电控发动机维修技术6

1、第六章柴油机电控技术第六章柴油机电控技术 一、柴油机电控技术发展的必然性一、柴油机电控技术发展的必然性 1. 石油危机石油危机 要降低柴油机油耗，必须在各种工况下对循环供油量要降低柴油机油耗，必须在各种工况下对循环供油量 和喷油提前角精确控制。和喷油提前角精确控制。 2. 环境污染环境污染 要降低要降低NOx和和PM排放，必须对喷油正时精确控制排放，必须对喷油正时精确控制 3. 电子技术的发展电子技术的发展 单片机技术发展，提高了控制精度和处理信息的能力单片机技术发展，提高了控制精度和处理信息的能力 第一节第一节 概述概述 二二. 柴油机电控系统的基本组成柴油机电控系统的基本组成 第一代第一代

2、 位置控制式电控喷油系统位置控制式电控喷油系统 保留了传统的喷油保留了传统的喷油泵泵-高压油高压油管管-喷油喷油嘴嘴系统，只是对系统，只是对 齿条（直列泵）或滑套（分配泵）的运动位置实现电齿条（直列泵）或滑套（分配泵）的运动位置实现电 子控制。子控制。 第二代第二代 时间控制式电控喷油系统时间控制式电控喷油系统 用高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。通过高用高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。通过高 速电磁阀关闭时刻和关闭时间长短控制喷油正时和喷速电磁阀关闭时刻和关闭时间长短控制喷油正时和喷 油量。可保留了传统的喷油泵油量。可保留了传统的喷油泵-高压油管高压油管-喷油嘴系统，喷油嘴系统，

3、或新型的高压燃油系统（只承担供油加压作用）。或新型的高压燃油系统（只承担供油加压作用）。 第三代第三代 时间时间-压力控制式电控喷油系统电控共轨系统压力控制式电控喷油系统电控共轨系统 用一个高压油泵以一定速比（与发动机转速比）连续用一个高压油泵以一定速比（与发动机转速比）连续 将高压燃油送入共轨内，然后送入喷油器，用高速电将高压燃油送入共轨内，然后送入喷油器，用高速电 磁阀控制喷射。磁阀控制喷射。 三三. 柴油机电控系统的分类柴油机电控系统的分类 1.可实现高压喷射。共轨压力可达可实现高压喷射。共轨压力可达200MPa 2.喷射压力独立于发动机转速。可改善低速性能喷射压力独立于发动机转速。可改

4、善低速性能 3.可实现预喷射。实现理想喷油规律可实现预喷射。实现理想喷油规律 4.喷油定时和喷油量可自由选定。喷油定时和喷油量可自由选定。 5.有良好的喷射特性，可优化燃烧过程。改善油耗、噪声有良好的喷射特性，可优化燃烧过程。改善油耗、噪声 和排放和排放 6.结构简单。可靠性好，适应性强。结构简单。可靠性好，适应性强。 分类：分类： 高压共轨：高压共轨：共轨压力共轨压力120MPa以上，高压输油泵到喷嘴均以上，高压输油泵到喷嘴均 处于高压状态；处于高压状态； 中压共轨：输油泵输出压力中压共轨：输油泵输出压力1030MPa，进入喷油器中被，进入喷油器中被 增压器加压到增压器加压到120MPa以上

5、。以上。 电控共轨系统的优点：电控共轨系统的优点： 一、电控共轨式燃油系统的基本组成一、电控共轨式燃油系统的基本组成 第二节第二节 柴油机电控共轨系统原理柴油机电控共轨系统原理 1. 控制系统控制系统 2.燃料供给系统燃料供给系统 组成：组成： 供油泵、共轨和喷油器供油泵、共轨和喷油器 ECD-U2系统是一种电控无液压放大的高压共轨系统，它具有共轨系统是一种电控无液压放大的高压共轨系统，它具有共轨 式喷油系统的基本组成和结构。式喷油系统的基本组成和结构。 二、日本电装二、日本电装ECD-U2高压共轨式燃油系统高压共轨式燃油系统 由传感器、电由传感器、电 控单元和执行控单元和执行 器等组成的控器

6、等组成的控 制系统，对循制系统，对循 环喷油量、环喷油量、 喷油正时、喷喷油正时、喷 油速率和喷油油速率和喷油 压力进行压力进行“时时 间压力控制间压力控制”。 该系统高压喷该系统高压喷 油泵为电磁阀油泵为电磁阀 PCV（油泵控（油泵控 制阀）控制的制阀）控制的 2缸直列泵缸直列泵 类似直列泵，通过凸轮和柱塞类似直列泵，通过凸轮和柱塞 增加燃油。增加燃油。 采用三作用型凸轮，供油频率采用三作用型凸轮，供油频率 和喷油频率相同，这样可试共和喷油频率相同，这样可试共 轨中压力平稳。轨中压力平稳。 PCV通过调节供入共轨内的燃通过调节供入共轨内的燃 油量来调节共轨压力。油量来调节共轨压力。 1. 高

7、压输油泵和高压输油泵和PCV压力控制阀压力控制阀 高压输油泵工作原理高压输油泵工作原理 作用：将供油泵输出的高压燃油稳压、滤波后，分配各喷油器。作用：将供油泵输出的高压燃油稳压、滤波后，分配各喷油器。 组成：共轨压力传感器、液流缓冲器、高压溢流阀。组成：共轨压力传感器、液流缓冲器、高压溢流阀。 2. 共轨共轨 液流缓冲器连接高压油管，将高压燃油送喷油器。液流缓冲器连接高压油管，将高压燃油送喷油器。 高压溢流阀连接回油管。高压溢流阀连接回油管。 共轨压力传感器：共轨压力传感器：ECU根据该信号控制电磁阀通电脉宽根据该信号控制电磁阀通电脉宽 作用：将共轨内的高压燃油以最佳的喷油定时、喷油量、喷油速

8、率作用：将共轨内的高压燃油以最佳的喷油定时、喷油量、喷油速率 喷入气缸。喷入气缸。 组成：喷嘴、液压活塞、高速电磁阀（有组成：喷嘴、液压活塞、高速电磁阀（有二位二通二位二通和二位三通）。和二位三通）。 3. 电控喷油器电控喷油器 二位三通阀：二位三通阀： 有两个阀体：内阀（固定）、外阀（可动）。有两个阀体：内阀（固定）、外阀（可动）。 二位二通阀通电时刻决定喷油定时；通电时间决定喷油量；出油节二位二通阀通电时刻决定喷油定时；通电时间决定喷油量；出油节 流孔控制针阀开启速率，即喷油速率。流孔控制针阀开启速率，即喷油速率。 特点：特点： 1) 共轨中是润滑油（机油）共轨中是润滑油（机油） 2) 利

9、用机油共轨油道油压驱动利用机油共轨油道油压驱动 燃油燃油增压活塞增压活塞，对燃油，对燃油增压增压 3) 利用高速电磁阀控制共轨油利用高速电磁阀控制共轨油 道中机油进出增压活塞，控道中机油进出增压活塞，控 制燃油压力，即控制制燃油压力，即控制喷油定喷油定 时。时。 共轨上的压力传感器将油压信号告知共轨上的压力传感器将油压信号告知 ECU，ECU根据需要对共轨压力调节根据需要对共轨压力调节 阀（阀（PCV阀）进行控制，可将共轨中阀）进行控制，可将共轨中 的机油压力调至的机油压力调至423MPa。机油从喷。机油从喷 油器回到气门罩下后流回柴油机油底油器回到气门罩下后流回柴油机油底 壳。壳。 燃油则由

10、膜片式或活塞式燃油输油泵燃油则由膜片式或活塞式燃油输油泵 经燃油滤清器后以经燃油滤清器后以0.2MPa的压力输入的压力输入 电液控制喷油器。电液控制喷油器。 三、美国三、美国Caterpillar公司的公司的HEUI中压共轨式燃油系统中压共轨式燃油系统 电液控制喷油器组成：电磁阀、增压活塞、活塞套、喷油嘴。电液控制喷油器组成：电磁阀、增压活塞、活塞套、喷油嘴。 当共轨中的机油进入电磁控制阀的提升阀下部后，线圈一当共轨中的机油进入电磁控制阀的提升阀下部后，线圈一 通电，电枢就带动提升阀向上运动，打开下座，关闭上座，通电，电枢就带动提升阀向上运动，打开下座，关闭上座， 将机油回油孔封住，机油进入增

11、压柱塞上方，在机油压力将机油回油孔封住，机油进入增压柱塞上方，在机油压力 的推动下，增压柱塞下行压缩已进入柱塞下部油腔内的燃的推动下，增压柱塞下行压缩已进入柱塞下部油腔内的燃 油，此时在燃油压力下进油道被球形单向阀封闭。燃油在油，此时在燃油压力下进油道被球形单向阀封闭。燃油在 压力下只能通过喷嘴喷出。当燃油压力升高到大于启喷压压力下只能通过喷嘴喷出。当燃油压力升高到大于启喷压 力时，针阀打开，喷油开始。喷射压力可达力时，针阀打开，喷油开始。喷射压力可达150MPa。喷。喷 油一直持续到线圈断电，提升阀在复位弹簧力作用下从上油一直持续到线圈断电，提升阀在复位弹簧力作用下从上 座移到下座，机油从开

12、启的上座经回油孔泄出，压力迅速座移到下座，机油从开启的上座经回油孔泄出，压力迅速 下降。在增压柱塞下部复位弹簧力作用下，增压柱塞迅速下降。在增压柱塞下部复位弹簧力作用下，增压柱塞迅速 上行，在喷嘴针阀弹簧作用下，针阀关闭，喷油停止，燃上行，在喷嘴针阀弹簧作用下，针阀关闭，喷油停止，燃 油又重新通过球形单向阀进入柱塞下部油腔。油又重新通过球形单向阀进入柱塞下部油腔。 电磁控制阀通电的时刻决定了喷油始点，喷油压力则由电磁控制阀通电的时刻决定了喷油始点，喷油压力则由 PCV阀对共轨内机油压力的调节结果来决定，喷油量由增阀对共轨内机油压力的调节结果来决定，喷油量由增 压活塞上部低压腔内的压力来调节。压

13、活塞上部低压腔内的压力来调节。 HEUI可实现预喷射可实现预喷射 在增压活塞和活塞套上有精密孔道的回油控制来实现。当活塞下移压缩下部被密在增压活塞和活塞套上有精密孔道的回油控制来实现。当活塞下移压缩下部被密 封的燃油，当压力高于针阀开启压力时产生封的燃油，当压力高于针阀开启压力时产生预喷预喷油，当活塞下移到使活塞上计量油，当活塞下移到使活塞上计量 孔和活塞套上回油孔接通时，预喷油结束孔和活塞套上回油孔接通时，预喷油结束,活塞继续下移关闭回油孔时，燃油压活塞继续下移关闭回油孔时，燃油压 力迅速升高，开始喷油率较高的力迅速升高，开始喷油率较高的主喷主喷射。射。 一、喷油压力控制策略一、喷油压力控制

14、策略 第三节第三节 柴油机电控共轨控制策略柴油机电控共轨控制策略 1. 采用溢流阀控制喷油压力采用溢流阀控制喷油压力 由于柴油机转速变化范围宽，负荷由于柴油机转速变化范围宽，负荷 变化快，若高压泵按最大喷油量变化快，若高压泵按最大喷油量 设计，则在低速、低负荷时，多设计，则在低速、低负荷时，多 余燃油被溢流阀泄走，引起发动余燃油被溢流阀泄走，引起发动 机功率损失。机功率损失。 措施：高压泵变排量；措施：高压泵变排量； 进油节流调节；进油节流调节； 停缸技术等。停缸技术等。 控制内容：喷油量、喷油定时、喷油压力和喷油规律（喷油率）等控制内容：喷油量、喷油定时、喷油压力和喷油规律（喷油率）等 2.

15、 变排量高压泵变排量高压泵 根据发动机转速和负荷，调节高压泵排量，以调节喷油压力。根据发动机转速和负荷，调节高压泵排量，以调节喷油压力。 如：如：ECD-U2系统高压泵，通过系统高压泵，通过PCV阀的关闭时刻和关闭时间阀的关闭时刻和关闭时间。实。实 现对高压泵单个柱塞的单行程的供油量调节。现对高压泵单个柱塞的单行程的供油量调节。 控制策略：控制策略： 根据发动机转速根据发动机转速ne和负荷和负荷Qfi确定基本喷射压力确定基本喷射压力Pfb，通过水温等，通过水温等 修正确定目标压力修正确定目标压力Pfi，Pfi和和Qfi确定基本的喷油时间确定基本的喷油时间Tfb，Pfi与与 实际喷油压力的差值对

16、实际喷油压力的差值对Tfb修正确定实际喷油时间修正确定实际喷油时间Tf，ECU根据根据 Tf决定决定PCV阀的开闭（闭环控制）。阀的开闭（闭环控制）。 启动和空转时，对启动和空转时，对 PCV阀进行开环控制，阀进行开环控制， PCV以固定的频率开以固定的频率开 闭，可在闭，可在1s内建立内建立 25MPa的共轨压力。的共轨压力。 其它时为闭环控制。其它时为闭环控制。 3.进油节流调节进油节流调节 在高压油泵进油口安装在高压油泵进油口安装节流阀节流阀（如：电磁节流阀），通过改变通（如：电磁节流阀），通过改变通 流面积来调节泵的吸油量，从而调节供油量，调节共轨压力。流面积来调节泵的吸油量，从而调节

17、供油量，调节共轨压力。 特点：无溢流损失，效率高，但易在泵腔内产生气穴，影响寿命特点：无溢流损失，效率高，但易在泵腔内产生气穴，影响寿命 4.停缸技术停缸技术 停止一个或数个柱塞的工作，以减少向共轨供油。停止一个或数个柱塞的工作，以减少向共轨供油。 方法：可使某个柱塞的吸油阀一直开启。方法：可使某个柱塞的吸油阀一直开启。 高速电磁阀的脉宽控制喷油量，脉宽取决于喷油量和共轨压力高速电磁阀的脉宽控制喷油量，脉宽取决于喷油量和共轨压力 日本电装公司的日本电装公司的ECD-U2系统：系统： 二、喷油量控制策略二、喷油量控制策略 qVb取决于转速和取决于转速和 油门油门 qVfu为允许的最大为允许的最大

18、 喷油量，取决于转喷油量，取决于转 速、进气压力和温速、进气压力和温 度度 qVb与与qVfu的最小值的最小值 和共轨压力和共轨压力Pc决定决定 电磁阀脉宽电磁阀脉宽Tq ECD-U2系统三通阀喷油量的控制：系统三通阀喷油量的控制： 节流孔控制喷油速率（三角形喷油速率）节流孔控制喷油速率（三角形喷油速率） 喷油率包括：单位时间的喷油量（喷油率包括：单位时间的喷油量（mm3/s）和喷油率曲线形状）和喷油率曲线形状 喷油率曲线即喷油规律：喷油率曲线即喷油规律： 喷油初期即着火延迟期喷油初期即着火延迟期 喷油中期着火到最大喷油压力喷油中期着火到最大喷油压力 喷油后期最大喷油压力到喷油结束喷油后期最大

19、喷油压力到喷油结束 喷油规律对燃烧的影响：喷油规律对燃烧的影响： *提高喷油速率，则提高喷油速率，则输出功率增加输出功率增加； *初期喷油率低（降低初期喷油率低（降低NOx），中期高（降低碳烟），喷油结束迅），中期高（降低碳烟），喷油结束迅 速（降低速（降低PM），则），则排放好排放好； *适当的喷油延迟结合高喷油率，则适当的喷油延迟结合高喷油率，则油耗低油耗低； *初期喷油率低，则初期喷油率低，则噪声低噪声低。 理想的喷油率：理想的喷油率： 初期喷油率低（为预混合燃烧，可降低初期喷油率低（为预混合燃烧，可降低NOx和噪声）；中期喷油和噪声）；中期喷油 率高（为扩散燃烧，应从三角形向矩形过渡，

20、确保充分混合）；率高（为扩散燃烧，应从三角形向矩形过渡，确保充分混合）； 后期短（喷油压力低，雾化不良后期短（喷油压力低，雾化不良,易产生易产生PM，喷油压力要迅速降，喷油压力要迅速降 低）低） 三、喷油率控制策略三、喷油率控制策略 理想的喷油率曲线：理想的喷油率曲线： 曲线形状应随发动机转速和负荷而变化曲线形状应随发动机转速和负荷而变化 喷油率模式：喷油率模式：（三种（三种） 靴形喷射靴形喷射以较早的喷油定时、很低的喷油率、适当的喷油持续期，以较早的喷油定时、很低的喷油率、适当的喷油持续期， 先喷一小部分燃油，然后迅速提高喷油率进行主喷。先喷一小部分燃油，然后迅速提高喷油率进行主喷。 可改善

21、可改善NOx和噪声，降低和噪声，降低PM，提高燃烧效率，提高燃烧效率 预喷射预喷射预喷射少量燃油燃烧，可加热燃烧室，缩短主喷的着火延预喷射少量燃油燃烧，可加热燃烧室，缩短主喷的着火延 迟期（可降低噪声），改善主喷期燃油与空气的混合，减缓燃烧迟期（可降低噪声），改善主喷期燃油与空气的混合，减缓燃烧 速率，减缓燃烧温度和压力的上升，能降低燃烧噪声、速率，减缓燃烧温度和压力的上升，能降低燃烧噪声、NOx和和 HC的排放，改善燃油消耗。可使直喷柴油机保持较好经济性的的排放，改善燃油消耗。可使直喷柴油机保持较好经济性的 同时，排放和噪声与分隔式相近。同时，排放和噪声与分隔式相近。 后喷射后喷射要结合氮氧化物催化器，否则会造成排放和经济性变差要结合氮氧化物催化器，否则会造成排放和经济性变差 1. 形形喷射率的实现喷射率的实现 ECD-U2系统，利用节流孔实现系统，利用节流孔实现 三通阀打开，控制腔通过节流孔泄压，三通阀