柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)課件

1、柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)-楊忠頗一、柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r國際上受日益嚴(yán)格的排放法規(guī)限止，目前柴油機(jī)電子控制技術(shù)在國外達(dá)到60%-90%優(yōu)點(diǎn)：改善柴油機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性、降低排放 和噪音。二、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噴油量控制一、噴油量控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號 （基本噴油量）節(jié)氣門位置/加速踏板信號 （基本噴油量）進(jìn)氣溫度信號 （修正噴油量）進(jìn)氣壓力信號 （修正噴油量）冷卻液溫度信號 （修正噴油量）燃油特性修正、低溫起動后修正、急減速修正以適應(yīng)不同工況

2、不同工作條件變化的需要。通過電磁溢流閥對噴油量進(jìn)行精確控制二、噴油正時(shí)控制噴油正時(shí)是由發(fā)動機(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)氣壓力等信號進(jìn)行修正。通過著火正時(shí)傳感器檢測實(shí)際燃燒開始時(shí)刻實(shí)現(xiàn)對噴油正時(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)對噴油正時(shí)的最佳控制。三、怠速控制由于發(fā)電機(jī)、空調(diào)動力轉(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)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化。柴油機(jī)控制系統(tǒng)通過反饋控制系統(tǒng)控制怠速噴油量，使怠速控制在目標(biāo)轉(zhuǎn)速。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)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動即所謂：怠速顫振。電控系統(tǒng)通過作工沖程時(shí)

3、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降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動，按各缸轉(zhuǎn)速無波動偏差來控制各缸噴油量。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)通過控制節(jié)氣門的開度，控制進(jìn)氣量，降低怠速時(shí)的振動和噪聲，停車時(shí)系統(tǒng)關(guān)閉節(jié)氣門中斷進(jìn)氣，減輕發(fā)動機(jī)的振動。八、進(jìn)氣渦流強(qiáng)度控制系統(tǒng)通過控制進(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，提高動力性、經(jīng)濟(jì)性、降低排放和污染。九、起動預(yù)熱控制在不同的起動條件下系統(tǒng)通過控制起動預(yù)熱塞的通電時(shí)間改善柴油機(jī)低溫

4、起動和低溫怠速運(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。三、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：1、開環(huán)控制、2、閉環(huán)控制、3、開環(huán)閉環(huán)綜合控制1、開環(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。2、閉環(huán)控制電控單元根據(jù)噴油傳感器著火正時(shí)傳感器反饋信號通過電磁閥控制正時(shí)活塞達(dá)到最佳正時(shí)供油提前角。3、開環(huán)閉環(huán)綜合控制電控單元把開環(huán)閉環(huán)綜合起來，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

5、油間就能達(dá)到調(diào)整點(diǎn)。柴油機(jī)電子控制的組成及工作原理1、提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性降低排放污染確定最佳噴油提前角，和精確的噴油量。發(fā)動機(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)動機(jī)工作可靠性防止齒條卡死“飛車”減油復(fù)位同時(shí)迅速切斷高壓泵時(shí)油，關(guān)閉進(jìn)氣通道。3、對柴油機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)際高精度控制微機(jī)對各種運(yùn)行參數(shù)信息，進(jìn)行監(jiān)測處理迅速調(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)性對于不同用途不同機(jī)型的柴油機(jī)，柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性。主要是電控單元EPROM的軟件程序調(diào)整產(chǎn)品匹配適應(yīng)能力。柴油機(jī)電控系統(tǒng)柴油機(jī)電子控系統(tǒng)組成與汽油機(jī)一樣仍然有信號輸入裝置、電控單元

6、、執(zhí)行器三部分。一、傳感器信號輸入1、油門踏板位置傳感器反應(yīng)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷信號及怠速確認(rèn)，主控信號。2、轉(zhuǎn)速傳感器、曲軸位置傳感器主控信號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。4、著火正時(shí)傳感器檢測燃燒室開始燃燒時(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)位置傳感器檢測溢流控制電磁鐵的電樞位置，以反饋控制溢流環(huán)位置。9、正時(shí)活塞位置傳感器檢測電子控制定

7、時(shí)器正時(shí)活塞位置，將噴油正時(shí)提前量信號輸入ECU。10、控制桿位置傳感器檢測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反饋給ECU11、控制套筒位置傳感器檢測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反饋給ECU12、發(fā)動機(jī)點(diǎn)火開關(guān)信號、空調(diào)信號、動力轉(zhuǎn)向油壓開關(guān)信號、空擋起動開關(guān)信號二、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。柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)類型結(jié)構(gòu)及工作原理一、電子控制式噴油泵主體是普通噴油泵電子控制調(diào)速器和噴油提前角調(diào)節(jié)器電控式噴油

8、泵 分：1、柱塞式、2、分配式1、電子控制柱塞式噴油泵 傳感器：加速踏板位置傳感器水溫傳感器N-TDC傳感器（轉(zhuǎn)速-凸輪軸位置傳感器）起動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)2、實(shí)際動作反饋信號：時(shí)間傳感器控制桿位置傳感器（電動調(diào)速器內(nèi)）ECU 對輸入控制信號和反饋進(jìn)行分析處理計(jì)算發(fā)出相應(yīng)的噴油量及噴油提前角命令執(zhí)行元件：電動調(diào)速器、電磁閥、執(zhí)行精確噴油量和噴油提前角。1、噴油量控制ECU 控制電動助推器上下移動，通過聯(lián)桿機(jī)構(gòu)變?yōu)榭刂茥U水平移動，實(shí)現(xiàn)噴油量的增減控制。2、噴油提前角控制ECU控制電磁閥來控制發(fā)動機(jī)機(jī)油泵進(jìn)入時(shí)間控制器的油壓，使時(shí)間控制器動作改變噴油泵凸輪軸與油泵驅(qū)動軸曲軸相對位置來實(shí)現(xiàn)的。電磁閥結(jié)構(gòu)

9、雙組式P孔道發(fā)動機(jī)主油道進(jìn)入電磁閥R孔道回流通道，一部分機(jī)油流回發(fā)動機(jī)油底殼。A孔道控制油壓流入時(shí)間控制器。ECU控制電磁閥調(diào)節(jié)R孔的回流量從而控制控制A通往時(shí)間控制器的油壓控制調(diào)節(jié)活塞位置來實(shí)現(xiàn)噴油提前調(diào)節(jié)。時(shí)間控制器結(jié)構(gòu)組成：缸筒、活塞、大小凸輪、法蘭園盤受電磁閥控制的油壓大小、活塞位置發(fā)生改變通過活塞上的銷帶動凸輪偏轉(zhuǎn)帶動法蘭偏轉(zhuǎn)一定角度實(shí)現(xiàn)噴油提前調(diào)節(jié)。2、電子控制分配式噴油泵組成：輸入信號：加速踏板位置傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、水溫感器、燃油溫度傳感器、起動開關(guān)反饋信號：套筒位置傳感器電控單元分析處理計(jì)算發(fā)出噴油量及噴油提前角參數(shù)命令。執(zhí)行元件電動調(diào)速器時(shí)間控制器接受ECU指令精確控制噴油

10、量和噴油提前角。油量調(diào)節(jié)器N146調(diào)節(jié)活塞位置傳感器G149燃油溫度傳感器G81供油提前角自動調(diào)節(jié)供油提前角自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)供油提前角調(diào)節(jié)閥 N108供油提前角調(diào)節(jié)油缸 彈簧提前滾輪傳力銷壓力腔與輸油泵吸入端相通供油提前角調(diào)節(jié)閥 N108燃油切斷電磁閥N109彈簧電磁鐵供油孔壓縮室停停機(jī)機(jī)斷斷油油示示意意圖圖1、噴油量控制是由ECU控制電動調(diào)速器中的控制套筒的位置來實(shí)現(xiàn)增減噴油量。轉(zhuǎn)子式電磁執(zhí)行器和油量控制機(jī)構(gòu)組成工作原理：非對稱磁極芯上繞有線圈ECU根據(jù)有關(guān)輸入信號可通過改變占空比的方法控制流入線圈電流大小使轉(zhuǎn)子在0-60%范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)子軸端偏心安裝的滾珠改變控制套筒的位置來實(shí)現(xiàn)噴油量

11、的增減控制，轉(zhuǎn)子上端有控制套筒位置傳感器用以向ECU反饋噴油量的變化情況。2、噴油提前角的控制電控分配泵噴油提前角的控制由時(shí)間控制器（定時(shí)器）控制原理迅時(shí)控制閥受ECU控制正時(shí)活塞高壓室和低壓室的中間通路，控制通往正時(shí)活塞高壓室的油壓來實(shí)現(xiàn)對噴油提前角的控制。當(dāng)正時(shí)控制閥線圈通電時(shí)高低壓室相通正時(shí)活塞兩端壓力差消失，回位彈簧作用正時(shí)活塞回位使噴油時(shí)間推遲，反之正時(shí)控制閥斷電，使噴油時(shí)間提前。柴油機(jī)轎車用電子控制VE型噴油泵（COVEC-I）日本五十鈴公司4FB1柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)（1-TEC）電動調(diào)速器的構(gòu)成電動調(diào)速器剖面原理本田2L-THE型柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)ECD有ECD-型和ECD-兩種

12、。ECD-型仍保留一部分機(jī)械控制機(jī)構(gòu)只是噴油量及噴油提前角采用電子控制方式噴油量是采用電磁鐵控制桿移動溢流環(huán)的位置來實(shí)現(xiàn)的。ECD-型在噴油量的控制方式有根本改變它是通過ECU控制電磁溢流閥、定時(shí)開關(guān)溢流通路實(shí)現(xiàn)控制噴油量的同時(shí)采用了著火正時(shí)傳感器檢測柴油混合氣開始燃燒時(shí)刻更精確的控制噴油提前角。ECD-型柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)輸入信號：轉(zhuǎn)速傳感器、加速踏板位置、水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、發(fā)動機(jī)開關(guān)、空調(diào)、P/N檔開關(guān)。反饋信號：溢流環(huán)位置、正時(shí)活塞位置控制噴油量的執(zhí)行器：溢流控制電磁鐵、噴油提前正時(shí)控制閥、進(jìn)氣節(jié)流閥、廢氣再循環(huán)、真空控制閥。1、噴油量控制溢流控制電磁鐵使控制桿移動控制溢流環(huán)的位

13、置來實(shí)現(xiàn)。流入定子線圈的電流在0.4-0.9A變化。2、噴油提前角正時(shí)控制電磁閥，控制正時(shí)來完成控制高低壓室的柴油壓力差來實(shí)現(xiàn)。五十鈴4FB1-TEC豐田公司的2L-THE柴油機(jī)ECD-型、ECD-均采用這種噴油正時(shí)控制方式。ECD-型柴油機(jī)電子控系統(tǒng)1、噴油量只有燃油特征修正、低溫起動修正、急減速修正。2、噴油提前角對負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、修正、實(shí)際燃燒開始時(shí)間修正、減小燃油十六烷值和大氣條件變化的影響。3、怠速控制空調(diào)、發(fā)電機(jī)、動力轉(zhuǎn)向、P/N檔開關(guān)、引起發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化，電控單元仍控制在目標(biāo)穩(wěn)定怠速同時(shí)反饋控制方式控制怠速噴油量4、各缸噴油量不均勻修正通過曲軸位置傳感器檢測曲軸轉(zhuǎn)速變化來

14、判斷利用電磁溢流閥的快速響應(yīng)及時(shí)修正各缸噴油量降低發(fā)動機(jī)波動5、進(jìn)氣節(jié)流控制是通過ECU控制電磁閥來控制進(jìn)氣節(jié)流閥控制怠速進(jìn)氣量，停車時(shí)關(guān)斷進(jìn)氣降低怠速噪聲停機(jī)振動。6、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。7、起動預(yù)熱控制通過ECU控制預(yù)熱塞的通電時(shí)間來提高柴油機(jī)低溫起動和低溫怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。8、故障自診斷及安全保護(hù)功能與汽油機(jī)一樣，出現(xiàn)故障跛行運(yùn)轉(zhuǎn)，點(diǎn)亮發(fā)動機(jī)故障燈緩慢回家。1、噴油量控制控制柱塞泵高壓室與低壓室的通路溢流閥的開啟時(shí)刻改變柱塞的泵油行程（有效行程）來實(shí)現(xiàn)ECD-型系統(tǒng)電磁溢流閥直接控制溢流通路簡單迅速、噴油量精確。a、停止噴油器干脆b、關(guān)閉時(shí)能保持高壓室

15、燃油壓力c、響應(yīng)快發(fā)動機(jī)高速時(shí)也能精確控制噴油量d、電磁閥線圈為12V或12V以下，功率消耗小ECD-系統(tǒng)電磁溢流閥雙重閥結(jié)構(gòu)，主閥為液壓閥，開閉受燃油壓力控制、輔助閥為電磁閥開閉受ECU控制。ECD-系統(tǒng)電磁溢流閥工作過程1、壓縮噴射ECU向輔助閥通電輔助閥，關(guān)閉主閥右側(cè)壓力大于左側(cè)壓力關(guān)閉噴油器噴油2、輔助溢流ECU切斷輔助閥電流、輔閥打開主閥右側(cè)壓力小于左側(cè)壓力右移增容減壓3、主溢流輔助閥打開，泄壓、主閥左移高壓室壓力迅速降低停止噴油ECD-系統(tǒng)噴油量控制方式共65齒在90間隔上有四處缺2個齒兩面?zhèn)€齒所對應(yīng)的泵軸轉(zhuǎn)角為5.625對應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角為11.25每一個缺齒部分的第一泵角脈沖信號對應(yīng)

16、的正好是柱塞開始泵油的位置0度噴油量不會因噴油提前角的改變而受影響1、噴油提前角的控制方式ECU根據(jù)泵角傳感器和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器來確定噴油提前角，泵角是開始噴射信號曲軸位置是基準(zhǔn)位置參考確定基本提前角噴油提前角加速踏板位置和轉(zhuǎn)速信號修正。曲軸位置傳感器安裝位置曲軸360轉(zhuǎn)角產(chǎn)生一個脈沖信號（新型）在曲柄上油泵驅(qū)動輪上（舊型）曲軸720轉(zhuǎn)角產(chǎn)生一個脈沖信號新型曲軸位置傳感器大大提高了噴油提前角精度2、起動時(shí)噴油提前角控制起動時(shí)ECU根據(jù)加速踏板、車速、起動開關(guān)控制正時(shí)閥來控制噴油提前角開環(huán)控制在ECD-系統(tǒng)改變曲軸位置傳感器位置（新型）使開環(huán)轉(zhuǎn)為閉環(huán)反饋控制時(shí)的發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速范圍、減小每次起動時(shí)間偏

17、差改善起動性能。3、著火正時(shí)傳感器燃燒的光通過石英棒導(dǎo)入光敏三極管轉(zhuǎn)為電信號，ECU根據(jù)實(shí)際著火時(shí)刻修正噴油提前角，1、減小因大氣壓力變化對發(fā)動機(jī)的影響，2、減小因不同十六烷值對發(fā)動機(jī)的影響，3、減小因噴油泵機(jī)械結(jié)構(gòu)差異及其它因素對發(fā)動機(jī)的影響。噴油泵噴油器式電控系統(tǒng)用高速電磁閥來控制噴油泵噴油器泵噴嘴泵噴嘴泵噴嘴必須安裝到位。若泵噴嘴與缸蓋不垂直，禁固螺栓會松動，引起泵噴嘴或缸蓋的損壞。泵噴嘴結(jié)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)泵噴嘴結(jié)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)1、通過高速電磁閥開閉控制高壓燃油回油通路的開閉時(shí)刻從而控制噴油開始及停止的時(shí)刻來實(shí)現(xiàn)對噴油提前角及噴油量控制2、高速電磁閥受ECU控制ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速加速踏板位置

18、水溫進(jìn)氣溫度及壓力傳感器輸入信號分析處理計(jì)算出相應(yīng)的最佳控制參數(shù)值控制電磁閥線圈電流導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)刻及通電時(shí)間長短，實(shí)現(xiàn)對噴油提前角及噴油量的實(shí)時(shí)控制圖為美國Lucas公司開發(fā)的重型卡車用的電控EUI噴油泵噴油器電控EUI噴油泵噴油器系統(tǒng)ECU根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，加速踏板位置水溫增壓壓力等傳感器信號控制噴油泵噴油器上的電磁閥實(shí)現(xiàn)對提前角及噴油量控制。Caterpillar公司開發(fā)的HEUI（Hydraulic Electronic unit Injector）電控噴油系統(tǒng)特點(diǎn)：噴油泵的柱塞采用液壓驅(qū)動，噴油壓力等控制不受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷影響柱塞式高壓滑動油泵將壓力升高到4-23 Mpa泵入蓄壓總管

19、，控制閥作用在加壓柱塞上，使加壓柱塞下面的小活塞能產(chǎn)生30-120 Mpa的噴油壓力由噴油嘴噴出。電控單元ECM根據(jù)各有關(guān)信號控制噴油正時(shí)噴油量（噴油持續(xù)時(shí)間）HEUI 泵-噴嘴電子控制預(yù)行程可控制噴油泵噴油泵的噴射壓力對柴油機(jī)可燃混合氣的形式及燃燒盾量影響很大，尤其是直噴式柴油機(jī)為了獲得良好的燃燒性能，要求噴油壓力較高（柴油霧化）高壓油管的壓力在普通柴油機(jī)上沒有發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化成正比，轉(zhuǎn)速高壓力高轉(zhuǎn)速低壓力低，壓力的變化引起噴油量時(shí)間發(fā)生變化，為了保證高速時(shí)管壓不至于過高低速時(shí)不至于過低電控預(yù)行程噴油可控式噴油泵正是這一種電控供油速率可控泵來完成的。1、原理柱塞套筒下方設(shè)有一個控制套筒通過調(diào)

20、節(jié)桿的上下移動來控制預(yù)行程量的變化二是進(jìn)油口設(shè)置在柱塞上燃油的噴射過程與普通噴油泵不同進(jìn)油過程凸輪升程低位置時(shí)，柱塞上的進(jìn)油孔位于控制筒的下邊，燃油從柱塞的進(jìn)油孔進(jìn)入壓力室，壓力室與儲油室相通，壓力室壓力室壓力不會升高。開始壓油當(dāng)柱塞被凸輪頂起，開始上升柱塞的進(jìn)油孔，被控制套筒關(guān)閉，所對應(yīng)的凸輪升程即為預(yù)行程，壓力室壓力開始上升并開始壓油噴油過程柱塞上有凹槽與柱塞中心進(jìn)油孔相通柱塞上行至進(jìn)油孔被控制套筒關(guān)閉起，到柱塞上凹槽與控制筒上出油孔連通為止，此間柱塞上的進(jìn)油凹槽均被關(guān)閉，隨著柱塞的上升壓力室的燃油被壓送到噴油器（即噴油行程）柱塞的這段行程為有效泵油行程。柱塞總行程（凸輪升程所決定）一定時(shí)，預(yù)行程越大有效行程越小，泵油量越小，噴油量越少，反之越多。停止噴油柱塞上的凹槽與控制筒上的出油口連通時(shí)，壓力室的高