柴油机电控技术简介课件

柴油機電控技術簡介第一節概述一、柴油機電控技術的發展二、柴油機電控燃油噴射系統的優點一、柴油機電控技術的發展

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。汽油機電控技術的發展為柴油機電控技術的發展提供了寶貴經驗。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）下一頁

第一代柴油機電控燃油噴射系統（常規壓力電控噴油系統）

優點：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。二、柴油機電控燃油噴射系統的優點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1、改善低溫起動性電子控制系統能夠以最佳的程式替代駕駛員進行這種麻煩的起動操作，使柴油機低溫起動更容易。2、降低氮氧化物和煙度的排放採用柴油機電控技術，可精確地將噴油量控制在不超過冒煙界限的適當範圍內，同時根據發動機工況調節噴油時刻，從而有效地抑制排煙。

3、提高發動機運轉穩定性採用柴油機電控系統，無論負荷怎樣增減，都能保證發動機怠速工況下以最低的轉速穩定運轉，有利於提高其經濟性。4、提高發動機的動力性和經濟性柴油機電控系統中，ECU根據感測器信號精確計算噴油量和噴油正時。從而提高發動機的動力性和經濟性。

5、控制渦輪增壓採用電子控制技術可以對增壓裝置進行精確的控制。6、適應性廣只要改變ECU的控制程式和數據，一種噴油泵就能廣泛用在各種柴油機上，而且柴油機燃油噴射控制可與變速器控制、怠速控制等各種控制系統進行組合實現集中控制，有利於縮短柴油機電控系統開發週期，並降低成本，從而擴大柴油機電控系統的應用範圍。第二節柴油機電控燃油噴射系統的

功能與組成

一、柴油機電控系統的功能二、柴油機電控燃油噴射系統的組成一、柴油機電控系統的功能1.燃油噴射控制2.怠速控制3.進氣控制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

1.燃油噴射控制燃油噴射控制主要包括：供（噴）油量控制、供（噴）油正時控制、供（噴）油速率控制和噴油壓力控制等。

2.怠速控制柴油機的怠速控制主要包括怠速轉速控制和怠速時各缸均勻性的控制。

3.進氣控制柴油機的進氣控制主要包括進氣節流控制、可變進氣渦流控制和可變配氣正時控制。

4.增壓控制柴油機的增壓控制主要是由ECU根據柴油機轉速信號、負荷信號、增壓壓力信號等，通過控制廢氣旁通閥的開度或廢氣噴射器的噴射角度、增壓器渦輪廢氣進口截面大小等措施，實現對廢氣渦增壓器工作狀態和增壓壓力的控制，以改善柴油機的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和雜訊。

5.排放控制柴油機的排放控制主要是廢氣再迴圈（EGR）控制。ECU主要根據柴油機轉速和負荷信號，按記憶體程式控制EGR閥開度，以調節EGR率。

6.起動控制柴油機起動控制主要包括供（噴）油量控制、供（噴）油正時控制和預熱裝置控制，其中供（噴）油量控制和供（噴）油正時控制與其他工況相同。

7.巡航控制帶有巡航控制功能的柴油機電控系統，當通過巡航控制開關選定巡航控制模式後，ECU即可根據車速信號等自動維持汽車以一定車速行駛。

8.故障自診斷和失效保護柴油機電控系統中也包含故障自診斷和失效保護兩個子系統。柴油機電控系統出現故障時，自診斷系統將點亮儀錶盤上的“故障指示燈”，提醒駕駛員注意，並儲存故障碼，檢修時可通過一定的操作程式調取故障碼等資訊；同時失效保護系統啟動相應保護程式，使柴油能夠繼續保持運轉或強制熄火。

9.柴油機與自動變速器的綜合控制在裝用電控自動變速器的柴油車上，將柴油機控制ECU和自動變速器控制ECU合為一體，實現柴油機與自動變速器的綜合控制，以改善汽車的變速性能。二、柴油機電控燃油噴射系統的組成

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，基本組成與其他電子控制系統一致，也由感測器——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行令信號。

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。第三節柴油機供（噴）油量控制一、位置控制方式二、時間控制方式三、時間－壓力控制方式四、壓力控制方式第一代位置控制系統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。

一、位置控制方式下一頁日本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。二、時間控制方式

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。無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”。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。下一頁日本Zexel公司的Model-1電控分配泵，美國Detroit公司的DDEC電控泵噴嘴、德國Bosch公司的EUP13電控單體泵都屬於時間控制系統。我國專家歐陽明高和丹麥Sorenson研製的“泵－管－閥－嘴（Pump/Pipe/Valve/Injector－PPVI）”電控燃油噴射系統也屬於第二代電控噴射系統。三、時間－壓力控制方式

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”，用的最多的是“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。四、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。下一頁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。下一頁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。下一頁第三代共軌電控噴射系統————噴射系統

預噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內發生預混合或者部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內壓力升高率和峰值壓力都會下降，發動機工作比較緩和，同時缸內溫度降低使得NOX排放減小。預噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統的冷起動性能。主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內噴入氣缸內的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時間從而縮短緩燃期，使燃燒在發動機更有效的曲軸轉角範圍內完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳氫排放。下一頁第四節柴油機供（噴）油正時控制一、直列柱塞泵供油正時電控系統二、轉子分配泵供油正時電控系統

一、直列柱塞泵供油正時電控系統

直列柱塞泵供油正時電控系統l—轉速表2—故障指示燈3—供油齒條位置感測器4—柴油機5—噴油泵6—正時感測器7—正時控制器8—轉速感測器

9一電磁閥10一冷卻液溫度傳感直列柱塞泵供油正時電控系統的組成如右圖所示，主要由正時控制器、電磁閥、柴油機轉速感測器、正時感測器和ECU等組成。二、轉子分配泵供油正時電控系統轉子分配泵供油正時電控系統

l—ECU

2—滾輪3—滾輪架4一電磁閥5—正時活塞6一正時感測器

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。第五節柴油機電控燃油噴射系統實例一、日本電裝公司ＥＣＤ－Ｖ1系統二、日本電裝公司ＥＣＤ－Ｖ3系統三、日本五十鈴公司Ｉ－ＴＥＣ系統四、直列柱塞泵電控系統五、美國Ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ公司ＨＥＵＩ系統六、日本電裝公司ＥＣＤ－Ｕ２系統一、日本電裝公司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。

二、日本電裝公司ＥＣＤ－Ｖ3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。

三、日本五十鈴公司Ｉ－ＴＥＣ系統

五十鈴公司L—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