国三柴油机燃油系统结构原理2电控高压喷油系统［ppt课件］

二、电控高压喷油系统,1、柴油机电控系统发展历史,2、电控喷射系统特点,国二：机械位置控制系统由喷油泵（调速器、齿条、柱塞、旋槽、齿圈、滑套、油门拉杆、停油拉杆）、高、低压油管、喷油嘴等组成。由油门拉杆、停油拉杆控制喷油泵机械调速器输出油量，喷油定时为固定值。 国三：电路时间控制系统取消了传统喷油泵的调速器、油门拉杆、停油拉杆、齿条、 齿圈、滑套、柱塞旋槽。喷油定时和喷油量由有ECU精确控制电磁阀所决定。喷油定时: 由电磁阀通电（关闭）的时刻所决定。喷油量: 由电磁阀通电、断电（关闭、开启）的时间长短 所决定。,3、电控喷射系统分类,曲轴位置传感器 凸轮位置传感器 增压压力传感器 进气温度传感器 水温传感器 燃油温度传感器 。,ECU,电控组合泵,高压油管,喷油器,电子油门踏板,传感器,喷油指令,工作原理图：,左图为欧曼潍柴国三发动机外形图，其配套产品型号有WP10和 WP12两种型号，供油系统采用BOSCH公司技术电控高压共轨系统，排放标准达到国三标准。,（1）潍柴国三发动机外形图,5.1、共轨系统发动机外形及机型,5、高压共轨系统工作原理,左图为欧曼上柴国三发动机外形图，其配套产品型号有SC8DK、SC9DK和SC9DF三种型号，供油系统采用日本电装公司电控高压共轨系统，排放标准达到国三标准。,（2）上柴国三发动机外形图,5.2、电控高压共轨系统优点,喷油压力产生的过程和喷射的过程相互独立； 喷油压力和转速无关； 喷油始点和燃油喷射量的控制各自独立，可以实现精确控制； 最小稳定燃油喷射量极小，可以达到1mm/次，并具有合适的控制角度； 喷油系统响应灵敏，能灵活方便的进行多次喷射； 高压喷射改善了进气和燃烧的混合及燃烧过程，降低了柴油机的排放； 高压泵的驱动扭矩峰值小，机械噪音； 系统结构适应范围宽，均能与目前的小型、中型及重型柴油机很好匹配。,5.3、电控高压共轨系统组成,5.4、电子控制系统组成及工作原理,工作原理：通过安装在发动机上的各个传感器对发动机各种运行状态的监测，将信号传输给ECU电子控制单元，通过ECU的判断和逻辑运算等，计算精确的喷油正时和喷油量，并将信号发送给执行单元，从而达到最精确的喷射控制。,柴油机电子控制系统主要由传感器、ECU和执行器组成。,低压部分：燃油箱、输油泵、低压油管、燃油滤清器（粗滤、精滤）、 回油管、ECU 低压部分作用是为高压部分提供足够的燃油高压部分：燃油计量阀、高压油泵、高压油管、共轨管、喷油器 高压部分作用是产生高压，保证燃油喷射压力，燃油计量,5.5、共轨供油系统组成及工作原理,输入信号调理：将输入信号限制在允许的电压水平。放大、滤波、电平匹配。 EPROM，FLASH：程序存储器，MAP表，发动机特性曲线。 EEPROM：在线匹配数据，停车装置数据、矫正及制造数据，运行过程中的错误和不正常工作数据、故障码。 RAM：运算变量 输出级：功率放大，带有诊断和保护：过流，短路，断路，过热，过压，欠压,5.6、ECU结构及原理介绍,ECU主要功能(以潍柴为例),5.7.1油量计量单元（潍柴）,油量计量单元，通过对ECU的数据分析，决定每次往共轨管中输入多少的油量。,油量计量单元出现故障时，发动机转速将会维持1500r/min,电阻值为2.6 3.4,5.7、执行器结构及原理介绍,安装位置,上柴PCV阀安装在高压油泵上端,5.7.2 PCV阀（上柴）,PCV阀,PCV （泵控制阀）调节输油泵的燃油输送量，以便调节油轨压力。输油泵输送到油轨的燃油量取决于向PCV 施加电流的正时。,)进气行程 在柱塞下降行程中，PCV 打开，同时低压燃油通过PCV 被吸入到柱塞室中。,PCV泵控制阀的工作原理,)预行程就在柱塞进入上升行程时，PCV 不通电并保持开启。此时，通过PCV 吸入的燃油没经过加压（预行程）而通过PCV 返回。,)抽吸行程 在获得所需排放量的最佳时机，提供电力使PCV 关闭，则返回通道关闭，同时柱塞室中的压力上升。因此，燃油流经出油阀（反向切断阀），然后被抽吸到油轨。具体情况是，PCV 关闭之后柱塞升程部分变成排放量，而且通过改变PCV 关闭正时（柱塞预行程的终点），排放量得到改变，从而使油轨压力得到控制。,)进气行程 当凸轮超过最大升程时，柱塞进入下降行程，同时柱塞室中的压力下降。此时，出油阀关闭，燃油抽吸停止。此外，PCV 由于被断电而打开，低压燃油被吸入到柱塞室。具体情况是，系统进入A 状态。,PCV执行电路 如图所示为PCV 的执行电路。点火开关接通或关断PCV 继电器，以向PCV 施加电流。ECU 对PCV 的打开/ 关闭进行控制。它根据每个传感器发出的信号，确定提供最佳油轨压力所需的目标供油量，并控制PCV 的打开/ 关闭正时，从而达到目标供油量。,潍柴喷油器,5.7.3 喷油器结构及原理介绍,工作原理 1）电磁阀断电：球阀关闭 控制腔压力针阀弹簧压力 针阀腔压力 针阀关闭，不喷射 2）电磁阀通电：球阀开启，泻油孔泻油 控制腔压力针阀弹簧压力 针阀腔压力 针阀抬起，喷射针阀抬起速度 取决于泻油孔与进油孔的流量差 针阀关闭速度 取决于进油孔流量 喷射响应电磁阀响应液力系统响应 一般应为 0.1ms0.3ms (喷油速率控制的要求),喷油器根据ECU 发出的信号，将油轨中的加压燃油以最佳的喷射正时、喷射量、喷射率和喷射方式喷射到发动机燃烧室中。 使用 TWV （双向阀）和量孔对喷射进行控制。TWV 对控制室中的压力进行控制，从而对喷射的开始和结束进行控制。量 孔可通过限制喷嘴打开的速度来控制喷射率。 控制活塞通过将控制室压力传递到喷嘴针来将阀打开和关闭。 当喷嘴针阀打开时，喷嘴将燃油雾化并进行喷射,上柴喷油器,上柴喷油器实物剖切图：,备注：大量孔径0.3mm,小量孔0.2mm;喷孔6X0.19mm；喷孔容易出现堵塞故障,TWV 通过对控制室中的燃油泄漏进行控制，从而对控制室的燃油压力进行控制。,上柴喷油器工作原理,a、无喷射 当TWV 未通电时，它切断控制室的溢流通道，因此控制室中的燃油压力和施加到喷嘴针的燃油压力为同一油轨压力。从而，喷嘴针阀由于控制活塞的承压面和喷嘴弹簧力之间的差别而关闭，燃油未喷射。,b.喷射 当TWV 通电开始时，TWV 阀被拉起，从而打开控制室的溢流通道。当溢流通道打开时，控制室中的燃油流出，压力下降。由于控制室中的压力下降，喷嘴针处的压力克服向下压的力，喷嘴针被向上推，喷射开始。当燃油从控制室泄漏时，流量受到量孔的限制，因此喷嘴逐渐打开。随着喷嘴打开，喷射率升高。随着电流被继续施加到TWV，喷嘴针最终达到最大升程，从而实现最大喷射率。多余燃油通过如图所示的路径返回到燃油箱。,c、喷射结束 TWV 通电结束时，阀下降，从而关闭控制室的溢流通道。当溢流通道关闭时，控制室中的燃油压力立即返回油轨压力，喷嘴突然关闭，喷射停止。,为了改善喷油器的敏感度，将驱动电压变为高电压，从而加速电磁线圈磁化和TWV 响应。ECU 中的充电电路将各自蓄电池电压提高到大约100V，维持电压12.8 V，它通过ECU 发出的驱动喷油器的信号而施加到喷油器上。,喷油器驱动电路,带 QR 代码的喷油器(上柴)QR （快速响应）代码被用来提高校正精度。QR 代码包含喷油器中的校正数据，它被写入发动机控制器中。QR 代码致使 燃油喷射量校正点的数目大大增加，从而极大地改善了喷射量精度。,实物喷油器上QR 代码、ID 代码,操作带 QR 代码的喷油器 （参考）带 QR 代码的喷油器使发动机控制器能够识别和校正喷油器，因此当喷油器或发动机控制器被更换时，必须在发动机控制器中登记喷油器的 ID 代码。A) 更换喷油器必须将更换了的喷油器的 ID 代码登记到发动机控制器中。,B) 更换发动机控制器（ECU）必须将所有车辆喷油器的 ID 代码登记到发动机控制器中。,5.8、传感器结构及原理介绍,各传感器安装位置及功能,油轨压力传感器安装在油轨上。它检测油轨的燃油压力，然后发送信号给发动机ECU。这是一个半导体传感器，它利用了压力施加到硅元件上时电阻发生变化的压电效应。 上柴电阻为11k 潍柴电阻为23.2K 电压为1.5-4.3V,油轨压力传感器,一旦损坏，必须起用应急备份功能（进入颇行回家模式），按设定值替代，发动机转速为1500r/min,油轨压力传感器,原理：电磁感应 功能：1、曲轴（发动机）转速2、曲轴上止点位置,安装位置：潍柴、上柴均安装在飞轮壳上,曲轴位置传感器,曲轴位置传感器安装在靠近曲轴正时齿轮或飞轮的位置。传感器是电磁感应型。当曲轴上安装的发动机转速脉冲齿轮通过传感器时，传感器内线圈的磁场发生变化，从而产生AC 电压。,曲轴位置传感器工作原理,当脉冲通过气缸识别传感器（G传感器）时，磁阻发生变化，而且通过传感器的电压发生变化。内部IC 电路使电压的变化放大，并且输出到发动机控制器。在输油泵凸轮轴的中心有一个盘形齿轮，其上每隔60就有一个缺口，以及一个额外缺口。因此，发动机每转两转（对于六缸发动机）该齿轮输出七个脉冲。通过将发动机侧的发动机转速脉冲和气缸识别传感器脉冲相结合，可将额外切口脉冲之后的脉冲辨认为1 号气缸。,气缸识别传感器（G）传感器(上柴),凸轮轴相位传感器(潍柴),原理：霍尔效应 相位确定：采用（n+1）齿定位，凸轮轴上安装着一个用铁磁性材料制成的齿，它随着凸轮轴旋转，当这个齿经过凸轮轴传感器半导体膜的时候，它的磁场就会使半导体膜中的电子偏转，产生一个短促的电压信号，这个电压告诉ECU，那1缸已经进入了压缩上止点。 信号丢失时，启动困难，当同步信号出错时，发动机将会出现跛行回家,发动机转速为（1500r/min)，当同步信号同时丢失时，发动机无法工作。,安装位置：潍柴、上柴均安装在高压油泵上,凸轮轴相位传感器安装位置,油门踏板位置传感器将加速踏板开度转换为电子信号，并将其输出到发动机控制器。另外，有两个系统可在一旦发生故障时提供备用功能（出现故障后发动机将维持1000r/min）。这是滑线变阻器传感器。有连杆与加速踏板一起转动，输出端子电压根据连杆转动角度而变化。,油门踏板位置传感器,上柴油门踏板传感器电压值为0.85-4.15V，其中一个信号损坏时，另外一个信号可单独工作；潍柴油门踏板传感器电压值为APP1：0.75V3.84V ，APP2：0.3751.92V ，信号1与信号2为2比1关系，如任意一个信号损坏（不为2：1关系）时，发动机将维持1000r/min.,上柴加速踏板信号 潍柴加速踏板信号,冷却液温度传感器安装在发动机出水管上，可以检测冷却液温度。该传感器为热敏电阻。 原理：高灵敏度NTC（负温度系数热敏电阻）电阻阻值随温度增加电阻下降，见下图：,冷却液温度传感器,冷却液温度传感器安装位置,安装位置：潍柴、上柴均安装在发动机出水管上,不同水温下温度传感器的电阻值电压值,发动机水温过高时，发动机将会出现跛行回家模式,发动机转速为1500r/min,燃油温度传感器这是一个热敏电阻型传感器，可以检测燃油温度。在HP0 系统中（上柴），它安装在喷油器的回油管上。,燃油温度传感器,电阻为1.66k(30oc),进气温度传感器安装在发动机进气道上，检测进气通过涡轮增压器及中冷器后的温度。检测温度的传感器部分包含一个热敏电阻。该热敏电阻有一个随温度的变化而变化的电阻，热敏电阻用来检测进气温度。,进气温度传感器（上柴）,电阻为2.43k(20oc),进气压力传感器安装在发动机进气道上，该传感器为半导体型。它利用了传感器中硅元件上压力发生变化时电阻发生变化的压电效应。,进气压力传感器（上柴）,电阻为10k(25 ) 电压为1-4.2V,进气压力温度传感器（潍柴）,进气压力传感器可以同时检测进气的压力和温度,四根针脚接线,进气压力温度传感器安装位置,进气压力传感器安装在发动机进气道上,机油压力传感器（潍柴）,机油压力传感器可以同时检测机油压力和机油温度,针脚接线为四根，机油温度过高时，发动机将会出现跛行回家模式，发动机转速为1500r/min,机油压力传感器安装位置,机油压力传感器安装在机油主油道上,5.9、共轨供油系统重要部件结构及原理介绍,5.9.1输油泵结构及工作原理,上柴输油泵外形图,潍柴输油泵外形图,上柴输油泵（日本电装）结构与原理,HP0型输油泵,HP0 型结构和特性HP0 输油泵主要由传统型直列泵 （两气缸）中的压送系统、控制燃油排放量的 PCV （泵控制阀）、气缸识别传感器 （TDC （上止点）（G）传感器）和进油泵组成。,进油泵进油泵 （集成在输油泵中）从燃油箱吸入燃油，然后通过燃油滤清器供给泵室。进油泵有两种类型：次摆线型和叶轮型。次摆线型进油泵的功能如下所示。凸轮轴驱动进油泵的外部 / 内部转子，使其开始转动。根据外部 / 内部转子的运动产生的空间，进油泵将燃油抽吸到吸入口，然后压送到排放口。,压送机构 凸轮轴由发动机驱动，凸轮通过挺柱体驱动柱塞以压送进油泵提供的燃油。PCV 对供油量进行控制。燃油从进油泵压送 到气缸，然后到出油阀。,它通过改变凸轮的齿数来控制发动机缸数。输油泵以发动机一半的转速旋转。发动机缸数与输油泵的压送次数之间的关系如表所示，通过增加凸轮齿的个数来控制发动机缸数，使用一个小型、两缸的泵单元可以实现。此外，由于此泵的压送行程数与喷 射次数相同,所以油轨压力会保持平稳。,机油进口（可选）,潍柴输油泵（博世系统）结构与原理,外部构成,内部构成,说明：潍柴输油泵的进油泵采用ZP5齿轮泵，控制油量排放使用流量计量单元，其余部件构造及工作原理与上柴HP0泵基本相同，