電控發(fā)動機(jī)維修技術(shù)6

1、第六章柴油機(jī)電控技術(shù)第六章柴油機(jī)電控技術(shù) 一、柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展的必然性一、柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展的必然性 1. 石油危機(jī)石油危機(jī) 要降低柴油機(jī)油耗，必須在各種工況下對循環(huán)供油量要降低柴油機(jī)油耗，必須在各種工況下對循環(huán)供油量 和噴油提前角精確控制。和噴油提前角精確控制。 2. 環(huán)境污染環(huán)境污染 要降低要降低NOx和和PM排放，必須對噴油正時精確控制排放，必須對噴油正時精確控制 3. 電子技術(shù)的發(fā)展電子技術(shù)的發(fā)展 單片機(jī)技術(shù)發(fā)展，提高了控制精度和處理信息的能力單片機(jī)技術(shù)發(fā)展，提高了控制精度和處理信息的能力 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 二二. 柴油機(jī)電控系統(tǒng)的基本組成柴油機(jī)電控系統(tǒng)的基本組成 第一代第一代

2、 位置控制式電控噴油系統(tǒng)位置控制式電控噴油系統(tǒng) 保留了傳統(tǒng)的噴油保留了傳統(tǒng)的噴油泵泵-高壓油高壓油管管-噴油噴油嘴嘴系統(tǒng)，只是對系統(tǒng)，只是對 齒條（直列泵）或滑套（分配泵）的運(yùn)動位置實(shí)現(xiàn)電齒條（直列泵）或滑套（分配泵）的運(yùn)動位置實(shí)現(xiàn)電 子控制。子控制。 第二代第二代 時間控制式電控噴油系統(tǒng)時間控制式電控噴油系統(tǒng) 用高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時噴射。通過高用高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時噴射。通過高 速電磁閥關(guān)閉時刻和關(guān)閉時間長短控制噴油正時和噴速電磁閥關(guān)閉時刻和關(guān)閉時間長短控制噴油正時和噴 油量?？杀Ａ袅藗鹘y(tǒng)的噴油泵油量?？杀Ａ袅藗鹘y(tǒng)的噴油泵-高壓油管高壓油管-噴油嘴系統(tǒng)，噴油嘴系統(tǒng)，

3、或新型的高壓燃油系統(tǒng)（只承擔(dān)供油加壓作用）?；蛐滦偷母邏喝加拖到y(tǒng)（只承擔(dān)供油加壓作用）。 第三代第三代 時間時間-壓力控制式電控噴油系統(tǒng)電控共軌系統(tǒng)壓力控制式電控噴油系統(tǒng)電控共軌系統(tǒng) 用一個高壓油泵以一定速比（與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速比）連續(xù)用一個高壓油泵以一定速比（與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速比）連續(xù) 將高壓燃油送入共軌內(nèi)，然后送入噴油器，用高速電將高壓燃油送入共軌內(nèi)，然后送入噴油器，用高速電 磁閥控制噴射。磁閥控制噴射。 三三. 柴油機(jī)電控系統(tǒng)的分類柴油機(jī)電控系統(tǒng)的分類 1.可實(shí)現(xiàn)高壓噴射。共軌壓力可達(dá)可實(shí)現(xiàn)高壓噴射。共軌壓力可達(dá)200MPa 2.噴射壓力獨(dú)立于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速?？筛纳频退傩阅車娚鋲毫Κ?dú)立于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。可改

4、善低速性能 3.可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射。實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射。實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律 4.噴油定時和噴油量可自由選定。噴油定時和噴油量可自由選定。 5.有良好的噴射特性，可優(yōu)化燃燒過程。改善油耗、噪聲有良好的噴射特性，可優(yōu)化燃燒過程。改善油耗、噪聲 和排放和排放 6.結(jié)構(gòu)簡單?？煽啃院?，適應(yīng)性強(qiáng)。結(jié)構(gòu)簡單?？煽啃院茫m應(yīng)性強(qiáng)。 分類：分類： 高壓共軌：高壓共軌：共軌壓力共軌壓力120MPa以上，高壓輸油泵到噴嘴均以上，高壓輸油泵到噴嘴均 處于高壓狀態(tài)；處于高壓狀態(tài)； 中壓共軌：輸油泵輸出壓力中壓共軌：輸油泵輸出壓力1030MPa，進(jìn)入噴油器中被，進(jìn)入噴油器中被 增壓器加壓到增壓器加壓到120MPa以上

5、。以上。 電控共軌系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：電控共軌系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 一、電控共軌式燃油系統(tǒng)的基本組成一、電控共軌式燃油系統(tǒng)的基本組成 第二節(jié)第二節(jié) 柴油機(jī)電控共軌系統(tǒng)原理柴油機(jī)電控共軌系統(tǒng)原理 1. 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 2.燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng) 組成：組成： 供油泵、共軌和噴油器供油泵、共軌和噴油器 ECD-U2系統(tǒng)是一種電控?zé)o液壓放大的高壓共軌系統(tǒng)，它具有共軌系統(tǒng)是一種電控?zé)o液壓放大的高壓共軌系統(tǒng)，它具有共軌 式噴油系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)。式噴油系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)。 二、日本電裝二、日本電裝ECD-U2高壓共軌式燃油系統(tǒng)高壓共軌式燃油系統(tǒng) 由傳感器、電由傳感器、電 控單元和執(zhí)行控單元和執(zhí)行 器等組成的控器

6、等組成的控 制系統(tǒng)，對循制系統(tǒng)，對循 環(huán)噴油量、環(huán)噴油量、 噴油正時、噴噴油正時、噴 油速率和噴油油速率和噴油 壓力進(jìn)行壓力進(jìn)行“時時 間壓力控制間壓力控制”。 該系統(tǒng)高壓噴該系統(tǒng)高壓噴 油泵為電磁閥油泵為電磁閥 PCV（油泵控（油泵控 制閥）控制的制閥）控制的 2缸直列泵缸直列泵 類似直列泵，通過凸輪和柱塞類似直列泵，通過凸輪和柱塞 增加燃油。增加燃油。 采用三作用型凸輪，供油頻率采用三作用型凸輪，供油頻率 和噴油頻率相同，這樣可試共和噴油頻率相同，這樣可試共 軌中壓力平穩(wěn)。軌中壓力平穩(wěn)。 PCV通過調(diào)節(jié)供入共軌內(nèi)的燃通過調(diào)節(jié)供入共軌內(nèi)的燃 油量來調(diào)節(jié)共軌壓力。油量來調(diào)節(jié)共軌壓力。 1. 高

7、壓輸油泵和高壓輸油泵和PCV壓力控制閥壓力控制閥 高壓輸油泵工作原理高壓輸油泵工作原理 作用：將供油泵輸出的高壓燃油穩(wěn)壓、濾波后，分配各噴油器。作用：將供油泵輸出的高壓燃油穩(wěn)壓、濾波后，分配各噴油器。 組成：共軌壓力傳感器、液流緩沖器、高壓溢流閥。組成：共軌壓力傳感器、液流緩沖器、高壓溢流閥。 2. 共軌共軌 液流緩沖器連接高壓油管，將高壓燃油送噴油器。液流緩沖器連接高壓油管，將高壓燃油送噴油器。 高壓溢流閥連接回油管。高壓溢流閥連接回油管。 共軌壓力傳感器：共軌壓力傳感器：ECU根據(jù)該信號控制電磁閥通電脈寬根據(jù)該信號控制電磁閥通電脈寬 作用：將共軌內(nèi)的高壓燃油以最佳的噴油定時、噴油量、噴油速

8、率作用：將共軌內(nèi)的高壓燃油以最佳的噴油定時、噴油量、噴油速率 噴入氣缸。噴入氣缸。 組成：噴嘴、液壓活塞、高速電磁閥（有組成：噴嘴、液壓活塞、高速電磁閥（有二位二通二位二通和二位三通）。和二位三通）。 3. 電控噴油器電控噴油器 二位三通閥：二位三通閥： 有兩個閥體：內(nèi)閥（固定）、外閥（可動）。有兩個閥體：內(nèi)閥（固定）、外閥（可動）。 二位二通閥通電時刻決定噴油定時；通電時間決定噴油量；出油節(jié)二位二通閥通電時刻決定噴油定時；通電時間決定噴油量；出油節(jié) 流孔控制針閥開啟速率，即噴油速率。流孔控制針閥開啟速率，即噴油速率。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1) 共軌中是潤滑油（機(jī)油）共軌中是潤滑油（機(jī)油） 2) 利

9、用機(jī)油共軌油道油壓驅(qū)動利用機(jī)油共軌油道油壓驅(qū)動 燃油燃油增壓活塞增壓活塞，對燃油，對燃油增壓增壓 3) 利用高速電磁閥控制共軌油利用高速電磁閥控制共軌油 道中機(jī)油進(jìn)出增壓活塞，控道中機(jī)油進(jìn)出增壓活塞，控 制燃油壓力，即控制制燃油壓力，即控制噴油定噴油定 時。時。 共軌上的壓力傳感器將油壓信號告知共軌上的壓力傳感器將油壓信號告知 ECU，ECU根據(jù)需要對共軌壓力調(diào)節(jié)根據(jù)需要對共軌壓力調(diào)節(jié) 閥（閥（PCV閥）進(jìn)行控制，可將共軌中閥）進(jìn)行控制，可將共軌中 的機(jī)油壓力調(diào)至的機(jī)油壓力調(diào)至423MPa。機(jī)油從噴。機(jī)油從噴 油器回到氣門罩下后流回柴油機(jī)油底油器回到氣門罩下后流回柴油機(jī)油底 殼。殼。 燃油則由

10、膜片式或活塞式燃油輸油泵燃油則由膜片式或活塞式燃油輸油泵 經(jīng)燃油濾清器后以經(jīng)燃油濾清器后以0.2MPa的壓力輸入的壓力輸入 電液控制噴油器。電液控制噴油器。 三、美國三、美國Caterpillar公司的公司的HEUI中壓共軌式燃油系統(tǒng)中壓共軌式燃油系統(tǒng) 電液控制噴油器組成：電磁閥、增壓活塞、活塞套、噴油嘴。電液控制噴油器組成：電磁閥、增壓活塞、活塞套、噴油嘴。 當(dāng)共軌中的機(jī)油進(jìn)入電磁控制閥的提升閥下部后，線圈一當(dāng)共軌中的機(jī)油進(jìn)入電磁控制閥的提升閥下部后，線圈一 通電，電樞就帶動提升閥向上運(yùn)動，打開下座，關(guān)閉上座，通電，電樞就帶動提升閥向上運(yùn)動，打開下座，關(guān)閉上座， 將機(jī)油回油孔封住，機(jī)油進(jìn)入增

11、壓柱塞上方，在機(jī)油壓力將機(jī)油回油孔封住，機(jī)油進(jìn)入增壓柱塞上方，在機(jī)油壓力 的推動下，增壓柱塞下行壓縮已進(jìn)入柱塞下部油腔內(nèi)的燃的推動下，增壓柱塞下行壓縮已進(jìn)入柱塞下部油腔內(nèi)的燃 油，此時在燃油壓力下進(jìn)油道被球形單向閥封閉。燃油在油，此時在燃油壓力下進(jìn)油道被球形單向閥封閉。燃油在 壓力下只能通過噴嘴噴出。當(dāng)燃油壓力升高到大于啟噴壓壓力下只能通過噴嘴噴出。當(dāng)燃油壓力升高到大于啟噴壓 力時，針閥打開，噴油開始。噴射壓力可達(dá)力時，針閥打開，噴油開始。噴射壓力可達(dá)150MPa。噴。噴 油一直持續(xù)到線圈斷電，提升閥在復(fù)位彈簧力作用下從上油一直持續(xù)到線圈斷電，提升閥在復(fù)位彈簧力作用下從上 座移到下座，機(jī)油從開

12、啟的上座經(jīng)回油孔泄出，壓力迅速座移到下座，機(jī)油從開啟的上座經(jīng)回油孔泄出，壓力迅速 下降。在增壓柱塞下部復(fù)位彈簧力作用下，增壓柱塞迅速下降。在增壓柱塞下部復(fù)位彈簧力作用下，增壓柱塞迅速 上行，在噴嘴針閥彈簧作用下，針閥關(guān)閉，噴油停止，燃上行，在噴嘴針閥彈簧作用下，針閥關(guān)閉，噴油停止，燃 油又重新通過球形單向閥進(jìn)入柱塞下部油腔。油又重新通過球形單向閥進(jìn)入柱塞下部油腔。 電磁控制閥通電的時刻決定了噴油始點(diǎn)，噴油壓力則由電磁控制閥通電的時刻決定了噴油始點(diǎn)，噴油壓力則由 PCV閥對共軌內(nèi)機(jī)油壓力的調(diào)節(jié)結(jié)果來決定，噴油量由增閥對共軌內(nèi)機(jī)油壓力的調(diào)節(jié)結(jié)果來決定，噴油量由增 壓活塞上部低壓腔內(nèi)的壓力來調(diào)節(jié)。壓

13、活塞上部低壓腔內(nèi)的壓力來調(diào)節(jié)。 HEUI可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射 在增壓活塞和活塞套上有精密孔道的回油控制來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)活塞下移壓縮下部被密在增壓活塞和活塞套上有精密孔道的回油控制來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)活塞下移壓縮下部被密 封的燃油，當(dāng)壓力高于針閥開啟壓力時產(chǎn)生封的燃油，當(dāng)壓力高于針閥開啟壓力時產(chǎn)生預(yù)噴預(yù)噴油，當(dāng)活塞下移到使活塞上計量油，當(dāng)活塞下移到使活塞上計量 孔和活塞套上回油孔接通時，預(yù)噴油結(jié)束孔和活塞套上回油孔接通時，預(yù)噴油結(jié)束,活塞繼續(xù)下移關(guān)閉回油孔時，燃油壓活塞繼續(xù)下移關(guān)閉回油孔時，燃油壓 力迅速升高，開始噴油率較高的力迅速升高，開始噴油率較高的主噴主噴射。射。 一、噴油壓力控制策略一、噴油壓力控制

14、策略 第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)電控共軌控制策略柴油機(jī)電控共軌控制策略 1. 采用溢流閥控制噴油壓力采用溢流閥控制噴油壓力 由于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍寬，負(fù)荷由于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍寬，負(fù)荷 變化快，若高壓泵按最大噴油量變化快，若高壓泵按最大噴油量 設(shè)計，則在低速、低負(fù)荷時，多設(shè)計，則在低速、低負(fù)荷時，多 余燃油被溢流閥泄走，引起發(fā)動余燃油被溢流閥泄走，引起發(fā)動 機(jī)功率損失。機(jī)功率損失。 措施：高壓泵變排量；措施：高壓泵變排量； 進(jìn)油節(jié)流調(diào)節(jié)；進(jìn)油節(jié)流調(diào)節(jié)； 停缸技術(shù)等。停缸技術(shù)等。 控制內(nèi)容：噴油量、噴油定時、噴油壓力和噴油規(guī)律（噴油率）等控制內(nèi)容：噴油量、噴油定時、噴油壓力和噴油規(guī)律（噴油率）等 2.

15、 變排量高壓泵變排量高壓泵 根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，調(diào)節(jié)高壓泵排量，以調(diào)節(jié)噴油壓力。根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，調(diào)節(jié)高壓泵排量，以調(diào)節(jié)噴油壓力。 如：如：ECD-U2系統(tǒng)高壓泵，通過系統(tǒng)高壓泵，通過PCV閥的關(guān)閉時刻和關(guān)閉時間閥的關(guān)閉時刻和關(guān)閉時間。實(shí)。實(shí) 現(xiàn)對高壓泵單個柱塞的單行程的供油量調(diào)節(jié)?，F(xiàn)對高壓泵單個柱塞的單行程的供油量調(diào)節(jié)。 控制策略：控制策略： 根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速ne和負(fù)荷和負(fù)荷Qfi確定基本噴射壓力確定基本噴射壓力Pfb，通過水溫等，通過水溫等 修正確定目標(biāo)壓力修正確定目標(biāo)壓力Pfi，Pfi和和Qfi確定基本的噴油時間確定基本的噴油時間Tfb，Pfi與與 實(shí)際噴油壓力的差值對

16、實(shí)際噴油壓力的差值對Tfb修正確定實(shí)際噴油時間修正確定實(shí)際噴油時間Tf，ECU根據(jù)根據(jù) Tf決定決定PCV閥的開閉（閉環(huán)控制）。閥的開閉（閉環(huán)控制）。 啟動和空轉(zhuǎn)時，對啟動和空轉(zhuǎn)時，對 PCV閥進(jìn)行開環(huán)控制，閥進(jìn)行開環(huán)控制， PCV以固定的頻率開以固定的頻率開 閉，可在閉，可在1s內(nèi)建立內(nèi)建立 25MPa的共軌壓力。的共軌壓力。 其它時為閉環(huán)控制。其它時為閉環(huán)控制。 3.進(jìn)油節(jié)流調(diào)節(jié)進(jìn)油節(jié)流調(diào)節(jié) 在高壓油泵進(jìn)油口安裝在高壓油泵進(jìn)油口安裝節(jié)流閥節(jié)流閥（如：電磁節(jié)流閥），通過改變通（如：電磁節(jié)流閥），通過改變通 流面積來調(diào)節(jié)泵的吸油量，從而調(diào)節(jié)供油量，調(diào)節(jié)共軌壓力。流面積來調(diào)節(jié)泵的吸油量，從而調(diào)節(jié)

17、供油量，調(diào)節(jié)共軌壓力。 特點(diǎn)：無溢流損失，效率高，但易在泵腔內(nèi)產(chǎn)生氣穴，影響壽命特點(diǎn)：無溢流損失，效率高，但易在泵腔內(nèi)產(chǎn)生氣穴，影響壽命 4.停缸技術(shù)停缸技術(shù) 停止一個或數(shù)個柱塞的工作，以減少向共軌供油。停止一個或數(shù)個柱塞的工作，以減少向共軌供油。 方法：可使某個柱塞的吸油閥一直開啟。方法：可使某個柱塞的吸油閥一直開啟。 高速電磁閥的脈寬控制噴油量，脈寬取決于噴油量和共軌壓力高速電磁閥的脈寬控制噴油量，脈寬取決于噴油量和共軌壓力 日本電裝公司的日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)：系統(tǒng)： 二、噴油量控制策略二、噴油量控制策略 qVb取決于轉(zhuǎn)速和取決于轉(zhuǎn)速和 油門油門 qVfu為允許的最大為允許的最大

18、 噴油量，取決于轉(zhuǎn)噴油量，取決于轉(zhuǎn) 速、進(jìn)氣壓力和溫速、進(jìn)氣壓力和溫 度度 qVb與與qVfu的最小值的最小值 和共軌壓力和共軌壓力Pc決定決定 電磁閥脈寬電磁閥脈寬Tq ECD-U2系統(tǒng)三通閥噴油量的控制：系統(tǒng)三通閥噴油量的控制： 節(jié)流孔控制噴油速率（三角形噴油速率）節(jié)流孔控制噴油速率（三角形噴油速率） 噴油率包括：單位時間的噴油量（噴油率包括：單位時間的噴油量（mm3/s）和噴油率曲線形狀）和噴油率曲線形狀 噴油率曲線即噴油規(guī)律：噴油率曲線即噴油規(guī)律： 噴油初期即著火延遲期噴油初期即著火延遲期 噴油中期著火到最大噴油壓力噴油中期著火到最大噴油壓力 噴油后期最大噴油壓力到噴油結(jié)束噴油后期最大

19、噴油壓力到噴油結(jié)束 噴油規(guī)律對燃燒的影響：噴油規(guī)律對燃燒的影響： *提高噴油速率，則提高噴油速率，則輸出功率增加輸出功率增加； *初期噴油率低（降低初期噴油率低（降低NOx），中期高（降低碳煙），噴油結(jié)束迅），中期高（降低碳煙），噴油結(jié)束迅 速（降低速（降低PM），則），則排放好排放好； *適當(dāng)?shù)膰娪脱舆t結(jié)合高噴油率，則適當(dāng)?shù)膰娪脱舆t結(jié)合高噴油率，則油耗低油耗低； *初期噴油率低，則初期噴油率低，則噪聲低噪聲低。 理想的噴油率：理想的噴油率： 初期噴油率低（為預(yù)混合燃燒，可降低初期噴油率低（為預(yù)混合燃燒，可降低NOx和噪聲）；中期噴油和噪聲）；中期噴油 率高（為擴(kuò)散燃燒，應(yīng)從三角形向矩形過渡，

20、確保充分混合）；率高（為擴(kuò)散燃燒，應(yīng)從三角形向矩形過渡，確保充分混合）； 后期短（噴油壓力低，霧化不良后期短（噴油壓力低，霧化不良,易產(chǎn)生易產(chǎn)生PM，噴油壓力要迅速降，噴油壓力要迅速降 低）低） 三、噴油率控制策略三、噴油率控制策略 理想的噴油率曲線：理想的噴油率曲線： 曲線形狀應(yīng)隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷而變化曲線形狀應(yīng)隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷而變化 噴油率模式：噴油率模式：（三種（三種） 靴形噴射靴形噴射以較早的噴油定時、很低的噴油率、適當(dāng)?shù)膰娪统掷m(xù)期，以較早的噴油定時、很低的噴油率、適當(dāng)?shù)膰娪统掷m(xù)期， 先噴一小部分燃油，然后迅速提高噴油率進(jìn)行主噴。先噴一小部分燃油，然后迅速提高噴油率進(jìn)行主噴。 可改善

21、可改善NOx和噪聲，降低和噪聲，降低PM，提高燃燒效率，提高燃燒效率 預(yù)噴射預(yù)噴射預(yù)噴射少量燃油燃燒，可加熱燃燒室，縮短主噴的著火延預(yù)噴射少量燃油燃燒，可加熱燃燒室，縮短主噴的著火延 遲期（可降低噪聲），改善主噴期燃油與空氣的混合，減緩燃燒遲期（可降低噪聲），改善主噴期燃油與空氣的混合，減緩燃燒 速率，減緩燃燒溫度和壓力的上升，能降低燃燒噪聲、速率，減緩燃燒溫度和壓力的上升，能降低燃燒噪聲、NOx和和 HC的排放，改善燃油消耗?？墒怪眹姴裼蜋C(jī)保持較好經(jīng)濟(jì)性的的排放，改善燃油消耗?？墒怪眹姴裼蜋C(jī)保持較好經(jīng)濟(jì)性的 同時，排放和噪聲與分隔式相近。同時，排放和噪聲與分隔式相近。 后噴射后噴射要結(jié)合氮氧化物催化器，否則會造成排放和經(jīng)濟(jì)性變差要結(jié)合氮氧化物催化器，否則會造成排放和經(jīng)濟(jì)性變差 1. 形形噴射率的實(shí)現(xiàn)噴射率的實(shí)現(xiàn) ECD-U2系統(tǒng)，利用節(jié)流孔實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，利用節(jié)流孔實(shí)現(xiàn) 三通閥打開，控制腔通過節(jié)流孔泄壓，三通閥