柴油发动机电控技术简介.ppt

1、第六章 柴油发动机电控技术简介,目标要求,1、掌握柴油发动机电控系统基本组成； 2、掌握柴油发动机电控系统的控制内容； 3、掌握柴油发动机电控系统的控制特点； 4、了解柴油发动机电控系统的类型； 5、了解柴油发动机电控系统的优点； 6、了解典型的柴油发动机电控系统的工作原理及控制特点。,一、概述,1、柴油电控技术的发展 柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。 柴油机电控系统的开发研究从20世纪70年代开始，经历了三代： 位置控制 时间控制 时间压力控制（压力控制）,第一代（位

2、置控制方式）柴油机电控燃油喷射系统（常规压力电控喷油系统） 保留了传统柴油机供给系统的基本组成和结构，只是取消了机械控制部件（调速器等），增加了传感器、ECU、执行器等组成的控制系统，使控制精度和响应速度得以提高。 优点：柴油机的结构几乎不需改动，便于对现有柴油机进行升级换代。 缺点：响应慢，控制精度不高，供油压力不能控制。 在直列柱塞泵上实施位置控制的有：日本电装公司的ECD-P1、ECD-P2、ECD-P3系统；德国波许公司的EDR系统；美国的PEEC系统等。 在分配泵上实施位置控制的有：日本电装公司的ECD-V1系统；德国波许的EDC系统；美国的PCF系统等。,第二代（时间控制方式）柴油

3、机电控燃油喷射系统（高压电控喷油系统） 基本保留了传统燃油供给系统的组成和结构，通过高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。一般情况下，电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。因此可实现供油量控制，又可实现供油正时的控制。 优点：控制自由度更大，供油加压与供油调节在结构上相互独立，使喷油泵结构得以简化，强度得到提高。高压喷油能力大大加强。 缺点：供油压力无法控制。 在分配泵上实施时间控制的有：日本电装公司的ECD-V3系统；美国Stanadyne公司的DS型和RS型（DS型已用于GM公司1994年的增压柴油机上，RS型已用于GM公司的客货两用车和越野车）；日本丰田公司的ECD-2系统，等等。

4、 电控泵喷嘴系统有：德国波许公司的PDE27/PDE28系统，等等。,第三代（时间-压力方式） 这是国外于20世纪90年代中期研制的一种新型柴油机电控技术。 基本改变了传统燃油供给系统的组成和结构，主要以电控共轨（各缸喷油器共用一个高压油管）式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行时间-压力控制。 油压油泵并不直接控制喷油，而仅仅向共轨供油以维持所需的共轨压力，并通过连续调节共轨压力来控制喷射压。 优点：可实现高压喷射（最高达200Mpa），喷射压力独立于发动机转速，可实现理想喷油规律，具有良好的喷射特性。 共轨喷射系统是柴油机燃油系统的一个发展方向

5、。目前在卡车和轿车柴油机上得到广泛应用，发展速度十分惊人。 国外典型共轨喷射系统：日本电装公司的ECD-U2系统；美国BKM公司的servojet系统；美国Caterpiller公司的HEUI系统，等等。,2、电控柴油发动机优点 1）改善了柴油发动机的经济性能和排放性能 柴油机电控系统中，ECU根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时。从而提高发动机的动力性和经济性。 2）提高了控制的灵活性 只要改变ECU的控制程序和数据，一种喷油泵就能广泛用在各种柴油机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统开发周期，并降低成本，从而扩大柴

6、油机电控系统的应用范围。 3）降低氮氧化物和烟度的排放 采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻，从而有效地抑制排烟,4）改善低温起动性 电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作，使柴油机低温起动更容易。 5）提高发动机运转稳定性 采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转，有利于提高其经济性。 6）控制涡轮增压 采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。,3、柴油发动机电控系统的控制内容 1）燃油喷射控制 主要包括：供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制、供（喷）油速率控

7、制和喷油压力控制等。 2）进气控制 主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制、可变配气正时控制和进气预热控制等内容。 3）怠速控制 主要包括怠速转速稳定性控制和怠速时各缸均匀性的控制。 4）废气再循环控制 包括废气再循环工况的确定和废气再循环量的控制。 5）废气涡轮增压压力控制 目的与汽油机相同，即防止增压压力过高使发动机爆发压力过高，或增压压力过低，造成空气量不足使排气温度过高。控制方式视增压器而异，主要有废气旁通通道控制和涡轮流通截面控制两种方法。 6）故障自诊断与带故障运行控制,4、柴油机电控系统的组成 柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外，对喷油正时和喷油的压力都有很高的要求。（柴油机

8、电控燃油喷射系统的喷油压力较高约为19.6MPa） 各种柴油电控系统的区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，但基本组成与其他电子控制系统一致，也是由传感器、执行元件三部分组成。 1）传感器 加速踏板位置传感器、反馈信号传感器、燃油温度传感器等和信号开关 2）柴油机控制 根据各传感器输入信号和内存程序，计算出供（喷）油量和供（喷）油开始时刻，并向执行元件发出执令信号。 3）执行元件 执行的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。,二、柴油机供（喷）油量控制,1、位置控制方式 位置控制系统不仅保留了传统的泵管嘴系统，还保留了原喷油

9、泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的机械传动机构，只是对齿条或者滑套的运动位置予以电子控制。 供（喷）油量控制特点： 用电子调速器取代传统机械离心式调速器。 用发动机转速传感器和加速踏板位置传感器代替原有的转速和负荷传感机构（如离心飞块、真空室等）； 用ECU控制的电子执行元件来代替机械离心式调速执行机构和加速踏板传动机构。,直列柱塞泵供油正时电控系统,执行元件：占空比控制型电磁阀 反馈元件：齿条位置传感器 ECU控制电磁阀线圈的占空比铁芯产生电磁力铁芯推动供油齿条移动至与回位弹簧平衡改变供油量 通过齿条位置传感器的反馈信号，得到齿条的实际位置，以此进行反馈控制。,转子分配泵位置控制方式

10、,ECU控制电磁阀线圈的占空比线圈的输入电流变化转子轴转动的电磁力矩变化偏心钢球绕转子轴中心线左右转动滑套左右移动改变柱塞的回油时间改变供油量 通过滑套位置传感器的反馈信号，得到滑套的实际位置，以此进行反馈控制,2、时间控制方式 在回油通道中安装一个由ECU控制的高速强力电磁阀来取代滑套控制回油通道的开闭。 一般情况下，电磁阀关闭开始喷油；电磁阀打开喷油结束。 喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭的持续时间。 可取消油量控制滑套，还可取消泵油柱塞上的回油槽。,3、时间压力控制方式 第三代柴油机电控系统中最典型的是电控共轨式燃油喷射系统。在电控共轨式燃油喷射系统中，各缸喷油器共用

11、一个高压油轨（即高压油管）。对喷油量的控制采用时间压力控制或压力控制，用的最多的是时间压力控制方式。,三、典型柴油机电控系统,1、日本电装公司ECD系统 日本丰田公司柴油轿车最早装的就是日本电装公司开发的ECD 系统。该系统是在转子分配式喷油泵的基础上，加装电子控制装置而形成的。 主要传感器包括：发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、滑套位置传感器、正时活塞位置传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、车速传感器、空档开关、起动开关、空调开关等。 控制功能包括：燃油喷射控制、进气节流控制、预热塞控制、自诊断和安全保护功能等。,2、日本电装公司ECD系统 日本电装公司开发的ECD

12、 系统也是在转子分配式喷油泵基础上，增加电子控制装置形成的柴油机电控燃油喷射系统。与ECD 系统相比，主要是喷油量控制方法不同，ECD 系统是通过控制喷油时间来实现对喷油量控制的，即ECU在确定喷油器的喷油开始时刻后，再通过溢流控制电磁阀来控制柱塞泵回油的时刻（即停止喷油的时刻），以此来控制喷油量。 为控制喷油时间，在转子分配式喷油泵内增设了泵角传感器。泵角传感器采用电磁感应式，向ECU提供喷油泵凸轮轴位置和转角信号。 ECD 系统装用光电式着火正时传感器，对喷油正时实施反馈控制。发动机转速传感器安装在曲轴上。,1）喷油量控制原理 喷油量控制系统如图所示。脉冲发生器缺齿部分用于检测平面凸轮顶起

13、滚轮推动柱塞开始压油的位置。ECU根据缺齿部的信号判断燃油压缩的开始位置，然后对泵轴转过的角度计数，当泵轴转过一定的角度后，也即喷出的油量后，ECU控制电磁溢流阀开启溢流通道，喷油停止。 溢流角：自柱塞开始压缩至电磁溢流阀打开，油泵转过的角度。溢流角与油泵的喷油量相对应，溢流角越大，喷出的燃油就越多。,2）电磁溢流阀结构与工作原理 通常由辅助阀（电磁阀）和主阀（液压阀）构成。,工作原理,当高压燃油压力随柱塞移动而上升时，燃油压力作用在主阀的头部。此时，电磁阀通电，辅助阀压紧在阀座上。高压燃油从喷油器喷出。 若电磁阀断电，则辅助阀打开，主阀背后的燃油就从辅助阀的辅助溢流通道流出，主阀背后压力下降

14、。主阀在头部燃油高压下打开，高压油从主阀溢流通道流出，高压室泄压，喷油停止。,3）着火正时传感器 着火正时传感器用以检测气缸内混合气燃烧的实际开始时刻，以此信号对供油正时进行反馈控制。 混合气燃烧石英晶体棒检测到光的变化光敏晶体管将光信号变成电压信号信号输出到ECU。,光电式着火正时传感器,3、高压共轨式喷油系统,日本电装公司ECDU2系统 系统主要用于载重汽车装用的柴油机上，日本日野汽车公司、三菱汽车公司和日产汽车公司生产的载重汽车柴油机多数采用ECDU2系统。 系统具有共轨式喷油系统的基本组成和结构，属于第三代柴油机电控燃油喷射系统。 系统组成：由各种传感 器、ECU、燃油压力控制阀和三通电磁阀等组成的控制系统，对喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油压力进行时间压力控制 。,日本电装公司ECD-U2系统油路,高压供油泵 结构和传统的直列柱塞泵相似。 压力控制阀PCV的作用是通过调整供油泵供入共轨内的燃油量来调整共轨内的燃油压力。 PCV阀断电和通电的时刻决定了高压供油泵向共轨内供入的燃油量。,高压供油泵的控制,共轨（Common-rail）,高压溢流阀常闭，当共轨内油压超过设定值时，阀门打开泄压。 燃油