第三章　柴油机电子控制技术

10cd2,主编,第三章柴油机电子控制技术第四章新型能源动力汽车,第三章柴油机电子控制技术,第一节概述第二节汽车用柴油机电控高压共轨喷油系统第三节怠速控制技术第四节进气控制技术第五节增压控制技术第六节排放控制技术第七节起动控制技术,第一节概述,一、柴油机电控系统组成与特点二、柴油机电控技术的发展历程三、现代柴油机电控技术的主要功能四、柴油机电控技术的发展趋势,一、柴油机电控系统组成与特点,二、柴油机电控技术的发展历程,1.第一代柴油机电控燃油喷射系统：常规压力电控喷油系统2.第二代柴油机电控燃油喷射系统：高压电控喷油系统3.第三代柴油机电控燃油喷射系统：共轨电控喷射系统,1.第一代柴油机电控燃油喷射系统：常规压力电控喷油系统,2.第二代柴油机电控燃油喷射系统：高压电控喷油系统,3.第三代柴油机电控燃油喷射系统：共轨电控喷射系统,(1)共轨电控喷射系统的组成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、电控单元和各类传感器。(2)共轨电控喷射系统的主要特点(3)共轨电控喷射系统改善发动机性能原理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。,(1)共轨电控喷射系统的组成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、电控单元和各类传感器。,(2)共轨电控喷射系统的主要特点,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。,(3)共轨电控喷射系统改善发动机性能原理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。,三、现代柴油机电控技术的主要功能,1.具有多功能的自动调节性能2.减轻质量、缩小尺寸、提高柴油机的紧凑性3.部件安装连接方便，提高了维修性4.扩展了故障诊断、联络等功能5.使柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配,1.具有多功能的自动调节性能,2.减轻质量、缩小尺寸、提高柴油机的紧凑性,3.部件安装连接方便，提高了维修性,4.扩展了故障诊断、联络等功能,5.使柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配,四、柴油机电控技术的发展趋势,1.高的燃油喷射压力2.独立的燃油喷射控制3.可变的预喷射控制能力4.最小油量与快速断油控制5.高的柴油机燃油经济性,1.高的燃油喷射压力,2.独立的燃油喷射控制,3.可变的预喷射控制能力,4.最小油量与快速断油控制,5.高的柴油机燃油经济性,第二节汽车用柴油机电控高压共轨喷油系统,一、柴油机喷油系统概述二、共轨喷油系统三、喷油特性四、燃油系统五、组件结构和功能六、电控装置七、一汽大众BORA轿车TDI柴油机电控燃油喷射系统简介,一、柴油机喷油系统概述,.,一、柴油机喷油系统概述,301.tif,一、柴油机喷油系统概述,图3-1Bosch公司生产的柴油机喷油系统的应用、直列式喷油泵，尺寸系列由小到大PF单体泵UP泵管嘴喷油系统I泵喷嘴系统CR共轨喷油系统VE轴向柱塞式分配泵VR径向柱塞式分配泵,一、柴油机喷油系统概述,表3-1Bosch公司柴油机喷油系统的特点和技术参数,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,二、共轨喷油系统,1.主要特点2.功能,1.主要特点,(1)宽广的应用领域用于小型乘用车和轻型载重车，每缸功率可达30kW；用于重型载重车、内燃机车和船舶，每缸功率可达200kW左右。(2)喷油压力可达135MPa，甚至更高。(3)喷油起始点可变。(4)可实现预喷射、主喷射和后喷射。(5)喷油压力可随柴油机运转工况而变化。,(1)宽广的应用领域用于小型乘用车和轻型载重车，每缸功率可达30kW；用于重型载重车、内燃机车和船舶，每缸功率可达200kW左右。,(2)喷油压力可达135MPa，甚至更高。,(3)喷油起始点可变。,(4)可实现预喷射、主喷射和后喷射。,(5)喷油压力可随柴油机运转工况而变化。,2.功能,(1)基本功能其基本功能是在正确时刻以精确的数量和合适的压力控制燃油的喷射，从而保证柴油机的平稳运行，并获得低燃油消耗、废气排放和运转噪声。(2)附加功能附加的控制和调节功能用于减少废气排放和燃油消耗，或提高安全性和舒适性。,2.功能,302.tif,2.功能,图3-2一种四缸柴油机的共轨喷油系统1空气流量计2ECU3高压油泵4油轨5喷油器6曲轴位置传感器7冷却液温度传感器8柴油滤清器9加速踏板位置传感器,(1)基本功能其基本功能是在正确时刻以精确的数量和合适的压力控制燃油的喷射，从而保证柴油机的平稳运行，并获得低燃油消耗、废气排放和运转噪声。,(2)附加功能附加的控制和调节功能用于减少废气排放和燃油消耗，或提高安全性和舒适性。,三、喷油特性,1.普通喷油系统的喷油特性2.共轨喷油系统的喷油特性,1.普通喷油系统的喷油特性,1)喷油压力随转速的提高和喷油量的增加而升高。2)喷油过程中喷油压力上升，但到喷油终了时又降低到喷油器关闭压力。1)小喷油量时的喷油压力较低。2)峰值喷油压力是平均喷油压力的两倍以上。3)喷油过程曲线近似于三角形，这有利于燃烧完善。,1)喷油压力随转速的提高和喷油量的增加而升高。,2)喷油过程中喷油压力上升，但到喷油终了时又降低到喷油器关闭压力。,1)小喷油量时的喷油压力较低。,2)峰值喷油压力是平均喷油压力的两倍以上。,3)喷油过程曲线近似于三角形，这有利于燃烧完善。,2.共轨喷油系统的喷油特性,1)对发动机的任何一种工况，喷油压力和喷油量的确定都可以是互为独立的。2)喷油开始初期(即在喷油开始到燃烧开始之间的点火延迟期内)的喷油量应尽可能小。1)电磁阀控制的喷油器，用螺纹安装在气缸盖上。2)压力存储器(油轨)。3)高压泵。4)ECU。5)曲轴转速传感器。6)凸轮轴位置传感器。(1)预喷射预喷射可在上止点前90内进行。,2.共轨喷油系统的喷油特性,(2)主喷射主喷射提供了发动机输出功率所需的能量，从而基本上决定了发动机的转矩。(3)后喷射对于那些转化NOx的转化器而言，后喷射的燃油充当还原剂，用于还原NOx。,1)对发动机的任何一种工况，喷油压力和喷油量的确定都可以是互为独立的。,2)喷油开始初期(即在喷油开始到燃烧开始之间的点火延迟期内)的喷油量应尽可能小。,303.tif,2)喷油开始初期(即在喷油开始到燃烧开始之间的点火延迟期内)的喷油量应尽可能小。,图3-3共轨喷油系统的喷油特性,2)喷油开始初期(即在喷油开始到燃烧开始之间的点火延迟期内)的喷油量应尽可能小。,304.tif,2)喷油开始初期(即在喷油开始到燃烧开始之间的点火延迟期内)的喷油量应尽可能小。,图3-4无预喷射的喷油针阀升程和压力特性曲线,2)喷油开始初期(即在喷油开始到燃烧开始之间的点火延迟期内)的喷油量应尽可能小。,图3-5有预喷射的喷油针阀升程和压力特性曲线,1)电磁阀控制的喷油器，用螺纹安装在气缸盖上。,2)压力存储器(油轨)。,3)高压泵。,4)ECU。,5)曲轴转速传感器。,6)凸轮轴位置传感器。,(1)预喷射预喷射可在上止点前90内进行。,图3-6共轨喷油系统1燃油箱2滤网3电动输油泵4燃油滤清器5低压油管6高压泵7高压油管8油轨9喷油器10回油管11ECU,(2)主喷射主喷射提供了发动机输出功率所需的能量，从而基本上决定了发动机的转矩。,(3)后喷射对于那些转化NOx的转化器而言，后喷射的燃油充当还原剂，用于还原NOx。,四、燃油系统,1.低压供油部分2.高压供油部分,1.低压供油部分,(1)燃油箱燃油箱必须抗腐蚀,且至少能承受2倍的实际工作油压,并在不低于0.03MPa压力的情况下仍保持密封。(2)低压油管低压供油部分,除采用钢管外还可使用阻燃的包有钢丝编织层的柔性管。(3)输油泵输油泵是一种带有滤网的电动泵或齿轮泵,它将燃油从燃油箱中吸出,将所需的燃油连续供给高压泵。(4)滤清器燃油滤清器将进入高压泵前的燃油滤清净化,从而防止高压泵、出油阀和喷油器等精密件过早磨损和损坏。,(1)燃油箱燃油箱必须抗腐蚀,且至少能承受2倍的实际工作油压,并在不低于0.03MPa压力的情况下仍保持密封。,(2)低压油管低压供油部分,除采用钢管外还可使用阻燃的包有钢丝编织层的柔性管。,(3)输油泵输油泵是一种带有滤网的电动泵或齿轮泵,它将燃油从燃油箱中吸出,将所需的燃油连续供给高压泵。,(4)滤清器燃油滤清器将进入高压泵前的燃油滤清净化,从而防止高压泵、出油阀和喷油器等精密件过早磨损和损坏。,2.高压供油部分,(1)高压泵高压泵将燃油压送到油轨的压力为135MPa,高压燃油经高压油管进入类似管状的油轨中。(2)油轨在油轨中燃油仍保持其压力,即使喷油器喷油时,由于燃油的弹性而产生蓄压作用,燃油压力基本保持不变。(3)喷油器当高压燃油在喷油器中被电子控制的电磁阀释放时，喷油嘴开启，将燃油直接喷入发动机燃烧室。(4)高压油管高压燃油油管必须能够承受喷油系统的最大压力和喷油间歇时的局部高频压力波动。,(1)高压泵高压泵将燃油压送到油轨的压力为135MPa,高压燃油经高压油管进入类似管状的油轨中。,图3-7低压部分燃油箱2滤网3电动输油泵4燃油滤清器5低压油管6高压泵低压部分7回油管8ECU,(2)油轨在油轨中燃油仍保持其压力,即使喷油器喷油时,由于燃油的弹性而产生蓄压作用,燃油压力基本保持不变。,(3)喷油器当高压燃油在喷油器中被电子控制的电磁阀释放时，喷油嘴开启，将燃油直接喷入发动机燃烧室。,(4)高压油管高压燃油油管必须能够承受喷油系统的最大压力和喷油间歇时的局部高频压力波动。,五、组件结构和功能,1.低压部分2.高压部分,1.低压部分,(1)输油泵输油泵的任务是在任何工况下,为燃油提供所需的压力,并在整个使用寿命期内,向高压泵提供足够的燃油。(2)燃油滤清器燃油中的杂质可能使泵油元件、出油阀和喷油嘴损坏,因此使用满足喷油系统要求的燃油滤清器是保证发动机正常工作和延长使用寿命的前提条件。,(1)输油泵输油泵的任务是在任何工况下,为燃油提供所需的压力,并在整个使用寿命期内,向高压泵提供足够的燃油。,1)电动输油泵。,308.tif,(1)输油泵输油泵的任务是在任何工况下,为燃油提供所需的压力,并在整个使用寿命期内,向高压泵提供足够的燃油。,图3-8电动输油泵示意图压油端2电动机电枢3滚子叶片泵4限压阀5吸油端A泵油元件B电动机C连接盖,(1)输油泵输油泵的任务是在任何工况下,为燃油提供所需的压力,并在整个使用寿命期内,向高压泵提供足够的燃油。,309.tif,(1)输油泵输油泵的任务是在任何工况下,为燃油提供所需的压力,并在整个使用寿命期内,向高压泵提供足够的燃油。,图3-9电动输油泵的滚子叶片泵示意图吸油端2圆盘形转子3滚子4油泵外壳5压油端,(1)输油泵输油泵的任务是在任何工况下,为燃油提供所需的压力,并在整个使用寿命期内,向高压泵提供足够的燃油。,图3-10齿轮式输油泵示意图1吸油端2驱动齿轮3压油端,(1)输油泵输油泵的任务是在任何工况下,为燃油提供所需的压力,并在整个使用寿命期内,向高压泵提供足够的燃油。,2)齿轮式输油泵齿轮式输油泵(图3-10)用于乘用车和轻型商用车的共轨喷油系统中,向高压泵输送燃油。,(2)燃油滤清器燃油中的杂质可能使泵油元件、出油阀和喷油嘴损坏,因此使用满足喷油系统要求的燃油滤清器是保证发动机正常工作和延长使用寿命的前提条件。,2.高压部分,(1)高压泵(2)调压阀(3)油轨(4)油轨压力传感器(5)限压阀(6)流量限制器(7)喷油器(8)孔式喷油嘴,2.高压部分,3011.tif,2.高压部分,图3-11燃油滤清器1滤清器盖2进油口3纸质滤芯4外壳5集水槽6放水螺塞7出油口,2.高压部分,图3-12高压部分1高压泵2柱塞偶件切断电磁阀3调压阀4高压油管5油轨6油轨压力传感器7限压阀8流量限制器9喷油器10ECU,(1)高压泵,1)作用。,3013.tif,(1)高压泵,图3-13高压泵纵剖面示意图1驱动轴2偏心凸轮3柱塞泵油元件4柱塞腔5吸油阀6柱塞偶件切断电磁阀7排油阀8密封件9通向油轨的高压接头10调压电磁阀11球阀12回油口13进油口14带节流孔的安全阀15通往泵油元件的低压通道,2)结构。3)工作过程。4)供油效率。,(2)调压阀,1)作用。2)结构。,图3-14调压阀1球阀2衔铁3电磁线圈4弹簧5电气接头,(2)调压阀,3)工作过程。,(3)油轨,1)作用。2)结构。,3015.tif,(3)油轨,图3-15油轨结构图1油轨2来自高压泵的进油3油轨压力传感器4限压阀5从油轨到油箱的回油管6流量限制器7通往喷油器的高压油管,3)工作方式。,(4)油轨压力传感器,1)作用。2)结构。,图3-16油轨压力传感器示意图1电气接头2求值电路3带有传感元件的膜片4高压接头5固定螺纹,(4)油轨压力传感器,3)工作方式。,(5)限压阀,1)作用。2)结构和工作方式。,图3-17限压阀结构图1高压接头2锥形阀头3通流孔4活塞5压力弹簧6限位件7阀体8回油孔,(5)限压阀,图3-18流量限制器示意图1通往油轨的接头2限位件3活塞4压力弹簧5外壳6通往喷油器的接头,(6)流量限制器,1)作用。2)结构。3)工作方式。,图3-19流量限制器在正常工作和有泄漏时的工作情况,(7)喷油器,1)作用。2)结构。,图3-20喷油器示意图1回油孔2电气接头3电磁阀4进油孔(来自油轨高压油)5球阀6回油节流孔7进油节流孔8阀控制室9阀控制柱塞10至喷嘴的进油道11喷油嘴针阀,(7)喷油器,3)工作方式。,图3-21喷雾锥角喷油嘴倾斜角喷雾锥角,(8)孔式喷油嘴,1)作用。2)应用。,图3-22有压力室式喷油嘴1针阀2升程限位面3进油孔4承压凸肩5针阀杆部6喷油嘴头部7喷油器体杆部8喷油器体肩胛面9盛油槽10针阀导向面11针阀体12定位销孔13密封面14针阀承压顶面,(8)孔式喷油嘴,3)结构。4)形式,图3-23无压力室式喷油嘴,六、电控装置,1.电控装置的组成2.传感器3.电控单元(ECU)4.执行器5.信息交流6.集中诊断,1.电控装置的组成,采集运行状况的传感器，它们将各种不同的物理参数转变为电信号。ECU，用于根据一定的数学计算过程(调节算法)处理信息，并发出指令电信号。执行器，用于将ECU输出的指令电信号转变为机械参数。,1.电控装置的组成,图3-24共轨喷油系统电控装置1高压泵2柱塞切断电磁阀3调压阀4燃油滤清器5带电动泵和滤网的油箱6ECU7蓄电池8油轨9油轨压力传感器10燃油温度传感器11喷油器12冷却液温度传感器13曲轴转速传感器14加速踏板位置传感器15凸轮轴位置传感器16空气流量计17增压压力传感器18进气温度传感器19涡轮增压器,采集运行状况的传感器，它们将各种不同的物理参数转变为电信号。,ECU，用于根据一定的数学计算过程(调节算法)处理信息，并发出指令电信号。,执行器，用于将ECU输出的指令电信号转变为机械参数。,2.传感器,(1)曲轴转速传感器气缸内的活塞位置对获得正确的喷油正时极为重要。(2)凸轮轴位置传感器凸轮轴控制进、排气门，它以曲轴转速的一半转动，其位置确定了向上止点运动的活塞是处于压缩冲程上止点还是排气冲程上止点。(3)温度传感器温度传感器用在多个地方：用在冷却液回路中，以便从冷却液温度推知发动机的温度(图3-26)；用在进气道中，以测定吸入空气的温度；用在机油中，以测定机油温度(可选装)；用在燃油回路中，以测定燃油温度(可选装)。,2.传感器,(4)热膜式空气流量计为了达到法定的废气排放限值，特别是在发动机动态工况下，必须保持应达到的空燃比，需使用能极为精确地确定实际吸入空气质量的传感器。(5)增压压力传感器增压压力传感器与进气管相通，可测定0.050.3MPa的进气管绝对压力。(6)加速踏板位置传感器与普通的分配泵或直列式泵不同，在柴油机电控装置中，驾驶者的加速要求不再是通过拉索或杆系传给喷油泵，而是用加速踏板位置传感器来获知，并传输给ECU。,(1)曲轴转速传感器气缸内的活塞位置对获得正确的喷油正时极为重要。,图3-25曲轴转速传感器1永久磁铁2传感器外壳3发动机机体4软铁心5电磁线圈6传感信号轮,(1)曲轴转速传感器气缸内的活塞位置对获得正确的喷油正时极为重要。,1)信号的产生。2)转速的计算。,(2)凸轮轴位置传感器凸轮轴控制进、排气门，它以曲轴转速的一半转动，其位置确定了向上止点运动的活塞是处于压缩冲程上止点还是排气冲程上止点。,(3)温度传感器温度传感器用在多个地方：用在冷却液回路中，以便从冷却液温度推知发动机的温度(图3-26)；用在进气道中，以测定吸入空气的温度；用在机油中，以测定机油温度(可选装)；用在燃油回路中，以测定燃油温度(可选装)。,(4)热膜式空气流量计为了达到法定的废气排放限值，特别是在发动机动态工况下，必须保持应达到的空燃比，需使用能极为精确地确定实际吸入空气质量的传感器。,3026.tif,(4)热膜式空气流量计为了达到法定的废气排放限值，特别是在发动机动态工况下，必须保持应达到的空燃比，需使用能极为精确地确定实际吸入空气质量的传感器。,图3-26冷却液温度传感器示意图1电插头2传感器外壳3负温度系数(NTC)电阻,(4)热膜式空气流量计为了达到法定的废气排放限值，特别是在发动机动态工况下，必须保持应达到的空燃比，需使用能极为精确地确定实际吸入空气质量的传感器。,图3-27负温度系数传感器的特性曲线,(4)热膜式空气流量计为了达到法定的废气排放限值，特别是在发动机动态工况下，必须保持应达到的空燃比，需使用能极为精确地确定实际吸入空气质量的传感器。,图3-28热膜式空气流量计示意图1电插头2电接线3求值电路(混合电路)4进气门5传感元件6出气门7传感器外壳,(5)增压压力传感器增压压力传感器与进气管相通，可测定0.050.3MPa的进气管绝对压力。,(6)加速踏板位置传感器与普通的分配泵或直列式泵不同，在柴油机电控装置中，驾驶者的加速要求不再是通过拉索或杆系传给喷油泵，而是用加速踏板位置传感器来获知，并传输给ECU。,3.电控单元(ECU),(1)任务和工作方式ECU计算外部传感器的信号，并把它们限制在允许的电压电平上。(2)使用条件对ECU提出了严格的要求：环境温度(在正常行车时为-40工作介质(机油、燃油等)的抵抗能力；环境湿度；机械应力。(3)结构ECU装在一个金属外壳中，传感器、执行器和电源经一个多针接插件与ECU连接。(4)工作状态的调节为使发动机在任何工况下都能以最佳的燃烧状态运行，要由ECU算出所需的喷油量，其间必须考虑各种参数(图3-29)。,(1)任务和工作方式ECU计算外部传感器的信号，并把它们限制在允许的电压电平上。,图3-29ECU喷油器的计算,(2)使用条件对ECU提出了严格的要求：环境温度(在正常行车时为-40工作介质(机油、燃油等)的抵抗能力；环境湿度；机械应力。,(3)结构ECU装在一个金属外壳中，传感器、执行器和电源经一个多针接插件与ECU连接。,(4)工作状态的调节为使发动机在任何工况下都能以最佳的燃烧状态运行，要由ECU算出所需的喷油量，其间必须考虑各种参数(图3-29)。,1)起动油量。2)行驶。3)怠速调节。4)运转平稳性调节。5)行车速度调节。6)限制油量调节。,图3-30转速波动阻尼功能1突然踩下加速踏板(驾驶者的要求)2无转速波动阻尼功能时的转速波动曲线3有转速波动阻尼功能时的转速变化曲线,(4)工作状态的调节为使发动机在任何工况下都能以最佳的燃烧状态运行，要由ECU算出所需的喷油量，其间必须考虑各种参数(图3-29)。,7)转速波动阻尼。8)停机。,4.执行器,(1)喷油器为了使喷油起始点合适和喷油量精确，共轨喷油系统使用了带液压伺服系统和电磁阀的喷油器。(2)调压阀ECU通过调压阀来控制油轨中的燃油压力。(3)预热控制器电热塞预热时间控制装置用于使冷起动更加顺利，并改善与废气排放有关的暖机阶段。(4)电-气转换器增压压力、涡流和EGR等调节器的阀或活门是借助于真空膜盒或压力膜盒进行机械操纵的。(5)节气门调节在带EGR的增压柴油机上，需要在进气管中废气再循环入口处前设置一个节气门。,(1)喷油器为了使喷油起始点合适和喷油量精确，共轨喷油系统使用了带液压伺服系统和电磁阀的喷油器。,(2)调压阀ECU通过调压阀来控制油轨中的燃油压力。,(3)预热控制器电热塞预热时间控制装置用于使冷起动更加顺利，并改善与废气排放有关的暖机阶段。,(4)电-气转换器增压压力、涡流和EGR等调节器的阀或活门是借助于真空膜盒或压力膜盒进行机械操纵的。,图3-31共轨喷油系统的执行器和其他组件1预热时间控制器2ECU3仪表盘(显示燃油消耗量和转速等)4蓄电池5预热塞6喷油器7EGR调节器8增压压力调节器9真空泵10涡轮增压器,(4)电-气转换器增压压力、涡流和EGR等调节器的阀或活门是借助于真空膜盒或压力膜盒进行机械操纵的。,图3-32增压压力调节器1增压压力调节器2真空泵3压力膜盒4涡轮增压器5废气放气阀,(4)电-气转换器增压压力、涡流和EGR等调节器的阀或活门是借助于真空膜盒或压力膜盒进行机械操纵的。,1)增压压力调节器。2)涡流调节器。3)EGR调节器。,(5)节气门调节在带EGR的增压柴油机上，需要在进气管中废气再循环入口处前设置一个节气门。,5.信息交流,(1)ECU的通信共轨喷油系统ECU与车辆上其他电控单元之间的通信是通过CAN总线进行的。(2)喷油量的外部干预发动机外部因素需干预喷油量时，由另一个系统(如制动防抱死系统、防侧滑调节系统等)电控单元来告知共轨喷油系统ECU是否需改变发动机的转矩或改变多少，从而相应改变喷油量。(3)电子防盗锁为防止车辆被盗，可借助于一个附加的防盗锁控制器切断喷油，使发动机无法起动。(4)空调装置在外界环境高温时，为保持车内适宜温度，空调装置可借助制冷压缩机冷却车内空气。,(1)ECU的通信共轨喷油系统ECU与车辆上其他电控单元之间的通信是通过CAN总线进行的。,(2)喷油量的外部干预发动机外部因素需干预喷油量时，由另一个系统(如制动防抱死系统、防侧滑调节系统等)电控单元来告知共轨喷油系统ECU是否需改变发动机的转矩或改变多少，从而相应改变喷油量。,(3)电子防盗锁为防止车辆被盗，可借助于一个附加的防盗锁控制器切断喷油，使发动机无法起动。,(4)空调装置在外界环境高温时，为保持车内适宜温度，空调装置可借助制冷压缩机冷却车内空气。,6.集中诊断,(1)传感器监控在监控传感器时，借助集中诊断来检查这些传感器是否得到足够的管理，它们的信号是否在许可范围(如冷却液温度在-40150之间)。(2)监控模块ECU除提供微处理器功能外，还提供监控模块。(3)故障识别仅在传感器的监控范围内才可能识别故障。(4)故障处理当传感器的容许信号范围被破坏时，可换接到某个预定值。,(1)传感器监控在监控传感器时，借助集中诊断来检查这些传感器是否得到足够的管理，它们的信号是否在许可范围(如冷却液温度在-40150之间)。,(2)监控模块ECU除提供微处理器功能外，还提供监控模块。,(3)故障识别仅在传感器的监控范围内才可能识别故障。,(4)故障处理当传感器的容许信号范围被破坏时，可换接到某个预定值。,3033.tif,(4)故障处理当传感器的容许信号范围被破坏时，可换接到某个预定值。,图3-33共轨喷油系统及其各种系统组件简图1高压泵2柱塞切断电磁阀3调压阀4燃油滤清器5带电动泵和滤网的油箱6ECU7预热时间控制器8蓄电池9油轨10油轨压力传感器11流量限制器12限压阀13燃油温度传感器14喷油器15预热塞16冷却液温度传感器17曲轴转速传感器18凸轮轴位置传感器19进气温度传感器20增压压力传感器21空气流量计22涡轮增压器23EGR调节器24增压压力调节器25真空泵26仪表盘(包括燃油耗和转速显示)27加速踏板位置传感器28制动开关29离合器开关30行驶速度传感器31行驶速度调节器旋钮32空调制冷压缩机33空调制冷压缩机旋钮34诊断显示/诊断仪接头,七、一汽大众BORA轿车TDI柴油机电控燃油喷射系统简介,1.TDI柴油机燃料供给系统的组成2.燃油泵的结构原理3.喷油器的结构原理,1.TDI柴油机燃料供给系统的组成,图3-34柴油机燃油供给系统的组成,1.TDI柴油机燃料供给系统的组成,图3-35燃油泵的安装位置,1.TDI柴油机燃料供给系统的组成,图3-36燃油泵的内部结构及工作原理,2.燃油泵的结构原理,3.喷油器的结构原理,(1)吸油阶段驱动喷油器的凸轮凸起部分转过后，喷油器柱塞在柱塞弹簧作用下向上移动，使高压腔内的容积增大；此时电磁阀线圈不通电，电磁阀针阀位于初始位置，供油管到高压腔内通道打开，燃油被吸入高压腔。(2)预喷射阶段当喷油器驱动凸轮通过摇臂和调整螺栓将喷油器柱塞压下时，高压腔内的部分燃油又被压回供油管，直到发动机控制单元给电磁阀线圈通电时，电磁阀针阀被吸向阀座，使高压腔到供油管的通道关闭；此后，高压腔内的油压随柱塞的继续下移而升高。,3.喷油器的结构原理,(3)主喷射阶段预喷射结束后，由于喷油器针阀关闭喷油孔，且电磁阀仍处于关闭位置，所以随喷油器柱塞的下移，高压腔内的燃油压力立即重新上升；当油压升高到约300bar时，喷油器针阀再次被顶起，主喷射开始。(4)喷油结束在主喷射开始后，当发动机控制单元给电磁阀线圈断电时，电磁阀针阀回位，高压腔到供油管的通道被打开，高压腔内的高压燃油迅速回流而泄压，喷油器针阀也在其弹簧作用下迅速关闭喷油孔，喷油器停止喷油。,3.喷油器的结构原理,图3-37喷油器结构,(1)吸油阶段驱动喷油器的凸轮凸起部分转过后，喷油器柱塞在柱塞弹簧作用下向上移动，使高压腔内的容积增大；此时电磁阀线圈不通电，电磁阀针阀位于初始位置，供油管到高压腔内通道打开，燃油被吸入高压腔。,(2)预喷射阶段当喷油器驱动凸轮通过摇臂和调整螺栓将喷油器柱塞压下时，高压腔内的部分燃油又被压回供油管，直到发动机控制单元给电磁阀线圈通电时，电磁阀针阀被吸向阀座，使高压腔到供油管的通道关闭；此后，高压腔内的油压随柱塞的继续下移而升高。,图3-38缓冲活塞行程,(2)预喷射阶段当喷油器驱动凸轮通过摇臂和调整螺栓将喷油器柱塞压下时，高压腔内的部分燃油又被压回供油管，直到发动机控制单元给电磁阀线圈通电时，电磁阀针阀被吸向阀座，使高压腔到供油管的通道关闭；此后，高压腔内的油压随柱塞的继续下移而升高。,图3-39收缩活塞工作位置,(3)主喷射阶段预喷射结束后，由于喷油器针阀关闭喷油孔，且电磁阀仍处于关闭位置，所以随喷油器柱塞的下移，高压腔内的燃油压力立即重新上升；当油压升高到约300bar时，喷油器针阀再次被顶起，主喷射开始。,(4)喷油结束在主喷射开始后，当发动机控制单元给电磁阀线圈断电时，电磁阀针阀回位，高压腔到供油管的通道被打开，高压腔内的高压燃油迅速回流而泄压，喷油器针阀也在其弹簧作用下迅速关闭喷油孔，喷油器停止喷油。,第三节怠速控制技术,一、车用柴油机怠速性能分析二、怠速控制策略,一、车用柴油机怠速性能分析,二、怠速控制策略,第四节进气控制技术,一、进气管理二、可变进气涡流机构三、进气预热装置,一、进气管理,图3-40大型柴油机的EGR系统图,一、进气管理,图3-41控制流程,一、进气管理,图3-42相对于过量空气系数(EGR量)的高压喷射效果,一、进气管理,图3-43考虑了EGR剩余空气量的过量空气系数估算法,一、进气管理,图3-44闭环EGR控制和开环EGR控制的比较,一、进气管理,图3-45柴油机控制系统,一、进气管理,图3-46目标发动机转矩计算原理图,一、进气管理,图3-47目标吸入空气量和目标燃油喷射量的计算原理图,一、进气管理,图3-48SCD系统概要,一、进气管理,3049.tif,一、进气管理,图3-49通过基于模型的多变量控制器(AVL)降低过渡工况排放的效果,二、可变进气涡流机构,图3-50可变进气涡流机构1控制阀2副进气道,二、可变进气涡流机构,图3-51发动机气道示意图,三、进气预热装置,第五节增压控制技术,一、柴油机涡轮增压技术现状二、现代化设计方法和制造技术方面三、新材料的应用方面四、涡轮增压技术的发展趋势,一、柴油机涡轮增压技术现状,(1)相继增压系统相继增压系统的基本工作原理是采用多个小型涡轮增压器，随着柴油机工况的提高，按次序地投入运行，改变了常规串联增压系统在低工况时由于排气能量减少而使涡轮转速下降，增压压力不足，从而出现燃烧恶化、功率下降的现象。(2)可变截面涡轮增压系统可变截面涡轮增压系统的基本工作原理是从低速到高速通过分段或连续改变涡轮截面，来提高发动机低工况时的过量空气系数。,一、柴油机涡轮增压技术现状,(3)低工况进排气旁通系统低工况进排气旁通系统的原理是当柴油机低速运行时，增压空气绕过气缸直接进入涡轮前的排气管，从而增大气体流量，提高发动机的增压压力，以避免发动机低工况的喘振，改善发动机低速工况性能。(4)废气旁通增压系统废气旁通增压系统以柴油机低负荷区域为设计匹配点，对无法兼顾的高负荷区，通过打开涡轮壳上与大气连通的一个可调节阀，释放多余废气能量。,(1)相继增压系统相继增压系统的基本工作原理是采用多个小型涡轮增压器，随着柴油机工况的提高，按次序地投入运行，改变了常规串联增压系统在低工况时由于排气能量减少而使涡轮转速下降，增压压力不足，从而出现燃烧恶化、功率下降的现象。,(2)可变截面涡轮增压系统可变截面涡轮增压系统的基本工作原理是从低速到高速通过分段或连续改变涡轮截面，来提高发动机低工况时的过量空气系数。,(3)低工况进排气旁通系统低工况进排气旁通系统的原理是当柴油机低速运行时，增压空气绕过气缸直接进入涡轮前的排气管，从而增大气体流量，提高发动机的增压压力，以避免发动机低工况的喘振，改善发动机低速工况性能。,(4)废气旁通增压系统废气旁通增压系统以柴油机低负荷区域为设计匹配点，对无法兼顾的高负荷区，通过打开涡轮壳上与大气连通的一个可调节阀，释放多余废气能量。,二、现代化设计方法和制造技术方面,三、新材料的应用方面,四、涡轮增压技术的发展趋势,第六节排放控制技术,一、NOx催化转化器的未来二、柴油发动机微粒过滤器系统,一、NOx催化转化器的未来,1.Nx吸附还原催化转化系统2.尿素SCR系统,1.Nx吸附还原催化转化系统,图3-52N吸附还原系统,2.尿素SCR系统,二、柴油发动机微粒过滤器系统,(1)PM降低性能的提高图3-53为应用各种DPF时的PM降低效果(颗粒浓度)。(2)DPF再生效率的提高对目前正在普及的DPF系统的再生，需要通过发动机控制(强制性升高排气温度、未燃燃料向废气中排出等)和氧化催化转化器的组合使DPF强制升温,这会引起燃油耗上升。(3)与NOx后处理系统的融合(小型化)与DPF一样,NOx后处理系统也是必不可少的,因此保证车辆上的安装空间是重大课题。,(1)PM降低性能的提高图3-53为应用各种DPF时的PM降低效果(颗粒浓度)。,图3-53DPF降低PM的效果,(2)DPF再生效率的提高对目前正在普及的DPF系统的再生，需要通过发动机控制(强制性升高排气温度、未燃燃料向废气中排出等)和氧化催化转化器的组合使DPF强制升温,这会引起燃油耗上升。,(3)与NOx后处理系统的融合(小型化)与DPF一样,NOx后处理系统也是必不可少的,因此保证车辆上的安装空间是重大课题。,第七节起动控制技术,一、应急起动措施二、升温起动措施三、不同冷起动辅助措施的使用性能分析,一、应急起动措施,1.起动液2.进气预热3.燃烧室电热塞4.低温机油5.防冻液6.起动电动机、新型高能蓄电池和蓄电池保温装置,1.起动液,图3-54电热塞型进气预热装置工作原理示意图1蓄电池2开关3电热塞4进气管,2.进气预热,(1)电热进气预热装置电热进气预热装置是用电热元件加热进气，把电能转变为热能的装置。(2)火焰进气预热装置火焰进气预热装置是通过预热塞使柴油在进气管内燃烧加热进气的装置，由预热塞、供油系统及控制系统组成。(3)双热源进气预热装置双热源进气预热装置是在进气系统布置1个具有一定质量的加热储能体，起动前68min(在-41左右的极低温度下，可延长至10min)，用小电流将储能体加热到设定温度。,(1)电热进气预热装置电热进气预热装置是用电热元件加热进气，把电能转变为热能的装置。,(2)火焰进气预热装置火焰进气预热装置是通过预热塞使柴油在进气管内燃烧加热进气的装置，由预热塞、供油系统及控制系统组成。,图3-55PTC电热陶瓷进气预热加热器示意图1加热器壳体2隔热层3阻风门4固定架5储能芯片6PTC电热元件7指示灯8电流表9蓄电池10发电机,(3)双热源进气预热装置双热源进气预热装置是在进气系统布置1个具有一定质量的加热储能体，起动前68min(在-41左右的极低温度下，可延长至10min)，用小电流将储能体加热到设定温度。,图3-56Micronova电热塞结构,3.燃烧室电热塞,4.低温机油,5.防冻液,6.起动电动机、新型高能蓄电池和蓄电池保温装置,1)采用起动电动机。2)使用低温性能好的高能蓄电池，如镍氢电池、镍镉电池、锌-空气电池、燃料电池和钠硫电池等。)使蓄电池处于温暖状态。,1)采用起动电动机。,2)使用低温性能好的高能蓄电池，如镍氢电池、镍镉电池、锌-空气电池、燃料电池和钠硫电池等。,图3-57蓄电池加热保温装置构成示意图1保温箱2加热板3感温塞4控制器5负载6蓄电池7发电机8开关9指示灯,)使蓄电池处于温暖状态。,二、升温起动措施,1.BW系列燃油加热器2.高海拔、低温燃油加热器,1.BW系列燃油加热器,图3-58ZYJ-20/40型燃油加热器结构示意图1进水口2进油口3缠绕在加热器体上的预热油管段4出水口5回油口6进气孔7喷油嘴8柴油预热器9排气管10燃烧室11水套,2.高海拔、低温燃油加热器,表3-2ZYJ-型燃油加热器性能参数,三、不同冷起动辅助措施的使用性能分析,1)当环境温度高于-5时，使用低温机油和防冻液。2)当环境温度在-20-5时，使用冷起动液、低温蓄电池或蓄电池保温装置都可以起动发动机，但发动机工作粗暴，对柴油机损害较大。3)当环境温度高于-30时，在使用低温蓄电池的前提下，采用储能型PTC电热陶瓷进气预热加热器、火焰进气预热装置。4)当环境温度在-41-30时，使用低温蓄电池和储能型PTC电热陶瓷进气预热加热器或采用燃油加热器均可使冷态的柴油机顺利起动，但由于储能型PTC电热陶瓷进气预热加热器属于应急起动措施，所以使用燃油加热器起动更能提高柴油机的起动性能。,三、不同冷起动辅助措施的使用性能分析,1.柴油机电控技术有哪两个明显的特点？柴油机电控系统主要有哪些控制功能？柴油机电控燃油喷射系统有什么优点？2.共轨电控喷射系统由哪几部分组成？共轨电控喷射系统的主要特点有哪些?它是如何改善发动机性能原理的？3.共轨喷油系统的低压供油部分燃油箱(带有滤网)、输油泵、燃油滤清器及低压油管各有何作用?4.共轨喷油系统高压部分高压泵、调压阀、油轨、油轨压力传感器、限压阀、流量限制器、喷油器的作用分别是什么？5.采用共轨喷油系统的柴油机，其电控装置分为哪几个分系统？,三、不同冷起动辅助措施的使用性能分析,6.共轨喷油系统的柴油机有哪些传感器，它们分别是如何工作的？7.预喷射阶段喷油器是如何工作的?预喷射阶段的时间长短受到哪些因素影响？8.车用柴油机怠速存在哪些问题?为什么要采用怠速控制技术?怠速控制策略需要综合考虑哪些因素？9.进气控制技术中为什么采用可变进气涡流机构和进气预热装置?10.随着增压技术进入了黄金发展时期，目前柴油机增压控制技术有哪些增压系统？11.如何诊断柴油发动机故障?有哪些诊断技术和方法？,1)当环境温度高于-5时，使用低温机油和防冻液。,2)当环境温度在-20-5时，使用冷起动液、低温蓄电池或蓄电池保温装置都可以起动发动机，但发动机工作粗暴，对柴油机损害较大。,3)当环境温度高于-30时，在使用低温蓄电池的前提下，采用储能型PTC电热陶瓷进气预热加热器、火焰进气预热装置。,4)当环境温度在-41-30时，使用低温蓄电池和储能型PTC电热陶瓷进气预热加热器或采用燃油加热器均可使冷态的柴油机顺利起动，但由于储能型PTC电热陶瓷进气预热加热器属于应急起动措施，所以使用燃油加热器起动更能提高柴油机的起动性能。,1.柴油机电控技术有哪两个明显的特点？柴油机电控系统主要有哪些控制功能？柴油机电控燃油喷射系统有什么优点？,2.共轨电控喷射系统由哪几部分组成？共轨电控喷射系统的主要特点有哪些?它是如何改善发动机性能原理的？,3.共轨喷油系统的低压供油部分燃油箱(带有滤网)、输油泵、燃油滤清器及低压油管各有何作用?,4.共轨喷油系统高压部分高压泵、调压阀、油轨、油轨压力传感器、限压阀、流量限制器、喷油器的作用分别是什么？,5.采用共轨喷油系统的柴油机，其电控装置分为哪几个分系统？,6.共轨喷油系统的柴油机有哪些传感器，它们分别是如何工作的？,7.预喷射阶段喷油器是如何工作的?预喷射阶段的时间长短受到哪些因素影响？,8.车用柴油机怠速存在哪些问题?为什么要采用怠速控制技术?怠速控制策略需要综合考虑哪些因素？,9.进气控制技术中为什么采用可变进气涡流机构和进气预热装置?,10.随着增压技术进入了黄金发展时期，目前柴油机增压控制技术有哪些增压系统？,11.如何诊断柴油发动机故障?有哪些诊断技术和方法？,第四章新型能源动力汽车,第一节代用燃料第二节太阳能汽车第三节燃料电池汽车,第一节代用燃料,一、代用燃料汽车的分类二、主要应用的代用燃料及其特点,一、代用燃料汽车的分类,图4-1新能源汽车分类,二、主要应用的代用燃料及其特点,1.氢气(H2)2.醇类燃料3.天然气(NG)4.液化石油气(LPG)5.二甲醚6.生物燃料7.新配方汽油8.复合燃料9.电动汽车,1.氢气(H2),图4-2电解法制取氢气,2.醇类燃料,(1)甲醇甲醇是从天然气、石油和煤炭中提取的，其中一半以上来自天然气。(2)乙醇乙醇是最早开发的代用燃料,乙醇燃料以掺烧或纯烧方式已成功地用于汽油机上，汽油醇(gasohol)混合燃料在巴西、美国已应用许多年，技术上已十分成熟。,(1)甲醇甲醇是从天然气、石油和煤炭中提取的，其中一半以上来自天然气。,图4-3我国的甲醇加油站,(2)乙醇乙醇是最早开发的代用燃料,乙醇燃料以掺烧或纯烧方式已成功地用于汽油机上，汽油醇(gasohol)混合燃料在巴西、美国已应用许多年，技术上已十分成熟。,图4-4从玉米中提炼醇类,(2)乙醇乙醇是最早开发的代用燃料,乙醇燃料以掺烧或纯烧方式已成功地用于汽油机上，汽油醇(gasohol)混合燃料在巴西、美国已应用许多年，技术上已十分成熟。,图4-5天然气加气站,3.天然气(NG),4.液化石油气(LPG),表4-1氢气、天然气(甲烷)、液化石油气(LPG)安全特性比较表,5.二甲醚,图4-6我国自主研制的甲醚汽车,5.二甲醚,图4-7从植物中提炼生物燃料,6.生物燃料,图4-8植物油制备生物柴油流程图,7.新配方汽油,8.复合燃料,9.电动汽车,(1)混合动力混合动力车又称复合动力车，它将先进的燃油或代用燃料发动机、电动机、能量储存装置(如蓄电池等)结合起来工作。(2)蓄电池蓄电池电动汽车(EV)通常简称为电动车。(3)燃料电池最通俗、最简单地表述燃料电池的工作原理是：对氢气和氧气经过化学反应所产生的电能，通过外部电路来加以利用。,(1)混合动力混合动力车又称复合动力车，它将先进的燃油或代用燃料发动机、电动机、能量储存装置(如蓄电池等)结合起来工作。,(2)蓄电池蓄电池电动汽车(EV)通常简称为电动车。,表4-2电动汽车与内燃机汽车的性能和用途比较,(3)燃料电池最通俗、最简单地表述燃料电池的工作原理是：对氢气和氧气经过化学反应所产生的电能，通过外部电路来加以利用。,第二节太阳能汽车,一、太阳能电池技术二、太阳能汽车的发展现状三、太阳能汽车技术四、展望,一、太阳能电池技术,图4-9太阳能电池原理与结构,二、太阳能汽车的发展现状,1.国外太阳能汽车的发展2.我国太阳能汽车发展,1.国外太阳能汽车的发展,图4-10太阳能赛车,2.我国太阳能汽车发展,(1)太阳能在汽车上应用一般只涉及汽车的辅助电源系统。(2)所有以太阳能作为驱动能源的专利产品中，太阳能所占的能源比例份额太少。,(1)太阳能在汽车上应用一般只涉及汽车的辅助电源系统。,(2)所有以太阳能作为驱动能源的专利产品中，太阳能所占的能源比例份额太少。,三、太阳能汽车技术,1.汽车底盘2.太阳能电池方阵3.电力系统4.电力控制系统5.驱动6.机械系统,1.汽车底盘,1)空间框架结构。2)半单体横造或碳纤维。3)单体横造。,1)空间框架结构。,2)半单体横造或碳纤维。,3)单体横造。,2.太阳能电池方阵,图4-11采用太阳能电池作为能源的电动汽车能流图,3.电力系统,1)铅酸蓄电池。2)镍镉蓄电池。3)锂电池。4)锂聚合物电池。,1)铅酸蓄电池。,2)镍镉蓄电池。,3)锂电池。,4)锂聚合物电池。,4.电力控制系统,图4-12太阳能供电系统示意图,5.驱动,1)单减引导式驱动。2)变频履带式驱动。3)轴式驱动。,1)单减引导式驱动。,2)变频履带式驱动。,3)轴式驱动。,6.机械系统,四、展望,第三节燃料电池汽车,一、燃料电池概述二、国内外燃料电池汽车的发展状况三、燃料电池汽车(FCEV)的基本结构和工作原理,一、燃料电池概述,1.分类2.燃料电池的特点,1.分类,表4-35种燃料电池的主要特征比较,2.燃料电池的特点,1)高效率。2)高可靠性。3)较好的环境效益。4)良好的操作性能。,1)高效率。,2)高可靠性。,3)较