第八章柴油机电子控制技术

1、1 到到9090年代初，年代初，“时间控制时间控制”式电控燃油喷式电控燃油喷 射系统开发成功，采用了新型高速强力射系统开发成功，采用了新型高速强力 电磁阀代替传统的油量调节齿条电磁阀代替传统的油量调节齿条( (直列泵直列泵) ) 或油量调节滑套或油量调节滑套(VE(VE型分配泵型分配泵) )等，直接等，直接 对高压燃油进行数字式的高频调节，由对高压燃油进行数字式的高频调节，由 电磁阀的关闭时刻和闭合持续时间决定电磁阀的关闭时刻和闭合持续时间决定 循环供循环供( (喷喷) )油量和供油量和供( (喷喷) )油正时。油正时。 首页返回章返回节 2 二、柴油机电控系统的控制项目二、柴油机电控系统的控

2、制项目 1.1.燃油喷射控制燃油喷射控制 电控汽车柴油机的燃油喷射控制主要包括电控汽车柴油机的燃油喷射控制主要包括 循环供循环供( (喷喷) )油量、喷油正时、喷油规律和油量、喷油正时、喷油规律和 喷油压力的控制。此外还有柴油机低油压喷油压力的控制。此外还有柴油机低油压 保护，增压器工作状况保护等。保护，增压器工作状况保护等。 首页返回章返回节 3 2.2.怠速控制怠速控制 电控汽车柴油机的怠速控制主要包括怠电控汽车柴油机的怠速控制主要包括怠 速转速的控制和怠速时各缸均匀性的控速转速的控制和怠速时各缸均匀性的控 制。制。 3.3.进气控制进气控制 电控汽车柴油机的进气控制主要包括进电控汽车柴油

3、机的进气控制主要包括进 气管节流控制、可变进气涡流控制和可气管节流控制、可变进气涡流控制和可 变配气正时控制。变配气正时控制。 首页返回章返回节 4 4.4.增压控制增压控制 汽车柴油机电控系统的增压控制主要包汽车柴油机电控系统的增压控制主要包 括废气旁通控制和涡流通流面积的控制。括废气旁通控制和涡流通流面积的控制。 5.5.排放控制排放控制 汽车柴油机电控系统的排放控制主要是汽车柴油机电控系统的排放控制主要是 废气再循环废气再循环(EGR)(EGR)控制。控制。ECUECU以柴油机转以柴油机转 速和负荷信息作为主控信号，经过查看速和负荷信息作为主控信号，经过查看 EGREGR率与发动机转速、

4、进气量的三维脉谱率与发动机转速、进气量的三维脉谱 图和计算修正，输出适当占空比脉冲电图和计算修正，输出适当占空比脉冲电 压，控制压，控制EGREGR真空电磁阀通电时间，进而真空电磁阀通电时间，进而 控制控制EGREGR阀开度，以调节阀开度，以调节EGREGR率。率。 首页返回章返回节 5 6.6.起动控制起动控制 起动时，起动时，ECUECU根据柴油机冷却液温度，决根据柴油机冷却液温度，决 定电热塞或进气预热塞是否点燃和决定定电热塞或进气预热塞是否点燃和决定 通电持续时间。当点燃指示灯熄灭，表通电持续时间。当点燃指示灯熄灭，表 示起动条件已具备，点燃示起动条件已具备，点燃/ /起动开关转到起动

5、开关转到 “起动起动”位置，发动机起动。起动完成位置，发动机起动。起动完成 后或需中断起动时测自动将电源切断。后或需中断起动时测自动将电源切断。 此外，起动控制还包括起动阶段循环供此外，起动控制还包括起动阶段循环供 ( (喷喷) )油量油量( (起动油量起动油量) )和起动时喷油正时和起动时喷油正时 的控制。的控制。 首页返回章返回节 6 7.7.故障自诊断、失效保险故障自诊断、失效保险 当柴油机或电控系统出现故障时，当柴油机或电控系统出现故障时，ECUECU将会点将会点 亮仪表板上的指示灯，提醒驾驶员注意，并存亮仪表板上的指示灯，提醒驾驶员注意，并存 储故障信息。检修时，通过一定程序，可将故

6、储故障信息。检修时，通过一定程序，可将故 障代码及有关信息资料调出。当障代码及有关信息资料调出。当ECUECU出现故障出现故障 时，时，ECUECU内的备用电路可使系统进入失效保险内的备用电路可使系统进入失效保险 程序的控制状态，让车辆低速开到最近的维修程序的控制状态，让车辆低速开到最近的维修 站检修。站检修。8.8.柴油机与变速器的综合控制柴油机与变速器的综合控制 在汽车上采用电控自动变速器时，将柴油机在汽车上采用电控自动变速器时，将柴油机 ECUECU与自动变速器与自动变速器ECUECU合在一起，实现柴油机与合在一起，实现柴油机与 变速器的综合控制，以大大改进变速性能。变速器的综合控制，以

7、大大改进变速性能。 首页返回章返回节 7 ( (一一) )柴油机电控燃油喷射系柴油机电控燃油喷射系 统的控制内容统的控制内容 1.1.循环供循环供( (喷喷) )油量的控制油量的控制 2.2.喷油正时的控制喷油正时的控制 3.3.喷油速率的控制喷油速率的控制 4.4.喷油压力的控制喷油压力的控制 5.5.柴油机低油压保护柴油机低油压保护 6.6.增压器工作状况保护增压器工作状况保护 首页返回章返回节 8 3).3).第三代：燃油蓄压第三代：燃油蓄压+ +电磁阀时间控制电磁阀时间控制 以高压、中压或低压供油泵、电磁以高压、中压或低压供油泵、电磁液液 力控制式喷油器和公共油轨组成的各种力控制式喷油

8、器和公共油轨组成的各种 电控共轨式喷油系统。电控共轨式喷油系统。 最大特征是：喷油系统的两个基本任最大特征是：喷油系统的两个基本任 务务燃油压力的形成和燃油量的计量，燃油压力的形成和燃油量的计量， 独立进行。独立进行。 首页返回章返回节 9 电控共轨式喷油系统分为无液压放大的高电控共轨式喷油系统分为无液压放大的高 压共轨系统和有液压放大的增压共轨系统。压共轨系统和有液压放大的增压共轨系统。 运用运用“时间时间- -压力式压力式”或或“压力式压力式”燃油计燃油计 量原理。量原理。 首页返回章返回节 10 电控无液压放大的高压共轨系统的特点电控无液压放大的高压共轨系统的特点 优点：优点： 电磁阀开

9、关的速率高，喷油器结构简单，电磁阀开关的速率高，喷油器结构简单， 尺寸小，在气缸盖上布置方便，制造成本尺寸小，在气缸盖上布置方便，制造成本 相对较低。相对较低。 喷油速率的控制比较简单，容易实现预喷喷油速率的控制比较简单，容易实现预喷 油。油。 缺点：缺点： 需要有高压的供油泵，系统中许多零部件需要有高压的供油泵，系统中许多零部件 处在高压下工作。处在高压下工作。 首页返回章返回节 11 电控有液压放大的增压共轨系统的特点电控有液压放大的增压共轨系统的特点 优点：优点： 只需采用具有中等油压只需采用具有中等油压( (但需要有较大的供油但需要有较大的供油 量量) )的供油泵，就有可能实现非常高的

10、喷油压的供油泵，就有可能实现非常高的喷油压 力。力。 系统中承受高压的零部件较少。系统中承受高压的零部件较少。 缺点：缺点： 对小油量控制困难，不易进行喷油率的控制。对小油量控制困难，不易进行喷油率的控制。 由于电由于电/ /液控制喷油器中设有液压放大机构，液控制喷油器中设有液压放大机构， 因此喷油器结构复杂，安装尺寸大，在气缸盖因此喷油器结构复杂，安装尺寸大，在气缸盖 上布置较为困难。上布置较为困难。 首页返回章返回节 12 2.2.柴油机电控燃油喷射系统几个重要的发展柴油机电控燃油喷射系统几个重要的发展 阶段阶段( (简晓春简晓春) ) 按对循环供按对循环供( (喷喷) )油量、喷油正时、

11、喷油速率油量、喷油正时、喷油速率 和喷油压力等的控制方式分：和喷油压力等的控制方式分： 经历了从经历了从“位置控制位置控制”到到“时间控制时间控制”， 再到再到“时间时间- -压力控制压力控制”或或“压力控制压力控制”的的 发展过程。发展过程。 首页返回章返回节 13 （三）柴油机电控喷油技术的关键（三）柴油机电控喷油技术的关键 要素要素 1.1.传感器技术传感器技术 在电控燃油系统中，通过各种传感器检在电控燃油系统中，通过各种传感器检 测出发动机的实际运行状态。测出发动机的实际运行状态。 共轨压力传感器：共轨压力传感器： 测量范围测量范围2020l80MPa(l80MPa(现在更高现在更高)

12、 )； 测量精度达到测量精度达到2%2%； 即使在即使在l80MPal80MPa的高压状态下仍然具有很的高压状态下仍然具有很 高的可靠性。高的可靠性。 首页返回章返回节 14 2.2.软件技术软件技术 初期，喷油控制程序是：检测出发动机的初期，喷油控制程序是：检测出发动机的 转速和油门开度，输入到计算机内，转速和油门开度，输入到计算机内， 计计 算目标喷油量，向伺服回路发出指令进行算目标喷油量，向伺服回路发出指令进行 控制。控制。 后来：控制功能增加，各种控制功能作为后来：控制功能增加，各种控制功能作为 一项任务一项任务( (功能单元功能单元) )可以独立设计，集中可以独立设计，集中 控制。控

13、制。 目前的新动向是：正在推进软件模块化、目前的新动向是：正在推进软件模块化、 部件化。将会迎来更高层次的标准化、通部件化。将会迎来更高层次的标准化、通 用化。用化。 首页返回章返回节 15 3.3.各气缸间转速不均匀控制各气缸间转速不均匀控制 目的：目的： 为了减小柴油机在低速运转或怠速运转时为了减小柴油机在低速运转或怠速运转时 的振动、使发动机平滑运转。的振动、使发动机平滑运转。 方法：方法： 通过电子回路检测出各气缸的瞬时角速度，通过电子回路检测出各气缸的瞬时角速度， 向瞬时角速度高的气缸内减少喷油量，向向瞬时角速度高的气缸内减少喷油量，向 瞬时角速度低的气缸内增加喷油量。瞬时角速度低的

14、气缸内增加喷油量。 首页返回章返回节 16 4.4.排气后处理排气后处理 柴油机微粒滤清器；柴油机微粒滤清器； 连续再生捕集器；连续再生捕集器； 另一个动向是：正在试验研究柴油机的另一个动向是：正在试验研究柴油机的 控制技术。控制技术。 首页返回章返回节 17 5.5.电子控制回路在发动机上的安装电子控制回路在发动机上的安装 目前：电控单元安装在发动机驾驶室内。目前：电控单元安装在发动机驾驶室内。 新要求：电控单元直接安装到发动机上。新要求：电控单元直接安装到发动机上。 控制单元安装到发动机上的两大难题：控制单元安装到发动机上的两大难题： 承受承受90-12090-120的高温和的高温和10-

15、40GHz10-40GHz高振动。高振动。 现在正在努力生产将芯片安装到微型复现在正在努力生产将芯片安装到微型复 合式底板上，以求提高耐振动性，增大合式底板上，以求提高耐振动性，增大 工作温度范围的控制单元。工作温度范围的控制单元。 首页返回章返回节 18 （一）对循环供（一）对循环供( (喷喷) )油量的控制油量的控制 1.1.对循环供对循环供( (喷喷) )油量的油量的“位置控制位置控制” 就是将传统的泵就是将传统的泵管管嘴系统中的机械嘴系统中的机械 式调速器用电控调速器来代替，即用发式调速器用电控调速器来代替，即用发 动机转速和负荷传感器代替原有的机械动机转速和负荷传感器代替原有的机械

16、式传感机构，用式传感机构，用ECUECU控制的电子调速执行控制的电子调速执行 机构代替机械式调速执行机构。机构代替机械式调速执行机构。 19 特点：特点： 具有稳定怠速与超速保护功能，而且可使具有稳定怠速与超速保护功能，而且可使 调速特性在全速式和两速式之间变换。调速特性在全速式和两速式之间变换。 用模拟量来控制执行器的工作。用模拟量来控制执行器的工作。 控制精度不高，只能对循环供控制精度不高，只能对循环供( (喷喷) )油量进油量进 行间接的低频连续调节。行间接的低频连续调节。 在喷油泵总成中带有某些机械装置控制，在喷油泵总成中带有某些机械装置控制， 影响控制的响应速度，同时结构也比较复影响

17、控制的响应速度，同时结构也比较复 杂。杂。 首页返回章返回节 20 2.2.对循环供对循环供( (喷喷) )油量的油量的“时间控制时间控制” 用高速电磁阀直接控制供油用高速电磁阀直接控制供油( (或喷油或喷油) )。 有较高的控制精度和较快的响应速度。有较高的控制精度和较快的响应速度。 可将循环供可将循环供( (喷喷) )油量控制和喷油正时控油量控制和喷油正时控 制合二为一，大大简化了机构。制合二为一，大大简化了机构。 首页返回章返回节 21 基本工作原理是：基本工作原理是： ECUECU根据柴油机转速传感器、加速踏板角根据柴油机转速传感器、加速踏板角 度传感器来的信息，按预存的负荷转度传感器

18、来的信息，按预存的负荷转 速循环供速循环供( (喷喷) )油量三维脉谱图，确定油量三维脉谱图，确定 基本循环供基本循环供( (喷喷) )油量，并根据冷却液温油量，并根据冷却液温 度等信息计算出经过优化的循环供度等信息计算出经过优化的循环供( (喷喷) ) 油量，然后发出指令，使装在溢油通路油量，然后发出指令，使装在溢油通路 内的高速电磁溢流阀关闭或打开。内的高速电磁溢流阀关闭或打开。 首页返回章返回节 22 循环供循环供 ( (喷喷) )油油 量的多量的多 少决定少决定 于电磁于电磁 溢阀开溢阀开 启的早启的早 晚晚 循环供油量的循环供油量的”时间控制时间控制”ECD-V3ECD-V3 喷油泵

19、柱塞喷油泵柱塞 的往复运动的往复运动 只起吸油和只起吸油和 泵油的作用泵油的作用 而没有控制而没有控制 循环供循环供( (喷喷) ) 油量的作用；油量的作用； 不需调速器不需调速器 首页返回章返回节 23 泵喷嘴式柴油喷射系统泵喷嘴式柴油喷射系统 泵喷嘴就是喷油泵与喷嘴组合在一起。泵喷嘴就是喷油泵与喷嘴组合在一起。 发动机每缸都有一个泵喷嘴，这意味发动机每缸都有一个泵喷嘴，这意味 着不再需要高压管或喷油泵。着不再需要高压管或喷油泵。 同带喷嘴的分配式喷射系统一样，泵同带喷嘴的分配式喷射系统一样，泵 喷嘴系统有如下功能：喷嘴系统有如下功能： 能够产生所需的高喷射压力能够产生所需的高喷射压力 按正

20、确的时间和正确的喷油量喷油按正确的时间和正确的喷油量喷油 首页返回章返回节 24 预喷射循环开始预喷射循环开始 在主喷射循环开始之在主喷射循环开始之 前，少量燃油在低压前，少量燃油在低压 下被喷入下被喷入叫预喷射叫预喷射 循环。循环。 喷嘴电磁阀吸合，电喷嘴电磁阀吸合，电 磁阀针阀被压入到阀磁阀针阀被压入到阀 座内，关闭高压腔到座内，关闭高压腔到 供油管的通道，高压供油管的通道，高压 腔内开始产生压力。腔内开始产生压力。 当压力达当压力达18MPa18MPa时，压时，压 力高于喷油针阀弹簧力高于喷油针阀弹簧 压力，喷嘴针阀上压力，喷嘴针阀上 升，升， 预喷射循环开始。预喷射循环开始。 高压腔高

21、压腔 喷射凸轮喷射凸轮 高压腔高压腔 泵活塞泵活塞 电磁阀座电磁阀座 电磁阀针电磁阀针 阀阀 供油管供油管 喷油针阀喷油针阀 首页返回章返回节 时间时间 喷油压力喷油压力 25 预喷射循环结束预喷射循环结束 上升的压力使收缩活上升的压力使收缩活 塞下移，使高压腔内塞下移，使高压腔内 容积扩大，于是喷射容积扩大，于是喷射 压力瞬时下降。这时压力瞬时下降。这时 施加在针阀上的弹簧施加在针阀上的弹簧 力和液体压力增大，力和液体压力增大， 因此喷嘴针阀关闭，因此喷嘴针阀关闭， 预喷射结束。预喷射结束。 高压腔高压腔 泵活塞泵活塞 喷嘴电磁喷嘴电磁 阀阀 收缩活收缩活 塞塞 喷嘴弹喷嘴弹 簧簧 喷嘴针喷

22、嘴针 阀阀 首页返回章返回节 26 主喷射循环开始主喷射循环开始 喷嘴针阀关闭后短时间内，喷嘴针阀关闭后短时间内， 高压腔内压力立即重新上高压腔内压力立即重新上 升。这时喷嘴电磁阀仍然升。这时喷嘴电磁阀仍然 关闭。随着泵活塞下移，关闭。随着泵活塞下移， 高压腔内压力继续升高，高压腔内压力继续升高， 约约30MPa时，燃油压力高时，燃油压力高 于喷嘴弹簧作用力，喷嘴于喷嘴弹簧作用力，喷嘴 针阀再次上升，主喷油开针阀再次上升，主喷油开 始。始。 主喷射循环结束主喷射循环结束 当发动机控制单元停止激当发动机控制单元停止激 活喷嘴电磁阀后，活喷嘴电磁阀后， 电磁阀电磁阀 针阀回位，高压油泄掉，针阀回位

23、，高压油泄掉， 喷嘴针阀关闭。主喷射循喷嘴针阀关闭。主喷射循 环结束。环结束。 高压腔高压腔 泵活塞泵活塞 喷嘴电磁阀喷嘴电磁阀 喷嘴弹簧喷嘴弹簧 喷嘴针阀喷嘴针阀 首页返回章返回节 时时 间间 喷油压力喷油压力 27 节流孔节流孔 泄油泄油 泵喷嘴的回油管具泵喷嘴的回油管具 有如下功能：有如下功能： 1.1.冷却泵喷嘴。冷却泵喷嘴。 2.2.排出泵活塞处泄排出泵活塞处泄 出的燃油。出的燃油。 3.3.通过回油管内节通过回油管内节 流孔分离来自供油流孔分离来自供油 管内的气泡。管内的气泡。 首页返回章返回节 28 2. 2. 对喷油正时的对喷油正时的“时间控制时间控制” 有有“半时间控制半时间

24、控制”和和“时间控制时间控制” 两种两种 (1)(1)对喷油正时的对喷油正时的“半时间控制半时间控制”：是在：是在 溢油通路中仍保留了电控液压自动提前溢油通路中仍保留了电控液压自动提前 器，器， 供油终点决定于电磁溢流阀开启的供油终点决定于电磁溢流阀开启的 时刻。时刻。“时间位置时间位置”控制。控制。 (2)(2)对喷油正时的对喷油正时的“时间控制时间控制”：取消了：取消了 电控液压自动提前器，完全用高速电磁电控液压自动提前器，完全用高速电磁 溢流阀关闭或开启的时刻来控制喷油正溢流阀关闭或开启的时刻来控制喷油正 时。时。 首页返回章返回节 29 ( (三三) )喷油速率的控制喷油速率的控制 1

25、.1.对喷油速率的对喷油速率的“位置控制位置控制” 主要用于电控直列泵上，通过改变柱塞主要用于电控直列泵上，通过改变柱塞 预行程来实现对喷油速率的控制。预行程来实现对喷油速率的控制。 按不同的控制部位有控制滑套式、改变按不同的控制部位有控制滑套式、改变 柱塞长度式、改变滚柱体高度式柱塞长度式、改变滚柱体高度式3 3种。种。 首页返回章返回节 30 (1)(1)控制滑套式控制滑套式 工作原理：当滑套工作原理：当滑套 上移时，柱塞预行上移时，柱塞预行 程增大，喷油速率程增大，喷油速率 增大；增大； 滑套下移滑套下移 时，柱塞预行程减时，柱塞预行程减 小，小， 喷油速率下喷油速率下 降。降。 首页返

26、回章返回节 带有控制滑套的带有控制滑套的 可变预行程控制机构可变预行程控制机构 杰克赛尔公司（杰克赛尔公司（ZEXEL）的的“TICS” 31 (2)(2)改变柱塞长度式改变柱塞长度式 柱塞长度相对变柱塞长度相对变 长，上柱塞的上长，上柱塞的上 端面就早关闭柱端面就早关闭柱 塞套筒上的燃油塞套筒上的燃油 进油孔，使柱塞进油孔，使柱塞 预行程减小，喷预行程减小，喷 油速率下降。反油速率下降。反 之，则柱塞预行之，则柱塞预行 程增大，喷油速程增大，喷油速 率增加。率增加。 首页返回章返回节 改变柱塞长度的可变预行程原理改变柱塞长度的可变预行程原理 日本小松公司的日本小松公司的KP21 型喷油泵型喷

27、油泵 32 （3 3）改变滚轮体高度式）改变滚轮体高度式 在滚柱体内加工出内螺纹，把原喷油泵在滚柱体内加工出内螺纹，把原喷油泵 的滚柱体垫片改成有外螺纹的可旋转部的滚柱体垫片改成有外螺纹的可旋转部 件，通过拉动并使其旋转而改变滚柱体件，通过拉动并使其旋转而改变滚柱体 的高度。的高度。 上述对喷油速率的上述对喷油速率的“位置控制位置控制”只能使只能使 平均喷油速率的大小可变，而不能优化平均喷油速率的大小可变，而不能优化 供油规律曲线。供油规律曲线。 首页返回章返回节 33 2.2.对喷油速率的对喷油速率的“时间控制时间控制” 对喷油速率进行对喷油速率进行“时间控制时间控制”能够优化能够优化 喷油

28、规律曲线。喷油规律曲线。 利用喷油泵柱塞上设置泄流槽与电磁阀利用喷油泵柱塞上设置泄流槽与电磁阀 相结合来实现可控制的低初期喷油速率相结合来实现可控制的低初期喷油速率 和供油特性。和供油特性。 首页返回章返回节 34 特点：特点： 低速时，由于柱塞速度低，喷油速率小，低速时，由于柱塞速度低，喷油速率小， 泄流作用相对较强，使压力上升缓慢，喷泄流作用相对较强，使压力上升缓慢，喷 油始点推迟，正好满足低速时的燃烧匹配油始点推迟，正好满足低速时的燃烧匹配 的要求。的要求。 中等转速时，喷油速率有所加大，喷油始中等转速时，喷油速率有所加大，喷油始 点逐步提前，喷油规律形成靴形喷油规律点逐步提前，喷油规律

29、形成靴形喷油规律 的形态，正好满足中速时的燃烧匹配的要的形态，正好满足中速时的燃烧匹配的要 求。求。 高速时，喷油速率高，泄流作用相对减小，高速时，喷油速率高，泄流作用相对减小， 泵端压力上升速度加快，喷油始点提前。泵端压力上升速度加快，喷油始点提前。 首页返回章返回节 35 ( (四四) )喷油压力的控制喷油压力的控制 常规压力电控系统无法实现独立地对喷常规压力电控系统无法实现独立地对喷 油压力进行柔性的控制，只能通过对喷油压力进行柔性的控制，只能通过对喷 油速率或对供油速率和供油规律的调节油速率或对供油速率和供油规律的调节 来使喷油压力发生变化。所以在常规压来使喷油压力发生变化。所以在常规

30、压 力电控系统中，没有对喷油压力进行柔力电控系统中，没有对喷油压力进行柔 性控制的典型方法。性控制的典型方法。 首页返回章返回节 36 三、高压电控喷油系统的三、高压电控喷油系统的 燃油喷射控制燃油喷射控制 （一）、电控共轨系统的简史（一）、电控共轨系统的简史 （二）、电控共轨系统的特点（二）、电控共轨系统的特点 （三）、电控共轨系统的未来（三）、电控共轨系统的未来 （四）、电控共轨系统的组成（四）、电控共轨系统的组成 （五）、电控共轨系统的控制原理（五）、电控共轨系统的控制原理 首页返回章返回节 37 戴姆勒戴姆勒- -奔驰公司得出电控共轨式燃油系统的优点：奔驰公司得出电控共轨式燃油系统的优

31、点： 它取消了限制喷油的供油凸轮，从而大大增加了它取消了限制喷油的供油凸轮，从而大大增加了 自由选择预喷射和主喷射的喷油始点的灵活性；自由选择预喷射和主喷射的喷油始点的灵活性； 驱动转矩峰值低；驱动转矩峰值低； 喷油压力可自由选定，因此，即使在低转速和小喷油压力可自由选定，因此，即使在低转速和小 负荷时燃油也能很好地雾化；负荷时燃油也能很好地雾化； 在喷油嘴开启时，以恒定的电控共轨压力进行喷在喷油嘴开启时，以恒定的电控共轨压力进行喷 油；油； 采用与汽油机近乎相同的曲轴箱，相同的机组结采用与汽油机近乎相同的曲轴箱，相同的机组结 构以及相同的曲轴和凸轮轴转角传感系统，可以构以及相同的曲轴和凸轮轴

32、转角传感系统，可以 增加汽油机与柴油机生产中的同一性。增加汽油机与柴油机生产中的同一性。 首页返回章返回节 38 ( (二）、电控共轨系统的特点二）、电控共轨系统的特点 1.1.自由调节喷油压力自由调节喷油压力( (共轨压力共轨压力) )； 2.2.自由调节喷油量；自由调节喷油量； 3.3.自由调节喷油时刻自由调节喷油时刻( (正时正时) )； 4.4.自由调节喷油率（曲线）的形状；自由调节喷油率（曲线）的形状； 5.5.广阔的应用领域广阔的应用领域( (用于轿车和轻型载货用于轿车和轻型载货 车，每缸功率可达车，每缸功率可达30kW30kW，用于重型载货车，用于重型载货车 机车和船舶用柴油机，

33、每缸功率约可达机车和船舶用柴油机，每缸功率约可达 200kW200kW左右左右) )。 首页返回章返回节 39 ( (三）、电控共轨系统的未来三）、电控共轨系统的未来 售价将低于现在的同等功能的机械式燃油系统；售价将低于现在的同等功能的机械式燃油系统； 更可靠，更紧凑；控制功能更出色；更可靠，更紧凑；控制功能更出色； 将逐步替代现有的机械式燃油系统；将逐步替代现有的机械式燃油系统； 但是，但是， 由于柴油机的复杂多样，可能在某些领由于柴油机的复杂多样，可能在某些领 域替代过程比较快，某些领域替代过程比较慢，域替代过程比较快，某些领域替代过程比较慢， 而在某些领域几乎永远不能完成这种替代。而在某

34、些领域几乎永远不能完成这种替代。 首页返回章返回节 40 （四）、（四）、 电控共轨系统的组成电控共轨系统的组成 供油泵供油泵 共轨共轨 喷油器喷油器 首页返回章返回节 传感器传感器 ECUECU 执行器执行器 控制系统控制系统 燃料供给系统燃料供给系统 41 . .电控喷油器电控喷油器 ）三通阀结构和二通阀结构）三通阀结构和二通阀结构 Three Way ValveThree Way Valve和和Two Way Valve Two Way Valve 首页返回章返回节 42 1 2 1 2 压电晶体式电控喷油器压电晶体式电控喷油器 首页返回章返回节 2)2)压电晶体式电控喷油器压电晶体式电

35、控喷油器 高压燃油从共轨中高压燃油从共轨中 进入喷油器后，分进入喷油器后，分 成两路：一路由油成两路：一路由油 道进入喷油嘴盛油道进入喷油嘴盛油 槽，作用于针阀锥槽，作用于针阀锥 面上；另一路通过面上；另一路通过 节流孔进入活塞顶节流孔进入活塞顶 部的油腔部的油腔1 1。 压电晶体堆不通电，单压电晶体堆不通电，单 向阀向阀1 1关闭，不喷油。关闭，不喷油。 压电晶体堆通电，压电压电晶体堆通电，压电 晶体伸长，晶体伸长， 单向阀单向阀1 1打打 开，喷油嘴开始喷油。开，喷油嘴开始喷油。 单向阀单向阀2 2是为了补充油是为了补充油 腔腔2 2中泄漏的燃油，以中泄漏的燃油，以 保证喷油嘴工作可靠。保

36、证喷油嘴工作可靠。 43 3.ECU3.ECU 按照预先设计的程序计算各种传感器送来按照预先设计的程序计算各种传感器送来 的信息，经过处理后，并把各个参数限制的信息，经过处理后，并把各个参数限制 在允许的电压电平上，再发送给各相关的在允许的电压电平上，再发送给各相关的 执行机构，执行各种预定的控制功能。执行机构，执行各种预定的控制功能。 处理能力处理能力( (内存，内存，CPUCPU处理速度，输入输出处理速度，输入输出 信息信息) )， 耐环境性耐环境性( (防水，耐热，耐振防水，耐热，耐振) )。 首页返回章返回节 44 由压力敏感元件，由压力敏感元件， 带求值电路的电路带求值电路的电路 板

37、和带电气插头的板和带电气插头的 传感器外壳组成。传感器外壳组成。 4.4.特种传感器（博世）特种传感器（博世） 以足够的精度，在以足够的精度，在 较短的时间内，测定较短的时间内，测定 共轨中的实时压力，共轨中的实时压力， 并向并向ECUECU提供电信号。提供电信号。 1)1)共轨压力传感器共轨压力传感器 当膜片形状改变时，当膜片形状改变时， 膜片上涂层的电阻膜片上涂层的电阻 发生变化，并在用发生变化，并在用 5V5V供电的电阻电桥供电的电阻电桥 中产生电压变化。中产生电压变化。 失效时，具有应急失效时，具有应急 行驶功能的调压阀行驶功能的调压阀 以固定的预定值进以固定的预定值进 行控制。行控制

38、。 首页返回章返回节 共轨燃油共轨燃油 45 2)2)流量限制器流量限制器( (博世博世) ) 防止喷油器出现持防止喷油器出现持 续喷油现象续喷油现象由由 共轨流出的油量超共轨流出的油量超 过最大流量时，流过最大流量时，流 量限制器将自动关量限制器将自动关 闭流向相应喷油器闭流向相应喷油器 的进油口，停止继的进油口，停止继 续喷油。续喷油。 首页返回章返回节 46 当加上一定的压力，当加上一定的压力， 球有某一位移时，则球有某一位移时，则 对应着一定的流量。对应着一定的流量。 流量突然加大时，流量突然加大时， 则球的位移加大。则球的位移加大。 达到最大时，球达到最大时，球 将右侧的出油孔将右侧

39、的出油孔 堵死，即球落座。堵死，即球落座。 没油流入喷油器，没油流入喷油器， 起到保护作用。起到保护作用。 否则，燃油会一直不停地流否则，燃油会一直不停地流 入气缸，直到充满气缸入气缸，直到充满气缸! ! 流动缓冲器的工作原理流动缓冲器的工作原理 首页返回章返回节 47 4)4)限压阀限压阀( (博世博世) ) 作用：作用： 相当于相当于 安全阀，安全阀， 限制共限制共 轨中的轨中的 压力。压力。 5)5)压力限制器压力限制器 ( (电装公司电装公司) ) 作用：作用： 相当于安全相当于安全 阀，限制共阀，限制共 轨中的压力。轨中的压力。 首页返回章返回节 压力限制器压力限制器 49 ( (五

40、五) )电控共轨系统的控制原理电控共轨系统的控制原理 1.1.喷油量控制喷油量控制“时间压力时间压力”控制控制 喷油量由共轨压力和喷油器电磁阀通电喷油量由共轨压力和喷油器电磁阀通电 脉冲决定，可方便、自由地控制。脉冲决定，可方便、自由地控制。 2.2.喷油正时控制喷油正时控制 “时间时间”控制控制 电控喷油器的通电时刻。电控喷油器的通电时刻。 首页返回章返回节 50 . .喷油率控制喷油率控制 喷油率喷油率单元时间内喷油量与喷油时间的比。单元时间内喷油量与喷油时间的比。 平均喷油率平均喷油率在一个工作循环中，喷入汽缸中在一个工作循环中，喷入汽缸中 的燃油量与相应的喷油时间的比。的燃油量与相应的

41、喷油时间的比。 电控共轨系统的喷油率电控共轨系统的喷油率在一次喷油循环过程在一次喷油循环过程 中，从喷油开始到喷油结束之间，包括引导喷中，从喷油开始到喷油结束之间，包括引导喷 射、预喷射、主喷射和后喷射、次后喷射等都射、预喷射、主喷射和后喷射、次后喷射等都 在内的喷油率。在内的喷油率。 改变喷油率的方法：改变喷油率的方法： 改变平均喷油率；改变平均喷油率； 控制喷油率（曲线）的形状；控制喷油率（曲线）的形状； 多段喷射。多段喷射。 首页返回章返回节 51 研究表明：研究表明： 提前喷油使放热提前，可降低放热峰值和燃烧提前喷油使放热提前，可降低放热峰值和燃烧 后期的燃气温度，后期的燃气温度，NO

42、xNOx的生成可在一定程度上的生成可在一定程度上 得到控制。得到控制。 喷射后期的快速断油可以提高有效喷油压力、喷射后期的快速断油可以提高有效喷油压力、 缩短扩散燃烧期、改善燃油经济性、减少炭烟缩短扩散燃烧期、改善燃油经济性、减少炭烟 和颗粒排放。和颗粒排放。 喷油结束时的断油时间的延长使低压喷油时间喷油结束时的断油时间的延长使低压喷油时间 变长，导致燃烧恶化，排放变差，发动机性能变长，导致燃烧恶化，排放变差，发动机性能 下降。下降。 52 缩短喷油持续时间，下降坡形喷油速率可以降缩短喷油持续时间，下降坡形喷油速率可以降 低发动机的炭烟排放。但因初始喷油率过高，低发动机的炭烟排放。但因初始喷油

43、率过高， NOxNOx排放较高。排放较高。 喷油持续期不变时，上坡形喷油率与矩形喷油喷油持续期不变时，上坡形喷油率与矩形喷油 率相比，炭烟排放高而率相比，炭烟排放高而NOxNOx排放低。排放低。 燃烧初期的速率对发动机性能影响较大。为了燃烧初期的速率对发动机性能影响较大。为了 抑制抑制NOxNOx生成，减少预混合燃烧的比例是一项生成，减少预混合燃烧的比例是一项 重要技术。重要技术。 53 ）多段喷射）多段喷射-可同时降低可同时降低PMPM和和NOxNOx排放排放 首页返回章返回节 54 关于多段喷射的课题关于多段喷射的课题 55 4.4.喷油压力控制喷油压力控制 首页返回章返回节 1)1)高压

44、喷油的目的：高压喷油的目的： 为提高柴油机在中低速工况下的雾化为提高柴油机在中低速工况下的雾化 质量而减小喷孔直径，却使喷油延迟期质量而减小喷孔直径，却使喷油延迟期 变长，为此，要提高喷油压力。变长，为此，要提高喷油压力。 喷油压力越高，燃油雾化越均匀，混喷油压力越高，燃油雾化越均匀，混 合气局部过浓的比例越低，排气中黑烟合气局部过浓的比例越低，排气中黑烟 和颗粒越少。和颗粒越少。 56 2)喷油压力的控制喷油压力的控制 共轨压力控制系统的任务：共轨压力控制系统的任务： 控制方法：控制方法： ECUECU依据共轨压力传感器提供的信号，向供油依据共轨压力传感器提供的信号，向供油 泵控制阀发出通电

45、和断电指令，调节供入共轨泵控制阀发出通电和断电指令，调节供入共轨 内的油量，也就控制了供油压力。内的油量，也就控制了供油压力。 首页返回章返回节 共轨压力设定；共轨压力设定； 共轨压力监视；共轨压力监视； 共轨压力控制共轨压力控制由由ECUECU、共轨压力传感器、压力限制、共轨压力传感器、压力限制 器、供油泵控制阀等进行监视和控制。器、供油泵控制阀等进行监视和控制。 57 3)3)关于超高压喷油关于超高压喷油 19871987年年2 2月在日本筑波创立新燃烧系统研月在日本筑波创立新燃烧系统研 究所，从事柴油机燃烧过程的专项研究。究所，从事柴油机燃烧过程的专项研究。 19921992年年9 9月

46、再由日本月再由日本1212家大公司共同出资，家大公司共同出资， 转建成新燃烧公司。转建成新燃烧公司。 研究目标：确立独创的下一代燃烧系统研究目标：确立独创的下一代燃烧系统 的全新概念，开发新一代高效率低排放的全新概念，开发新一代高效率低排放 的柴油机。的柴油机。 得到日本政府的支持。得到日本政府的支持。 58 超高压喷射对燃油的雾化质量有很大的超高压喷射对燃油的雾化质量有很大的 改进。改进。 超高压喷射对燃烧过程的影响超高压喷射对燃烧过程的影响 在燃烧室壁面附近多点同时着火，火焰由在燃烧室壁面附近多点同时着火，火焰由 周围向燃烧室中心扩展。在喷射终了之前，周围向燃烧室中心扩展。在喷射终了之前，

47、 雾束被火焰覆盖。燃烧时间很短，燃烧后雾束被火焰覆盖。燃烧时间很短，燃烧后 期形成的炭黑很快消失。由于燃烧过快，期形成的炭黑很快消失。由于燃烧过快， 燃烧室局部温度过高，对燃烧室局部温度过高，对NOxNOx排放不利。排放不利。 首页返回章返回节 59 一、怠速控制一、怠速控制 ( (一）怠速转速控制一）怠速转速控制 ( (二）怠速时各缸均匀性控制二）怠速时各缸均匀性控制 首页返回章返回节 60 (一一)怠速转速的控制怠速转速的控制 通过对怠速时喷油系统循环供通过对怠速时喷油系统循环供(喷喷)油量油量 的控制，进而控制怠速转速。怠速工况的控制，进而控制怠速转速。怠速工况 时，时，ECU根据从各种

48、传感器得到的信息，根据从各种传感器得到的信息， 按预存在按预存在ECU中的相对于所要求的怠速中的相对于所要求的怠速 转速的怠速循环供转速的怠速循环供(喷喷)油量脉谱图，确油量脉谱图，确 定循环供定循环供(喷喷)油量。同时通过各种反馈油量。同时通过各种反馈 信号对怠速循环供信号对怠速循环供(喷喷)油量进行反馈控油量进行反馈控 制，这样，既能较容易地柔性控制怠速制，这样，既能较容易地柔性控制怠速 转速的高低，又能控制怠速转速的稳定。转速的高低，又能控制怠速转速的稳定。 首页返回章返回节 61 ( (二二) )怠速时各缸均匀性的控制怠速时各缸均匀性的控制 在各缸工作行程中，精确测定出曲轴转速，由在各

49、缸工作行程中，精确测定出曲轴转速，由 ECUECU算出怠速时各缸循环供算出怠速时各缸循环供( (喷喷) )油量的偏差，油量的偏差， 然后进行补偿调节。通过测取各缸对怠速转速然后进行补偿调节。通过测取各缸对怠速转速 所作所作“贡献贡献”的大小，调整各缸循环供的大小，调整各缸循环供( (喷喷) )油油 量，并利用标定的数据表，将补偿的循环供量，并利用标定的数据表，将补偿的循环供 ( (喷喷) )油量数据转换为参考的喷油泵凸轮转角，油量数据转换为参考的喷油泵凸轮转角， 然后根据喷油泵瞬态的转速信息，将参考的喷然后根据喷油泵瞬态的转速信息，将参考的喷 油泵凸轮转角再转换为电磁溢流阀关闭持续时油泵凸轮转

50、角再转换为电磁溢流阀关闭持续时 间，以决定驱动脉冲信号的宽度，对各缸循环间，以决定驱动脉冲信号的宽度，对各缸循环 供供( (喷喷) )油量进行瞬时的调整。油量进行瞬时的调整。 首页返回章返回节 62 二、进气控制二、进气控制 ( (一一) )进气管节流控制进气管节流控制 ( (二二) )可变进气涡流控制可变进气涡流控制 ( (三三) )可变配气正时控制可变配气正时控制 首页返回章返回节 63 ( (一一) )进气管节流控制进气管节流控制 汽车柴油机转速范围宽广，传统的进气系统通汽车柴油机转速范围宽广，传统的进气系统通 常是按照满足高速时大的进气流量、小的进气常是按照满足高速时大的进气流量、小的

51、进气 阻力的要求而设计的，这就致使在低转速小流阻力的要求而设计的，这就致使在低转速小流 量时，进气流速过低而造成进气气流惯性减小，量时，进气流速过低而造成进气气流惯性减小， 进气充量减少，进气涡流强度减弱，影响低速进气充量减少，进气涡流强度减弱，影响低速 性能。所以，传统的进气系统很难兼顾高低转性能。所以，传统的进气系统很难兼顾高低转 速工况性能的要求，而机械式的控制又很难满速工况性能的要求，而机械式的控制又很难满 足瞬态变化的要求。足瞬态变化的要求。 首页返回章返回节 64 在怠速或低速工在怠速或低速工 况下，主阀关闭况下，主阀关闭 或开度很小，而或开度很小，而 副阀开度，可使副阀开度，可使

52、 得进气流速增大、得进气流速增大、 气流惯性增大、气流惯性增大、 充气量增多、涡充气量增多、涡 流强度增强，还流强度增强，还 因为进气管中节因为进气管中节 流所产生的真空流所产生的真空 度可使气缸压力度可使气缸压力 下降，而有效降下降，而有效降 低怠速或低速时低怠速或低速时 的噪声和振动。的噪声和振动。 飞车时，飞车时， ECU ECU也也 会迅速关闭副阀，会迅速关闭副阀， 防止柴油机飞车。防止柴油机飞车。 首页返回章返回节 65 ( (二二) )可变进气涡流控制可变进气涡流控制 对自然吸气的柴油机，特别是涡流直喷式柴油机，对自然吸气的柴油机，特别是涡流直喷式柴油机， 燃烧系统中油气混合和燃烧

53、过程对空气涡流的要燃烧系统中油气混合和燃烧过程对空气涡流的要 求很高。这是因为燃烧过程中的空气涡流对着火求很高。这是因为燃烧过程中的空气涡流对着火 时油束穿透率时油束穿透率( (从喷油器喷孔到油束前端到达位置从喷油器喷孔到油束前端到达位置 的距离的距离/ /喷孔到燃烧室壁面的距离喷孔到燃烧室壁面的距离) )有明显的影响。有明显的影响。 首页返回章返回节 66 一般情况下，进气涡流随柴油机转速升高而增一般情况下，进气涡流随柴油机转速升高而增 强，但当转速升高到一定程度时进气涡流过强，强，但当转速升高到一定程度时进气涡流过强， 会使充气效率下降，燃烧恶化，气缸盖和活塞会使充气效率下降，燃烧恶化，气

54、缸盖和活塞 的热负荷升高，的热负荷升高，NOxNOx排放增加，燃油耗率增加。排放增加，燃油耗率增加。 在高速时，为降低气缸盖和活塞的热负荷，降在高速时，为降低气缸盖和活塞的热负荷，降 低低NOxNOx排放和降低燃油耗率，需要较低的涡流排放和降低燃油耗率，需要较低的涡流 比。比。 在中、低速运转时，进气涡流相对减弱，也会在中、低速运转时，进气涡流相对减弱，也会 使燃烧恶化，烟度增加，燃油耗率增加。为改使燃烧恶化，烟度增加，燃油耗率增加。为改 善燃烧，降低烟度，降低燃油耗率，需要较高善燃烧，降低烟度，降低燃油耗率，需要较高 的涡流比。的涡流比。 首页返回章返回节 67 在现代汽车电控柴油机进气控制

55、系统中，在现代汽车电控柴油机进气控制系统中， 为控制进气涡流强度，采取了各种形式为控制进气涡流强度，采取了各种形式 的可变涡流控制系统。如具有可旋转导的可变涡流控制系统。如具有可旋转导 向叶片进气门向叶片进气门( (导气屏气门导气屏气门) )的可变涡流的可变涡流 控制系统、向进气道喷射空气的可变涡控制系统、向进气道喷射空气的可变涡 流控制系统、在进气道内布置有水平隔流控制系统、在进气道内布置有水平隔 板的双层气道的可变涡流控制系统和具板的双层气道的可变涡流控制系统和具 有副进气道的可变涡流控制系统等。有副进气道的可变涡流控制系统等。 首页返回章返回节 68 ( (三三) )可变配气正时控制可变

56、配气正时控制 配气凸轮轴和凸轮通过螺旋花键连接，配气凸轮轴和凸轮通过螺旋花键连接， ECUECU向电磁阀发出指令，液压伺服机构动向电磁阀发出指令，液压伺服机构动 作，使凸轮相对于凸轮轴有一个轴向位作，使凸轮相对于凸轮轴有一个轴向位 移，由于螺旋花键连接的作用，凸轮便移，由于螺旋花键连接的作用，凸轮便 相对于凸轮轴有一个角位移，从而改变相对于凸轮轴有一个角位移，从而改变 了配气正时。了配气正时。 69 三、排放控制三、排放控制 对降低颗粒排放而言，主要是通过在排气管上对降低颗粒排放而言，主要是通过在排气管上 安装各种颗粒捕集器、颗粒净化器等机外净化安装各种颗粒捕集器、颗粒净化器等机外净化 的方法

57、。对降低的方法。对降低NOxNOx来说，由于柴油机的燃烧来说，由于柴油机的燃烧 过程属于富氧燃烧，所以无法采用汽油机所用过程属于富氧燃烧，所以无法采用汽油机所用 的在排气管上安装三元催化反应器加上氧传感的在排气管上安装三元催化反应器加上氧传感 器那样的反馈控制系统来降低包括器那样的反馈控制系统来降低包括NOxNOx在内的在内的 废气中有害气体的排放。所以迄今为止，主要废气中有害气体的排放。所以迄今为止，主要 采取以废气再循环采取以废气再循环(EGR)(EGR)为代表的机内净化措为代表的机内净化措 施。施。 首页返回章返回节 70 一种旨在同时降低直喷式柴油机一种旨在同时降低直喷式柴油机NOxN

58、Ox和颗和颗 粒排放粒排放( (同时也可降低噪声同时也可降低噪声) )的燃烧方式的燃烧方式 （日产）即（日产）即“低温预混合燃烧方式低温预混合燃烧方式”(MK(MK： Modulated Kinetics)Modulated Kinetics)已开始实用化。已开始实用化。 它是通过推迟喷油正时、延长滞燃期来它是通过推迟喷油正时、延长滞燃期来 增加预混合燃烧在整个燃烧过程中的比增加预混合燃烧在整个燃烧过程中的比 例，在预混合燃烧过程中采用例，在预混合燃烧过程中采用EGREGR率高达率高达 45%45%的废气再循环，通过大幅度降低缸内的废气再循环，通过大幅度降低缸内 气体中氧浓度来降低火焰温度，从

59、而降气体中氧浓度来降低火焰温度，从而降 低低NOxNOx排放。排放。 首页返回章返回节 71 首页返回章返回节 可溶性有机物可溶性有机物 后果后果 后果后果 柴油机的主要有害排放物是柴油机的主要有害排放物是NOxNOx和微粒，和微粒，COCO 和和HCHC排放量相对较少。排放量相对较少。 NOxNOx和微粒的控制技术互相矛盾。和微粒的控制技术互相矛盾。 柴油机柴油机NOxNOx排放的控制技术除了改善燃烧系排放的控制技术除了改善燃烧系 统等机内措施之外，采用排气再循环是有统等机内措施之外，采用排气再循环是有 效的方法之一。效的方法之一。 微粒的控制主要采用后处理装置微粒的控制主要采用后处理装置捕

60、集捕集 器。器。 ( (一一) )、柴油机、柴油机EGREGR系统系统 根据根据EGREGR的回流方式，车用增压柴油机的回流方式，车用增压柴油机EGREGR 系统分为外部系统分为外部EGREGR和内部和内部EGREGR。 外部外部EGREGR根据进、排气管的连接方式，又分根据进、排气管的连接方式，又分 为低压回路方式和高压回路方式。为低压回路方式和高压回路方式。 低压回路低压回路EGREGR方式是直接连接压气机入口端和废气涡方式是直接连接压气机入口端和废气涡 轮出口端来实现轮出口端来实现EGREGR。易实现，但由于废气直接流过。易实现，但由于废气直接流过 压气机和中冷器，容易造成压气机和中冷器