柴油機電控技術簡介

1、汽車發(fā)動機電控技術教案第六章柴油機電控技術簡介課程名稱汽車發(fā)動機電控技術總學時 ：4 學時課程性質理論課講課：4 學時任課教師職稱實習：0 學時授課對象專業(yè)年班級掌握柴油機的三代電控燃油噴射系統的劃分方法及其在噴油量控教學目的和 制、噴射壓力控制、噴射定時控制、噴油速率控制等方面的區(qū)別；掌握柴油機電控系統是如何實現噴油過程和進氣過程的綜合管理的；了解柴要求 油機電子控制燃油噴射系統的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢； 柴油機廢氣后處理各種措施及相應裝置的基本工作原理。教學重點和難點掌握柴油機電控系統是如何實現噴油過程和進氣過程以及三代柴油電控燃油噴射系統的工作原理。教學進程第 次課授課章節(jié)學 時備 注第1次

2、課柴油機電控技術概述、柴油機電控燃油噴射系統的1功能與組成第2次課柴油機供（噴）油量控制、供（噴）油正時控制1第3次課柴油機電控燃油噴射系統實例21汽車發(fā)動機電控技術教案教案（章節(jié)備課）第 1 節(jié)學 時概述一、柴油機電控技術的發(fā)展柴油機電控技術是在解決能源危機和排放污染兩大難題的背景下，在飛速發(fā)展的電子控制技術平臺上發(fā)展起來的。汽油機電控技術的發(fā)展為柴油機電控技術的發(fā)展提供了寶貴經驗。柴油機電控技術發(fā)展的三個階段：位置控制、時間控制、時間壓力控制（壓力控制）第一代柴油機電控燃油噴射系統（常規(guī)壓力電控噴油系統）特點：結構不需改動， 生產繼承性好， 便于對現有柴油機進行升級換代。系統響應慢、控制頻

3、率低、控制自由度小、控制精度不夠高，噴油壓力無法獨立控制。第二代柴油機電控燃油噴射系統（高壓電控噴油系統）改變了傳統燃油供給系統的組成和結構，主要以電控共軌（各缸噴油器共用一個高壓油管） 式噴油系統為特征， 直接對噴油器的噴油量、 噴油正時、噴油速率和噴油規(guī)律、噴油壓力等進行“時間壓力控制”或“壓力控制” 。特點：通過設置傳感器、電控單元、高速電磁閥和相關電/ 液控制執(zhí)行教元件等，組成數字式高頻調節(jié)系統，有電磁閥的通、斷電時刻和通、斷電時間控制噴油泵的供油量和供油正時。但供油壓力還無法獨立控制。案二、柴油機電控燃油噴射系統的優(yōu)點1.改善低溫起動性。內2.降低氮氧化物和煙度的排放。3.提高發(fā)動機

4、運轉穩(wěn)定性。容4.提高發(fā)動機的動力性和經濟性。5.控制渦輪增壓。6.適應性廣。2第 2 節(jié)教案內容汽車發(fā)動機電控技術教案柴油機電控燃油噴射系統的功能與組成一、柴油機電控系統的功能1. 燃油噴射控制（ 1）供（噴）油量控制（ 2）供（噴）油正時控制（ 3）供（噴）油速率和供（噴）油規(guī)律的控制（ 4）噴油壓力的控制（ 5）柴油機低油壓保護（ 6）增壓器工作保護2. 怠速控制（ 1）怠速轉速的控制（ 2）各缸均勻性的控制3. 進氣控制（ 1）進氣節(jié)流控制（ 2）可變進氣渦流控制（ 3）可變配氣正時控制4. 增壓控制5. 排放控制6. 起動控制7. 巡航控制8. 故障自診斷和失效保護9. 柴油機與自動

5、變速器的綜合控制二、柴油機電控燃油噴射系統的組成柴油機電控燃油噴射系統除了控制噴油量外，對噴油正時和噴油的壓力都有很高的要求。（柴油機電控燃油噴射系統的噴油壓力較高約為19.6MPa）各種柴油電控系統的區(qū)別在于控制功能、傳感器的數量和類型、執(zhí)行元件的類型、控制軟件、主要電控元件的結構原理和安裝位置，但基本組成與其他電子控制系統一致，也是由傳感器、執(zhí)行元件三部分組成。1. 傳感器（ 1）加速踏板位置傳感器（ 2）反饋信號傳感器（ 3）燃油溫度傳感器（ 4）其他傳感器和信號開關2. 柴油機控制根據各傳感器輸入信號和內存程序，計算出供（噴）油量和供（噴）油開始時刻，并向執(zhí)行元件發(fā)出執(zhí)令信號。3. 執(zhí)

6、行元件執(zhí)行的指令，調節(jié)柴油機的供（噴）油量和供（噴）油正時。3汽車發(fā)動機電控技術教案第 3 節(jié)柴油機供（噴）油量控制一、位置控制方式柴油機供（噴）油量的控制方法隨供給系統的類型而異。第一代柴油機電控燃油噴射系統主要以電控直列柱塞泵或電控轉子分配泵為特征。1. 直列柱塞泵的供油量控制“位置控制” 的直列柱塞泵供油量控制裝置一般采用占空比控制型電磁閥（簡稱占空比電磁閥）式或直流電動機式電子調速器。2. 轉子分配泵的供油量控制“位置控制”的轉子分配泵供油量控制裝置，一般采用轉子式或占空比電磁閥式電子調速器。第一代位置控制系統位置控制系統不僅保留了傳統的泵管嘴系統， 還保留了原噴油泵中的齒條、滑套、柱

7、塞上的斜槽等控制油量的機械傳動機構，只是對齒條或者滑套的運動位置予以電子控制。日本 Denso 公司的 ECDV1，德國 Bosch 公司的 EDC和日本 Zexel 公司教的 COVEC等都屬于位置控制的電控分配泵系統。日本Zexel 公司的 COPEC，德國 Bosch 公司的 EDR系統和美國 Caterpillar公司的 PEEC系統等都屬于案位置控制的電控直列泵系統。二、時間控制方式內供油量的“位置控制”特點是用模擬量來控制執(zhí)行元件工作，通過對噴油泵油量控制機構的定位來得到所需的供油量。不論采用何種類型的電子調容速器，總是需要由部分機械裝置來完成對噴油泵供油量的調節(jié)，也會降低控制精度

8、和響應速度。所以繼供油量“位置控制”之后出現了“時間控制”。1. 轉子分配泵的供油量控制在回油通道中安裝一個有控制的高速電磁閥來控制回油通道的開閉，也就實現供油量的“時間控制” 。“時間控制”的轉子分配泵取消了油量控制滑套和泵油柱塞上的回油槽（或孔） 。2. 噴油器的供油量控制取消了原燃油系統中結構復雜的調速器和噴油器中的計量裝置，使燃油供給系統大為簡化。高速電磁閥關閉的時刻即是噴油開始時刻， 高速電磁閥關閉的持續(xù)時間決定了噴油量。第二代時間控制系統時間控制系統是用高速強力電磁閥直接控制高壓燃油，一般情況下，電磁閥關閉，開始噴油；電磁閥打開，噴油結束。噴油始點取決于電磁閥關閉時刻，噴油量取決于

9、電磁閥關閉的持續(xù)時間。傳統噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽和提前期等全部取消， 對噴射定時和噴射油量控制的自由度更大。日本 Zexel 公司的 Model-1 電控分配泵，美國 Detroit 公司的 DDEC 電控泵噴嘴、德國 Bosch 公司的 EUP13 電控單體泵都屬于時間控制系統。我國4汽車發(fā)動機電控技術教案專 家 歐 陽 明 高 和 丹 麥Sorenson 研 制 的 “ 泵 管 閥 嘴（ Pump/Pipe/Valve/Injector PPVI）”電控燃油噴射系統也屬于第二代電控噴射系統。三、時間壓力控制方式第二代柴油機電控燃油噴射系統中最典型的是電控共軌式燃油噴射系統。在電

10、控共軌式燃油噴射系統中， 對噴油量的控制采用 “時間壓力控制”或“壓力控制”，用的最多的是“時間壓力控制”方式。在該系統中，控制供油壓力調節(jié)閥使噴油器的噴油壓差保持不變，再通過控制三通電磁閥工作實現噴油量和噴油正時的控制。電磁閥通電開始時刻決定了噴油的開始時刻，其通電時間決定噴油量。四、壓力控制方式在后期開發(fā)的柴油機電控共軌式燃油噴射系統中， 為降低對供油壓力的要求，噴油量的控制采用控制噴油壓力的方法實現，即噴油量的 “壓力控制”方式。噴油器噴孔尺寸一定，噴油時間一定，控制噴油壓力即可控制噴油量；而在增壓活塞和柱塞尺寸一定時，噴油壓力（即增壓壓力）取決于共軌中的油壓，共軌中的油壓是由根據各種傳

11、感器信號通過燃油壓力調節(jié)閥來教控制的，所以將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。在系統中，根據實際的共軌壓力信號對共軌壓力進行閉環(huán)控制。案第三代 共軌電控噴射系統共軌式電控噴射系統改變了傳統的柱塞泵脈動供油的原理，通過油錘響內應、液力增壓、共軌蓄壓或者高壓共軌等形式形成高壓。采用壓力時間式燃油計量原理，用電磁閥控制噴射過程，可以實現對噴射油量和噴射定時的靈容活控制。20 世紀三大突破之一，將成為高壓共軌系統被世界內燃機行業(yè)公認為21 世紀柴油機燃油系統的主流。德國Bosch 公司、日本 Denso 公司和英國Lucas 公司都研制出了電控高壓共軌系統，并開始小批量向市場供貨。德國戴姆勒 奔

12、馳公司利用 Bosch 公司的技術首先在世界范圍內推出了采用新型高壓共軌燃油噴射系統的4 氣門直噴式柴油機，并用于A、C 級轎車上。日本 Hino 公司利用 Denso公司的技術在新型 K13C型柴油發(fā)動機和 J系列柴油發(fā)動機上均采用了高壓共軌系統，日本Mitsubishi公司也利用Denso公司的技術在重型柴油發(fā)動機上應用了高壓共軌系統。第三代 共軌電控噴射系統基本特點：高壓共軌系統利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，并消除燃油中的壓力波動，然后再輸送給每個噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實現噴射的開始和終止。其主要特點可以概括如下：1. 共軌腔內的高壓直接用于噴射，可以省去噴

13、油器內的增壓機構；而且共軌腔內是持續(xù)高壓，高壓油泵所需的驅動力矩比傳統油泵小得多。2. 通過高壓油泵上的壓力調節(jié)電磁閥， 可以根據發(fā)動機負荷狀況以及經濟性和排放性的要求對共軌腔內的油壓進行靈活調節(jié)， 尤其優(yōu)化了發(fā)動機的低速性能。3. 通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時，噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調節(jié)不同工況下預噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。5汽車發(fā)動機電控技術教案第三代共軌電控噴射系統典型系統高壓共軌系統由五個部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元、各類傳感器和執(zhí)行器。供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的進油口，由發(fā)動機驅動的高壓油泵將燃油增壓后送入共軌腔內，再由

14、電磁閥控制各缸噴油器在相應時刻噴油。第三代共軌電控噴射系統噴射系統預噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內發(fā)生預混合或者部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內壓力升高率和峰值壓力都會下降，發(fā)動機工作比較緩和，同時缸內溫度降低使得 NOX 排放減小。預噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統的冷起動性能。主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內噴入氣缸內的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時間從而縮短緩燃期，使燃燒在發(fā)動機更有效的曲軸轉角范圍內完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳氫排放。教案內容6

15、汽車發(fā)動機電控技術教案第 4 節(jié)柴油機供（噴）油正時控制教案內容傳統柴油機供給系統中， 都是采用機械離心式或液壓式供油提前角自動調節(jié)器來控制噴油泵的供油正時，間接實現對噴油器噴油正時的調節(jié)。而在柴油機電控燃油噴射系統中，一般都是由 ECU 根據柴油機轉速、負荷等傳感器信號對供（噴）油正時進行控制。在第二代柴油機電控燃油噴射系統和部分采用“時間控制”供（噴）油量的第一代柴油機電控燃油噴射系統中，取消了傳統的供（噴）油提前角自動調節(jié)器，采用由 ECU 控制的高速電磁閥控制供（噴）油的開始時刻（即正時），并增加供（噴）油正時傳感器，實現了供（噴）油正時的閉環(huán)控制。一、直列柱塞泵供油正時電控系統直列柱

16、塞泵供油正時電控系統由正時控制器、電磁閥、柴油機轉速傳感器、正時傳感器和 ECU 等組成。兩個電磁閥分別安裝在正時控制器進、回油路中，控制正時控制器工作的液壓油來自柴油機潤滑系。正時控制器安裝在噴油泵驅動軸與凸輪軸之間，受液壓控制的正時控制器可使噴油泵凸輪軸相對驅動軸在一定范圍內轉動。柴油機轉速傳感器安裝在噴油泵驅動軸上，ECU 主要根據柴油機轉速和負荷傳感器信號確定基本供油提前角，再根據冷卻液溫度等傳感器信號進行修正，并通過兩個電磁閥控制正時控制器工作，來實現對噴油泵供油正時的控制。正時傳感器安裝在噴油泵凸輪軸上，用來檢測凸輪軸的位置和轉角，ECU 根據正時傳感器信號判斷實際的供油正時，并對

17、供油正時進行閉環(huán)控制。二、轉子分配泵供油正時電控系統在第一代柴油機電控燃油噴射系統中， 轉子分配泵供油正時的控制通常是在原供油提前角自動調節(jié)器活塞兩側油腔之間增加一條液壓通道，并由 ECU 通過電磁閥控制該液壓通道來實現。 ECU 主要根據柴油機轉速和負荷傳感器信號確定基本供油提前角，再根據冷卻液溫度等傳感器信號進行修正，并通過電磁閥控制正時活塞左右兩側油腔內的燃油壓力差，以改變正時活塞的位置；正時活塞左右移動時，通過傳動銷帶動轉子分配泵內的滾輪架轉動，從而改變噴油泵的供油正時。正時傳感器（正時活塞位置傳感器）為差動電感式。傳感器鐵心隨正時活塞移動，傳感器線圈內產生與活塞位置成正比的電壓（自感

18、電動勢）信號,ECU 根據此傳感器信號對噴油泵供油正時進行閉環(huán)控制。7汽車發(fā)動機電控技術教案第 5 節(jié)柴油機電控燃油噴射系統實例一、本電裝公司 1 系統日本豐田公司柴油轎車最早裝用的就是由日本電裝公司開發(fā)的ECDV1 系統，該系統是在轉子分配式噴油泵的基礎上，加裝電子控制裝置而形成的。主要傳感器包括：發(fā)動機轉速傳感器、加速踏板位置傳感器、滑套位置傳感器、正時活塞位置傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、車速傳感器、空檔開關、起動開關、空調開關等。ECDV1 系統的控制功能包括：燃油噴射控制、進氣節(jié)流控制、預熱塞控制、自診斷和安全保護功能等。二、本電裝公司 3 系統日本電裝公

19、司開發(fā)的 ECDV3 系統也是在轉子分配式噴油泵基礎上，增加電子控制裝置形成的柴油機電控燃油噴射系統。 與 ECDV1 系統相比，主要是噴油量控制方法不同， ECD V3 系統是通過控制噴油時間來實現對噴油量控制的，即 ECU 在確定噴油器的噴油開始時刻后，再通過回油控制電磁閥來控制柱塞泵回油的時刻（即停止噴油的時刻） ，以此來控制噴油量；為控制噴油時間，在轉子分配式噴油泵內增設了泵角傳感器。泵角傳感器采用電磁感應式，向 ECU 提供噴油泵凸輪軸位置和轉角信號。教此外， ECDV3 系統裝用光電式著火正時傳感器，對噴油正時實施反饋控制。發(fā)動機轉速傳感器安裝在曲軸上。案三、本五十鈴公司系統五十鈴

20、公司 TEC（全電子控制式）是在轉子分配式噴油泵基礎上，內增加電子控制裝置形成的全電子控制式柴油機電控燃油噴射系統。該系統的主要特點是：具有巡航控制功能，設有燃油溫度傳感器，不對噴油正時進行容反饋控制。此外，加速踏板位置傳感器采用差動電感式； 進氣節(jié)流（節(jié)氣門）不受 ECU 控制。四、直列柱塞泵電控系統裝用直流電動機式電子調速器的直列柱塞泵電控系統，用電子調速器取代原有的機械調速器，以實現對噴油量的控制；用正時控制器取代原有的機構離心式供油提前角自動調節(jié)器，來對噴油正時進行控制；并設有油量調節(jié)拉桿（或齒條）位置傳感器和正時傳感器，對噴油量和噴油正時的控制均采用閉環(huán)控制方式。五、美國 Cater

21、Pillar 公司 HEUI 系統該系統具有共軌式柴油機電控燃油噴射系統的基本組成和結構，屬第二代電控共軌式燃油噴射系統。該系統的控制功能包括：燃油噴射控制、進氣控制、起動控制、故障自診斷、失效保護和應急備用，同時還具有與其他控制系統進行數據傳輸的功能。 HEUI 系統的噴油量控制采用了“壓力控制”方式，通過由傳感器、 ECU 和執(zhí)行元件等組成的控制系統，對循環(huán)噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力進行控制。六、本電裝公司系統該系統主要用于載重汽車裝用的柴油機上，日本日野汽車公司、三菱汽8汽車發(fā)動機電控技術教案作業(yè)本車公司和日產汽車公司生產的載重汽車柴油機多數采用 ECD系統。該系統具有共軌式噴油系統的基本組成和結構， 屬于第二代柴油機電控燃油噴射系統， ECD系統的組成，由各種傳感器、 ECU、燃油壓力控制閥和三通電磁閥等組成的控制系統，對噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力進行“時間壓力控制” 。1.柴油機電控燃油噴射系統的優(yōu)點有哪些？2.柴油機電控