝公司ECD-U2蓄壓共軌系統(tǒng)控制噴射壓力的方法有兩種，一種是對噴射壓力直接控制；另一種是結合控制噴油速率的間接控制。在共軌式電控噴射系統(tǒng)中，通過調節(jié)共軌中的高壓控制油的壓力可以對噴射壓力實現直接控制。在日木電裝公司研制的高壓共軌式電控噴射系統(tǒng)ECD-U2中，共軌壓力可以通過反饋控制保持在預定值，而共軌壓力預定值可以根據發(fā)動機的工作負荷和轉速進行調節(jié)。共軌中的燃油直接進入噴油嘴，這樣調節(jié)共軌壓力可直接控制燃油的噴射壓力。所以該共軌式電控噴射系統(tǒng)對噴射壓力的控制具有較大的靈活性，可以依照不同的微機控制式捷達SDI（1.9L）電控柴油噴射系統(tǒng)測控試驗臺電路設計南京林業(yè)大學應用技術學院交通運輸（汽車運用工程）第3頁共29頁工況要求噴射壓力的柔性控制。（三）電控蓄壓式噴油系統(tǒng)電控蓄壓式噴油系統(tǒng)，由供油系統(tǒng)、電控噴油器、電子控制器ECD和傳感器等部分組成。供油系統(tǒng)是該裝置的供油壓力源。電控壓力調節(jié)器采用閉環(huán)控制，以保證供油壓力的精度。油泵向系統(tǒng)連續(xù)供油，而控制器根據柴油機工況的要求，向電控壓力調節(jié)器發(fā)出指令要求不同的供油壓力。電子調節(jié)器則控制旁通油量，并根據壓力傳感器的反饋信號來調節(jié)供油壓力，以滿足要求。因此電控壓力調節(jié)器控制和決定了噴油器每循環(huán)的噴油量，這樣就電控了噴油器供油油壓和油量。日木三菱公司日前正積極開發(fā)研制蓄壓器式泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)。該蓄壓式噴油系統(tǒng)為全液壓無機械凸輪執(zhí)行機構設計，從而使噴油特性完全不受發(fā)動機工作轉速的影響，并可以在整個發(fā)動機工作轉速和負荷范圍內實現噴油和燃燒特性的優(yōu)化匹配。其最高噴射壓力可達100MPa。1.1.2國內柴油噴射電控系統(tǒng)的發(fā)展中國的傳統(tǒng)柴油柴油噴射在電控技術上與國外差距較大，在電控技術方面幾乎處于空白狀態(tài)在一個很長的時期，中國的車用柴油機行業(yè)很難接近世界一流的電噴技術，某些國外公司在這方面曾設定了很高的門坎。國內車用柴油機行業(yè)已有這樣的共識，國I時增壓技術時代，國II是中冷技術時代，國III則是電噴技術時代國III排放法規(guī)實施時期的臨近正促使國內車用柴油機行業(yè)加速產品電控化的開發(fā)進程，各主要企業(yè)都已推出或將要推出配備電噴技術的柴油機產品，因為對電噴技術的選擇則取決與柴油機產品本身有關的一些因素。我國對現代柴油柴油噴射電控技術的研究和開發(fā)尚處于起步階段，目前還主要集中在對柴油機電控噴射系統(tǒng)的研究與開發(fā)上。但隨著社會經濟的發(fā)展，對環(huán)保的要求越來越高，柴油柴油噴射電控系統(tǒng)的研究和相應產品的開發(fā)必將成為我國汽車柴油機技術領域中的一個熱點，這將大大促進我國汽車柴油機產品的更新換代，為在未來不長的時期里參與國際競爭奠定堅實的基礎。柴油機電控技術的發(fā)展始于70年代，目前發(fā)達國家已從實驗開發(fā)階段進入產品推廣階段，美、英、日、德等國均已有較成熟的柴油機電控產品投入市場。電子技術的發(fā)展，已使柴油機從傳統(tǒng)的機械產品發(fā)展為機電一體化技術密集型產品，隨著我國柴油機經濟性和排放指標的日益嚴格要求，電控技術也將在我國柴油機產品中有選擇地得到應用，其中最主要、最基本的發(fā)展方向是對柴油機的噴油系統(tǒng)進行電子控制。a)轉速控制采用電子調速器代替機械式調速器，只要通過更換軟件即可輕易變動其調速特性，也微機控制式捷達SDI（1.9L）電控柴油噴射系統(tǒng)測控試驗臺電路設計南京林業(yè)大學應用技術學院交通運輸（汽車運用工程）第4頁共29頁能輕易地在全程式和二極式之間轉換。由于電子調速器中沒有飛球等零件，因而對機械振動的敏感性比機械式調速器小得多。b)各轉速下最大噴油量的控制電子控制裝置可以通過各種傳感器把柴油機的進氣壓力和溫度、冷卻水壓力和溫度、潤滑油壓力和溫度、渦輪增壓器的出口壓力和流量等運轉參數轉變?yōu)殡娦盘?，輸入電控裝置后，就可以根據柴油機的運行工況，控制各轉速下的最大供油量。c)噴油定時的電子控制傳統(tǒng)的噴油提前角自動調節(jié)器都是機械離心式的，通過飛塊旋轉時離心力與彈簧力之間的平衡，使噴油提前角隨轉速而改變。這種噴油定時控制函數只有轉速一個自變量，這樣一種控制函數很難跟柴油機噴油提前角與轉速之間最優(yōu)化函數關系相一致，而且，一個轉速下的最佳噴油提前角還與柴油機的負荷有關。采用電子控制的噴油定時裝置，可以使這兩個間題同時得到解決。1.2柴油機電控噴油系統(tǒng)的組成和分類1.2.1柴油機電控噴油系統(tǒng)的組成柴油機電控系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器和發(fā)動機電控單元（ECU）組成。傳感器檢測出發(fā)動機或噴油泵本身的運行狀態(tài)；發(fā)動機電控單元（ECU）根據各個傳感器的信息，控制發(fā)動機的最佳噴油量、最佳噴油時間；執(zhí)行器根據計算機的命令，準確控制噴油量和噴油時間。下面以日本電器公司ECD-U2系統(tǒng)為例，介紹一下柴油機的燃料電控噴射系統(tǒng)。ECD-U2系統(tǒng)已于1995年用于日本日野公司J系統(tǒng)轎車上，同時日本三菱、五十鈴、日產等公司的多種車型上也有應用。一、柴油機燃料電控噴射系統(tǒng)的組成圖1柴油機電控噴射系統(tǒng)的組成微機控制式捷達SDI（1.9L）電控柴油噴射系統(tǒng)測控試驗臺電路設計南京林業(yè)大學應用技術學院交通運輸（汽車運用工程）第5頁共29頁該系統(tǒng)（如圖1所示）主要有噴油泵、噴油器、公共油槽、ECU及轉速、曲軸轉角位置等傳感器等。此系統(tǒng)通過各傳感器檢測出的發(fā)動機不同工況的轉速、油門、水溫等信號，由ECU來決定燃油的噴油量、噴油時刻、噴油壓力，使發(fā)動機運行最佳；并且ECU不斷進行自我檢測。如果發(fā)現有任何異常，就會發(fā)出警告信號提醒駕駛員，同時ECU具有自我保護程序，能自動地停機或使發(fā)動機進入安全的作業(yè)模式運行。1.2.2柴油機電控噴油系統(tǒng)的分類1、按控制方式分研究從20世紀70年代開始，已經經歷了三代。第一代電控噴油系統(tǒng)是位置控制式。即傳統(tǒng)的噴油泵-高壓油管噴油最系統(tǒng)，還保留了噴油泵中的齒條、齒圈、滑套、柱塞上空有螺旋槽等控制油量的機械傳動機構，只是對齒條或滑套的運動位置，由原來的機械調速器控制改為電子控制，使控制精度和響應速度得以提高。第二代電控噴油系統(tǒng)是時間控制。時間控制是指用高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時噴射。時間控制式可以是保留原來的噴油泵-高壓油管-噴油嘴系統(tǒng)，也可以采用新型的產生高壓的燃油系統(tǒng)，用高速電磁閥直接控制高壓燃油的噴射，噴油始點取決于電磁閥關閉時刻，噴油量取決于電磁閥關閉時間的長短。一般情況下，電磁閥關閉，執(zhí)行噴油；電磁閥打開，噴油結束。因此，時間控制室既可實現噴油量控制又u可實現噴油定時的控制。時間控制式電控噴油系統(tǒng)中，噴油泵仍采取傳統(tǒng)直列泵、單體泵、分配泵供油的原理，即通過由柴油機曲軸驅動的噴油泵凸輪軸，使柱塞壓縮燃油，從而產生高壓脈沖，這一脈沖以壓力波的形成傳至噴油嘴，并頂開針閥。柱塞只承擔供油加壓的功能，供油量、供油時刻則由高速電磁閥單獨完成。因此供油加壓與供油調節(jié)在結構上就相互獨立。傳統(tǒng)的噴油泵結構得以簡化，強度得以提高，而且傳統(tǒng)噴油泵中的齒圈、滑套、柱塞上的斜槽、提前器、齒桿等全部取消。電控分配泵上采用時間控制式的有：日本豐田ECD-2型，電控公司ECD-V3型等；電控燈噴嘴上采用時間控制式的有：德國RobertBosch公司研制的電控泵噴嘴系統(tǒng)(PDE27/PDE28)；電控單體泵上采用時間控制式的有：德國RobertBosch公司研制的電控單體泵。第三代電控噴油系統(tǒng)是時間-壓力控制式。電控共軌噴油系統(tǒng)，是目前國際上最先進的燃油系統(tǒng)。共軌噴油系統(tǒng)可分為高壓共軌噴油系統(tǒng)和中壓共軌噴油系統(tǒng)。高壓共軌噴油系統(tǒng)的特點是：高壓輸油泵直接輸出高壓燃油到共軌容器，壓力可達120MPa以上，然后再噴入汽缸。目前已投入使用的宮桂系統(tǒng)中，大多數都是高壓共軌噴油系統(tǒng)。共軌噴油系統(tǒng)摒棄了以往傳統(tǒng)使用的泵-管-嘴脈動供油的形式，代之用一個高壓油泵微機控制式捷達SDI（1.9L）電控柴油噴射系統(tǒng)測控試驗臺電路設計南京林業(yè)大學應用技術學院交通運輸（汽車運用工程）第6頁共29頁在柴油機機的驅動下，以一定的速比連續(xù)高壓油輸送到共軌（即公共容器）內，高壓燃油再由共軌送入各缸噴油器。在這里，高壓油泵并不直接控制噴油，而僅僅是向共軌供油以維持所需的共軌壓力，并通過連續(xù)調節(jié)共軌壓力來控制噴射壓力，采用壓力-時間式燃油計量原理，用高速電磁閥控制噴射過程。噴油壓力、噴油量及噴油定時由電控單元（ECU）靈活控制.電控共軌噴射系統(tǒng)代表著未來柴油機燃油系統(tǒng)的一個發(fā)展方向，這是因為它具有如下特點：1）可實現高壓噴射.2)噴射壓力獨立于發(fā)動機轉速，可以改善發(fā)動機低速/低負荷性能.3)可以實現預噴射，調節(jié)噴油速率形狀，實現理想噴油規(guī)律.4)噴油定時和噴油量可自由選定.5)具有良好的噴射特性.6)結夠簡單，可靠性好，適應性強.2、按產生高壓燃油的機構分柴油機電提噴油系統(tǒng)除了上述分類之外，還可以抿據其產生高壓燃油的機構分為直列泵電控噴射系統(tǒng)、電控分配泵噴射系統(tǒng)、泵噴嘴電控噴射系統(tǒng)、單體泵電控噴射系統(tǒng)、共軌式電控噴射系統(tǒng).從后將詳細介紹，這里不再重復.1.3捷達電控柴油噴射系統(tǒng)的結構和原理1.3.1捷達SDI簡介SDI是英文SuctionDirectInjection的縮寫，意為自然吸氣直接噴射(柴油發(fā)動機)。捷達SDI是國際成熟柴油動力技術首先應用于中國的轎車，它采用德國博世公司的柱塞式燃油分配泵噴射系統(tǒng)。裝備了該系統(tǒng)的捷達SDI是我國第一輛行駛一千公里無需加油的轎車。捷達SDI是具有卓越燃油經濟性和高技術性價比的轎車，捷達SDI是大大超越目前中國汽車環(huán)保法規(guī)要求的轎車，捷達SDI是高使用壽命，并大幅降低使用成本的轎車。因此，捷達SDI是中國轎車工業(yè)劃時代的，具有優(yōu)異綜合經濟性的大眾化轎車。捷達SDI具有優(yōu)異的綜合經濟性，超凡的燃油經濟性：捷達SDI柴油轎車采用德國領先技術的自然吸氣式柴油發(fā)動機，在燃燒過程中，柴油機的熱損耗和廢氣損耗都大大降低，熱轉化效率高出汽油發(fā)動機15%，百公里耗油比汽油機低30%以上，90公里等速油耗為4.6L，城市工況下百公里油耗只有5.3L。超凡的使用經濟性：由于柴油車氣缸燃燒溫度比汽油車低，機件磨損程度大大降低，發(fā)動機使用壽命高出汽油機至少20%，零部件損壞及更換頻率也隨之降低，同時柴油機采取直噴供油方式，維修更為簡單方便，可節(jié)約可觀的維修費用。超凡的環(huán)保經濟性：與德國原裝進口氧化型催化反應器合理匹配，氮