柴油机电子控制系统 课件

1、汽,车,新,技,术,柴油机电子控制系统,汽,车,新,技,术,一、柴油机电子控制技术的发展状况,国际上受日益严格的排放法规限止，目前,柴油机电子控制技术在国外达到,60%-90%,优点：改善柴油机动力性、经济性、降低排放,和噪音。,汽,车,新,技,术,二、柴油机电子控制系统内容及功能,8,进气涡流强度控制,9,起动预热控制,10,故障自诊断及,故,障保护功能,2,喷油正时控制,3,怠速控制,4,各缸喷油量不均,匀修正,5,排气再循环控制,7,增压控制,6,进气节流控制,1,喷油量控制,汽,车,新,技,术,一、喷油量控制,?,发动机转速信号,（基本喷油量）,?,节气门位置,/,加速踏板信号,（基本

2、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,汽,车,新,技,术,二、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。,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。,汽,车,新,技,术,三、怠速控制,由于发电机、空调动力转向等辅助装,置工作状态

3、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。,汽,车,新,技,术,四、各缸喷油量不均匀修正,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。,汽,车,新,技,术,五、排气再循环控制,减少排气中的,NO,X,排放量，与汽油机电,控系统相同。,七、增压控制,电控系统控制增压压力和进气量、空燃比。,六、进气节流控制,系统

4、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。,汽,车,新,技,术,八、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。,九、起动预热控制,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。,十、故障自诊断及故障保护功能,此项与汽油机电控系统的故障自诊断失效保护功能,基本相同。,汽,车,新,技,术,三、柴油机电了控制系统的控制方式,控制方式可分为三大类：,1,、开环控制、,2,、闭环控制、,3,、开环,闭

5、环综合控制,汽,车,新,技,术,1,、开环控制,特点：用电子控制装置取代喷油提前调节装置。,结构：分配泵凸轮滚环液压正时活塞电磁阀控制（燃,油反馈压力）,电磁阀控制单元转速、冷却水温、总供油量由电控单,元贮存的最佳供油提前角发出指令。,汽,车,新,技,术,2,、闭环控制,电控单元根据喷油传感器着火正时传感器反馈,信号通过电磁阀控制正时活塞达到最佳正时供,油提前角。,汽,车,新,技,术,3,、开环,闭环综合控制,电控单元把开环,闭环综合起来，调,整实际喷油正时出现误差。进行误差补,偿。通常在相邻两次喷油间就能达到调,整点。,汽,车,新,技,术,柴油机电子控制的组成及工作原理,1,、提高柴油机的经

6、济性降低排放污染,确定最佳喷油提前角，和精确的喷油,量。发动机转速、负荷、冷却水温、进气,温度、燃油温度、压力等。,2,、提高发动机工作可靠性,防止齿条卡死“飞车”减油复位同时,迅速切断高压泵时油，关闭进气通道。,汽,车,新,技,术,3,、对柴油机运行工况进行实际高精度控制,微机对各种运行参数信息，进行监测处,理迅速调节控制。实现柴油机运行工况实时,高精度控制。,4,、较强的适应性,对于不同用途不同机型的柴油机，柴油,机电子控制系统应有较强的适应性。主要是,电控单元,EPROM,的软件程序调整产品匹配适,应能力。,汽,车,新,技,术,柴,油,机,电,控,系,统,汽,车,新,技,术,柴油机电子控

7、系统组成,与汽油机一样仍然有信号输入装置、电控单元、,执行器三部分。,一、传感器信号输入,1,、油门踏板位置传感器,反应发动机的负荷信号及怠速确认，主控信号。,2,、转速传感器、曲轴位置传感器,主控信号与加速踏板位置传感器共同决定喷油,量和喷油提前角。,3,、泵角传感器,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。,汽,车,新,技,术,4,、着火正时传感器,检测燃烧室开始燃烧时刻修正喷油正时,5,、冷却液温度传感器,控制发动机工作温度，修正喷油量与喷油正时。,6,、进气温度传感器,检测进气温度、修正喷油量与喷油正时。,7,、进气压力传感器,检测进气压力、修正喷油量

8、与喷油正时。,8,、溢流环位置传感器,检测溢流控制电磁铁的电枢位置，以反馈控制溢,流环位置。,汽,车,新,技,术,9,、正时活塞位置传感器,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,。,10,、控制杆位置传感器,检测电子控制柱塞式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,11,、控制套筒位置传感器,检测电控分配式喷油泵调整器中控制筒位置将,喷油量增减信号反馈给,ECU,汽,车,新,技,术,12,、发动机点火开关信号、空调信号、动力转,向油压开关信号、空挡起动开关信号,汽,车,新,技,术,二、电子控制单元,ECU,功能与组成汽油机电控单元基本相同。,三

9、、执行器,电动调速器、溢流控制电磁铁、电子,控制正时控制阀、电子控制正时器、电,磁溢流阀、高速电磁阀、电子液力控制,喷油器等。,汽,车,新,技,术,柴油机电子控制系统类型结构及工作原理,一、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：,1,、柱塞式、,2,、分配式,汽,车,新,技,术,1,、电子控制柱塞式喷油泵,传感器：,加速踏板位置传感器,水温传感器,N-TDC,传感器（转速,-,凸轮轴位置传感器）,起动开关、空调开关,2,、实际动作反馈信号：,时间传感器,控制杆位置传感器（电动调速器内）,汽,车,新,技,术,ECU,对输入控制信号和反馈进行分析处

10、理,计算发出相应的喷油量及喷油提前角命令,执行元件：电动调速器、电磁阀、执行精确喷油,量和喷油提前角。,1,、喷油量控制,ECU,控制电动助推器,上下移动，通过联杆机构变,为控制杆水平移动，实现喷,油量的增减控制。,汽,车,新,技,术,2,、喷油提前角控制,ECU,控制电磁阀来控制发动机机油,泵进入时间控制器的油压，使时间控制器,动作改变喷油泵凸轮轴与油泵驱动轴曲轴,相对位置来实现的。,汽,车,新,技,术,电磁阀结构双组式,P,孔道发动机主油道进入电,磁阀,R,孔道回流通道，一部分机,油流回发动机油底壳。,A,孔道控制油压流入时间控,制器。,ECU,控制电磁阀调节,R,孔,的回流量从而控制控制

11、,A,通往,时间控制器的油压控制调节活,塞位置来实现喷油提前调节。,汽,车,新,技,术,时间控制器结构,组成：缸筒、活塞、,大小凸轮、法兰园盘,受电磁阀控制的油,压大小、活塞位置发生改,变通过活塞上的销带动,凸轮偏转带动法兰偏转一,定,角度实现喷油提前调节,。,汽,车,新,技,术,2,、电子控制分配式喷油泵,组成：,输入信号：加速踏板位置传感器、转速传感器、,水温感器、燃油温度传感器、起动开关,反馈信号：套筒位置传感器,电控单元分析处理计算发出喷油量及喷油提前角参数命令。,执行元件电动调速器时间控制器接受,ECU,指令精确控制喷,油量和喷油提前角。,汽,车,新,技,术,汽,车,新,技,术,油量

12、调节,器,N146,调节活塞位置,传感器,G149,燃油温度传感器,G81,汽,车,新,技,术,供油提前角自动调节机构,供油提前角调,节阀,N108,汽,车,新,技,术,供油提前角调节油缸,弹簧,提前,滚轮,传力销,压力腔,与输油泵吸,入端相通,供油提前角调,节阀,N108,汽,车,新,技,术,燃油切断电磁阀,N109,弹簧,电磁铁,供油孔,压缩室,停,机,断,油,示,意,图,汽,车,新,技,术,汽,车,新,技,术,1,、喷油量控制,是由,ECU,控制电动,调速器中的控制套筒的,位置来实现增减喷油量。,转子式电磁执行器和油,量控制机构组成,工作原理：,非对称磁极芯上绕有线圈,ECU,根据有关输

13、入信号可,通过改变占空比的方法控制流入线圈电流大小使转子在,0-,60%,范围内旋转，通过转子轴端偏心安装的滚珠改变控制,套筒的位置来实现喷油量的增减控制，转子上端有控制套,筒位置传感器用以向,ECU,反馈喷油量的变化情况。,汽,车,新,技,术,2,、喷油提前角的控制,电控分配泵喷油提前角的控制由,时间控制器（定时器）控制,原理迅时控制阀受,ECU,控制,正时活塞高压室和低压室的中间,通路，控制通往正时活塞高压室,的油压来实现对喷油提前角的控制。,当正时控制阀线圈通电时高低压室相通正时活塞两端,压力差消失，回位弹簧作用正时活塞回位使喷油时间推迟，,反之正时控制阀断电，使喷油时间提前。,汽,车,

14、新,技,术,柴油机轿车用电子控制,VE,型喷油泵,（,COVEC-I,）日本五十铃公司,4FB1,柴油机,电子控制系统（,1-TEC,）,汽,车,新,技,术,电动调速器的构成,汽,车,新,技,术,电动调速器剖面原理,汽,车,新,技,术,本田,2L-THE,型柴油机电子控制系统,ECD,有,ECD-,型和,ECD-,两种。,ECD-,型仍保留一部分机械控制机构只是喷油量及,喷油提前角采用电子控制方式喷油量是采用电磁铁,控制杆移动溢流环的位置来实现的。,ECD-,型在喷油量的控制方式有根本改变它是通过,ECU,控制电磁溢流阀、定时开关溢流通路实现控制,喷油量的同时采用了着火正时传感器检测柴油混合,

15、气开始燃烧时刻更精确的控制喷油提前角。,汽,车,新,技,术,ECD-,型柴油机电子控制系统,输入信号：转速传感器、加速踏板位置、水温、进,气温度、进气压力、发动机开关、空调、,P/N,档开,关。,反馈信号：溢流环位置、正时活塞位置,控制喷油量的执行器：溢流控制电磁铁、喷油提前,正时控制阀、进气节流阀、废气再循环、真空控制,阀。,汽,车,新,技,术,汽,车,新,技,术,1,、喷油量控制,溢流控制,电磁铁使控制,杆移动控制溢,流环的位置来,实现。流入定,子线圈的电流,在,0.4-0.9A,变化。,汽,车,新,技,术,2,、喷油提前角,正时控制电磁阀，控制正时来完成控制高低,压室的柴油压力差来实现。

16、,五十铃,4FB1-TEC,丰田公司的,2L-THE,柴油机,ECD-,型、,ECD-,均采用这种喷油正时控制方式。,汽,车,新,技,术,ECD-,型柴油机电子控系统,1,、喷油量,只有燃油特征修正、低温起动修正、急减速修正。,2,、喷油提前角,对负荷、转速、温度、压力、修正、实际燃烧开始,时间修正、减小燃油十六烷值和大气条件变化的影响。,3,、怠速控制,空调、发电机、动力转向、,P/N,档开关、引起发动,机负荷变化，电控单元仍控制在目标稳定怠速同时反馈控,制方式控制怠速喷油量,汽,车,新,技,术,汽,车,新,技,术,4,、各缸喷油量不均匀修正,通过曲轴位置传感器检测曲轴转速变化来判断,利用电

17、磁溢流阀的快速响应及时修正各缸喷油量降低,发动机波动,5,、进气节流控制,是通过,ECU,控制电磁阀来控制进气节流阀控制,怠速进气量，停车时关断进气降低怠速噪声停机振动。,6,、排气再循环控制,减少排气中的,NO,X,排放量，与汽油机电控系统相同。,汽,车,新,技,术,7,、起动预热控制,通过,ECU,控制预热塞的通电时间来提高柴,油机低温起动和低温怠速运转。,8,、故障自诊断及安全保护功能,与汽油机一样，出现故障跛行运转，点亮,发动机故障灯缓慢回家。,汽,车,新,技,术,1,、喷油量控制,控制柱塞泵高压室与低压室的通路溢流阀的开,启时刻改变柱塞的泵油行程（有效行程）来实,现,ECD-,型系统

18、电磁溢流阀直接控制溢流通,路简单迅速、喷油量精确。,a,、停止喷油器干脆,b,、关闭时能保持高压室燃油压力,c,、响应快发动机高速时也能精确控制喷油量,d,、电磁阀线圈为,12V,或,12V,以下，功率消耗,小,汽,车,新,技,术,ECD-,系统电磁溢流阀,双重阀结构，主阀为液,压阀，开闭受燃油压力,控制、辅助阀为电磁阀,开闭受,ECU,控制。,汽,车,新,技,术,ECD-,系统电磁溢流阀工作过程,1,、压缩喷射,ECU,向辅助阀通电辅助阀，关闭主阀右侧,压力大于左侧压力关闭喷油器喷油,2,、辅助溢流,ECU,切断辅助阀电流、辅阀打开主阀右侧,压力小于左侧压力右移增容减压,3,、主溢流辅助阀打

19、开，泄压、主阀左移高压室,压力迅速降低停止喷油,汽,车,新,技,术,汽,车,新,技,术,ECD-,系统喷油量控制方式,共,65,齿在,90,间隔上有四处缺,2,个齿两面个齿,所对应的泵轴转角为,5.625,对应曲轴转角为,11.25,每一个缺齿部分的第一泵角脉冲信号对应的,正好是柱塞开始泵油的位置,0,度,喷油量不会因喷油提前角的改变而受影响,汽,车,新,技,术,1,、喷油提前角的控制方式,ECU,根据泵角传感器和曲轴转角传感器,来确定喷油提前角，,泵角是开始喷射,信号曲轴位置是,基准位置参考,汽,车,新,技,术,确定基本提前角喷油提前角加速踏板位置和转,速信号修正。,曲轴位置传感器,安装位置

20、,曲轴,360,转角,产生一个脉冲信号（新型）在曲柄上,油泵驱动轮上（旧型）曲轴,720,转角产生一个脉,冲信号,新型曲轴位置传感器大大提高了喷油提前角精度,汽,车,新,技,术,2,、起动时喷油提前角控制,起动时,ECU,根据加速踏板、车速、起,动开关控制正时阀来控制喷油提前角开环,控制在,ECD-,系统改变曲轴位置传感器位,置（新型）使开环转为闭环反馈控制时的,发动机低转速范围、减小每次起动时间偏,差改善起动性能。,汽,车,新,技,术,3,、着火正时传感器,燃烧的光通过石英棒导入光敏三极管转为电信,号，,ECU,根据实际着火时刻修正喷油提前角，,1,、减,小因大气压力变化对发动机的影响，,2

21、,、减小因不同,十六烷值对发动机的影响，,3,、减小因喷油泵机械结,构差异及其它因素对发动机的影响。,汽,车,新,技,术,喷油泵,喷油器式电控系统,用高速电磁阀来,控制喷油泵,喷油器,汽,车,新,技,术,泵喷嘴,泵喷嘴必须安,装到位。若泵,喷嘴与缸盖不,垂直，禁固螺,栓会松动，引,起泵喷嘴或缸,盖的损坏。,汽,车,新,技,术,泵喷嘴结构与传动机构,汽,车,新,技,术,1,、通过高速电磁阀开闭控制高压燃油回油通,路的开闭时刻从而控制喷油开始及停止的时,刻来实现对喷油提前角及喷油量控制,2,、高速电磁阀受,ECU,控制,ECU,根据发动机转速加速踏板位置水温,进气温度及压力传感器输入信号分析处理计

22、,算出相应的最佳控制参数值控制电磁阀线圈,电流导通与关断的时刻及通电时间长短，实,现对喷油提前角及喷油量的实时控制,汽,车,新,技,术,图为美国,Lucas,公司开发,的重型卡车用的电控,EUI,喷油泵,喷油器,汽,车,新,技,术,电控,EUI,喷油泵,喷油器系统,汽,车,新,技,术,ECU,根据柴油机转速，加速踏板位置水温增压压力,等传感器信号控制喷油泵,喷油器上的电磁阀实现,对提前角及喷油量控制。,汽,车,新,技,术,Caterpillar,公司开发的,HEUI,（,Hydraulic,Electronic unit Injector,）,电控喷油系统,特点：喷油泵的柱塞,采用液压驱动，喷

23、油,压力等控制不受发,动机转速及负荷影响,汽,车,新,技,术,柱塞式高压滑动油泵将压力升高到,4-23 Mpa,泵,入蓄压总管，控制阀作用在加压柱塞上，使加,压柱塞下面的小活塞能产生,30-120 Mpa,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）,汽,车,新,技,术,HEUI,泵,-,喷嘴,汽,车,新,技,术,电子控制预行程可控制喷油泵,喷油泵的喷射压力对柴油机可燃混合气,的形式及燃烧盾量影响很大，尤其是直喷式柴,油机为了获得良好的燃烧性能，要求喷油压力,较高（柴油雾化）高压油管的压力在普通柴油,机上没有发动机的转速变化成正比，转速高压,

24、力高转速低压力低，压力的变化引起喷油量时,间发生变化，为了保证高速时管压不至于过高,低速时不至于过低电控预行程喷油可控式喷油,泵正是这一种电控供油速率可控泵来完成的。,汽,车,新,技,术,1,、原理,柱塞套筒下方设有一个控制套筒通过调节杆的上,下移动来控制预行程量的变化,二是进油口设置在柱塞上燃油的喷射过程与普通,喷油泵不同,汽,车,新,技,术,进油过程,凸轮升程低位置时，柱塞上的进油孔位于控制筒,的下边，燃油从柱塞的进油孔进入压力室，压力,室与储油室相通，压力室压力室压力不会升高。,汽,车,新,技,术,开始压油,当柱塞被凸轮顶起，开始上升柱塞的进油,孔，被控制套筒关闭，所对应的凸轮升程即为预,行程，压力室压力开始上升并开始压油,汽,车,新,技,术,喷油过程,柱塞上有凹槽与柱塞中心进油孔相通柱塞上,行至进油孔被控制套筒关闭起，到柱塞上凹,槽与控制筒上出油孔连通为止，此间柱塞上,的进油凹槽均被关闭，随着柱塞的上升压力,室的燃油被压送到喷油器（即喷油行程）柱,塞的这段行程为有效泵油行程。,柱塞总行程（凸轮升程所决定）一定时，预,行程越大有效行程越小，泵油量越小，喷油,量越少，反之越多。,汽,车,新,技,术,停止喷油,柱塞上的,凹槽与控制筒上的出油口连通,时，压力室的高压燃油通过柱塞上的出油口凹