柴油电控发动机课件

柴油機電控技術是在解決能源危機和排放污染兩大難題的背景下，在飛速發展的電子控制技術平臺上發展起來的。柴油機電控技術發展的三個階段：位置控制、時間控制、時間—壓力控制（壓力控制）-第一代柴油機電控燃油噴射系統（常規壓力電控噴油系統）特點：結構不需改動，生產繼承性好，便於對現有柴油機進行升級換代。缺點：系統回應慢、控制頻率低、控制自由度小、控制精度不夠高，噴油壓力無法獨立控制。-第二代柴油機電控燃油噴射系統（高壓電控噴油系統）改變了傳統燃油供給系統的組成和結構，主要以電控共軌（各缸噴油器共用一個高壓油管）式噴油系統為特徵，直接對噴油器的噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油規律、噴油壓力等進行“時間－壓力控制”或“壓力控制”。特點：通過設置感測器、電控單元、高速電磁閥和相關電/液控制執行元件等，組成數字式高頻調節系統，有電磁閥的通、斷電時刻和通、斷電時間控制噴油泵的供油量和供油正時。但供油壓力還無法獨立控制。6.1柴油機電控系統概述6.1.1柴油機電控技術的發展

1、改善低溫起動性。2、降低氮氧化物和煙度的排放。3、提高發動機運轉穩定性。4、提高發動機的動力性和經濟性。5、控制渦輪增壓。6、適應性廣。6.1柴油機電控系統概述6.1.2柴油機電控燃油噴射系統的優點1、燃油噴射控制（1）供（噴）油量控制（2）供（噴）油正時控制（3）供（噴）油速率和供（噴）油規律的控制（4）噴油壓力的控制（5）柴油機低油壓保護（6）增壓器工作保護2、怠速控制（1）怠速轉速的控制（2）各缸均勻性的控制6.1柴油機電控系統概述6.1.3柴油機電控系統的功能3、進氣控制（1）進氣節流控制（2）可變進氣渦流控制（3）可變配氣正時控制4、增壓控制5、排放控制6、起動控制7、巡航控制8、故障自診斷和失效保護9、柴油機與自動變速器的綜合控制6.1柴油機電控系統概述6.1.3柴油機電控系統的功能

柴油機電控燃油噴射系統除了控制噴油量外，對噴油正時和噴油的壓力都有很高的要求。（柴油機電控燃油噴射系統的噴油壓力較高約為19.6MPa）各種柴油電控系統的區別在於控制功能、感測器的數量和類型、執行元件的類型、ＥＣＵ控制軟體、主要電控元件的結構原理和安裝位置，但基本組成與其他電子控制系統一致，也是由感測器、ＥＣＵ、執行元件三部分組成。1、感測器（1）加速踏板位置感測器（2）回饋信號感測器（3）燃油溫度感測器（4）其他感測器和信號開關2、柴油機控制ＥＣＵ根據各感測器輸入信號和記憶體程式，計算出供（噴）油量和供（噴）油開始時刻，並向執行元件發出執令信號。3、執行元件執行ＥＣＵ的指令，調節柴油機的供（噴）油量和供（噴）油正時。6.2柴油機電控系統的組成及工作原理

6.2.1柴油機電控燃油噴射系統的組成

第一代柴油機電控燃油噴射系統主要以電控直列柱塞泵或電控轉子分配泵為特徵。1、直列柱塞泵的供油量控制“位置控制”的直列柱塞泵供油量控制裝置一般採用占空比控制型電磁閥（簡稱占空比電磁閥）式或直流電動機式電子調速器。2、轉子分配泵的供油量控制“位置控制”的轉子分配泵供油量控制裝置，一般採用轉子式或占空比電磁閥式電子調速器。第一代的位置控制系統不僅保留了傳統的泵－管－嘴系統，還保留了原噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的機械傳動機構，只是對齒條或者滑套的運動位置予以電子控制。日本Denso公司的ECD－V1，德國Bosch公司的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都屬於位置控制的電控分配泵系統。日本Zexel公司的COPEC，德國Bosch公司的EDR系統和美國Caterpillar公司的PEEC系統等都屬於位置控制的電控直列泵系統。6.2柴油機電控系統的組成及工作原理

6.2.2位置控制方式

供油量的“位置控制”特點是用模擬量來控制執行元件工作，通過對噴油泵油量控制機構的定位來得到所需的供油量。不論採用何種類型的電子調速器，總是需要由部分機械裝置來完成對噴油泵供油量的調節，也會降低控制精度和回應速度。所以繼供油量“位置控制”之後出現了“時間控制”。1、轉子分配泵的供油量控制在回油通道中安裝一個有ＥＣＵ控制的高速電磁閥來控制回油通道的開閉，也就實現供油量的“時間控制”。“時間控制”的轉子分配泵取消了油量控制滑套和泵油柱塞上的回油槽（或孔）。2、Ｐ－Ｔ噴油器的供油量控制取消了原Ｐ－Ｔ燃油系統中結構複雜的調速器和噴油器中的計量裝置，使燃油供給系統大為簡化。高速電磁閥關閉的時刻即是噴油開始時刻，高速電磁閥關閉的持續時間決定了噴油量。第二代時間控制系統是用高速強力電磁閥直接控制高壓燃油，一般情況下，電磁閥關閉，開始噴油；電磁閥打開，噴油結束。噴油始點取決於電磁閥關閉時刻，噴油量取決於電磁閥關閉的持續時間。傳統噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽和提前期等全部取消，對噴射定時和噴射油量控制的自由度更大。6.2柴油機電控系統的組成及工作原理

6.2.3時間控制方式

第二代柴油機電控燃油噴射系統中最典型的是電控共軌式燃油噴射系統。在電控共軌式燃油噴射系統中，對噴油量的控制採用“時間－壓力控制”或“壓力控制”，用得最多的是“時間－壓力控制”方式。在該系統中，ＥＣＵ控制供油壓力調節閥使噴油器的噴油壓差保持不變，再通過控制三通電磁閥工作實現噴油量和噴油正時的控制。電磁閥通電開始時刻決定了噴油的開始時刻，其通電時間決定噴油量。6.2柴油機電控系統的組成及工作原理

6.2.4時間－壓力控制方式

在後期開發的柴油機電控共軌式燃油噴射系統中，為降低對供油壓力的要求，噴油量的控制採用控制噴油壓力的方法實現，即噴油量的“壓力控制”方式。噴油器噴孔尺寸一定，噴油時間一定，控制噴油壓力即可控制噴油量；而在增壓活塞和柱塞尺寸一定時，噴油壓力（即增壓壓力）取決於共軌中的油壓，共軌中的油壓是由ＥＣＵ根據各種感測器信號通過燃油壓力調節閥來控制的，所以將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。在系統中，ＥＣＵ根據實際的共軌壓力信號對共軌壓力進行閉環控制。第三代共軌式電控噴射系統改變了傳統的柱塞泵脈動供油的原理，通過油錘回應、液力增壓、共軌蓄壓或者高壓共軌等形式形成高壓。採用壓力時間式燃油計量原理，用電磁閥控制噴射過程，可以實現對噴射油量和噴射定時的靈活控制。高壓共軌系統被世界內燃機行業公認為20世紀三大突破之一，將成為21世紀柴油機燃油系統的主流。德國Bosch公司、日本Denso公司和英國Lucas公司都研製出了電控高壓共軌系統，並開始小批量向市場供貨。6.2柴油機電控系統的組成及工作原理

6.2.5壓力控制方式第三代共軌電控噴射系統基本特點：高壓共軌系統利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，並消除燃油中的壓力波動，然後再輸送給每個噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實現噴射的開始和終止。其主要特點可以概括如下：

1、共軌腔內的高壓直接用於噴射，可以省去噴油器內的增壓機構；而且共軌腔內是持續高壓，高壓油泵所需的驅動力矩比傳統油泵小得多。

2、通過高壓油泵上的壓力調節電磁閥，可以根據發動機負荷狀況以及經濟性和排放性的要求對共軌腔內的油壓進行靈活調節，尤其優化了發動機的低速性能。

3、通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時，噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調節不同工況下預噴射和後噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。第三代共軌電控噴射系統——典型系統高壓共軌系統由五個部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元、各類感測器和執行器。供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的進油口，由發動機驅動的高壓油泵將燃油增壓後送入共軌腔內，再由電磁閥控制各缸噴油器在相應時刻噴油。6.2柴油機電控系統的組成及工作原理

6.2.5壓力控制方式

傳統柴油機供給系統中，都是採用機械離心式或液壓式供油提前角自動調節器來控制噴油泵的供油正時，間接實現對噴油器噴油正時的調節。而在柴油機電控燃油噴射系統中，一般都是由ECU根據柴油機轉速、負荷等感測器信號對供（噴）油正時進行控制。在第二代柴油機電控燃油噴射系統和部分採用“時間控制”供（噴）油量的第一代柴油機電控燃油噴射系統中，取消了傳統的供（噴）油提前角自動調節器，採用由ECU控制的高速電磁閥控制供（噴）油的開始時刻（即正時），並增加供（噴）油正時感測器，實現了供（噴）油正時的閉環控制。6.3典型柴油機電控系統的結構及工作原理

在第一代柴油機電控燃油噴射系統中，轉子分配泵供油正時的控制通常是在原供油提前角自動調節器活塞兩側油腔之間增加一條液壓通道，並由ECU通過電磁閥控制該液壓通道來實現。ECU主要根據柴油機轉速和負荷感測器信號確定基本供油提前角，再根據冷卻液溫度等感測器信號進行修正，並通過電磁閥控制正時活塞左右兩側油腔內的燃油壓力差，以改變正時活塞的位置；正時活塞左右移動時，通過傳動銷帶動轉子分配泵內的滾輪架轉動，從而改變噴油泵的供油正時。正時感測器（正時活塞位置感測器）為差動電感式。感測器鐵心隨正時活塞移動，感測器線圈內產生與活塞位置成正比的電壓（自感電動勢）信號,ECU根據此感測器信號對噴油泵供油正時進行閉環控制。一、本電裝公司ＥＣＤ－Ｖ1系統日本豐田公司柴油轎車最早裝用的就是由日本電裝公司開發的ECD－V1系統，該系統是在轉子分配式噴油泵的基礎上，加裝電子控制裝置而形成的。主要感測器包括：發動機轉速感測器、加速踏板位置感測器、滑套位置感測器、正時活塞位置感測器、進氣壓力感測器、進氣溫度感測器、冷卻液溫度感測器、車速感測器、空檔開關、起動開關、空調開關等。

ECD—V1系統的控制功能包括：燃油噴射控制、進氣節流控制、預熱塞控制、自診斷和安全保護功能等。6.3典型柴油機電控系統的結構及工作原理

6.3.1轉子分配泵供油正時電控系統

日本電裝公司開發的ECD—V3系統也是在轉子分配式噴油泵基礎上，增加電子控制裝置形成的柴油機電控燃油噴射系統。與ECD—V1系統相比，主要是噴油量控制方法不同，ECD—V3系統是通過控制噴油時間來實現對噴油量控制的，即ECU在確定噴油器的噴油開始時刻後，再通過回油控制電磁閥來控制柱塞泵回油的時刻（即停止噴油的時刻），以此來控制噴油量；為控制噴油時間，在轉子分配式噴油泵內增設了泵角感測器。泵角感測器採用電磁感應式，向ECU提供噴油泵凸輪軸位置和轉角信號。此外，ECD—V3系統裝用光電式著火正時感測器，對噴油正時實施回饋控制。發動機轉速感測器安裝在曲軸上。6.3典型柴油機電控系統的結構及工作原理

6.3.2本電裝公司ＥＣＤ－Ｖ3系統

五十鈴公司Ｉ—TEC（全電子控制式）是在轉子分配式噴油泵基礎上，增加電子控制裝置形成的全電子控制式柴油機電控燃油噴射系統。該系統的主要特點是：具有巡航控制功能，設有燃油溫度感測器，不對噴油正時進行回饋控制。此外，加速踏板位置感測器採用差動電感式；進氣節流（節氣門）不受ECU控制。6.3典型柴油機電控系統的結構及工作原理

6.3.3日本五十鈴公司Ｉ－ＴＥＣ系統

裝用直流電動機式電子調速器的直列柱塞泵電控系統，用電子調速器取代原有的機械調速器，以實現對噴油量的控制；用正時控制器取代原有的機構離心式供油提前角自動調節器，來對噴油正時進行控制；並設有油量調節拉杆（或齒條）位置感測器和正時感測器，對噴油量和噴油正時的控制均採用閉環控制方式。6.3典型柴油機電控系統的結構及工作原理

6.3.4直列柱塞泵電控系統

該系統具有共軌式柴油機電控燃油噴射系統的基本組成和結構，屬第二代電控共軌式燃油噴射系統。該系統的控制功能包括：燃油噴射控制、進氣控制、起動控制、故障自診斷、失效保護和應急備用，同時還具有與其他控制系統進行數據傳輸的功能。HEUI系統的噴油量控制採用了“壓力控制”方式，通過由感測器、ECU和執行元件等組成的控制系統，對迴圈噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力進行控制。6.3典型柴油機電控系統的結構及工作