電控系統(tǒng)座課程

電控系統(tǒng)座課程第1頁/共43頁實現(xiàn)更高效、更清潔的燃燒，是兩大世界性問題——能源和環(huán)境問題對內(nèi)燃機提出的永遠要求。

目前世界上汽車已成為可吸入顆粒和NOx排放的主要污染源。在一些國家和地區(qū)，車用柴油機排放在發(fā)動機對環(huán)境排放貢獻度要達到70%左右。如據(jù)報道，日本直噴式柴油機載貨車NOx排放量約占其全部車輛NOx排放總量的34%；其顆粒排放量約占全部車輛顆粒排放總量的71%。我國香港地區(qū)的測試表明，2001柴油車NOx和顆粒的排放量分別約占全部車輛相應(yīng)排放總量的75%和98%。前言第2頁/共43頁

目前，我國中重型載貨車基本上都已實現(xiàn)柴油化，承擔著我國公路貨運的重要任務(wù)柴油車對我國的環(huán)境影響越來越大。近年來，在排放法規(guī)的推動下，我國車用柴油機的技術(shù)水平已有了明顯的提高，大多數(shù)過去國內(nèi)自行開發(fā)的一些機型都已能達到歐Ⅰ或歐Ⅱ排放標準，并已成為我國發(fā)動機行業(yè)走自主開發(fā)道路的一個成功典范。為了創(chuàng)造一個潔靜的生活環(huán)境，我國正在加緊制定歐Ⅲ排放法規(guī)?；绢A(yù)測認為，我國最遲將會在2008年前實施歐Ⅲ排放法規(guī)。第3頁/共43頁排放法規(guī)CO(g/kW.h)HC(g/kW.h)NOx(g/kW.h)PM(g/kW.h)煙度執(zhí)行時間歐Ⅰ4.51.18.00.361993.10歐Ⅱ4.01.17.00.151998.10歐Ⅲ2.10.665.00.100.82000.10歐Ⅳ1.50.463.50.020.52005.10歐Ⅴ1.50.462.00.020.52008.10歐Ⅵ1.360.022012?

歐Ⅲ排放法規(guī)與歐Ⅱ排放法規(guī)相比，CO排放將由4.0g/kW·h降到2.1g/kW·h,HC排放將由1.1g/kW·h降到0.66g/kW·h。NOx排放將由7.0g/kW·h降到5.0g/kW·h。PM排放由0.15g/kW·h降到0.10g/kW·h。歐洲重型車用柴油機排放法規(guī)第4頁/共43頁達到歐Ⅲ排放的技術(shù)措施1.噴射系統(tǒng)的全面改進提高（1）采用高噴射壓力的電控噴射系統(tǒng)，實現(xiàn)噴射定時和噴油量的靈活控制（2）噴油嘴向增加噴孔數(shù)、減小噴孔直徑，采用最小的壓力室容積和帶錐形噴孔的方向變化（3）歐Ⅲ排放對噴射壓力的提高，對高壓油管材質(zhì)和加工精度的控制也更為嚴格2.在高噴射壓力條件下,優(yōu)化進氣渦流和燃燒系統(tǒng)3.增壓及空—空中冷技術(shù)的優(yōu)化4.進一步降低機油耗,減少顆粒排放5.進一步控制燃油中硫含量6.選擇性地采用EGR技術(shù)

第5頁/共43頁現(xiàn)有的歐Ⅲ系統(tǒng)UPS單體泵UIS泵噴嘴CRS共軌燃油噴射系統(tǒng)電控泵噴嘴電控高壓共軌燃油噴射電控單體泵第6頁/共43頁共軌系統(tǒng)的優(yōu)點1、噴油壓力產(chǎn)生的過程和噴射的過程相互獨立2、噴油壓力和轉(zhuǎn)速無關(guān)3、噴油始點和燃油噴射量的控制各自獨立，可以實現(xiàn)精確控制4、最小穩(wěn)定燃油噴射量極小，可以達到1mm3/次，并具有合適的控制角度5、噴油系統(tǒng)響應(yīng)靈敏，能靈活方便的進行多次噴射6、高壓噴射改善了進氣和燃燒的混合及燃燒過程，降低了柴油機的排放7、高壓泵的驅(qū)動扭矩峰值小，機械噪音8、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)移植方便，適應(yīng)范圍寬，均能與目前的小型、中型及重型柴油機很好匹配第7頁/共43頁共軌系統(tǒng)的優(yōu)點第8頁/共43頁第9頁/共43頁第10頁/共43頁第11頁/共43頁

燃燒過程是柴油機工作的“核心”，而噴油系統(tǒng)對燃燒過程及其工作品質(zhì)，特別是對排放的污染物種類及數(shù)量起著重要的作用。因此，對柴油機噴油系統(tǒng)的研究一直成為研究者們的關(guān)注熱點。柴油機噴油技術(shù)經(jīng)歷了傳統(tǒng)的純機械操縱式噴油和現(xiàn)代的電控操縱式噴油這兩個發(fā)展階段。而現(xiàn)代電控噴油技術(shù)的崛起，則應(yīng)歸功于計算機技術(shù)和傳感檢測技術(shù)的迅猛發(fā)展。目前電控噴油技術(shù)已從初期的位置控制型發(fā)展到時間控制型。共軌式電控燃油噴射技術(shù)正是屬于后者。該技術(shù)不再采用傳統(tǒng)的柱塞泵脈動供油的原理，而是通過共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個噴油器，并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁閥的開啟與閉合，定時、定量地控制噴油器噴射至柴油機燃燒室的油量，從而保證柴油機達到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的點火時間、足夠的點火能量和最少的污染排放。電控共軌燃油系統(tǒng)簡介第12頁/共43頁

電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU（計算機）和執(zhí)行機構(gòu)三部分組成。其任務(wù)是對噴油系統(tǒng)進行電子控制，實現(xiàn)對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控制。采用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器，將實時檢測的參數(shù)同步輸入計算機，與巳儲存的參數(shù)值進行比較，經(jīng)過處理計算按照最佳值對噴油泵、預(yù)熱塞等執(zhí)行機構(gòu)進行控制，驅(qū)動噴油系統(tǒng)，使柴油機運作狀態(tài)達到最佳。這類電控系統(tǒng)可分為：蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。

共軌技術(shù)是指高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到共軌管，通過對共軌管內(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)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于共軌管壓力和電磁閥開啟時間的長短。第13頁/共43頁電控共軌燃油系統(tǒng)構(gòu)成燃油系統(tǒng)： 高壓油泵、共軌管、噴油器、柴濾器、高壓油管、低壓油管、調(diào)壓器、燃油箱等電控系統(tǒng)： 傳感器、執(zhí)行器、線束、ECU第14頁/共43頁CommonRailSystem共軌燃油噴射系統(tǒng)第15頁/共43頁共軌系統(tǒng)原理圖724V發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器（曲軸）相位傳感器（凸輪軸）發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器（曲軸）相位傳感器（凸輪軸）加速踏板傳感器軌壓傳感器增壓壓力傳感器冷卻液溫度傳感器空氣溫度傳感器點火開關(guān)離合器開關(guān)巡航控制開關(guān)燃油計量控制單元廢氣循環(huán)控制單元增壓器控制單元故障燈車速傳感器空調(diào)壓縮機預(yù)熱控制單元電動燃油泵（可選）診斷測試接口軌壓控制閥自動變速系統(tǒng)ABS/TCSControlunitEDC7

ECU控制單元噴油器第16頁/共43頁軌壓傳感器電控高壓泵燃油濾清器軌燃油箱升程時間瀉壓閥噴油器回油進油燃油計量閥高壓油路（紅色）低壓油路（黃色）低壓部分：燃油箱、輸油泵、低壓油管、燃油濾清器（粗濾、精濾）、回油管、ECU低壓部分作用是為高壓部分提供足夠的燃油高壓部分：燃油計量閥、高壓油泵、高壓油管、共軌管、噴油器高壓部分作用是產(chǎn)生高壓，保證燃油噴射壓力，燃油計量高、低壓油路第17頁/共43頁燃油粗濾器

第18頁/共43頁CPN2.2高壓油泵機油進口（可選）高壓出口初始機油注油口閥蓋相位傳感器:DG6齒輪泵

ZP5柴油出口（到濾器）柴油進口（自油箱）溢流閥M-PROP

燃油計量閥柴油出口（到油箱）柴油進口（自濾器）凸輪軸第19頁/共43頁CPN2.2高壓油泵進油口凸輪軸齒輪泵油量計量單元柱塞柱塞彈簧挺柱第20頁/共43頁CommonRail共軌管共軌管的作用：存儲高壓、抑止因油泵供油和噴油而產(chǎn)生的波動軌壓傳感器壓力限制閥進油口第21頁/共43頁確保共軌中的壓力失控后不會超壓機械溢流閥原理壓力限制閥第22頁/共43頁ECU結(jié)構(gòu)及功能第23頁/共43頁輸入信號調(diào)理：將輸入信號限制在允許的電壓水平。放大、濾波、電平匹配。EPROM，F(xiàn)LASH：程序存儲器，MAP表，發(fā)動機特性曲線。EEPROM：在線匹配數(shù)據(jù)，停車裝置數(shù)據(jù)、矯正及制造數(shù)據(jù)，運行過程中的錯誤和不正常工作數(shù)據(jù)、故障碼。RAM：運算變量輸出級：功率放大，帶有診斷和保護：過流，短路，斷路，過熱，過壓，欠壓ECU的一般結(jié)構(gòu)第24頁/共43頁BOSH共軌ECU線路板第25頁/共43頁ECU及ECU接線圖第26頁/共43頁共軌傳感器第27頁/共43頁傳感器類型傳感器磁電式曲軸轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)字量凸輪相位傳感器數(shù)字量變阻傳感器熱敏電阻水溫、油溫、空氣溫度、燃油溫度等模擬量滑線變阻器加速踏板位置傳感器模擬量應(yīng)變片變阻器軌壓傳感器、大氣壓力傳感器等模擬量傳感器類型第28頁/共43頁曲軸轉(zhuǎn)速傳感器原理：電磁感應(yīng)功能：1、曲軸（發(fā)動機）轉(zhuǎn)速2、曲軸上止點位置第29頁/共43頁曲軸轉(zhuǎn)速傳感器123456123456飛輪齒孔電壓信號整形后信號第30頁/共43頁凸輪軸相位傳感器原理：電磁感應(yīng)相位確定：采用（n+1）齒定位第31頁/共43頁水溫傳感器

兩根針腳第32頁/共43頁機油壓力傳感器機油壓力傳感器可以同時檢測機油壓力和機油溫度針腳接線為四根第33頁/共43頁加速踏板傳感器

V1GND1PW-Suply1GND2V2PW-Suply2LowidleSwitch工作原理：R1、R2與LowidleSwitch是聯(lián)動的。一般情況下PW-Suply1=PW-suply2/2這樣V1=V2/2好處，ifV1<>V2/2thenusemin(v1,V2/2)能判斷出是哪一路損壞了，在LIS閉合時，V1，V2應(yīng)在低限值處，否則相應(yīng)一路壞掉R2R1第34頁/共43頁踏板第35頁/共43頁進氣壓力傳感器傳感器有：大氣壓力、進氣壓力、機油壓力、軌壓等R1R1R2原理：ΔR∝ΔP（比壓）由于電阻受溫度的影響，附加一與測壓應(yīng)變片垂直的應(yīng)變片R2來補嘗溫度對阻值的影響第36頁/共43頁進氣壓力傳感器進氣壓力傳感器可以檢測進氣的壓力和溫度四根針腳接線第37頁/共43頁軌壓傳感器精確測量對系統(tǒng)有效運行至關(guān)重要測量精度為滿量程的2％瞬時響應(yīng)要求高一旦損壞，必須起用應(yīng)急備份功能，按設(shè)定值替代共軌壓力傳感器：共軌系統(tǒng)中最關(guān)鍵的傳感器壓力變化皮膜上的金屬層形狀變化（1500bar－1mm）電阻變化電阻橋上的電壓變化（0~70mv－>0.5~4.5v）軌壓傳感器第38頁/共43頁執(zhí)行器及輸出接口執(zhí)行器控制類型電控噴油器開關(guān)量MeteringUnit開關(guān)量軌壓控制器開關(guān)量EPW電子預(yù)供給燃油泵開關(guān)量空調(diào)壓縮機開關(guān)量進氣預(yù)熱塞開關(guān)量電源繼電器開關(guān)量通訊線K-line,CAN,ETK-line(OnlyforECUwithETK)第39頁/共43頁電控噴油器回油管球閥進油口電磁閥插座瀉油孔進油孔控制腔柱塞進油槽針閥銜鐵針閥彈簧針閥腔工作原理1）電磁閥斷電：球閥關(guān)閉控制腔壓力＋針閥彈簧壓力>針閥腔壓