柴油机电控技术-共47页PPT课件

1、 长安大学工程机械发动机构造课教学制作：展朝勇第六章 柴油机电控技术第一节 柴油机电控技术概述 第二节 柴油机供（喷）油量控制第三节 柴油机供（喷）油正时控制第四节 柴油机电控燃油喷射系统实例第六章 柴油机电控技术第一节 柴油机电控技术概述一、柴油机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，共经历了三代：第一代位置控制第二代时间控制第三代时间压力控制（共轨式）二、电控柴油机控制系统组成（一）位置控制方式三、电控柴油机控

2、制方式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。应用在直列柱塞泵上的有：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。应用在分配泵上的有：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。位置控制电喷系统工作示意图时间控制电喷系统工作示意图四、柴油机电控燃油喷射系统的优点改善发动机低温起动性电子

3、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。降低发动机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。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转速稳定运转，有利于提高其经济性。四、柴油机电控燃油喷射系统的优点提高发动机动力性和经济性柴油机电控系统中，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。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。适应范围广只要改变ECU的控制程序和

4、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，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。五、柴油机电控系统的功能与组成（一）柴油机电控系统的功能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）油速率控制和喷油压力控制等。怠速控制主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。进气控制主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正时控制。（一）柴油机电控系统的功能增压控制根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过各种措施，实现对废气涡增压器工作状态和增

5、压压力的控制。排放控制主要是废气再循环（EGR）控制。起动控制包括供（喷）油量、正时控制和预热装置控制。巡航控制ECU根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。故障自诊断包含故障自诊断和失效保护两个子系统。柴油机与自动变速器的综合控制（二）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（柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约19.6MPa） 。柴油机电控燃油喷射系统主要由传感器、电控元件（ECU）、执行元件三部分组成。（二）柴油机电控系统的组成柴油机控制ECU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

6、出执行令信号。执行元件执行ECU的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。传感器包括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一、位置控制方式第二节柴油机供（喷）油量控制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。（一）直列式柱塞泵位置控制

7、方式执行元件：控制型电磁阀反馈元件：齿条位置传感器 工作中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。（一）直列式柱塞泵位置控制方式位置控制过程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。（二）转子分配泵位置控制方式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。二、时间控制方式（以VE泵为例）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

8、。二、时间控制方式（以VE泵为例）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。第三节 柴油机供（喷）油正时控制一、直列柱塞泵供油正时电控系统1、组成由正时控制器、电磁阀、柴油机转速传感器、正时传感器和ECU等组成。2、工作过程二、转子分配泵供油正时电控系统1、组成在原供油提前角自动调节器活塞两侧油腔之间增加一条液压通道，并由ECU通过电磁阀控制该液压通道来实现。二、转子分配泵供油正时电控系统2、工作过程ECU控制电磁阀的占空比正时活塞两端的压力差变化正时活塞左右移动由滑销带动

9、滚轮架转动改变供油正时；通过正时传感器的信号，得到实际的供油正时，以进行反馈控制。一、日本电装公司ECDV1系统第四节 柴油机电控燃油喷射系统实例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ECDV1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。 日本电装公司ECD-V1系统图日本电装公司ECD-V1系统图日

10、本电装公司ECD-V3系统图EDU=Electronic Driver Unit 电子驱动单元SPV=Spill Control Valve 溢流控制阀 TCV=Timing Control Valve 正时控制阀1、ECD-V3系统工作示意图光电式着火正时传感器2、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。3、电磁溢流控制阀工作原理4、喷油量控制原理二、HEUI系统1、组成与工作过程2、HEUI系统的工作特点为中压共轨电控液压式喷射系统；系统共轨中采用燃

11、油和柴油机润滑油两条共轨，因此系统中有润滑油和燃油两套油路；采用机油共轨油道驱动燃油增压活塞对燃油增压，实现高压喷油；利用高速开关电磁阀控制共轨油道中机油进出增压活塞，实现燃油压力的上升与下降，从而实现喷油的定时控制；通过采用预喷射量孔控制初期喷油率实现预喷；喷油压力与柴油机转速和负荷无关。3、HEUI系统的喷油器具有预喷射的喷油器4、HEUI的系统响应二、ECD-U2高压共轨式喷油系统1、组成供油压力调节电磁阀控制喷油压力、降低驱动功率、降低噪音2、ECD-U2喷油系统工作过程二位三通阀电磁阀控制喷油量（代替调速器）、喷油时间（代替提前器）及喷油率2、ECD-U2喷油系统工作过程供油泵将12

12、0MPa高压燃油输入共轨。其供油量是实际喷油量几倍。供油泵上装有通过供油量增减来调节共轨中油压的供油压力调节电磁阀(PCV阀)，共轨上设有油压传感器，将共轨油压的信号输送给电控单元，由电控单元对PCV阀实施反馈控制，使共轨油压稳定于目标值。当共轨油压低于目标值时，PCV阀提前关闭，供油泵提前供油，而供油终点位于凸轮升程虽高点是不变的。所以，供油泵提前供油就使供油量增加共轨油压也就升高。ECU根据柴油机工况的要求确定共轨压力(它决定了喷油压力)和电磁阀(TWV阀)通电持续时间(作用在电磁阀上的控制脉冲宽度)，从而确定循环喷油量；电磁阀通电的时刻(作用在三通阀上的控制脉冲开始时间)又决定了喷油器喷

13、油始点。 2、ECD-U2喷油系统工作过程3、日本电装公司ECD-U2系统油路工作中供油泵将燃油加压成高压，供入共轨内；共轨实际上是一种燃油分配管。除存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机气缸内。燃油供给系统主要由供油泵、共轨和喷油器组成。电控共轨系统中的喷油器是一种附有电磁阀控制的喷油阀，电磁阀的开启和关闭由计算机控制。 （1）高压供油泵结构和传统的直列柱塞泵相似（以VE泵为例）。高压供油泵的控制（1）高压供油泵通过压力控制阀PCV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阀断电和通电时刻决定了高压供油泵向共轨内供入的燃油量。（2）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。燃油压力传感器检测共轨内的燃油压力。溢流缓冲器通过高压油管与喷油器相连，可使共轨内和高压油管内的油压波动减小，且一旦流出油量过多时，切断燃油通道，停止供油。（3）电/液控制喷