柴油机电控喷油技术课件

柴油機電控噴油技術汽車新技術參考文獻汽車為何採用電子控制技術?汽車為什麼要採用電子控制技術（原因）？

全球性的能源危機與環境保護促使汽車油耗法規、排放法規、安全法規要求提高;電子控制技術能夠滿足汽車發展要求。汽車採用電子控制技術的目的（目的）？降低油耗：節約能源減少排放：保護環境提高性能：動力性、經濟與排放性能、安全性、舒適性、操穩性、通過性汽車電子控制系統基本組成控制原理：電子控制單元ECU根據感測器採集的信號和開關信號計算確定控制量，並向執行器發出控制指令，由執行器完成具體控制動作，從而實現預期的控制目標。汽車電子控制系統的功用

由感測器、電器開關、電子控制器和執行器等組成的、能夠提高汽車性能的有機整體。如發動機電子控制系統、底盤電子控制系統和車身電子控制系統等子系統。

電子控制系統

提高汽車的整體性能。（動力性、經濟性、排放性、安全性、舒適性、操縱性與通過性）第一節柴油機電控技術基礎一、柴油機電控系統分類按控制方式分：三種類型位置控制式柴油噴射系統時間控制式柴油噴射系統高壓共軌式柴油噴射系統按供油機構的結構型式分：四種類型直列泵式電控噴油系統分配泵式電控噴油系統泵噴嘴式電控噴油系統單體泵式電控噴油系統二、柴油機電控系統控制功能

（一）噴油量控制：基本噴油量控制啟動噴油量控制怠速轉速（噴油量）控制加速時噴油量控制各缸不均勻油量補償控制恒定車速（巡航）控制三、噴油定時與輔助控制功能

噴油壓力控制噴油率控制故障自診斷控制故障應急處理控制進氣量控制EGR控制三、電控柴油噴射技術控制策略第一代：70年代，位置控制式電控噴油系統第二代：80年代，時間控制式電控噴油系統第三代：90年代，高壓共軌式電控噴油系統四、噴油量的計算當轉速升高時，發動機在一個工作迴圈內所占的時間縮短，其進氣量將減小，所以基本噴油量Qj減小。發動機工作時，每迴圈基本噴油量的變化：1.0

Qj~1.5Qj啟動噴油量為：Qq=（1.3~1.5）Qj

怠速噴油量為：Qd=（0.2~0.25）Qj

第二節位置控制式柴油噴射系統一、電裝ECD-V1型電控分配泵系統組成感測器：9-油泵轉速傳感器；

1-滑套位置傳感器；7-噴油提前器活塞位置感測器；執行器：10-線性電磁線圈；

6-噴油定時控制閥；

5-滑套。2-最大供油量調節螺釘；3-斷油電磁閥；4-出油閥；8-葉片式輸油泵；二、ECD-V1型電控系統結構特點（1）噴油量採用電子調速器控制保留了博世VE型分配泵的油量控制滑套，取消了原有離心式調速器，採用了電子調速器來控制噴油量；（2）噴油定時採用電子提前器控制。保留了博世VE型分配泵原有的液壓提前器，採用了電子提前器來控制噴油定時。三、ECD-V1型電控系統噴油量控制控制噴油量：電子調速器噴油泵轉速感測器

油門開度感測器

ECU和線性電磁鐵機構噴油量回饋控制：控制噴油修正量

滑套位置感測器

ECU和線性電磁鐵機構（一）ECD-V1系統噴油量控制方法當油門開度增大需要增大噴油量使發動機轉速升高時：ECU占空比增大→線圈平均電流增大→電磁吸力增大→滑套右移量增大→噴油器噴油量增大→發動機轉矩增大、轉速升高。當油門開度減小時：滑套右移量減小→

噴油量減小→發動機轉矩減小、轉速降低→從而實現電子調速。滑套右移最大位移量：2mm。（二）ECD-V1系統噴油量回饋控制當滑套左右移動時，ECU根據實際位移量與目標位移量之差，對噴油量進行回饋控制：當滑套的實際位移量小於目標位移量時，ECU控制占空比增大，線圈平均電流增大，電磁鐵機構帶動滑套右移量增大。當滑套實際位移量大於目標位移量時，ECU控制占空比減小，使線圈平均電流減小，滑套右移量減小，噴油量閉環控制。四、ECD-V1型電控系統噴油定時控制電子提前器：控制噴油定時噴油泵轉速感測器、油門開度感測器、ECU和噴油定時控制閥TCV、定時控制活塞回饋控制：控制噴油提前角修正量活塞位置感測器、ECU和定時控制閥TCV、定時控制活塞（一）噴油定時控制閥TCV兩位（打開位置、關閉位置）兩通（進油口、出油口）電磁閥TCV閥門設在活塞高、低壓腔之間的管路上。進油口為高壓端，與噴油泵內腔和定時控制活塞的高壓腔連接；出油口為低壓端，經油道與葉片式輸油泵的進油口和細濾器連接。（二）定時控制活塞位置感測器類型：螺管型差動變壓器式功用：檢測活塞的位移量信號結構：殼體：固定機件鐵芯：隨活塞一同移動感應線圈：一個初級線圈兩個次級線圈（三）噴油定時控制原理當活塞左移時，就會經連接銷、傳力銷推動滾輪架繞其軸線沿順時針方向（與凸輪盤轉向相反）轉動一定角度，使凸輪盤端面的凸峰提前一定角度與滾輪相抵靠，分配泵轉子向右移動時刻提前，從而實現提前噴油。即活塞左移量增大時，噴油提前角增大；反之，活塞左移量減小時，噴油提前角減小。（四）噴油定時控制方法ECU根據噴油泵（或發動機）轉速和加速踏板位置信號計算確定噴油提前角以及定時控制活塞的目標位移量，並向定時控制閥發出占空比信號進行控制。當需要增大噴油提前角時，ECU向TCV發出占空比減小的控制信號，高電平短，低電平長，電磁閥平均電流減小，閥門開度減小，兩腔壓差增大，活塞左移量增大使噴油提前角增大。（五）噴油定時回饋控制方法當實際位移量小於目標位移量時，ECU控制占空比減小，電磁閥平均電流減小，閥門開度減小，兩腔壓差增大，使活塞左移量增大；當實際左移位移量大於目標位移量時，ECU將控制占空比增大，閥門開度增大，兩腔壓差減小，使活塞左移量減小，從而實現噴油提前角閉環控制。五、位置控制式電控系統的特點（1）升級改造成本較低。保留噴油泵、高壓油管、噴油嘴等部件。（2）噴油量採用電子調速器控制。（3）噴油定時採用電子提前器EVT控制。（4）柴油機性能得以改善。動力性和經濟性得到改善。

缺點：由於燃油的壓送機構與機械式燃油系統相同，仍由凸輪驅動壓油，燃油噴射壓力沒有提高，因此，難以改善柴油機的排放性能。第三節時間控制式電控噴油系統概念：時間控制利用高速電磁閥控制噴油結束時刻來調節噴油量。一、控制方法將控制柴油機齒杆（或滑套）的位移改為直接控制電磁閥閥門打開，使高壓柴油立即卸壓溢流結束噴油。一、時間控制式電控系統控制方法ECU根據油門開度AC和轉速ne信號→從MAP圖中查尋目標噴油量數值；根據目標噴油量和噴油泵轉角信號計算確定對應的噴油目標轉角；向高速電磁閥發出控制指令；電磁閥動作，從而實現噴油量控制。二、時間控制式電控系統的特點噴油始點：端面凸輪行程決定，油壓開始上升時刻為噴油開始。噴油終點：高速電磁閥控制噴油結束時刻。顯著特點：噴油結束時刻越晚，噴油量越大；結束時刻越早，噴油量越小。回應速度快：已達0.25ms，控制噴油結束時間就可控制噴油量，故稱為“時間控制”。（位置控制：系統為40ms~50ms）三、電裝ECD-V3型電控分配泵系統特點

曲軸位置感測器、噴油泵轉角感測器、加速踏板位置感測器、燃燒始點光電感測器、ECU、電磁溢流閥和定時控制閥TCV等組成。去掉了ECD-V1系統的電子調速器，在噴油泵的泄油通道上設置了一只電磁溢流閥，利用該電磁閥控制噴油結束時刻來控制噴油量的大小；噴油定時（噴油提前角）控制策略與ECD-V1型電控分配泵系統相同。在滾輪架上設置了一只噴油泵轉角信號發生器，利用曲軸位置信號與噴油泵轉角信號之間的相位差作為噴油定時（噴油提前角）的回饋控制信號；增設了燃燒始點感測器。檢測燃燒閃光產生的信號，對噴油定時（噴油提前角）進行補償調節，消除柴油品質（十六烷值）和大氣壓力等變化對柴油機性能的影響。（一）電磁溢流閥結構原理功用：控制噴油結束時刻（噴油終點）組成：一個電磁閥（導向閥）和一個液壓自動閥（主閥）主閥：設有高壓油道和溢流通道，高壓油道與柱塞右側的高壓腔連接，溢流通道與噴油泵泵腔連接。（1）電磁溢流閥通電時工作情況當電磁溢流閥通電時：兩閥關閉，壓油與噴油。圖（c）示。電磁閥產生電磁吸力克服複位彈簧張力左移→閥門關閉。與此同時，高壓腔燃油既作用在主閥正面（左面），也通過主閥上的小孔作用於主閥背面（右面）。因為閥座面的密封截面小於主閥直徑，所以主閥右面的作用力大於主閥左面的作用力→主閥閥門也關閉→不會溢流。柱塞高壓腔油壓隨柱塞右移而升高並通過噴油器噴油。（2）電磁溢流閥斷電時工作情況電磁閥斷電：導向閥開→主閥迅速打開→溢流卸壓停止噴油斷電時：彈簧張力使導向閥右移複位→閥門打開，圖d）導向閥開時：由於主閥小孔節流使左面油壓下降緩慢，因此，主閥左面壓力大於右面壓力→

主閥迅速打開→溢流卸壓→停止噴油，圖e）示。導向閥回應時間：全開為1.1ms，全關為1.2ms。（二）噴油泵轉角感測器

功用：向ECU提供噴油泵轉速與轉角信號，控制噴油終點。信號發生器：安裝在滾輪架上。信號齒圈：安裝在噴油泵驅動軸上。設凸齒和齒缺，大齒缺段缺兩個凸齒，大齒缺數與發動機氣缸數相等。四缸機：凸齒52個、小齒缺48個、大齒缺4個每個凸齒或小齒缺信號占噴油泵軸轉角均為3°，大齒缺占15°。四、ECD-V3系統噴油量的控制當ECU接收到大齒缺後的第一個上升沿信號時，說明凸輪開始壓油使噴油器噴油，圖（b）示，ECU開始對轉角信號進行計數。當噴油泵轉角等於目標噴油角度α時（圖中α=24°），ECU立即向電磁溢流閥發出低電平控制信號，使電磁溢流閥斷電，導向閥和主閥迅速打開，柱塞高壓腔內燃油迅速溢流卸壓使噴油停止→將噴油角度（噴油量）控制在目標噴油角度值α（目標噴油量數值）。噴油量ECD-V3型0~80mm3/行程、ECD-V4型為0~90mm3/行程、

ECD-V5型為0~50mm3/行程。五、ECD-V3系統噴油定時控制控制方法：ECD-V3型同ECD-V1型——由TCV控制定時控制活塞兩端的壓差來控制噴油定時（噴油提前角）。回饋控制信號不同：由曲軸位置感測器信號與噴油泵轉角感測器大齒缺後第一個上升沿信號之間的相位差決定——轉角信號發生器安裝在滾輪架上——可角位移（一）噴油定時回饋控制信號的確定回饋信號→實際噴油提前角當噴油提前角θ=0時，滾輪架處於圖a中間位置，大齒缺後第一個凸齒信號上升沿對應於氣缸活塞的壓縮上止點TDC，圖d所示；當θ=θ1時，齒圈位置不動，信號發生器轉動θ1度，圖b所示；信號上升沿提前θ1度產生，圖e所示；ECU計算：θ=β-β1=36°-18°=18°

ECD-V3：0°~25°、ECD-V4、ECD-V5：0°~36°(曲軸轉角)（二）噴油定時回饋控制方法ECU向TCV發出占空比信號進行控制。若實際噴油提前角θ小於目標噴油提前角時：ECU向TCV發占空比減小信號，TCV平均電流減小，閥門開小，兩腔壓差增大，活塞左移量增大使噴油提前角增大；反之，占空比增大，閥門開大，壓差減小，活塞左移量減小使提前角減小，實現提前角閉環控制。第四節高壓共軌式電控噴油系統一、東風朝柴公司高壓共軌系統組成1-油壓感測器；2-共軌；3-限壓閥；4-電控噴油器；5-進氣溫度感測器；6-冷卻液溫度感測器；7-大氣壓力感測器；8-加速踏板位置感測器；9-凸輪軸位置感測器；10-曲軸位置感測器；11-ECU；12-高壓油泵；13-壓力控制閥PCV；14-油濾器；15-油箱；16-電動燃油泵

（二）高壓共軌式柴油噴射系統組成圖3-19Bosch高壓共軌式柴油噴射系統組成（三）博世共軌系統控制部件安裝位置圖3-20Bosch高壓共軌式柴油噴射系統控制部件的安裝位置（四）博世高壓共軌系統組成空氣供給系統：空氣流量感測器進氣溫度感測器大氣壓力感測器

增壓壓力感測器燃油供給系統：低壓通道：燃油箱、輸油泵（電動燃油泵）、柴油濾清器（粗濾器和細濾器）、低壓輸油管、低壓回油管高壓通道：高壓泵、高壓油管、共軌、限壓閥、流量限制閥和噴油器電子控制系統：電控油壓系統：共軌油壓感測器、ECU和共軌壓力控制閥PCV

電控噴油系統：曲軸位置感測器、凸輪軸位置感測器、加速踏板位置感測器、冷卻液溫度感測器、ECU和電控噴油器二、高壓共軌式噴油系統關鍵技術朝柴電控發動機採用的（Bosch）控制部件（一）高壓共軌電控系統控制部件朝柴電控發動機採用的（Bosch）控制部件左上——高壓泵；右上——噴油器；左下——共軌；右下——電控單元ECU（2）高壓共軌系統的控制部件特點感測器：同汽油噴射系統電控單元：

EDC16C執行器：電磁噴油器燃油油軌（直徑增大）高壓供油泵（CP1H）（3）朝柴CPS/CIS感測器安裝位置①曲軸轉速感測器——信號發生器安裝在飛輪殼上作用：計算曲軸位置、發動機轉速、噴油定時、噴油量②凸輪軸相位感測器——信號發生器安裝在齒輪室內作用：確定一缸壓縮上止點TDC、各缸的TDC位置曲軸與凸輪軸位置感測器同型：DG6，磁感應式信號發生器，信號發生器可互換使用（二）Bosch電控噴油器電控噴油器分類：電磁控制式噴油器——电磁式喷油器壓電晶體式噴油器——压电式喷油器1.電磁式噴油器（1）電磁式噴油器結構組成電磁控制機構：電磁閥電磁線圈+閥芯（鐵芯）複位弹簧（上部）球閥液壓伺服機構：柱塞：控制腔連兩節流孔孔式噴油器：針閥（錐面、閥座）複位彈簧（下部）連接：高壓油管介面（入口）低壓回油口（出口）噴油器線束插座電磁噴油器=電磁控制機構+液壓伺服機構+孔式噴油器（2）電磁式噴油器工作原理當電磁閥斷電時：圖（c）复位弹簧张力使球阀压在阀座上，高、低壓通道關閉，柱塞控制腔壓力+針閥複位彈簧力大於針閥錐面壓力，針閥關閉，不噴油。當電磁閥通電時：圖（d）电磁力克服弹簧张力使球阀閥芯上移，球閥打開回油通道接通，部分高壓燃油經進油和回油節流孔節流後流回油箱，柱塞控制腔壓力降低，針閥錐面壓力大於控制腔壓力+柱塞彈簧力，針閥上移，閥門打開，噴油。回油通道：高壓油軌→高壓油管接頭→進油節流孔→柱塞控制腔→回油節流孔→球閥→回油口→油箱（3）電磁式噴油器工作結論當電磁閥通電時：電磁閥球閥閥門打開，噴油器針閥閥門打開，噴油器開始噴油。當電磁閥斷電時：電磁閥球閥閥門關閉，噴油器針閥關閉，噴油器停止噴油。結論：通電時間=噴油持續時間斷电时间=停止噴油時間

當燃油壓力一定時：通電時間越長，噴油量越大；

通電時間越短，噴油量越小。2.壓電晶體式噴油器PZT：壓電控制機構+液壓伺服機構+孔式噴油器（1）壓電晶體式噴油器特點壓電控制機構：壓電晶體：多層陶瓷（層厚20~200µm）燒結成壓電晶體堆芯，層間設有電極。生產技術與電容器相似大活塞小活塞球閥單向閥線束插頭液壓伺服機構：同電磁式孔式噴油器：同電磁式壓電：指由機械壓力引起電介質晶體放電，或應用電壓而使電介質晶體產生壓力。（2）壓電晶體式噴油器工作原理①當壓電晶體斷電時，噴油器不噴油（圖3-29c）球閥關閉，控制腔建立高壓，針閥關閉，不噴油。②當壓電晶體通電時，噴油器噴射燃油。（圖3-29d）晶體堆芯伸長→球閥打開回油回油通道為：共軌→高壓接頭→進油節流孔→柱塞控制腔→回油節流孔→球閥→小活塞油腔→回油口→回油管→油箱。控制腔壓力降低→針閥上升→閥門打開噴油。

結論通電時間越長，噴油量越大；通電時間越短，噴油量越小。基本原理：壓電晶體受電壓作用而伸長→推動活塞移動→球閥打開→燃油回流使柱塞控制腔壓力降低→針閥錐面燃油壓力使針閥上升→閥門打開噴油。

（三）高壓泵——供油泵組成：偏心輪柱塞組件：3套進油閥、出油閥殼體和油道功用：提供高壓燃油

（2）高壓泵工作原理當柱塞下行時（左圖）：柱塞腔容積增大，壓力降低使進油閥打開，低壓燃油由進油閥進入柱塞腔，對高壓泵進行充油。當柱塞上行時（右圖）：柱塞腔容積減小，壓力增大使進油閥關閉，燃油建立起高壓。當柱塞上行行程增大使腔內壓力高於共軌中的燃油壓力時，出油閥被打開，高壓燃油在壓力控制閥PCV的控制下供入共軌管內。（3）供油切斷電磁閥與單向閥斷油電磁閥功用：適時切斷柱塞供油，減少高壓泵的功率消耗。高壓泵按最大供油量設計，發動機怠速和部分負荷時，多餘燃油經壓力控制閥PCV和共軌上的限壓閥等流回油箱，損失壓縮能量，還使燃油升溫。當發動機怠速和部分負荷時，電磁閥通電使進油閥打開，燃油不受壓縮又流回低壓通道，柱塞腔不會建立高壓。高壓泵與發動機的傳動比：i=2（或2.5）單向閥功用：保持低壓油路油壓，保證再次啟動可靠。當高壓泵停止轉動時，關閉回流通道，保持一定的燃油壓力（50kPa以上），保證再次啟動發動機能可靠啟動。（四）壓力控制閥PCVPCV功用：根據發動機負荷和轉速變化，自動調節供入共軌管內的燃油壓力(噴油壓力)。PCV組成——電磁閥：電磁線圈：電阻值為3.2Ω銜鐵（鐵芯）、球閥複位彈簧（3）壓力控制閥PCV工作原理原理：調節供油量：供油量越大，油壓越高；供油量越小，油壓越低當線圈斷電時：球閥關閉。燃油壓力↔彈簧設計負荷=10MPa

當線圈通電時：燃油壓力=

彈簧預緊力+線圈電磁力ECU發出占空比RC控制：

RC↑→線圈平均電流IA↑→銜鐵電磁力FE↑→球閥減小↓

→回油量↓

→共軌燃油壓力p↑

；

RC↓→平均電流IA↓→銜鐵電磁力FE↓→球閥開度↑→回油量↑

→共軌燃油壓力p

↓

。RC=C

→p=C試驗證明：f=1kHz→p不波動（五）共軌—公共油軌—高壓油軌功用：儲存一定數量和一定壓力的燃油，保證啟動和怠速時燃油迅速升壓；減小噴油器開閉以及高壓泵工作時引起的油壓波動——燃油具有可壓縮性。特點：粗油管共軌容積很小：30ml左右燃油壓力很高：p=160MPa~200MPa（六）限壓閥——壓力限制器

圖3-251-高壓燃油；2-錐形閥；3-節流孔；4-錐形活塞；5-複位彈簧；6-限位套；7-閥體；8-通孔；9-回油孔功用：限制共軌燃油的最高壓力，防止損壞發動機機件。組成：閥體7、錐形活塞4、複位彈簧5、限位套6原理：p＞pmax時，錐形活塞壓縮複位彈簧並右移→

高壓燃油流回油箱→

燃油壓力降低→

限定最高壓力。回油通道：共軌→閥座節流小孔→活塞錐面節流孔3→活塞4內腔→限位套6內腔→通孔8→回油孔→回油管9→燃油箱。（七）流量限制閥——流量限制器

組成：閥體(殼體)5：製作有閥座7

閥芯(柱塞)3：進油孔（上部）、節流孔（出油孔）8