内燃机电子控制起源.ppt

内燃机电子控制 内燃机电控技术的发展历程 本课程的结构 内燃机电控的发展历史 汽油机电控的发展历史 内燃机电控起源于汽油机飞机用汽油机的燃油喷射 1930s 1950s在赛车上应用Goliath Gutbrod Benz Bosch生产 在1950s用于轿车Bendix公司1957年首次开发电控喷油系统 用于Chrysler汽车 汽油机电控发展历史 汽油机电控历史1957 1960 美国公布了污染调查报告 1960年 加州公布排放法规 1965年实施 1967年 Bosch发表D Jetronic系统1972年 Bosch发表K Jetronic L Jetronic系统70年代以后 发达国家陆续推出日益严格的排放法规 1976年 GM首次将微机用于点火控制 以Bosch公司为例 汽油喷射系统 D Jetronic 1967 1979K Jetronic 1973 1995L Jetronic 1973 1986LH Jetronic 1981 1998KE Jetronic 1982 1996Mono Jetronic 1987 1997 以Bosch公司为例 汽油喷射及点火系统 M Motronic 1979 KE Motronic 1987 1996Mono Motronic 1989 BOSCH电控系统汽油喷射系统 汽油机供油系统 化油器和汽油喷射系统有共同的设计目标 在任何工况都应向发功机提供最佳的空气 燃油混合气 汽油喷射系统尤其是电子控制的喷射系统 在精确控制混合气浓度上更胜一筹 因此可获得更好的燃油经济性 舒适性 操纵性和动力件 越来越严格的排放控制法规使得化油器面临被淘汰而燃油喷射则越来越普及 汽油机供油系统 目前应用的混合气形成系统几乎全部都是在燃烧室外形成混合气 但缸内混合气形成的概念 即燃油直接喷入燃烧室 GDI 在降低燃油消耗上的具有优越性能 现在正变成不可忽视的发展趋势 电控混合气形成系统 缸外混合气形成 多点喷射系统 MPI 机械喷射系统 K Jetronic机械 电子燃油喷射系统 KE Jetronic电子喷射系统 L Jetronic LH Jetronic单点喷射系统 TBI Mono Jetronic缸内混合气形成 缸内直喷 DI MED Motronic分层燃烧匀质燃烧 多点喷射 节流阀体喷射 缸内直喷 汽油机电控分类 按控制方式划分按喷射方式划分 按控制方式分类 控制方式的种类是按空气量的检测方式划分直接检测方式 质量流量方式间接检测方式 空气流量与被测量函数关系比较复杂速度 密度方式节气门 速度方式 汽油机电控发展历史 三种控制方式的特点 质量流量方式 通过空气流量计直接测量进气空气流量速度 密度方式 通过转速和进气管压力推算空气量 发动机转速变化范围为10倍 油量调节范围为80倍 因此有较好的调节精度节气门 速度方式 直接检测节气门开启动作 过渡响应好 汽油机电控发展历史 按喷射方式分类 按喷射位置分按喷射时间分 汽油机电控发展历史 按喷射位置分类缸内喷射进气道喷射多点喷射 MPI 单点喷射 SPI 汽油机电控发展历史 按喷射时间分类连续喷射间歇喷射与转速同步喷射独立喷射 可用于缸内喷射和进气管喷射 每转同时喷射分组喷射分2组喷射分3组喷射非同步喷射 频率同步喷射 汽油机电控发展历史 汽油喷射与化油器比较的优点 可以设计出提高发动机功率的进气系统各缸汽油分配均匀性好不易发生结冰现象不易产生汽阻现象加减速时的过渡响应特性好启动 暖机性能好可以相对进气温度和大气压力的变化修正空燃比 汽油机电控发展历史 汽油机电控的里程碑和关键环节机械喷射Bendix公司的电控喷射大功率晶体管的应用Bosch公司的开发研制GM公司应用微机技术的ECU 汽油机电控发展历史 汽油机控制实现微机化的优点实现复杂的控制和自由的特性 提高整机性能共用同一运转参数 集中控制燃油 点火系统通过控制特性的数字化 提高稳定性实现各种不同发动机硬件的通用化 汽油机电控发展历史 电控的数字化时代特点 各子系统实现集中控制 改善了发动机性能在反馈控制基础上 增加了学习控制速度 密度方式的控制方法开发广泛化出现了采用独立喷射方式的稀燃系统 柴油机电控发展历史 柴油机电控喷油技术发展的巨大推动力来自各国日益严格的排放法规 美国国会通过的 大气污染防治法 要求将重型卡车柴油机的排放污染降低90 90年代初 在欧洲出现了 3L轿车 热 即平均车速为90Km h时 轿车的100Km体积油耗仅为3L 美国西南研究所与美 日 欧等国12家主要汽车发动机厂和五家国际上主要的燃料喷射装置生产厂正在研制低排放柴油机 并提出了一个清洁发动机的排放目标 NOx 2g 马力 HC 0 5g 马力 PM 0 1g 马力 柴油机电控发展历史 柴油机电控技术在世界发达国家 如美国 德国 日本 英国等近15年发展十分迅速 现在已有较成熟的产品推向市场 德国BOSCH公司的电控分配泵和电控直列泵到1993年上半年在市场上已超过25万台 美国底特律柴油机公司DDEC电控泵喷嘴系统 从1985年投产到1993年已有10万多台投放市场日本ZEXEL公司可变预行程的TICS系统直列泵 1992年产量达2万台 其中大部分是电控的 美国STANADYE公司的DS电控分配泵1995年产量达到15万台 1996年可达到24万台 柴油机电控发展历史 柴油机电控燃油系统的发展已历经三代 位置控制系统时间控制系统时间加共轨式它们重点在柴油喷射电控执行器上进行区分 按照系统产生高压燃油的机构来看 柴油喷射系统又可分为直列式 分配泵式 泵喷嘴式 单缸泵式 共轨式电控喷射系统 柴油机电控发展历史 柴油机电控燃油喷射系统主要由传感器 控制器和执行器组成 柴油机电控发展历史 位置式电控燃油喷射系统不仅保留了传统的喷油泵 高压油管 喷油嘴系统 而且还保留了喷油泵中齿条齿圈 滑套 柱塞上控油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 这种系统具有改动小 继承性好等优点 但是其精度低 控制自由度小 柴油机电控发展历史 位置控制式电控燃油喷射系统的技术特征控制器通过执行机构的连续式位置伺服控制 对喷射过程实现间接调节 故相对其它电控系统 响应较慢 控制频率低和控制精度低 不能改变传统喷射系统固有的特性 电控可变预行程直列泵虽可对喷油速率起到一定的调节作用 但却使直列泵机构复杂性加大 柴油机的结构几乎无须改动 故生产继承性好 位置控制式电喷系统的技术关键是 油量和定时机构的位置伺服控制技术 柴油机电控发展历史 时间式电控燃油喷射系统将原来的机械式喷油器改为高速强力电磁阀喷油器 以脉动信号来控制电磁阀的吸合与放开 以控制喷油器的开启与关闭 泵油机构和控制机构完全分开 燃油的计量是由喷油器的开启时间长短和喷油压力的大小来确定的 喷油正时由电磁阀的开启时刻控制 从而实现喷油量 喷油正时的柔性控制和一体控制 且极为灵活 柴油机电控发展历史 时间式电控燃油喷射系统的技术特征脉动式高压燃油与开关式电磁阀直接接口 适合于高压喷射 与位置式电控燃油喷射系统相比 具有响应速度快 精度高的特点 由于系统仍采用原来的喷油泵 高压油管 喷油嘴结构 系统喷油压力仍与工况有关 电磁阀的开闭受其响应速度影响 难以精确控制 时间式电控燃油喷射系统的技术关键是 加快高速强力电磁阀的响应速度 柴油机电控发展历史 共轨 时间式电控燃油喷射系统具有公共控制油道 共轨管 高压油泵并不直接控制喷油器 而是共轨中供油以保持所须的压力 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 用电磁阀控制喷射过程 在共轨系统中 压力形成和油量输送基本上与喷油过程无关 高压共轨系统 其典型代表为日本电装公司的ECD U2系统 中压共轨系统 其典型代表为美国BKM公司的Servojet系统和Caterpillar公司的HEUI系统 柴油机电控发展历史 共轨 时间式电控燃油喷射系统的技术特征共轨油压柔性可调 摆脱了凸轮的束