柴油机电子控制技(2012)课件

1、 第一节 柴油机电子控制技术概述 第二节 电控直列泵喷射系统 第三节 电控共轨式燃油喷射系统 第四节 电控泵_阀燃油喷射系统第一节第一节 柴油机电控喷油系统概述柴油机电控喷油系统概述 一、发展历程 二、组成和原理 三、主要控制内容 柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油这两个发展阶段。而现代电控喷油技术的崛起，则应归功于计算机技术和传感检测技术的迅猛发展。 目前电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。 现代电控喷油技术实现的手段主要有电控泵喷嘴、电控单体泵以及电控共轨系统。 柴油机喷油技术的发展柴油机喷油技术的发展 第一代电子控制式燃油喷射装置中，将机械式调

2、速器和喷油提前角调节器换成电子控制的机构。燃油压送机构和机械式燃油系统相同。 第二代电控喷油装置是在第一代位置控制式的基础上发展起来的。采用高速电磁阀对喷油量和喷油时间进行时间控制。 第三代电控燃油系统是将喷油量和喷油时间控制融为一体，使燃油的升压机构独立，亦即燃油压力与发动机转速、负荷无关，具有可以独立控制压力的蓄压器共轨。喷油量、喷油时间等参数直接由装在各个气缸上的喷油器控制。 第三代电控共轨式燃油系统是全新的一代燃油系统。在21世纪降低柴油机的排放，保护环境方面将会起到不可替代的作用。 具体实施方法与第二代相同，采用高速电磁阀。第三代柴油机电控燃油系统电控共轨式燃油系统的控制原理框图。

3、电控柴油机喷射系统主要由传感器、ECU（中央控制单元）和执行器三部分组成。 柴油机电控系统的组成柴油机电控系统的组成 1.信号输入装置与输入信号 电控系统的主控制信号：加速踏板位置传感器、转速传感器和曲轴位置传感器等。 电控系统的修正信号：着火正时传感器、冷却水温度传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、控制杆位置传感器、控制套筒位置传感器等。 2.执行器 控制系统的执行器主要有电动调速器、电子控制正时器、电磁溢流阀、高速电磁阀等。 3.电子控制单元（ECU） 功用与组成与汽油机电子控制单元基本相同。BOSCHBOSCH高压共轨系统结构示意图高压共轨系统结构示意图 转速和加速踏板位置传感器信号

4、计算基本喷油量，由进气温度、进气压力、冷却水温度等进行修正。 电子控制系统的喷油量控制方法如下图所示。电子控制燃油喷射系统中喷油时间的控制经过了三次改革。喷油正时控制方法：喷油正时控制方法： 由转速和加速踏板位置决定；冷却水、进气温度、进气压力等进行修正，着火正时传感器闭环控制。 目标喷油时间采用下图中的方法进行计算。共轨式燃油系统中喷油压力的控制方法如下图所示。 燃油喷射规律控制，即喷油速率和喷油量随时间变化的规律，电控系统以转速和负荷为基本控制参数，按预定的喷油速率和喷油规律，完成循环的喷油过程。 5.怠速控制 柴油机的怠速控制是通过控制喷油量实现。 6.增压控制 控制增压压力和进气量，改

5、善空燃比。 7.进气涡流强度控制 更好地组织进气涡流，改善燃烧质量。 8.故障自诊断功能及故障保护功能第二节第二节 电控直列泵喷射系统电控直列泵喷射系统 一、第一代电控直列泵 二、第二代电控直列泵（TICS系统） 三、第三代电控直列泵（PPVI系统） 直列式喷油泵的电子控制系统中，在喷油泵方面带有如下电子部件： 对喷油量进行电子控制的电子调速器。 对喷油时间进行电子控制的喷油提前角调节器。 喷油泵本体的燃油压送机构和传统的机械式喷油泵完全相同。电子调速器和喷油提前角调节器则根据发动机机型可以装用其中某一种，或将两者都装上。 但是，调节喷油量的元件仍然是调节齿杆，由调速器执行器进行位置控制；喷油

6、时间的控制则是根据ECU的指令通过提前器执行器控制发动机驱动轴和凸轮轴之间的相位差实现的。 因此，ECU通过各种传感器检出发动机的状态和环境，计算出最适合于发动机状态的控制量，再向执行器发出指令。这是第一代电子控制直列式喷油泵的基本特征。 TICS以传统的直列泵为基础，在柱塞部分附加上一个可动的定时套筒，定时套筒可以根据需要改变预行程，按照发动机的转速和负荷改变喷油定时，控制喷油率。TICS可以配装不同的提前器和不同的调速器，组成不同的系统。 工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。 进油过程:当柱塞下移，燃油自

7、低压油腔经进油孔被吸入并充满泵腔。 供油过程:压油过程在柱塞自下止点上移的过程中，起初有一部分燃油被从泵腔挤回低压油腔，直到柱塞上部的圆柱面将两个油孔完全封闭时为止。此后柱塞继续上升，柱塞上部的燃油压力迅速增高到足以克服出油阀弹簧的作用力，出油阀即开始上升。出油阀的圆柱环形带离开出油阀座时，高压燃油通过高压油管流向喷油器；当燃油压力高出喷油器的喷油压力时，喷油器则开始喷油。 回油过程:回油过程当柱塞继续上移到，斜槽与油孔开始接通，于是泵腔内油压迅速下降，出油阅在弹簧压力作用下立即回位，喷油泵停止供油。此后柱塞仍继续上行，直到凸轮达到最高升程为止，但不再泵油。 预行程可控式（电控供油速率可控式）

8、喷油泵预行程可控式（电控供油速率可控式）喷油泵 理想的喷油泵应保证发动机在低速运转时增加供油速率，以便理想的喷油泵应保证发动机在低速运转时增加供油速率，以便得到较高的喷油压力；在发动机高速运转时应降低供油速率，以得到较高的喷油压力；在发动机高速运转时应降低供油速率，以避免喷油压力过高。避免喷油压力过高。预行程可控式喷油泵控制机构预行程可控式喷油泵控制机构 预行程：预行程： 指喷油泵柱指喷油泵柱塞从下止点开塞从下止点开始上升至关闭始上升至关闭进出油孔，在进出油孔，在开始压送燃油开始压送燃油之前的凸轮行之前的凸轮行程。程。预行程可控式喷油泵工作过程预行程可控式喷油泵工作过程 有效行程：从柱塞上行至

9、进油孔被控制套筒关闭时刻起，有效行程：从柱塞上行至进油孔被控制套筒关闭时刻起， 到柱塞上的螺旋槽与控制套筒上的出油孔接通前的行程。到柱塞上的螺旋槽与控制套筒上的出油孔接通前的行程。 有效行程内柱塞上的出油孔与螺旋槽均被关闭有效行程内柱塞上的出油孔与螺旋槽均被关闭 柱塞总行程：等于凸轮的升程。柱塞总行程：等于凸轮的升程。 喷油量的大小决定于柱塞的有效行程；喷油量的大小决定于柱塞的有效行程； 有效行程决定于开始泵油的时刻和停止泵油的时刻；有效行程决定于开始泵油的时刻和停止泵油的时刻； 开始泵油的时刻决定于预行程的大小；开始泵油的时刻决定于预行程的大小； 停止泵油的时刻决定于柱塞上的螺旋槽与控制套筒

10、上出油停止泵油的时刻决定于柱塞上的螺旋槽与控制套筒上出油 口的相对位置，由调速器控制油量控制齿条转动柱塞实现。口的相对位置，由调速器控制油量控制齿条转动柱塞实现。 PPVI系统保留了喷油泵-高压油管-喷油嘴系统，便是高压油管上加一个高速电磁阀，变成了泵一管一阀一嘴系统。 采用高速电磁溢流阀控制油量和喷油正时后，柱塞只承担供油加压功能，使喷油泵简化和强化，高压供油能力提高。通过凸轮和柱塞强化设计，使主供油速率进一步提高。 当高速电磁阀快速打开，高压燃油高速泄流，喷射结束。它能形成初期喷油速率低、主喷射速率高、快速溢流切断而又不致产生穴蚀的理想喷油速率图形。第三节第三节 电控共轨式燃油喷射系统电控

11、共轨式燃油喷射系统 一、电控共轨燃油喷射系统历程 二、电控共轨燃油喷射系统组成及特点 三、电控共轨燃油喷射系统主要零部件结构 20世纪60年代后半期，瑞士的Hiber教授开发成功柴油机电控共轨系统的“原型”。其后，以瑞士工业大学的Ganser教授为中心对电控共轨系统进行了一系列研究。 20世纪90年代，柴油机的供油系统开始向电控供油系统过渡。进入21世纪以后有了一个迅速发展的阶段。 1995年年末日本电装公司将ECD-U2型电控高压共轨系统成功地应用于卡车柴油机而开始批量生产，从此开创了柴油机电控共轨燃油系统的新时代。 ECD-U2型电控共轨系统是日本电装公司和丰田汽车公司共同研制开发的。 到

12、2000年11月，博世公司第300万套高压共轨喷油系统下线。 高压电控共轨燃油系统，其主要由燃油箱、滤清器、油泵、溢流阀、压力传感器、燃油轨、喷油器、ECU等组成。电控共轨燃油喷射系统特点：电控共轨燃油喷射系统特点： 喷油压力柔性可调。对不同负荷和转速可确定所需的最佳喷射压力，优化柴油机综合性能，并且喷射压力可不随转速变化，有利于增大低速时转矩和改善烟度。 可独立地柔性控制喷油正时。配合高喷射压力(120170MPa)，可使NOx和微粒(PM)的排放控制在较小的数值内，以满足排放标准的要求。 可柔性控制喷油速率变化。为实现理想的喷油规律创造了条件，既可降低柴油机NOx和压力升高率，同时又能保证

13、柴油机具有优良的动力性、经济性。 采用电磁阀控制喷油，控制精度高。高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，喷油量循环变动小，可改善各缸不均匀性、振动和驱动性能，减少有害物排放。电控高压共轨式喷油系统的结构：电控高压共轨式喷油系统的结构：电控高压共轨式喷油系统主要由两部分组成：电控高压共轨式喷油系统主要由两部分组成： 第一部分是供油系统总成：包括高压油泵、低压油泵 、共轨压力传感器、共轨、燃油温度传感器、高压油管和喷油器； 第二部分是控制系统：包括电控单元、电控卸荷阀 、油压调节器、曲轴和凸轮轴转速传感器。BOSCHBOSCH高压共轨系统结构示意图高压共轨系统结构示意图供油系统主要由两部分组成：

14、供油系统主要由两部分组成： 低压油路：由燃料预热器、燃油滤清器、齿轮式低压油泵三部份构成。柴油从油箱，经燃料预热器、燃油滤清器后，被低压油泵建立起2.53.0bar。 高压油路：电控卸荷阀、转子式高压油泵、电控油压调节器、共轨、油压传感器五个部份构成。 BOSCH高压共轨燃油系统示意图高压共轨燃油系统示意图带水分离器带水分离器的预滤器的预滤器主滤清器主滤清器带过滤器的带过滤器的油箱油箱高压高压传感器传感器执行器执行器喷油器喷油器轨压传感器轨压传感器EDC7 ECU轨轨CP3.3低压低压01bar rel1.2bar abs7.4 bar1.8 bar 压差压差0.51 bar abs喷油器高压

15、油泵共轨高压油管电控卸荷阀 低压油泵 1 1、高压油泵：、高压油泵： 径向柱塞泵产生高压 16002300bar， 用电控卸荷阀来调节进入高压油泵的供油量。 高压油泵的压油单元采用23个均布凸轮压油，减少了每次压油量，使峰值扭矩降低，负荷分布均匀。高压油泵的凸轮轴较细，尺寸也小。 由于喷油压力的产生与燃油的喷射过程无关，而且喷油定时也不靠高压油泵的凸轮来保证，所以高压油泵和发动机曲轴之间无相位要求，安装非常方便。 采用1：2的传动比就可以用正时齿形带来驱动，而不改变原机的正时传动系统。 高压泵高压泵CP3.3+ZP18CP3.3+ZP18简述简述 3-缸径向柱塞高压油泵； 集成ZP18齿轮输油

16、泵； 燃油滤清器位于齿轮泵压力端； 高压油泵理论供油速率：1.087cm3/rev； 驱动速比（增速）：4G/4E：4/3；6J：7/6； 最大允许轨压：1600bar； 泵额定转速：3800r/min； 采用燃油润滑； 不允许承受轴向力； 逆时针旋转（从驱动端看）。高压泵进油高压泵进油输油泵进油输油泵进油燃油计量阀燃油计量阀高压泵回油高压泵回油溢流阀溢流阀输油泵出油输油泵出油高压油出口高压油出口高压泵高压泵CP3.3CP3.3外形及接口外形及接口高压泵高压泵CP3.3CP3.3内部结构内部结构高压出油阀高压出油阀高压泵高压泵CP3.3CP3.3内部结构内部结构高压泵高压泵CP3.3CP3.3

17、剖面图剖面图1 泵体泵体 2 偏心轴偏心轴 3 多边形环多边形环 4 柱塞柱塞 5 挺杆挺杆 6 齿轮输油泵齿轮输油泵 7 高压出油阀高压出油阀 8 进油阀进油阀 10 法兰法兰高压泵高压泵CP3.3CP3.3进油阀与出油阀进油阀与出油阀进油阀单向隔断进油阀单向隔断柱塞与低压腔柱塞与低压腔出油阀单向隔断出油阀单向隔断柱塞与高压腔柱塞与高压腔高油泵高油泵CP3.3CP3.3接口接口齿轮输油泵齿轮输油泵ZP18ZP18 由高压泵CP3.3轴驱动 齿轮泵供油速率240 l/h（进油压力0.5bar abs时）367 l/h（进油压力1.0bar abs时） 齿轮泵允许进油温度：2575；齿轮输油泵齿

18、轮输油泵 ZP18ZP18结构结构高压泵高压泵CP3.3CP3.3的安装的安装 采用内置的连接盘从而缩短距离 降低燃油喷射泵所受的轴承载荷 穿过齿轮室盖板，用3件螺栓上紧到燃油喷射泵连接盘上 高压泵齿轮装配无正时要求 扭矩：3件螺栓：2535N.m，轴端齿轮螺栓: 100110N.m高压泵齿轮高压泵齿轮高压泵连接盘高压泵连接盘齿轮室盖板齿轮室盖板燃油喷射泵燃油喷射泵高压泵高压泵CP3.3CP3.3的安装的安装应小心移出包装箱，不能握住高低压连接口MPROP等低强度部件，而只能握住泵的壳体；非必要时，安装中不能去除泵上的各种防护套；将泵安装到发动机上时，最好同时上紧其3个安装螺栓，或多次均匀上紧

19、。拧紧扭矩见图纸。仅在泵已装在发动机上、且要连接低压油管时才允许去掉其防护套；安装连接高压油管前才能去除其防护套且应立即安装好高压油管。其拧紧扭矩见图纸。泵不允许“干转”，转动前必须加入60ml燃油且排除内部空气；完成机械安装后才进行电气接口的安装。高压泵高压泵CP3.3CP3.3固定在发动机上固定在发动机上l扭矩：扭矩：3件螺栓：件螺栓：2535N.m，轴端齿轮螺栓，轴端齿轮螺栓: 100110N.m高压泵高压泵CP3.3CP3.3从发动机上拆卸从发动机上拆卸当拆除油管时，该油管连接口应立即用原防护套盖紧；拆卸高压油管时，注意用工具保持泵上的接头位置，防止在拆高压油管时将其从泵上松开。 高压

20、泵系统初始充油与排空高压泵系统初始充油与排空 在对高压泵初次充油时，由于其齿轮输油泵内有空气而导致供油不足，应该采用附加的输油泵对其供油 该附加的输油泵可以是：加装在整车上的一个起动辅助输油泵加装在整车上的一个手油泵或在生产线上的一个辅助输油泵 在所有运行的环境压力下，高压泵总成CP3/ZP的最小供油压力为2bar。最大压力为6bar（对CP3/ZP18.1或ZP18.3）或4bar （对CP3/ZP18.4或ZP18.5或ZP20）。注意依此选择滤清器上的手油泵。 车上排空建议：松开柴滤出口油管，压动手泵直到柴滤出口有燃油流出至无明显气泡状态偏心凸轮 电控卸荷阀进油口出油口高压缸组件低压油泵

21、 高压油泵齿轮式低压油泵 2 2、共轨（又称蓄压器）：、共轨（又称蓄压器）： 一段锻造的管道，其内部容积能存储足够的压能BOSCH公司的共轨容积是60 ml。 共轨蓄压器上装有电控油压调节器、燃油压力传感器、限流器和溢流阀。共轨共轨压力传感器油压调节器到喷油器来处高压油泵高压共轨管高压共轨管LWRN3LWRN3（四缸机）（四缸机） 积累和分配高压燃油 降低压力波动 由于柱塞的间歇性供油 由于喷油器的短暂喷射扳手位共轨管标牌防锈处理共轨管结构（四缸机）共轨管结构（四缸机）高压传感高压传感器器RDS4共轨管体共轨管体共轨管型共轨管型号铭牌号铭牌泄压阀泄压阀DBV4节流孔节流孔压入式压入式每缸喷油器

22、一个每缸喷油器一个节流孔节流孔压入式压入式每缸一个每缸一个高压传感高压传感器器RDS4共轨管泄压阀共轨管泄压阀DBV4DBV4 带跛脚回家功能的泄压阀流量流量（l/h）Qmax, limp homeQmin, limp homeQ_leakageP_min, limp homeP_max, limp homeP_leakageP_limiting压力（压力（bar）P_limiting: 是打开DBV的压力值P_max limp home P_min Limp home: 是 DBV打开后的压力范围Q_min-Q_max:是DBV打开后的流量范围P_leakage :就是会导致DBV有泄漏的压

23、力值，那么这个泄漏量就是Q_leakage活塞1活塞2阀座压力室弹簧共轨管的安装与拆卸共轨管的安装与拆卸 安装小心轻放，安装前任何损伤均不许再用安装引起的最大允许轴向力：25kN跛脚回家期间燃油温度将升高50（与共轨管内温度相比），附近零部件设计应能承受此温度。回油管管长应小于200mm 拆卸发动机运行时不允许装拆拆卸前确认共轨管内压力回落至环境压力拆卸后必须换装新密封垫片或密封件共轨管安装法兰在装拆过程中最大受载为120Nm共轨管安装顺序共轨管安装顺序l 将各缸喷油器安装至指定扭矩l 用手拧紧共轨管安装法兰至23Nml 用手将各缸高压管拧紧至31Nml 将共轨管拧紧至指定扭矩l 将各缸高压油

24、管喷油器端螺帽拧紧至指定扭矩l 将各缸高压油管共轨管端螺帽拧紧至指定扭矩l 安装高压泵至共轨管的高压油管并分2次拧紧至指定扭矩3 3、喷油器：、喷油器： 高压共轨式喷油系统中最关键的部件是喷油器，它是一个电控液压伺服喷射系统，喷油嘴针阀设计小巧，重量轻；开启速度高，开启电磁力大，因此对电磁阀的工作稳定性和使用可靠性提出很高的要求。 通过控制电磁阀的动作可实现喷油量和喷油正时的控制并能实现多次喷射，要求电磁阀的启闭时间非常快，大约为200s 。喷油器喷口回油管 电磁阀进油口DS-NF/EAN62CRIN2CRIN2喷油器喷油器 CRIN2-LD/MDtype 标准型标准型CRIN2-LD/MD/

25、HDtype 外部回油口回油口CRIN2-MD/HDtype 标准型标准型电接口（螺栓螺帽）高压管接口（外部）高压管接口（内部）电接插件高压管接口（外部）CRIN2CRIN2喷油器喷油器 喷油压力：喷油压力：1600 bar1600 bar 喷嘴：喷嘴：mini-mini-sac-holesac-hole 多孔喷油嘴多孔喷油嘴参参考考结结构构回油孔回油孔电接口电接口标识标识进油孔进油孔RBCP/SNS-Zheng CRIN2CRIN2设计与功能设计与功能进油口（共轨管来的高压油）针阀控制室回油口电磁阀针阀杆RBCP/SNS-Zheng CRIN2CRIN2电磁阀与控制阀组电磁阀与控制阀组CRI

26、N2CRIN2喷油器喷油器RBCP/SNS-Zheng 喷嘴置位喷嘴置位线圈衔铁球阀释放控制孔充油控制孔针阀杆喷嘴针阀压力环高高压压连连接接管管回油喷嘴开启喷嘴开启喷嘴关闭喷嘴关闭低压低压高压高压喷孔CRIN2CRIN2工作原理工作原理Low pressureHigh pressure喷嘴置位电磁阀衔铁球阀释放控制孔充油控制孔针阀杆喷孔喷油嘴压力环0.00.51.01.52.03.0喷油器脉冲喷油器脉冲控制阀升程控制阀升程控制室压力控制室压力针阀升程针阀升程喷射速率喷射速率电流电流Time, ms喷嘴开启喷嘴关闭CRIN2CRIN2喷油器工作过程喷油器工作过程state of rest0.00

27、.51.01.52.03.0喷油器脉冲信号喷油器脉冲信号控制阀升程控制阀升程控制腔压力控制腔压力油嘴针阀升程油嘴针阀升程喷油速率喷油速率电流电流Time, msnozzle opens喷嘴关闭喷嘴关闭CRIN2CRIN2喷油器工作过程喷油器工作过程RBCP/SNS-Zheng 低压低压高压高压电磁阀衔铁球阀释放控制孔充油控制孔针阀杆喷孔喷油嘴压力环高高压压连连接接管管回油回油释放控制孔直径释放控制孔直径A（出流）大（出流）大于充油控制孔直径于充油控制孔直径Z（入流）（入流）如如 A加大，喷嘴开启加快加大，喷嘴开启加快如如 Z加大，喷嘴关闭加快加大，喷嘴关闭加快A-ZA-Z通流直径和喷油速率通流

28、直径和喷油速率喷油器电气参数喷油器电气参数线圈电阻线圈电阻 Rcoilm m 230 当当2020时时, , 公差公差: : 5% 5% 线圈电感线圈电感 LBoostH H 150 模拟值模拟值, , 提升段，当提升段，当2020时时 线圈电感线圈电感 LDIF_HOLD H H 35 模拟值模拟值, , 保持段，当保持段，当2020时时提升电压提升电压UBoostUBoostV V4848提升开始时，提升开始时，2020提升电流提升电流 IboostIboostA A24242626 设定值设定值: 25A保持电流保持电流 IholdIholdA A11111313 设定值设定值: 12A

29、电力延迟和液压延迟脉宽与流量电力延迟和液压延迟脉宽与流量DS-NF/EIN2-Liz 28886920204060801001201401601802002202402602803003203403600.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.01600 bar1000 bar600 bar250 bar200 barQhyd = 800 ccmPilot PlateauInjected quantity mm/st Energizing time ms 喷油喷油MapMap喷油器特性标定喷油器特性标定( (示例示例) )喷油器控制脉冲喷油器控制脉冲多次喷射多次喷射单次喷射单次喷射（主喷）（主喷）喷油器的安装与拆卸喷油器的安装与拆卸 洁净度 喷油器对杂质敏感，必须保持洁净！ 所用防护套仅在装配前才能去掉正确正确不正不正确确喷油器的安装五步法（喷油器的安装五步法（1 1）l 将喷油器