柴油机电子控制系统.ppt

柴油机电子控制系统 主要内容 一 柴油机电控技术的发展二 柴油机电控燃油喷射系统的优点三 柴油机电控燃油喷射系统的控制内容及功能四 柴油机电子控制系统的类型结构五 柴油机电子控系统的组成六 电控柴油机系统使用与故障诊断 柴油机电子控制系统 RudolfDiesel1858 1913 1897 历史 1892年 鲁道夫 狄塞尔发明 1897在德国得到实际应用 低速柴油机 1924 1926年 罗伯物 博世开发了喷油泵 导致高速柴油机的发展 一 柴油机电控技术的发展 由于笨重 噪音大 冒黑烟 让许多人对柴油机的印象不佳 再加上柴油机的构造比较复杂 而不少人又缺乏对柴油机必要的了解 尤其对现代先进的电控柴油机缺乏了解 因此柴油机汽车受到种种歧视 在一些城市成了 被限制的对象 其实经过多年的研究和新技术应用 柴油机的现状已经不可同日而语 随着近些年能源危机 排放污染这两大难题的突现 以及电子控制技术的飞速发展 特别是汽油机电控技术的发展又为柴油机电控技术发展提供了宝贵经验 使柴油机的关键技术都有很多突破性的发展 高压直喷系统和共轨系统都使柴油机的燃油经济性和排放性能有很大改善 废气再循环和催化器改善了柴油机的各项排放 发动机管理系统对喷油和进气过程进行综合控制 保证发动机能够在保持良好的动力性基础上 燃油经济性和排放性能都能达到最优 同时降低振动和噪音 在传统的喷射系统基础上首先发展起来的电控喷射系统是位置控制系统 称之为第一代电控喷射系统 传统的柴油机供给系统 ppt而基于电磁阀的时间控制系统则称为第二代电控喷射系统 第三代电控系统 高压共轨系统被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破之一 将成为21世纪柴油机燃油系统的主流 柴油机电控技术发展的三个阶段 第一代柴油机电控燃油喷射系统也称位置控制系统 可以精确控制喷油正时和预喷射 第一代位置控制系统 第二代系统也称时间控制系统 可以精确控制喷油量和喷油正时 第二代时间控制系统 第三代高压共轨系统也称为直接数控系统 时间压力控制系统 高压油泵主要给共轨管提供合适的高压燃油 喷油量及喷油正时由喷油器上的电磁阀精确控制 第三代共轨电控喷射系统 柴油机电控技术发展的三个阶段 第一代位置控制系统 位置控制系统不仅保留了传统的泵 管 嘴系统 还保留了原喷油泵中的齿条 滑套 柱塞上的斜槽等控制油量的机械传动机构 只是对齿条或者滑套的运动位置予以电子控制 日本Denso公司的ECD V1 德国Bosch公司的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都属于位置控制的电控分配泵系统 日本Zexel公司的COPEC 德国Bosch公司的EDR系统和美国Caterpillar公司的PEEC系统等都属于位置控制的电控直列泵系统 幻灯片9 第二代时间控制系统 时间控制系统是用高速强力电磁阀直接控制高压燃油 一般情况下 电磁阀关闭 开始喷油 电磁阀打开 喷油结束 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的持续时间 传统喷油泵中的齿条 滑套 柱塞上的斜槽和提前期等全部取消 对喷射定时和喷射油量控制的自由度更大 日本Zexel公司的Model 1电控分配泵 美国Detroit公司的DDEC电控泵喷嘴 德国Bosch公司的EUP13电控单体泵都属于时间控制系统 幻灯片7 第三代共轨电控喷射系统 共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理 通过油锤响应 液力增压 共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压 采用压力时间式燃油计量原理 用电磁阀控制喷射过程 可以实现对喷射油量和喷射定时的灵活控制 德国Bosch公司 美国的Delphi日本Denso公司和英国Lucas公司都研制出了电控高压共轨系统 二 柴油机电控燃油喷射系统的优点 1 改善低温起动性2 降低氮氧化物和烟度的排放 3 提高发动机运转稳定性 4 提高发动机的动力性和经济性5 控制涡轮增压6 适应性广由于有较好的低速性能 低温起动性能 怠速性能和操作性能 从而改善了排放 经济性能和汽车的舒适性 10 要点 两高 两低 一轻 一功能 卖点1 新型4K柴油发动机 比较优势 11 卖点1 新型4K柴油发动机 比较优势 三 柴油机电控燃油喷射系统的控制内容及功能 柴油机的电子控制包括燃油控制 进排气的控制以及对废气的后处理 其中的燃油喷射控制是关键 也是柴油机电子控制中的难点 高压喷射可以有效地改善柴油机的经济性和排放 而灵活的喷油速率控制 例如预喷射 是解决柴油机的排放和噪声的有效措施 废气涡轮增压则不仅能改善柴油机的动力性 经济性 而且还可以有效地降低柴油机的微粒排放 通过废气再循环 EGR 柴油机的氮氧化物排放也可大大降低 最后 通过后处理装置可以进一步降低柴油机的排放 所有这些控制功能只有利用电子控制系统 实现系统综合与优化匹配 才能获得柴油机的最佳性能 1 燃油喷射控制 1 喷油量控制 2 喷油正时控制 3 喷油速率的控制 4 喷油压力的控制 5 低油压保护 6 增压器工作状况保护2 怠速控制 1 怠速转速的控制 2 各缸均匀性的控制 3 进气控制 1 进气节流控制 2 可变进气涡流控制 3 可变配气正时控制4 增压控制5 排放控制6 起动控制7 巡航控制8 故障自诊断和失效保护 1 燃油喷射控制 1 喷油量控制发动机转速信号 基本喷油量 空气流量信号 基本喷油量 加速踏板信号 基本喷油量 进气温度信号 修正喷油量 进气压力信号 修正喷油量 冷却液温度信号 修正喷油量 燃油特性修正 低温起动后修正 急减速修正以适应不同工况不同工作条件变化的需要 通过电磁溢流阀对喷油量进行精确控制 2 喷油正时控制喷油正时是由发动机转速和加速踏板位置决定的 并由冷却液温度 进气温度 进气压力等信号进行修正 部份系统通过着火正时传感器检测实际燃烧开始时刻实现对喷油正时的闭环控制 排除燃油十六烷值 大气条件变化引起喷油正时差异 实现对喷油正时的最佳控制 3 喷油速率控制主喷射初期降低喷射速率 也可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量 提高主喷射中期的喷射速率 可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期 使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成 提高输出功率 减少燃油消耗 降低碳烟排放 主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油 降低烟度和碳氢排放 4 喷油压力控制在后期开发的柴油机电控共轨式燃油喷射系统中 为降低对供油压力的要求 喷油量的控制采用控制喷油压力的方法实现 即喷油量的 压力控制 方式 5 柴油机低油压保护柴油机机油压力过低时 ECU根据机油压力传感器来的信号减少喷油量 降低转速并报警 当机油压力降至极限值以下时 则切断燃油供应 以保护柴油机 6 增压器工作状况保护当增压压力因增压器超速而过高 并造成中冷器压力太高或气缸内爆发压力过高或超过极限时 ECU根据增压压力传感器来的信号减少循环供 喷 油量 而如果因增压压力过低 造成空气量不足使排气温度过高时 ECU根据增压压力传感器来的信号减少喷油量 并报警 2 怠速控制 1 怠速转速控制由于发电机 空调动力转向等辅助装置工作状态的变化引起柴油机负荷变化导致发动机转速变化 柴油机控制系统通过反馈控制系统控制怠速喷油量 使怠速控制在目标转速 2 怠速时各缸均匀性的控制由于各缸喷油泵的性能差异导致各缸喷油量的差异 引起发动机转速波动即所谓 怠速颤振 电控系统通过作工冲程时的曲轴转速变化判断各缸喷油量的差异 利用电磁溢流阀快速响应 及时修正各缸的喷油量来降低发动机转速波动 按各缸转速无波动偏差来控制各缸喷油量 3 进气控制柴油机的进气控制主要包括进气节流控制 可变进气涡流控制和可变配气正时控制 1 进气节流控制系统通过控制节气门的开度 控制进气量 降低怠速时的振动和噪声 停车时系统关闭节气门中断进气 减轻发动机的振动 2 进气涡流强度控制系统通过控制进气通道的变化 以便在不同转速负荷下更好地组织进气涡流 改善燃烧质量 提高动力性 经济性 降低排放和污染 3 可变配气正时控制对自吸式柴油机而言 可变配气正时的使用可以改善起动性能 对于增压柴油机来说 是改善其响应速度 4 增压控制柴油机的增压控制主要是由ECU根据柴油机转速信号 负荷信号 增压压力信号等 通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度 增压器涡轮废气进口截面大小等措施 实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制 以改善柴油机的扭矩特性 提高加速性能 降低排放和噪声 5 排气控制减少排气中的NOX排放量 与汽油机电控系统相同 ECU主要根据柴油机转速和负荷信号 按内存程序控制EGR阀开度 以调节EGR率 附 这对SCR等技术仅作简单介绍 6 起动控制主要包括喷油量控制 喷油正时控制和预热装置控制 其中喷油量控制和喷油正时控制与其他工况相同 起动预热控制是指在不同的起动条件下系统通过控制起动预热塞的通电时间改善柴油机低温起动和低温怠速运转 7 巡航控制带有巡航控制功能的柴油机电控系统 当通过巡航控制开关选定巡航控制模式后 ECU即可根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶 8 故障自诊断及失效保护功能与汽油机电控系统的故障自诊断失效保护功能基本相同 柴油机电控系统中也包含故障自诊断和失效保护两个子系统 柴油机电控系统出现故障时 自诊断系统将点亮仪表盘上的 故障指示灯 提醒驾驶员注意 并储存故障码 检修时可通过一定的操作程序调取故障码等信息 同时失效保护系统启动相应保护程序 使柴油能够继续保持运转或强制熄火 四 柴油机电子控制系统的类型结构各种柴油电控系统的区别在于控制功能 传感器的数量和类型 执行元件的类型 控制软件 主要电控元件的结构原理和安装位置 通常分为电子控制式喷油泵 泵喷嘴 单体泵和高压共轨系统 1 电子控制式喷油泵主体是普通喷油泵 电子控制调速器和喷油提前角调节器电控式喷油泵分 直列式 分配式 1 电子控制直列式喷油泵 装用直流电动机式电子调速器的直列柱塞泵电控系统 用电子调速器取代原有的机械调速器 以实现对喷油量的控制 用正时控制器取代原有的机构离心式供油提前角自动调节器 来对喷油正时进行控制 并设有油量调节拉杆 或齿条 位置传感器和正时传感器 对喷油量和喷油正时的控制均采用闭环控制方式 2 分配泵电控喷射系统 分为轴向和径向两种分配泵 其中轴向的以VP37为代表 主要用在捷达1 9SDI上 而径向的以VP44为代表 主要用在ISUZU的4KH1 TCK发动机上 同时也用在奥迪2 5TDI上 1 9lSDI发动机 轴向压缩式分配泵 VP37 滑套位置传感器G149 油量调节器N146 供油提前角调节阀N108 燃油温度传感器G81 径向压缩式分配泵 VP44 泵喷嘴 泵喷嘴必须安装到位 若泵喷嘴与缸盖不垂直 紧固螺栓会松动 引起泵喷嘴或缸盖的损坏 2 泵喷嘴 PDE 电控系统 泵喷嘴是一个单缸喷油泵 集成有喷嘴和直接装在柴油机气缸盖上的电磁阀 每个气缸都配有单独的泵喷嘴 由摇臂操作 该摇臂由发动机凸轮轴上的喷射凸轮驱动 高速电磁阀控制喷射始点和喷射油量 在不通电的状态下 电磁阀是打开的 这意味着从低压系统进油口到油泵及返回到发动机缸盖中的低压通路的油流不受限制 因此 柱塞的吸入行程允许燃油被充入油泵腔室 在油泵供油行程中 电磁阀通电后关闭旁通油路 在高压油路产生高压 一旦超过喷嘴开启压力 燃油即喷入发动机燃烧室 3 单体泵单体泵是一种模块化 时间控制的单缸高压泵系统 如图所示由集成高速电磁阀的单缸高压泵 短的高压管和喷油器组成 单体泵一般作为整体部件装在柴油机的气缸体上 直接由发动机凸轮轴上的喷射凸轮经滚柱挺杆驱动 电磁阀动作模式与泵喷嘴系统相同 4 高压共轨喷射HEUI电控喷油系统 Caterpillar公司 特点 喷油泵的柱塞采用液压驱动 喷油压力等控制不受发动机转速及负荷影响 柱塞式高压润滑油泵将压力升高到4 23Mpa泵入蓄压总管 控制阀作用在增压柱塞上 使增压柱塞下面的小活塞能产生30 120Mpa的喷油压力由喷油嘴喷出 电控单元ECM根据各有关信号控制喷油正时喷油量 喷油持续时间 无液压放大的高压共轨系统由五个部分组成 即高压油泵 共轨腔及高压油管 喷油器 电控单元 各类传感器和执行器 供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口 由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内 再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油 共轨电控喷射系统基本特点 高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来 并消除燃油中的压力波动 然后再输送给每个喷油器 通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止 其主要特点可以概括如下 共轨腔内的高压直接用于喷射 可以省去喷油器内的增压机构 而且共轨腔内是持续高压 高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多 通过高压油泵上的压力调节电磁阀 可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨腔内的油压进行灵活调节 尤其优化了发动机的低速性能 通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时 喷射油量以及喷射速率 还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔 五 柴油机电子控系统的组成 与汽油机一样仍然有传感器 电控单元 执行器三部分 1 传感器也称信号输入装置 它的作用是进行信号的采集和转换 是柴油机实现电控的关键技术革新之一 发动机主要通过安装在发动机和车辆上的各种传感器来实时监测当前的运行参数 不同的机型在传感器类型和数量上会有所不同 通常包括以下几种类型的传感器 1 油门踏板位置传感器 柴油机在转速一定时 进气量基本不变 而喷油量随负荷的大小而变化 负荷增大 喷油量就增大 加速踏板位置的大小就反映了柴油机负荷的大小 ECU根据它传输的信号最进行喷油量的调节 它直接反应发动机的负荷信号及怠速确认 是柴油机电子控制系统的主控信号传感器 通常分为接触式 电位器式角位移 传感器和非接触式 霍尔式 传感器两种类型 2 转速传感器 曲轴位置和气缸识别传感器 曲轴位置传感器在控制燃烧 降低排放 提高燃油经济性中占有最重要的作用 其作用是实时判断曲轴的瞬态 以满足ECU决定喷油定时的需要 这类传感器通常有电磁式 霍尔式和光电式等几种类型 3 温度传感器 柴油机电控系统中经常使用的温度传感器包括冷却液温度传感器 进气温度传感器 燃油温度传感器和机油温度传感器 通常是一个两线式系数的热敏电阻 其要作用是修正喷油量与喷油正时 4 压力传感器 柴油机电控系统中典型的压力传感器有进气压力传感器 燃油压力传感器 机油压力传感器 大气压力传感器 其要作用是修正喷油量与喷油正时 值得注意的是有时温度传感器与压力传感器会集成到一起形成一个复合传感器 如进气温度传感与进气压力传感器复合成为进气压力压力温度传感器 5 空气质量流量计 在早期的柴油机电子控制系统中未采用 但现在为了优化柴油机燃烧 有效地控制排放 尤其是采用废气再循环 EGR 后 都需要知道进气的质量流量 目前用得比较多的是热线式和热膜式空气流量计 6 其它位置传感器 如泵转角传感器 溢流环位置传感器 正时活塞位置传感器 控制杆位置传感器 控制套筒位置传感器 针阀行程位置传感器等位置传感器 其中泵转角传感器 溢流环位置传感器和正时活塞位置传感器是用在转子泵上的传感器 其中控制杆位置传感器和控制套筒位置传感器是用在直列泵上的传感器 泵转角传感器的作用是检测泵转角与曲轴位置传感器共同控制喷油量保证喷油正时改变时不影响喷油量 溢流环位置传感器的作用是检测溢流控制电磁铁的电枢位置 以反馈控制溢流环位置 正时活塞位置传感器的作用是检测电子控制定时器正时活塞位置 将喷油正时提前量信号输入ECU 控制杆位置传感器的作用是检测电子控制柱直列喷油泵调速器中控制杆位置将喷射量的增减信号反馈给ECU 控制套筒位置传感器的作用是检测喷油泵调整器中控制筒位置将喷油量增减信号反馈给ECU 针阀行程位置传感器的作用是确定喷嘴喷油始点信号 根据转速 负荷和温度与针阀行程位置传感器 组成闭环控制并控制EGR 此外还有用于检测燃烧室开始燃烧时刻修正喷油正时的着火正时传感器 以及点火开关 空调开关 动力转向油压开关 空挡起动开关或离合器开关信号等传感器 因为我们可以把开关认为是提供开关两个信号的信号输入装置 那么也可以认为是传感器 2 电子控制单元 ECU ECU是整个控制系统的核心 它利用内部存储的软件与硬件 处理从传感器输入的诸多信号 并以这些信号为基础 结合内部软件的其他信息 制定出各种控制命令 送到各个执行器 从而实现对柴油机的控制 目前的ECU型号与类型很多 不同的厂家生产不同的系列 即使是同一厂家的所用的ECU也不同 3 执行器由于电控柴油机燃油系统的多样性 各种不同的电控燃油系统 其所具有的执行器就各不相同 常见的执行器主要有电磁阀 电机 继电器 开关以及指示灯等 电磁阀根据工作的方式不同可分为开关型和占空比型 PWM 常开型只有两个状态 ON OFF 因此常用于燃油切断等 占空比型其开度可以根据控制信号的不同实现连续的变化 所以可实现灵活的控制 如共轨系统中的计量阀 电机通常是直流电机 是为了完成某个机械动作而设置的 如电控直列泵电动调速器中的齿条驱动电机 继电器主要是用于实现小电流对大电流的控制 或者是一个电路对多个电路的控制 指示灯主要是ECU向使用者输出指示信号的执行器 通常包括故障信号灯 停机警告灯 保养提示灯等 六 电控柴油机系统使用与故障诊断 使用注意应该注意以下事项 在启动时不用踩下油门踏板 在第一次启动时可以开关几次点火开关 打马达一次不能超过 两次打马达的时间间隔不能低于 不要长时间的把油门踏板踏到底 在发动机运行过程中一定不要私自对燃油系统进行检修 在诊断维修中应该注意以下事项 不能传统的方法进行新型电控柴油发动机的故障诊断 只有经过该系统专业知识的培训的技师方能从事新型电控柴油系统的故障诊断 应用合适的诊断设备 专用工具进行电控柴油系统的故障诊断 应遵循制造商的要求使用合适的设备进行故障诊断 诊断设备与发动机的控制单元的连接接插应合适 故障诊断时 诊断设备应与发动机机体接地 故障诊断前需要详细阅读发动机制造厂的操作指南和技术说明 电控柴油机系统故障诊断多采用逆源诊断法 先使用诊断设备找出故障的可能原因 然后从外围设备到控制单元逐步寻找故障所在的部位 最后加以解决 在诊断维修中应该注意以下事项 没有接通蓄电池不要起动发动机 发动机运行时 不要从车内拆卸蓄电池 蓄电池的极性和控制单元的极性不能弄反 为起动发动机不能使用快速起动装置 只能采用蓄电池辅助起动 给车辆蓄电池充电时 需钥匙开关关闭15S以后拆下蓄电池 控制线路的各种插头只能在断电状态 点火开关关闭 进行拔插 在车辆需要焊接作业时必需将蓄电池的电源拆卸 必要时将控制单元拆除 案例 600P使用 维护保养要点 冷机起动 冷机起动增压发动机时 应确信增压器轴承及旋转部件已得到充分润滑后方可起步行车 期间严禁猛轰油门 以免损坏增压器 因为在冷车时 尤其寒冷天气 发动机温度较低 润滑油黏度较大 流动性较差 润滑油到达各旋转部件运动副所需时间相对较长 尤其是涡轮增压器位于发动机顶部 需润滑部位距主油道较远 并且转速非常高 其旋转部件运动副难以在短时间内形成足够的油膜厚度 如果未经充分润滑冒然起步 将可能造成增压器旋转部件润滑不良而早期磨损或损坏 甚至发出刺耳的啸叫声 增压器 增压器的使用 4KH1 TC 排气制动的使用 下长坡时 应挂入档位 打开排气制动才能发生作用 不能位于空档 否则排气制动将不起作用 单纯使用脚制动会加剧制动蹄片磨损 制动器温度升高 从而造成制动效能下降 甚至制动失灵 采用真空电子控制排气制动装置 不仅提高车辆在冰雪路面 泥泞路面和连续下长坡时行驶安全性 同时具有以下优点 减少驾驶员脚制动次数 降低驾驶疲劳强度 减少制动蹄片磨损 延长更换周期 降低成本 在使用排气制动工况下 ECM自动调整发动机供油量 省油 发动机停机 发动机停机前 应以怠速至少运行3分钟以上 方可停机 以保证涡轮增压器得到充分润滑和冷却 从而延长涡轮增压器轴承及旋转部件的寿命 因为涡轮增压器是利用发动机排出的废气驱动涡轮机 再由涡轮机带动同轴上的压气机来增加发动机进气量 提高发动机功率 高温废气通过涡轮机将热量传导到增压器旋转部件 加之涡轮增压器工作时转速较高 因而使增压器自身温度很高 停车时若发动机立即熄火 机油泵将停止工作 润滑油将不会再流入增压器内部而带走热量 从而造成增压器旋转部件变形和润滑油变质 使增压器早期漏油或损坏 为保证行车的安全和经济性 请严格按照保养日程表进行定期检查和维护 保养周期 I 检查 清洗 校正或更换 R 更换 其它保养项目在使用说明书有详细说明 正确加注发动机冷却液 发动机冷却液的加注必须按照600P使用说明书的要求进行 禁止给发动机加注井水 自来水以及劣质冷却液 庆铃600P领跑者出厂时所使用的是长效型防冻液 乙二醇基 沸点可达118 冰点可达 35 以下 具有防垢 防锈 防腐蚀 消泡等作用 如果发动机加注普通水 冬季可能造成水箱 缸体结冰膨胀破裂 长期使用普通水将会在冷却系统水道内产生水垢和锈蚀 堵塞水道 同时 由于普通水沸点比防冻液低 容易沸腾汽化而使冷却系水量减少 造成发动机冷却不良 最终导致发动机出现 拉缸 等