柴油機電控技術(shù)簡介.ppt

1、第六章 柴油機電控技術(shù)簡介,本章主要內(nèi)容： 柴油機電控技術(shù)概述 柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)功能與組成 柴油機供（噴）油量控制 柴油機供（噴）油正時控制 柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)實例,一、柴油機電控技術(shù)概述,柴油機電控技術(shù)的發(fā)展 柴油機電控技術(shù)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(shù)平臺上發(fā)展起來的。汽油機電控技術(shù)的發(fā)展為柴油機電控技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗。 柴油機電控系統(tǒng)的開發(fā)研究從20世紀(jì)70年代開始，經(jīng)歷了三代： 位置控制 時間控制 時間壓力控制（壓力控制）,柴油機電控技術(shù)的發(fā)展：第一代（位置控制方式）,保留了傳統(tǒng)柴油機供給系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，只是取消了機械控制部件

2、（調(diào)速器等），增加了傳感器、ECU、執(zhí)行器等組成的控制系統(tǒng)，使控制精度和響應(yīng)速度得以提高。 優(yōu)點：柴油機的結(jié)構(gòu)幾乎不需改動，便于對現(xiàn)有柴油機進(jìn)行升級換代。 缺點：響應(yīng)慢，控制精度不高，供油壓力不能控制。 在直列柱塞泵上實施位置控制的有：日本電裝公司的ECD-P1、ECD-P2、ECD-P3系統(tǒng)；德國波許公司的EDR系統(tǒng)；美國的PEEC系統(tǒng)等。 在分配泵上實施位置控制的有：日本電裝公司的ECD-V1系統(tǒng)；德國波許的EDC系統(tǒng)；美國的PCF系統(tǒng)等。,柴油機電控技術(shù)的發(fā)展：第二代（時間控制方式）,基本保留了傳統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，通過高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時噴射。一般情況下，電磁閥關(guān)閉

3、，執(zhí)行噴油；電磁閥打開，噴油結(jié)束。因此可實現(xiàn)供油量控制，又可實現(xiàn)供油正時的控制。 優(yōu)點：控制自由度更大，供油加壓與供油調(diào)節(jié)在結(jié)構(gòu)上相互獨立，使噴油泵結(jié)構(gòu)得以簡化，強度得到提高。高壓噴油能力大大加強。 缺點：供油壓力無法控制。 在分配泵上實施時間控制的有：日本電裝公司的ECD-V3系統(tǒng)；美國Stanadyne公司的DS型和RS型（DS型已用于GM公司1994年的增壓柴油機上，RS型已用于GM公司的客貨兩用車和越野車）；日本豐田公司的ECD-2系統(tǒng)，等等。 電控泵噴嘴系統(tǒng)有：德國波許公司的PDE27/PDE28系統(tǒng)，等等。,柴油機電控技術(shù)的發(fā)展：第三代（時間-壓力方式）,這是國外于20世紀(jì)90年代

4、中期研制的一種新型柴油機電控技術(shù)。 基本改變了傳統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，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(tǒng)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(jìn)行時間-壓力控制。 油壓油泵并部直接控制噴油，而僅僅向共軌供油以維持所需的共軌壓力，并通過連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來控制噴射壓力。 優(yōu)點：可實現(xiàn)高壓噴射（最高達(dá)200Mpa），噴射壓力獨立于發(fā)動機轉(zhuǎn)速，可實現(xiàn)理想噴油規(guī)律，具有良好的噴射特性。 共軌噴射系統(tǒng)是柴油機燃油系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。目前在卡車和轎車柴油機上得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展速度十分驚人。 國外典型共軌噴射系統(tǒng)：日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)；美國B

5、KM公司的servojet系統(tǒng)；美國Caterpiller公司的HEUI系統(tǒng)，等等。,柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點,改善低溫起動性 電子控制系統(tǒng)能夠以最佳的程序替代駕駛員進(jìn)行這種麻煩的起動操作，使柴油機低溫起動更容易。 降低氮氧化物和煙度的排放 采用柴油機電控技術(shù)，可精確地將噴油量控制在不超過冒煙界限的適當(dāng)范圍內(nèi)，同時根據(jù)發(fā)動機工況調(diào)節(jié)噴油時刻，從而有效地抑制排煙。 提高發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性 采用柴油機電控系統(tǒng)，無論負(fù)荷怎樣增減，都能保證發(fā)動機怠速工況下以最低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，有利于提高其經(jīng)濟性。,柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點,提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性 柴油機電控系統(tǒng)中，ECU根據(jù)傳感器信號精確計

6、算噴油量和噴油正時。從而提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。 控制渦輪增壓 采用電子控制技術(shù)可以對增壓裝置進(jìn)行精確的控制。 適應(yīng)性廣 只要改變ECU的控制程序和數(shù)據(jù)，一種噴油泵就能廣泛用在各種柴油機上，而且柴油機燃油噴射控制可與變速器控制、怠速控制等各種控制系統(tǒng)進(jìn)行組合實現(xiàn)集中控制，有利于縮短柴油機電控系統(tǒng)開發(fā)周期，并降低成本，從而擴大柴油機電控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。,二、柴油機電控系統(tǒng)的功能與組成,柴油機電控系統(tǒng)的功能 燃油噴射控制 主要包括：供（噴）油量控制、供（噴）油正時控制、供（噴）油速率控制和噴油壓力控制等。 怠速控制 主要包括怠速轉(zhuǎn)速控制和怠速時各缸均勻性的控制。 進(jìn)氣控制 主要包括進(jìn)氣節(jié)流控制

7、、可變進(jìn)氣渦流控制和可變配氣正時控制。 增壓控制 根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速信號、負(fù)荷信號、增壓壓力信號等，通過各種措施，實現(xiàn)對廢氣渦增壓器工作狀態(tài)和增壓壓力的控制。,柴油機電控系統(tǒng)的功能,排放控制 主要是廢氣再循環(huán)（EGR）控制。 起動控制 主要包括供（噴）油量控制、供（噴）油正時控制和預(yù)熱裝置控制。 巡航控制 ECU根據(jù)車速信號等自動維持汽車以一定車速行駛。 故障自診斷 包含故障自診斷和失效保護(hù)兩個子系統(tǒng)。 柴油機與自動變速器的綜合控制,柴油機電控系統(tǒng)的組成,柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)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(tǒng)的噴油壓力較高約19.6MPa） 。 由傳感

8、器、ECU、執(zhí)行元件三部分組成。 傳感器 加速踏板位置傳感器、反饋信號傳感器、燃油溫度傳感器等和信號開關(guān) 柴油機控制ECU 根據(jù)各傳感器輸入信號和內(nèi)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)行令信號。 執(zhí)行元件 執(zhí)行ECU的指令，調(diào)節(jié)柴油機的供（噴）油量和供（噴）油正時。,三、柴油機供（噴）油量控制,本節(jié)內(nèi)容： 位置控制方式 時間控制方式 時間壓力控制方式 壓力控制方式,位置控制方式,位置控制系統(tǒng)不僅保留了傳統(tǒng)的泵管嘴系統(tǒng)，還保留了原噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的機械傳動機構(gòu)，只是對齒條或者滑套的運動位置予以電子控制。 供（噴）油量控制特點： 用電子調(diào)速

9、器取代傳統(tǒng)機械離心式調(diào)速器。 用發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器和加速踏板位置傳感器代替原有的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷傳感機構(gòu)（如離心飛塊、真空室等）； 用ECU控制的電子執(zhí)行元件來代替機械離心式調(diào)速執(zhí)行機構(gòu)和加速踏板傳動機構(gòu)。,直列式柱塞泵位置控制方式,執(zhí)行元件：占空比控制型電磁閥 反饋元件：齒條位置傳感器 ECU控制電磁閥線圈的占空比鐵芯產(chǎn)生電磁力鐵芯推動供油齒條移動至與回位彈簧平衡改變供油量 通過齒條位置傳感器的反饋信號，得到齒條的實際位置，以此進(jìn)行反饋控制。,電子調(diào)速器,通過滑套位置傳感器的反饋信號，得到滑套的實際位置，以此進(jìn)行反饋控制,轉(zhuǎn)子分配泵位置控制方式,ECU控制電磁閥線圈的占空比線圈的輸入電流變化轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)

10、動的電磁力矩變化偏心鋼球繞轉(zhuǎn)子軸中心線左右轉(zhuǎn)動滑套左右移動改變柱塞的回油時間改變供油量,時間控制方式,在回油通道中安裝一個由ECU控制的高速強力電磁閥來取代滑套控制回油通道的開閉。 一般情況下，電磁閥關(guān)閉開始噴油；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，噴油量取決于電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時間。 可取消油量控制滑套，還可取消泵油柱塞上的回油槽。,時間壓力控制方式,第三代柴油機電控系統(tǒng)中最典型的是電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)。在電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)中，各缸噴油器共用一個高壓油軌（即高壓油管）。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。,時間壓力控制方式,壓力控制方式

11、,在后期開發(fā)的柴油機電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)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(xiàn)，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ECU根據(jù)各種傳感器信號通過燃油壓力調(diào)節(jié)閥來控制的，所以將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。在系統(tǒng)中，ECU根據(jù)實際的共軌壓力信號對共軌壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。 共軌式電控噴射系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的柱塞泵脈動供油的原理，通過油錘響應(yīng)、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

12、控制噴射過程，可以實現(xiàn)對噴射油量和噴射定時的靈活控制。,四、柴油機供（噴）油正時控制,直列柱塞泵供油正時電控系統(tǒng) 組成：正時控制器、電磁閥、柴油機轉(zhuǎn)速傳感器、正時傳感器和ECU等。,轉(zhuǎn)子分配泵供油正時電控系統(tǒng),在原供油提前角自動調(diào)節(jié)器活塞兩側(cè)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(xiàn)。 ECU控制電磁閥的占空比正時活塞兩端的壓力差變化正時活塞左右移動由滑銷帶動滾輪架轉(zhuǎn)動改變供油正時 通過正時傳感器的信號，得到實際的供油正時，以進(jìn)行反饋控制。,供油提前角電磁閥FLASH動畫,日本電裝公司ECD-V1系統(tǒng) 日本電裝公司ECD-V3系統(tǒng) 日本五十鈴公司I-TEC系統(tǒng) 直列柱塞

13、泵電控系統(tǒng) 美國Caterpillar公司HEUI系統(tǒng) 日本電裝公司ECD-U系統(tǒng),五、柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)實例,日本電裝公司ECDV1系統(tǒng),日本豐田公司柴油轎車最早裝的就是日本電裝公司開發(fā)的ECDV1系統(tǒng)。 該系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵的基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、車速傳感器、空檔開關(guān)、起動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)等。 控制功能包括：燃油噴射控制、進(jìn)氣節(jié)流控制、預(yù)熱塞控制、自診斷和安全保護(hù)功能等。,日本電裝公司ECD-V1系統(tǒng)圖,日本電裝公司ECDV3系統(tǒng)

14、,日本電裝公司開發(fā)的ECDV3系統(tǒng)也是在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵基礎(chǔ)上，增加電子控制裝置形成的柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)。 與ECDV1系統(tǒng)相比，主要是噴油量控制方法不同，ECDV3系統(tǒng)是通過控制噴油時間來實現(xiàn)對噴油量控制的，即ECU在確定噴油器的噴油開始時刻后，再通過溢流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(zhuǎn)子分配式噴油泵內(nèi)增設(shè)了泵角傳感器。泵角傳感器采用電磁感應(yīng)式，向ECU提供噴油泵凸輪軸位置和轉(zhuǎn)角信號。 ECDV3系統(tǒng)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(zhuǎn)速傳感器安裝在曲軸上。,日本電裝公司ECD-V3系統(tǒng)圖,EDU=Ele

15、ctronic Driver Unit 電子驅(qū)動單元 SPV=Spill Control Valve 溢流控制閥 TCV=Timing Control Valve 正時控制閥,光電式著火正時傳感器,著火正時傳感器,著火正時傳感器用以檢測氣缸內(nèi)混合氣燃燒的實際開始時刻，以此信號對供油正時進(jìn)行反饋控制。 混合氣燃燒石英晶體棒檢測到光的變化光敏晶體管將光信號變成電壓信號信號輸出到ECU。,電磁溢流控制閥工作原理,泵角脈沖發(fā)生器 （泵角檢測齒輪）,噴油量控制原理,日本五十鈴公司ITEC系統(tǒng),五十鈴公司LTEC（全電子控制式）是在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵基礎(chǔ)上，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

16、射系統(tǒng)。 系統(tǒng)的主要特點：具有巡航控制功能，設(shè)有燃油溫度傳感器，不對噴油正時進(jìn)行反饋控制。此外，加速踏板位置傳感器采用差動電感式；進(jìn)氣節(jié)流（節(jié)氣門）不受ECU控制。,直列柱塞泵電控系統(tǒng),裝用直流電動機式電子調(diào)速器的直列柱塞泵電控系統(tǒng)，用電子調(diào)速器取代原有的機械調(diào)速器，以實現(xiàn)對噴油量的控制； 用正時控制器取代原有的機構(gòu)離心式供油提前角自動調(diào)節(jié)器，來對噴油正時進(jìn)行控制； 設(shè)有油量調(diào)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。,美國Caterpillar公司HEUI系統(tǒng),HEUIHydraulic Electronic Unit Injector 該系統(tǒng)具有共

17、軌式柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，屬第三代電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)。 系統(tǒng)控制功能包括：燃油噴射控制、進(jìn)氣控制、起動控制、故障自診斷、失效保護(hù)和應(yīng)急備用，同時還具有與其他控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?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(tǒng)，對循環(huán)噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力進(jìn)行控制。,美國Caterpillar公司HEUI共軌式液壓噴油系統(tǒng),HEUI系統(tǒng)的特點,中壓共軌電控液壓式噴射系統(tǒng)； 系統(tǒng)共軌中采用燃油和柴油機潤滑油兩條共軌，因此系統(tǒng)中有潤滑油和燃油兩套油路； 采用機油共軌油道驅(qū)動燃油增壓活塞，對燃油增壓，實現(xiàn)高壓噴油； 利用高速開關(guān)

18、電磁閥控制共軌油道中機油進(jìn)出增壓活塞，實現(xiàn)燃油壓力的上升與下降，從而實現(xiàn)噴油的定時控制； 通過采用預(yù)噴射量孔控制初期噴油率實現(xiàn)預(yù)噴； 噴油壓力與柴油機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷無關(guān)。,日本電裝公司ECDU2系統(tǒng),系統(tǒng)主要用于載重汽車裝用的柴油機上，日本日野汽車公司、三菱汽車公司和日產(chǎn)汽車公司生產(chǎn)的載重汽車柴油機多數(shù)采用ECDU2系統(tǒng)。 系統(tǒng)具有共軌式噴油系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，屬于第三代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)。 系統(tǒng)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(tǒng)，對噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力進(jìn)行時間壓力控制 。,日本電裝公司ECD-U2高壓共軌式噴油系統(tǒng),日本電裝公司ECD-U2系統(tǒng)油路,高壓供油泵的控制,高壓供油泵,結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的直列柱塞泵相似。 壓力控制閥PCV的作用是通過調(diào)整供油泵供入共軌內(nèi)的燃油量來調(diào)整共軌內(nèi)的燃油壓力。 PCV閥斷電和通電的時刻決定了高壓供油泵向共軌內(nèi)供入的燃油量。,高壓溢流閥常閉，當(dāng)共軌內(nèi)油壓超過設(shè)定值時，閥門打開泄壓。 燃油壓力傳感器檢測共軌內(nèi)的燃油壓力。 溢流緩沖器通過高壓