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毕业设计(论文)-微机控制式捷达SDI(1.9L)电控柴油喷射系统测控试验台电路设计(全套图纸) .doc

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毕业设计(论文)-微机控制式捷达SDI(1.9L)电控柴油喷射系统测控试验台电路设计(全套图纸) .doc

微机控制式捷达SDI(1.9L)电控柴油喷射系统测控试验台电路设计南京林业大学应用技术学院交通运输(汽车运用工程)第1页共29页前言21世纪是绿色柴油机的时代,传统的燃油系统已经不能适应柴油机技术发展的需要,柴油机电控系统是必然之选。到目前为止,世界上已经有许多发达国家已经研究并产生了很多功能各异的柴油机电控系统。柴油机电子控制的内容已经由当初的燃油喷射系统单一控制,逐步发展到了柴油机各个系统控制,如可变气门驱动系统、可变进气涡轮控制系统等。21世纪柴油机电子控制技术将进入发展的鼎盛时期。目前我国生产的捷达、宝来、和奥迪A6轿车等已经采用了柴油机电控技术,其中很多技术处于世界先进水平,如共轨高压喷射技术、泵喷嘴技术等。正因为电控柴油喷射技术有了如此大的发展,我们才更应该再认真的学习一下电控柴油喷射系统的一些知识,本论文就是以捷达汽车为例,设计了捷达汽车的电控柴油喷射系统测控试验台,这种设备采用微机控制,分为试验台主体部分,控制柜和显示板三部分,通过对信号的采集、控制和显示,可以使我们更好的了解电控柴油喷射系统的性能。这种试验台的最主要优点是微机控制,这不仅可以使我们进行远程控制,而且还节省了成本,并减小了电控喷射系统试验台的体积,观察检测方便,实用性强,优化教学,操作方便,可靠性高。当然,由于时间仓促,不可避免的还有许多缺点和不足,也请各位老师给与批评和指正微机控制式捷达SDI(1.9L)电控柴油喷射系统测控试验台电路设计南京林业大学应用技术学院交通运输(汽车运用工程)第2页共29页第一章电控柴油喷射系统概述与现代汽车汽油机电控技术的发展背景一样,即面对无法回避的局部和全球性的环境和能源问题,现代汽车柴油机不得不采用和发展电子控制系统,以便保持汽车柴油机的可持续发展,更充分发挥柴油机固有的优点低油耗和低CO2排放。在保持柴油机卓越的燃油经济性的同时,要想满足越来越严格的排放法规,除了降低润滑油消耗、优化涡轮增压技术和使用先进的废气后处理系统外,最主要还需进一步改善柴油机的燃烧过程。而喷油系统性能是影响柴油机燃烧过程的关键环节,利用微机电控技术改进燃烧过程应用了很多新技术,有的新技术虽然与电控技术没有直接的关联,但由于改善了整机性能,仍然与电控技术有间接的联系。1.1概述1.1.1国外电控柴油喷射系统发展的动态和趋势电控柴油喷射系统有二大类,一类是位置控制,一类是时间控制。从发展的顺序上讲,首先发展的是位置控制系统。因此.日本人称它为第一代电控系统,而把时间控制系统称为第二代。位置控制系统的特点是不仅保留了传统的泵一管一嘴系统,而且还保留了原喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上控制斜槽等控制油量的机械传动机构,只是对齿条或滑套的运动位置予以电子控制。(一)卡特彼勒HEUT公共轨道系统HEUTHydraulicallyactuated,ElectronicallycontrolledUnitnjection系统山5部分组成①液压制动整体式喷油器②柴油泵③轨道压力控制阀④电子控制组件ECM⑤机油泵。该系统的主要特性为时基喷油和喷油压力控制。这种电子与液压技术的结合使得燃油系统的工作不受发动机转速的制约,并可在各种发动机工况下保持较高而且稳定的喷油压力.HEUI系统的喷油压力.日前可达150MPa。该系统还具有喷油比率成形功能。即可对初始供油期、着火延迟期及主喷油期的供油量进行优化控制。改善放热率并有助于实现低排放和低噪声。(二)日本电装公司ECDU2蓄压共轨系统控制喷射压力的方法有两种,一种是对喷射压力直接控制另一种是结合控制喷油速率的间接控制。在共轨式电控喷射系统中,通过调节共轨中的高压控制油的压力可以对喷射压力实现直接控制。在日木电装公司研制的高压共轨式电控喷射系统ECDU2中,共轨压力可以通过反馈控制保持在预定值,而共轨压力预定值可以根据发动机的工作负荷和转速进行调节。共轨中的燃油直接进入喷油嘴,这样调节共轨压力可直接控制燃油的喷射压力。所以该共轨式电控喷射系统对喷射压力的控制具有较大的灵活性,可以依照不同的微机控制式捷达SDI(1.9L)电控柴油喷射系统测控试验台电路设计南京林业大学应用技术学院交通运输(汽车运用工程)第3页共29页工况要求喷射压力的柔性控制。(三)电控蓄压式喷油系统电控蓄压式喷油系统,由供油系统、电控喷油器、电子控制器ECD和传感器等部分组成。供油系统是该装置的供油压力源。电控压力调节器采用闭环控制,以保证供油压力的精度。油泵向系统连续供油,而控制器根据柴油机工况的要求,向电控压力调节器发出指令要求不同的供油压力。电子调节器则控制旁通油量,并根据压力传感器的反馈信号来调节供油压力,以满足要求。因此电控压力调节器控制和决定了喷油器每循环的喷油量,这样就电控了喷油器供油油压和油量。日木三菱公司日前正积极开发研制蓄压器式泵喷嘴燃油喷射系统。该蓄压式喷油系统为全液压无机械凸轮执行机构设计,从而使喷油特性完全不受发动机工作转速的影响,并可以在整个发动机工作转速和负荷范围内实现喷油和燃烧特性的优化匹配。其最高喷射压力可达100MPa。1.1.2国内柴油喷射电控系统的发展中国的传统柴油柴油喷射在电控技术上与国外差距较大,在电控技术方面几乎处于空白状态在一个很长的时期,中国的车用柴油机行业很难接近世界一流的电喷技术,某些国外公司在这方面曾设定了很高的门坎。国内车用柴油机行业已有这样的共识,国I时增压技术时代,国II是中冷技术时代,国III则是电喷技术时代国III排放法规实施时期的临近正促使国内车用柴油机行业加速产品电控化的开发进程,各主要企业都已推出或将要推出配备电喷技术的柴油机产品,因为对电喷技术的选择则取决与柴油机产品本身有关的一些因素。我国对现代柴油柴油喷射电控技术的研究和开发尚处于起步阶段,目前还主要集中在对柴油机电控喷射系统的研究与开发上。但随着社会经济的发展,对环保的要求越来越高,柴油柴油喷射电控系统的研究和相应产品的开发必将成为我国汽车柴油机技术领域中的一个热点,这将大大促进我国汽车柴油机产品的更新换代,为在未来不长的时期里参与国际竞争奠定坚实的基础。柴油机电控技术的发展始于70年代,目前发达国家已从实验开发阶段进入产品推广阶段,美、英、日、德等国均已有较成熟的柴油机电控产品投入市场。电子技术的发展,已使柴油机从传统的机械产品发展为机电一体化技术密集型产品,随着我国柴油机经济性和排放指标的日益严格要求,电控技术也将在我国柴油机产品中有选择地得到应用,其中最主要、最基本的发展方向是对柴油机的喷油系统进行电子控制。a转速控制采用电子调速器代替机械式调速器,只要通过更换软件即可轻易变动其调速特性,也微机控制式捷达SDI(1.9L)电控柴油喷射系统测控试验台电路设计南京林业大学应用技术学院交通运输(汽车运用工程)第4页共29页能轻易地在全程式和二极式之间转换。由于电子调速器中没有飞球等零件,因而对机械振动的敏感性比机械式调速器小得多。b各转速下最大喷油量的控制电子控制装置可以通过各种传感器把柴油机的进气压力和温度、冷却水压力和温度、润滑油压力和温度、涡轮增压器的出口压力和流量等运转参数转变为电信号,输入电控装置后,就可以根据柴油机的运行工况,控制各转速下的最大供油量。c喷油定时的电子控制传统的喷油提前角自动调节器都是机械离心式的,通过飞块旋转时离心力与弹簧力之间的平衡,使喷油提前角随转速而改变。这种喷油定时控制函数只有转速一个自变量,这样一种控制函数很难跟柴油机喷油提前角与转速之间最优化函数关系相一致,而且,一个转速下的最佳喷油提前角还与柴油机的负荷有关。采用电子控制的喷油定时装置,可以使这两个间题同时得到解决。1.2柴油机电控喷油系统的组成和分类1.2.1柴油机电控喷油系统的组成柴油机电控系统由传感器、执行器和发动机电控单元(ECU)组成。传感器检测出发动机或喷油泵本身的运行状态发动机电控单元(ECU)根据各个传感器的信息,控制发动机的最佳喷油量、最佳喷油时间执行器根据计算机的命令,准确控制喷油量和喷油时间。下面以日本电器公司ECDU2系统为例,介绍一下柴油机的燃料电控喷射系统。ECDU2系统已于1995年用于日本日野公司J系统轿车上,同时日本三菱、五十铃、日产等公司的多种车型上也有应用。一、柴油机燃料电控喷射系统的组成图1柴油机电控喷射系统的组成微机控制式捷达SDI(1.9L)电控柴油喷射系统测控试验台电路设计南京林业大学应用技术学院交通运输(汽车运用工程)第5页共29页该系统(如图1所示)主要有喷油泵、喷油器、公共油槽、ECU及转速、曲轴转角位置等传感器等。此系统通过各传感器检测出的发动机不同工况的转速、油门、水温等信号,由ECU来决定燃油的喷油量、喷油时刻、喷油压力,使发动机运行最佳并且ECU不断进行自我检测。如果发现有任何异常,就会发出警告信号提醒驾驶员,同时ECU具有自我保护程序,能自动地停机或使发动机进入安全的作业模式运行。1.2.2柴油机电控喷油系统的分类1、按控制方式分研究从20世纪70年代开始,已经经历了三代。第一代电控喷油系统是位置控制式。即传统的喷油泵高压油管–喷油最系统,还保留了喷油泵中的齿条、齿圈、滑套、柱塞上空有螺旋槽等控制油量的机械传动机构,只是对齿条或滑套的运动位置,由原来的机械调速器控制改为电子控制,使控制精度和响应速度得以提高。第二代电控喷油系统是时间控制。时间控制是指用高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。时间控制式可以是保留原来的喷油泵高压油管喷油嘴系统,也可以采用新型的产生高压的燃油系统,用高速电磁阀直接控制高压燃油的喷射,喷油始点取决于电磁阀关闭时刻,喷油量取决于电磁阀关闭时间的长短。一般情况下,电磁阀关闭,执行喷油电磁阀打开,喷油结束。因此,时间控制室既可实现喷油量控制又u可实现喷油定时的控制。时间控制式电控喷油系统中,喷油泵仍采取传统直列泵、单体泵、分配泵供油的原理,即通过由柴油机曲轴驱动的喷油泵凸轮轴,使柱塞压缩燃油,从而产生高压脉冲,这一脉冲以压力波的形成传至喷油嘴,并顶开针阀。柱塞只承担供油加压的功能,供油量、供油时刻则由高速电磁阀单独完成。因此供油加压与供油调节在结构上就相互独立。传统的喷油泵结构得以简化,强度得以提高,而且传统喷油泵中的齿圈、滑套、柱塞上的斜槽、提前器、齿杆等全部取消。电控分配泵上采用时间控制式的有日本丰田ECD2型,电控公司ECDV3型等电控灯喷嘴上采用时间控制式的有德国RobertBosch公司研制的电控泵喷嘴系统PDE27/PDE28电控单体泵上采用时间控制式的有德国RobertBosch公司研制的电控单体泵。第三代电控喷油系统是时间压力控制式。电控共轨喷油系统,是目前国际上最先进的燃油系统。共轨喷油系统可分为高压共轨喷油系统和中压共轨喷油系统。高压共轨喷油系统的特点是高压输油泵直接输出高压燃油到共轨容器,压力可达120MPa以上,然后再喷入汽缸。目前已投入使用的宫桂系统中,大多数都是高压共轨喷油系统。共轨喷油系统摒弃了以往传统使用的泵管嘴脉动供油的形式,代之用一个高压油泵微机控制式捷达SDI(1.9L)电控柴油喷射系统测控试验台电路设计南京林业大学应用技术学院交通运输(汽车运用工程)第6页共29页在柴油机机的驱动下,以一定的速比连续高压油输送到共轨(即公共容器)内,高压燃油再由共轨送入各缸喷油器。在这里,高压油泵并不直接控制喷油,而仅仅是向共轨供油以维持所需的共轨压力,并通过连续调节共轨压力来控制喷射压力,采用压力时间式燃油计量原理,用高速电磁阀控制喷射过程。喷油压力、喷油量及喷油定时由电控单元(ECU)灵活控制.电控共轨喷射系统代表着未来柴油机燃油系统的一个发展方向,这是因为它具有如下特点1)可实现高压喷射.2喷射压力独立于发动机转速,可以改善发动机低速/低负荷性能.3可以实现预喷射,调节喷油速率形状,实现理想喷油规律.4喷油定时和喷油量可自由选定.5具有良好的喷射特性.6结够简单,可靠性好,适应性强.2、按产生高压燃油的机构分柴油机电提喷油系统除了上述分类之外,还可以抿据其产生高压燃油的机构分为直列泵电控喷射系统、电控分配泵喷射系统、泵喷嘴电控喷射系统、单体泵电控喷射系统、共轨式电控喷射系统.从后将详细介绍,这里不再重复.1.3捷达电控柴油喷射系统的结构和原理1.3.1捷达SDI简介SDI是英文SuctionDirectInjection的缩写,意为自然吸气直接喷射柴油发动机。捷达SDI是国际成熟柴油动力技术首先应用于中国的轿车,它采用德国博世公司的柱塞式燃油分配泵喷射系统。装备了该系统的捷达SDI是我国第一辆行驶一千公里无需加油的轿车。捷达SDI是具有卓越燃油经济性和高技术性价比的轿车,捷达SDI是大大超越目前中国汽车环保法规要求的轿车,捷达SDI是高使用寿命,并大幅降低使用成本的轿车。因此,捷达SDI是中国轿车工业划时代的,具有优异综合经济性的大众化轿车。捷达SDI具有优异的综合经济性,超凡的燃油经济性捷达SDI柴油轿车采用德国领先技术的自然吸气式柴油发动机,在燃烧过程中,柴油机的热损耗和废气损耗都大大降低,热转化效率高出汽油发动机15,百公里耗油比汽油机低30以上,90公里等速油耗为4.6L,城市工况下百公里油耗只有5.3L。超凡的使用经济性由于柴油车气缸燃烧温度比汽油车低,机件磨损程度大大降低,发动机使用寿命高出汽油机至少20,零部件损坏及更换频率也随之降低,同时柴油机采取直喷供油方式,维修更为简单方便,可节约可观的维修费用。超凡的环保经济性与德国原装进口氧化型催化反应器合理匹配,氮氧化合物排放比汽油机降低532。微机控制式捷达SDI(1.9L)电控柴油喷射系统测控试验台电路设计南京林业大学应用技术学院交通运输(汽车运用工程)第7页共29页1.3.2捷达柴油轿车电子控制轴向压缩式分配泵系统1、电子控制轴向压缩式分配泵系统一汽大众捷达柴油轿车电子控制轴向压缩式分配泵系统由电控系统和燃油系统组成,电控系统如图2分析(1)发动机转速传感器G28作用快速启动识别。为了让发动机快速启动,发动机控制单元计算霍尔传感器和发动机转速传感器的信号。发动机控制单元利用来自霍尔传感器的信号识别个各缸,利用来自发动机转速信号识别发动机转速和各相关缸确切的曲轴位置。(2)针阀升程传感器G80它是捷达柴油发动机系统中重要的传感器之一,与三缸喷油器和成一体。他采集喷油始点信号和喷油持续时间信号。作用1)作为调整柴油发动机正时活塞及喷油时刻的主要信号2)感知喷油持续时间3)可以作为判缸信号。如果传感器失效,喷油阀喷油始点信号转换到开环控制(根据发动机转速和图2电子控制轴向压缩式分配泵系统F36离合器踏板开关G79/G185加速踏板位置传感器G28发动机转速传感器G80针阀升程传感器G62冷却液温度传感器G71/G72进气压力/进气温度传感器G149调节活塞位置传感器G81燃油温度传感器J预热塞继电器F制动灯开关F47制动踏板开关Q6预热塞N18EGR阀N146油量调节器N108供油提前角调节阀K29预热报警灯K28自诊断故障报警灯

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