第一講第四章 柴油機電噴技術(shù).ppt

1、第四章 柴油機電子噴射系統(tǒng)柴油機的特點：柴油機的特點：壓縮比大（1522，汽油610）熱效率高燃油價格和消耗低不要點火系統(tǒng)，工作可靠排放污染物氣體少行車記錄儀 http:/ 柴油機電子噴射系統(tǒng)柴油機和柴油機電子噴射技術(shù)背景：柴油機和柴油機電子噴射技術(shù)背景：（1）柴油機功率大，燃油消耗率低，傳統(tǒng)的機械控制系統(tǒng)控制噴油量和噴油正時已經(jīng)很成熟。（2）主要是排放和燃油經(jīng)濟性驅(qū)動電子噴射系統(tǒng)的需求，降低 NOx 排放需要降低氣缸內(nèi)最高壓力和最高溫度，這就要求噴射正時滯后，但噴射正時滯后會帶來煙度上升、經(jīng)濟性和動力性降低。矛盾解決辦法：除提高噴射壓力和噴射速率、縮短噴射持續(xù)時間外，用電子控制的方法尋求最優(yōu)

2、的噴油正時。 （3）為了降低燃燒噪聲和NOx 排放，要求在主噴射之前有一個小的預(yù)噴射量，預(yù)噴射量、預(yù)噴射和主噴射之間的時間間隔能根據(jù)不同的工況變化。噴射的瞬時速率也希望得到控制。第四章 柴油機電子噴射系統(tǒng)柴油混合氣的特點：柴油混合氣的特點：（1）粘度大，揮發(fā)性差，只能高壓缸內(nèi)噴射霧化（2）混合氣形成的時間短（1535曲軸角），成分不均勻，容易形成排氣黑煙（3）需要較大的過量空氣系數(shù)（4）混合氣在高溫高壓下自然，燃燒控制困難第四章 柴油機電子噴射系統(tǒng)柴油混合氣的形成：柴油混合氣的形成： 壓縮行程終了直接在缸內(nèi)高壓噴射霧化高壓噴射霧化，與吸入的空氣混合。影響混合氣形成的因素：（1）供油時間和噴油時

3、間（2）噴油規(guī)律：受泵的機械特性的影響，影響動力性、燃油經(jīng)濟、排放和振動噪聲（3）燃油噴霧：噴霧要與燃燒室及氣流設(shè)計配合（4）噴油壓力：影響噴油量和霧化效果（5）過量空氣系數(shù)：柴油機采用較大的過量空氣系數(shù)第四章 柴油機電子噴射系統(tǒng)柴油機電子噴射的特點柴油機電子噴射的特點： 高頻、高壓（60200MPa)和脈動，對噴射正時要求高柴油機電子噴射的關(guān)鍵技術(shù)：柴油機電子噴射的關(guān)鍵技術(shù)： 柴油噴射電控執(zhí)行器主要的控制量： 噴油量和噴油正時（噴油正時比汽油機嚴格）第四章 柴油機電子噴射系統(tǒng)柴油機供油提前角和噴油提前角：柴油機供油提前角和噴油提前角： 噴油正時由提前角控制。 噴油泵第一缸柱塞開始向噴油器供油

4、時，第一缸的活塞距上止點行程所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為供油提前角（靜態(tài)提前角）。 噴油泵第一缸噴油器開始向氣缸噴油時，第一缸的活塞距上止點行程所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為噴油提前角（動態(tài)提前角）。 提前角過大，引起發(fā)動機粗暴；提前角過小，帶來排氣黑煙，動力下降。4.1 柴油機電子噴射系統(tǒng)柴油機燃油噴射控制系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)）分類：柴油機燃油噴射控制系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)）分類： 直列泵、分配泵、泵噴嘴和單缸泵 柴油機在機械控制時代的不同的系統(tǒng)各有其特點和適用范圍，每種系統(tǒng)又有多種結(jié)構(gòu)，導致在此基礎(chǔ)上實施的電控技術(shù)呈現(xiàn)出多樣性。柴油機燃油電子噴射系統(tǒng)分類：柴油機燃油電子噴射系統(tǒng)分類： 位置控制系統(tǒng) 時間控制系統(tǒng) 共軌控制系統(tǒng)4.

5、1 位置控制系統(tǒng) 保留原機械控制系統(tǒng)中的“噴油泵-高壓油管-噴油器”系統(tǒng)，用電控裝置代替機械調(diào)速器和供油提前器，對油量調(diào)節(jié)桿（直列泵）和溢流環(huán)（VE分配泵）的位置以及油泵主、從動軸的相互位置進行連續(xù)調(diào)節(jié)，以控制噴油量和噴油正時。 繼承性強，安裝方便，便于老產(chǎn)品電控改造。不能對噴油率和噴油壓力的控制，不能分缸控制，響應(yīng)慢。4.1 位置控制系統(tǒng)電子控制直列泵電子控制直列泵噴射系統(tǒng)：噴射系統(tǒng)： 保留原機械控制系統(tǒng)中的“噴油泵-高壓油管-噴油器”系統(tǒng)，用電子調(diào)速器和電子提前器代替機械調(diào)速器和供油提前器。電子控制直列電子控制直列泵泵電子調(diào)速器：利用電磁力調(diào)節(jié)齒桿位置控制油量，提供齒桿位置信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速

6、信號，并放大信號。電子控制電子控制直列泵直列泵電子調(diào)速器原理簡圖電子控制直列泵電子控制直列泵電子提前器電子控制分配泵噴油器原理電子控制分配泵噴油器原理電子控制分配泵電動調(diào)速器電子控制分配泵電動調(diào)速器電子控制分配泵時間控制器電子控制分配泵時間控制器4.2 時間控制系統(tǒng) 采用高速強力電磁溢流閥來控制噴油始點和噴油量。電磁閥通電閥關(guān)閉噴油，斷電閥開啟噴油器泄壓停止噴油。噴油始時開始于電磁閥關(guān)閉時刻，噴油量取決于閥關(guān)閉的持續(xù)時間。噴油正時控制機構(gòu)根據(jù)曲軸角度傳感器和泵角度傳感器反饋的信號控制噴油正時。 能改變噴油壓力和噴油率，能分缸控制，響應(yīng)快。時間控制型電子控制分配泵時間控制型電子控制分配泵時間控制

7、型電子控制分配泵時間控制型電子控制分配泵電子控制分配泵的電磁溢流閥電子控制分配泵的電磁溢流閥電子控制分配泵的電磁溢流閥電子控制分配泵的電磁溢流閥工作原理工作原理電子控制泵噴嘴系統(tǒng)工作原理電子控制泵噴嘴系統(tǒng)工作原理電子控制泵噴嘴系統(tǒng)工作原理（時間控制型）電子控制泵噴嘴系統(tǒng)工作原理（時間控制型）電子控制泵噴嘴結(jié)電子控制泵噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖構(gòu)示意圖預(yù)噴油預(yù)噴油結(jié)束主噴油主噴油結(jié)束高壓腔進油 4.3 共軌控制系統(tǒng) 所謂共軌式電噴系統(tǒng)，又稱公共軌道式電控噴油系統(tǒng)。它是由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管，由電磁閥和壓力傳感器構(gòu)成反饋壓力調(diào)節(jié)，對公共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速

8、無關(guān)，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化的程度，因此，也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。有減少柴油機的尾氣排放量、改善噪聲、降低燃油耗等方面的綜合性能。 噴射壓力直接取決于共軌中的壓力，噴油壓力高可調(diào)（120160MPa)。通過噴油器上的高速電磁閥控制噴油量和噴油定時以及噴射速率?？梢造`活調(diào)節(jié)預(yù)噴射和主噴射的油量、噴射的時間間隔。4.3 共軌控制系統(tǒng)共軌式電噴系統(tǒng)分類共軌式電噴系統(tǒng)分類按照噴油高壓形成的不同兩種基本型式有：(1)高壓共軌系統(tǒng)。高壓輸油泵(壓力在120MPa以上)直接產(chǎn)生高壓燃油后，再分送到各噴油器；高速電磁閥(響應(yīng)在200s左右)迅速打開或關(guān)閉控制噴油器工作 (2)中壓共軌

9、系統(tǒng)。中壓輸油泵(壓力為10-13MPa)將中壓燃油輸送到共軌中，再分送至帶有增壓柱塞的噴油器中；當高速電磁閥開關(guān)閥迅速開啟或關(guān)閉控制燃油器工作，迅即通過高壓柱塞的增壓作用，將從共軌中來的中壓燃油加壓至高壓(120-150MPa)后噴出或停噴。高壓共軌系統(tǒng)與中壓共軌系統(tǒng)的主要判別在于，高壓燃油的獲得方式不同；前者由高壓燃油泵直接提供，而后者則借助于增壓柱塞增壓后獲得。高壓電子控制共軌系統(tǒng)的組成高壓電子控制共軌系統(tǒng)的組成 電子控制共軌系統(tǒng)的燃油供給系統(tǒng)組成電子控制共軌系統(tǒng)的燃油供給系統(tǒng)組成 中中壓壓電電子子控控制制共共軌軌系系統(tǒng)統(tǒng)的的組組成成電子控制噴油器電子控制噴油器4.3 共軌控制系統(tǒng)1、工

10、作原理、工作原理4.3 共軌控制系統(tǒng)2、控制功能、控制功能 調(diào)節(jié)噴油壓力 調(diào)節(jié)噴油量 調(diào)節(jié)噴油率 調(diào)節(jié)噴油時間（開啟時間和關(guān)閉時間）3、噴射方式、噴射方式 一段噴油、兩段噴油和多段噴油4.4 柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能：（1）噴油量的控制 通過噴油開啟時間和結(jié)束時間控制 基本噴油量控制、怠速噴油量控制、起動噴油量控制、不均勻油量補償和恒定車速噴油量控制4.4 柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能：（1）噴油量的控制 通過噴油開啟時間和結(jié)束時間控制 基本噴油量控制、怠速噴油量控制、起動噴油量控制、不均勻油量補償和恒定車速噴油量控制4.4 柴油機電

11、子噴射系統(tǒng)的控制功能柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能：（1）噴油量的控制 通過噴油開啟時間和結(jié)束時間控制 基本噴油量控制、怠速噴油量控制、起動噴油量控制、不均勻油量補償和恒定車速噴油量控制4.4 柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能：（1）噴油量的控制 通過噴油開啟時間和結(jié)束時間控制 基本噴油量控制、怠速噴油量控制、起動噴油量控制、不均勻油量補償和恒定車速噴油量控制4.4 柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能：（1）噴油量的控制 通過噴油開啟時間和結(jié)束時間控制 基本噴油量控制、怠速噴油量控制、起動噴油量控制、不均勻油量補償和恒定車速噴油量控制4.4 柴油機電

12、子噴射系統(tǒng)的控制功能柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能：（2）噴油時間（正時）的控制4.4 柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能：（3）噴油壓力控制：噴油壓力高可降低燃油消耗和微粒排放，但會增加燃燒噪聲和氮氧化合物排放，高負荷需要高噴油壓力4.4 柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能柴油機電子噴射系統(tǒng)的控制功能：（4）噴油率控制n車用柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的發(fā)展車用柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的發(fā)展n與現(xiàn)代汽車汽油機電控技術(shù)的發(fā)展背景一樣，面對無法回避的局部和全球性的環(huán)境和能源問題，現(xiàn)代汽車柴油發(fā)動機不得不采用和發(fā)展電子控制系統(tǒng)，以便保持汽車柴油發(fā)動機的可持續(xù)發(fā)展，更充分發(fā)揮柴油發(fā)動機固有的優(yōu)點(低油

13、耗和低CO2排放)。近年來柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的發(fā)展勢頭是令人矚目的。以柴油汽車用得最多的歐洲為例,由于歐洲道路車輛用多缸柴油發(fā)動機從2000年開始執(zhí)行歐3排放標準，電控技術(shù)已在需滿足歐3標準的柴油發(fā)動機上普遍使用,一些大的廠商則早已著手研制滿足歐4排放標準的電控柴油發(fā)動機,現(xiàn)在,電控共軌系統(tǒng)在多缸柴油發(fā)動機上的應(yīng)用已明顯增多。n現(xiàn)代轎車柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的新技術(shù)現(xiàn)代轎車柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的新技術(shù)n1、時間控制的柴油電噴技術(shù)、時間控制的柴油電噴技術(shù) 柴油發(fā)動機的新一代電噴系統(tǒng)采用時間控制,用高速電磁閥取代傳統(tǒng)的機械噴閥,對高壓燃油實現(xiàn)數(shù)字調(diào)節(jié)。現(xiàn)在這種噴射系統(tǒng)逐漸向高壓化邁進,高壓噴射可使柴油霧

14、化得非常細,發(fā)動機的燃燒過程進行得相當完善,而且速度快,同時又不明顯提高燃燒溫度。提高了直噴式柴油發(fā)動機壓力,全面降低HC、CO、NOx、微粒物和碳煙的排放,還能顯著的降低油耗。n2、共軌式電噴系統(tǒng)、共軌式電噴系統(tǒng) 它是柴油發(fā)動機高壓噴射系統(tǒng)的一種，最高壓力可達到220MPa。該系統(tǒng)不再采用通用的脈動原理，而是采用壓力時間計量原理。這種噴油系統(tǒng)可保證噴油壓力不隨發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)變化，可降低顆粒物的排放，電控共軌噴射又稱為壓力時間噴射或第三代噴射，它可分為中壓共軌和高壓共軌兩大類。ECU產(chǎn)生的電脈沖按順序觸發(fā)噴油器電磁閥，確定發(fā)動機每次噴油的起始和關(guān)閉時刻，電控共軌噴射還可采用多次噴射的方式來靈活控制

15、噴油的速率。n3、渦輪增壓中冷技術(shù)、渦輪增壓中冷技術(shù) 柴油發(fā)動機采用廢氣渦輪增壓技術(shù)后，燃料能夠完全燃燒,可降低CO和HC的生成量。采用渦輪增壓中冷技術(shù)還可提高柴油發(fā)動機的功率,一臺裝有渦輪增壓器的柴油發(fā)動機功率輸出比未裝增壓器可增加20%30%。新型渦輪增壓器的使用,意味著可以用小排量的發(fā)動機替代大排量發(fā)動機,減輕發(fā)動機和整車質(zhì)量,提高經(jīng)濟性和排放性。n4、采用多氣門技術(shù)、采用多氣門技術(shù) 多氣門可增大柴油發(fā)動機的進氣量，使柴油的燃燒更徹底，排氣更快、更徹底，從而提高了柴油發(fā)動機的輸出功率。n 5、廢氣再循環(huán)技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù) 根據(jù)發(fā)動機的溫度及負荷大小,適量地將一部分廢氣引入進氣管，再送入

16、汽缸,使燃燒反應(yīng)速度減慢，降低燃燒的最高溫度，從而降低NOx的排放量。尤其是中冷EGR技術(shù)，不僅降低NOx的排放，而且還能保持其污染排放物的低排放水平。n柴油發(fā)動機電控供油系統(tǒng)的技術(shù)要求柴油發(fā)動機電控供油系統(tǒng)的技術(shù)要求n柴油發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)是柴油發(fā)動機的一個非常重要的系統(tǒng)，也是柴油發(fā)動機使用與維修的一個重點部位，其技術(shù)狀況的好壞不僅直接影響著柴油發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性及使用的可靠性，而且對減少環(huán)境污染也有著極其重要的影響。對柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的要求：n 1、提高柴油發(fā)動機的經(jīng)濟性和降低排放、提高柴油發(fā)動機的經(jīng)濟性和降低排放 柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)應(yīng)能在不同的工況及工作條件下精確地控制噴油提前角，

17、并始終保持在最佳值，以降低燃油消耗和減少排放污染。n2、提高發(fā)動機工作的可靠性、提高發(fā)動機工作的可靠性 在柴油發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，系統(tǒng)應(yīng)能隨時檢測影響發(fā)動機工作可靠性的主要參數(shù)，一旦某一項或幾項參數(shù)異常，超出設(shè)定值，一方面系統(tǒng)應(yīng)能立即報警顯示，同時還應(yīng)控制相應(yīng)的執(zhí)行器進行相應(yīng)的調(diào)整，直至有關(guān)參數(shù)或狀態(tài)正常為止。對于一些對發(fā)動機可靠性影響很大的重要參數(shù)，系統(tǒng)還必須提供雙重或多重保護，以避免發(fā)生重大事故。n3、對柴油發(fā)動機運行工況進行實時高精度控制、對柴油發(fā)動機運行工況進行實時高精度控制 一旦柴油發(fā)動機及其系統(tǒng)的運行參數(shù)或狀態(tài)偏離目標值，電控系統(tǒng)就能立即進行調(diào)節(jié)和控制，從而實現(xiàn)對柴油發(fā)動機運行工況的

18、實時高精度控制。n4、較強的適應(yīng)性、較強的適應(yīng)性 全能電動調(diào)速器在出廠前的軟件編程中已預(yù)設(shè)有各種不同調(diào)速率的程序，并在控制盒上設(shè)有調(diào)速率的轉(zhuǎn)換開關(guān)，用戶可根據(jù)柴油發(fā)動機的用途和要求設(shè)定不同的調(diào)速率，這提高了電動調(diào)速器的匹配適應(yīng)能力。n 柴油發(fā)動機電子控制技術(shù)的特點柴油發(fā)動機電子控制技術(shù)的特點n柴油發(fā)動機電控技術(shù)有兩個明顯的特點:一個特點是其關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)難點就在柴油噴射電控執(zhí)行器上;另一個特點是柴油電控噴射系統(tǒng)的多樣化。柴油發(fā)動機在機械控制時代，就已經(jīng)有直列泵、分配泵、泵噴油器、單缸泵等結(jié)構(gòu)完全不同的系統(tǒng)，每個系統(tǒng)各有其特點和適用范圍，每種系統(tǒng)中又有多種不同結(jié)構(gòu)。實施電控技術(shù)的執(zhí)行機構(gòu)比較復雜

19、，因此形成了柴油噴射系統(tǒng)的多樣化。n柴油噴射系統(tǒng)的控制功能和發(fā)展柴油噴射系統(tǒng)的控制功能和發(fā)展n1、柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的控制功能、柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的控制功能n 現(xiàn)代汽車柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的控制項目已經(jīng)從僅有循環(huán)供(噴)油量控制、噴油正時控制等最基本的控制項目的燃油噴射控制，擴展到包括對噴油速率控制和噴油壓力控制在內(nèi)的多項目標控制的燃油噴射控制;從單一的燃油噴射控制擴展到包括怠速控制、進氣控制、增壓控制、排放控制、啟動控制、故障自診斷、失效保險、發(fā)動機與變速器的綜合控制等在內(nèi)的全方位控制。n2、柴油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)控制方式的發(fā)展、柴油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)控制方式的發(fā)展n 電控柴油噴射系統(tǒng)

20、根據(jù)其直接控制的量而分為位置控制和時間控制。位置控制系統(tǒng)的特點是不僅保留了傳統(tǒng)的噴油泵-高壓油管-噴油器系統(tǒng)，而且還保留了噴油泵中齒條齒圈、滑套、柱塞上控油螺旋槽等控制油量的機械傳動機構(gòu)，只是對齒條或滑套的運動位置由原來的機械調(diào)速器控制改為微機控制。而時間控制系統(tǒng)可以是保留原來的噴油泵-高壓油管-噴油器系統(tǒng)，也可以采用新型的產(chǎn)生高壓的燃油系統(tǒng)，而用高速電磁閥直接控制高壓燃油的噴射。一般情況下，電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油，電磁閥打開，噴油結(jié)束。噴油始點取決于電磁閥關(guān)閉時刻，噴油量則取決于電磁閥關(guān)閉時間的長短。傳統(tǒng)噴油泵中的齒條齒圈、滑套、柱塞上斜槽、控制噴油正時的提前機構(gòu)等全部取消。時間控制系統(tǒng)的控制

21、自由度更大。電控柴油噴射系統(tǒng)根據(jù)其產(chǎn)生高壓燃油的機構(gòu)，可分為直列泵電控噴射系統(tǒng)、分配泵電控噴射系統(tǒng)、泵噴油器電控噴射系統(tǒng)、單缸泵電控噴射系統(tǒng)、共軌式電控噴射系統(tǒng)。n 近20年來，柴油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)也經(jīng)歷了幾個重要的發(fā)展階段。按對循環(huán)供(噴)油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力等的控制方式分，經(jīng)歷了從“位置控制”到“時間控制”，再到“時間-壓力控制”或“壓力控制”的發(fā)展過程。按燃油噴射系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)分，經(jīng)歷了常規(guī)壓力電控噴油系統(tǒng)的第一代電控噴油系統(tǒng)到高壓電控噴油系統(tǒng)的第二代電控噴油系統(tǒng)的發(fā)展過程。在采用“位置控制”的第一代電控噴油系統(tǒng)中，保留了傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，只是將原有的機械式噴油泵及其機械控制部件用電控噴油泵及其控制部件取代，通過設(shè)置控制系統(tǒng)，使控制精度和響應(yīng)速度得以提高。柴油發(fā)動機的結(jié)構(gòu)幾乎不需改動，生產(chǎn)繼承性好，便于對現(xiàn)有柴油發(fā)動機進行升級換代。缺點是“位置控制”系統(tǒng)執(zhí)行頻率響應(yīng)慢，控制頻率低，控制自由度小，控制精度還不夠高，噴油壓力無法獨立控制。在采用“時間控制”的第一代電控噴油系統(tǒng)中，基本保留了傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置控制系統(tǒng)，形成數(shù)字式高頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由電磁閥的關(guān)閉時刻和閉合時間決定循環(huán)供(噴)油量和噴油正時，其控制自由度和控制精度都是“位置控制”所無法比擬的，其技術(shù)上的難點在于如何加快需要通過大油量的高速電磁閥的響應(yīng)速度