第6章柴油机混合气的形成与燃烧1-4

第六章柴油机混合气的形成和燃烧6.1柴油机混合气的形成和燃烧室

一、

柴油机混合气的形成1、空间雾化2、油膜蒸发柴油机可燃混合气的形成依靠两方面：燃料喷雾和组织空气运动。按其形成原理可分为两种方式1)空间雾化混合2)油膜蒸发混合1、空间雾化将燃料喷在燃烧室空间使之成为雾状，再利用空气运动达到充分混合。1对燃料喷雾要求高（采用多孔喷嘴）燃烧易于完全，经济性好。2对气流要求不高后期燃料易被早期燃烧产物包围，高温裂解排气冒烟。3初期空间分布燃料多，燃烧迅速，工作粗暴。2、油膜蒸发将燃料喷在燃烧室壁面上，使之成为薄薄的一层油膜附着在燃烧室壁面上，只有一小部分燃料分布在燃烧室空间。经燃烧室壁面和燃烧加热，边蒸发，边混合，边燃烧。初期蒸发、燃烧慢，后期蒸发、燃烧迅速（先缓后急）1对燃料喷雾要求不高（采用单、双孔喷嘴），对空气运动要求高。2放热先缓后急，3但低速性能不好，冷起动困难。对进气道、燃料供给系统和燃烧室结构参数之间的配合要求很高，制造工艺要求严格。噪声小，经济性较好工作柔和，油膜蒸发特点

空间雾化混和油膜蒸发混和大部分燃料以较高压力喷射到燃烧室空间，散布于空气中采用强烈的空气旋流将大部分燃料涂布在燃烧室壁面上燃料在空气中呈细小油粒状燃料在壁面上形成油膜细小油滴以液相与空气混和，形成不均匀混和气

油膜蒸发，燃油蒸汽与空气混和，形成相对均匀的混和气大量细小油滴受热汽化，在着火延迟期内形成的可燃混和气数量多，多点大面积同时着火散布在空间的少量燃油，在着火延迟期内形成少量可燃混和气，着火面积小。初期燃烧的放热速率很高，以后逐渐减慢。受油膜蒸发速率的影响，燃烧放热速率呈前低后高的规律油膜蒸发与空间雾化比较

二、

柴油机燃烧室柴油机混和气的形成和燃烧都是在燃烧室进行的，时间非常短，要使发动机具有良好的性能，不但要有良好的燃料喷射系统，较高的燃料喷雾质量，还必须有与燃料喷射配合恰当的燃烧室形状和气流运动。柴油机燃烧室按结构形式可分为直接喷射式分隔喷射式直接喷射式分隔喷射式1开式：中、大型，中、低速船舶、发电用大缸径柴油机,不组织进气涡流，空间雾化型混合气蒸发方式。2半开式：中、小型，中、高速车用柴油机（1）

型（2）球型（3）复合式（U型）（一）直喷式燃烧室结构特点：位于活塞顶部，具有统一空间的燃烧室。直喷半开式燃烧室1、型燃烧室混合气形成方式：空间雾化为燃烧室喉口直径；D为气缸直径。，油束射程燃油喷在燃烧室局部空间，空气利用率。，油束射程，气流运动燃油喷在燃烧室壁面上，雾化差。型燃烧室主要结构参数dKD为燃烧室容积；为活塞位于上止点时的压缩容积。空气利用率，散热面积燃烧好。尽可能大。所以，希望vkvc（1）长型多孔（3～5个）喷嘴，孔径d=0.25～0.4[mm]。针阀开启压力

19.6[MPa]，喷雾夹角140～160。（2）工作粗暴。（3），

大空气利用率空气停留时间（4）结构简单，散热面积，冷起动性好，经济性好。型燃烧室主要特点半开式球型燃烧室混合气形成方式：油膜蒸发球型燃烧室特点

（1）螺旋进气道，进气涡流强。（2）采用单孔喷嘴

=0.5～0.7mm，或双孔喷嘴

=0.3～0.4mm。喷嘴与气缸盖平面成70夹角，沿顺气流方向喷射。（3）由于油膜的隔热作用，缸壁温度合适，200～350℃。（4）值较小，=1.1左右，空气利用率（5）工作柔和、平稳，噪声小。经济性、动力性较好（6）冷起动性和低速性差，排污严重。（7）缸径D不可太大，一般在140mm内球型燃烧室特点

复合型(U)燃烧室混合气形成方式：空间雾化+油膜蒸发（1）喷油基本垂直于气流方向雾化好（2）采用螺旋进气道，轴针式喷油嘴。（3）低速时气流弱：空间分布燃料多改善了冷起动性和低速性。高速时，气流强：壁面分布燃料多平均压力升高率和最高压力，工作柔和、平稳，噪声小。（4）气流运动起重要作用复合型燃烧室特点

半开式燃烧室的空气运动

进气涡流挤压涡流进气涡流使进气气流相对于气缸中心产生一个力，形成涡流。切向进气道螺旋进气道切向进气道特点:气道母线与气缸相切；进气道与缸盖底面夹角小；气道断面收缩大；气道中心线与汽缸轴线相错。优点:结构简单，进气涡流要求低时,气流阻力小缺点:涡流强度对进气口位置敏感螺旋进气道特点：进气道呈螺旋型优点：能产生强烈的进气涡流。缺点：涡流强度会增加进气阻力工艺要求高，制造、调试难度较高挤压涡流无进气涡流或涡流弱进气涡流强

压缩接近上止点时,活塞顶上部的环形空间中的空气被挤入活塞顶凹坑的燃烧室内,形成空气的涡流。逆挤压涡流

挤压和逆挤压不影响充气效率，有助于燃料的分布和混合气的形成，对混合气起主导作用的是进气涡流和逆挤压涡流活塞下行燃烧室中的空气向外流到环形空间产生膨胀流动，称为逆挤压涡流。（二）分隔式燃烧室主要用于高速柴油机结构特点：整个燃烧室分隔成两个空间，主燃烧室设于活塞顶部，副燃烧室位于气缸盖内，中间用通道连接。燃油直接喷入副燃烧室内。按照气流运动方式分为：涡流室和预燃室涡流室型副燃烧室呈球形，与主燃烧室通过相切的孔道相通结构特点通道与涡流室相切，产生压缩涡流。喷油器安装在涡流室中，顺气流方向喷射。混合气形成方式：热混合混合气形成与燃烧（1）采用轴针式喷嘴=1mm，针阀开启压力9.8～12[MPa]。（2）涡流强空气利用率（=1.1～1.3）。（3）n涡流强度高速性。（4）压缩涡流、燃烧涡流使后期放热大工作柔和、平稳，噪声小。（5）相对散热面积，节流损失经济性，冷起动性。主要特点预燃室型结构特点主燃烧室与副燃烧室相通的孔道直径较小。通道个数多，截面积小，产生压缩紊流。喷油器安装在预流室中，燃油逆进入预流室的气流方向喷射。混合气形成与燃烧主要特点（1）采用轴针式喷嘴，针阀开启压力7.8～12.8[MPa]。（2）紊流强混合气形成改善。（3）节流作用大高速时，工作更加柔和、平稳，噪声更小。（4）低速性时易工作粗暴，噪声大。（5）相对散热面积，节流损失经济性。

不同燃烧室性能对比直喷式燃烧室分隔式燃烧室开式半开式涡流室预燃室混合气形成方式空间雾化空间雾化两段混合两段混合空气运动进气涡流无或弱较强进气涡流挤压涡流压缩涡流二次涡流压缩紊流燃烧涡流喷油器孔式（6~12）孔式（4~6）轴针式轴针式燃料雾化要求高要求较高要求较低要求较低启动容易较容易难最难对燃料适应性差较差较好好不同燃烧室性能对比直喷式燃烧室分隔式燃烧室开式半开式涡流室预燃室Pme高较高较低低be190~210~240235~275245~290NOX高较高低低PM较低高低低HC较低高低低燃烧噪声最高较高低最低适应转速<=1500<=4000<=5000<=3500在缸径大于200mm,转速小于1000r/min的重型汽车、大型增压柴油机上采用开式燃烧室。中、轻型车目前主要是涡流室和半开式的竞争。预燃室常用于要求噪声特别低的特殊场合：矿井、潜艇。不同燃烧室性能对比6.2燃油喷射与雾化一、供油系统和喷射过程1、柴油机供油系统大、中型车泵-管-嘴供油系统轻型车用分配式喷油泵供油系统柱塞式喷油泵燃油供给系柱塞式喷油泵喷油泵喷油泵的主要作用是定时定量经高压油管向各缸的喷油器周期性地供给高压燃油。喷油器喷油器头部结构

(a)(b)(c)(d)孔式（单孔）孔式（多孔）轴针式（标准）轴针式（节流）直喷式燃烧室分隔式燃烧室喷油器的主要作用是将喷油泵供给的高压燃油喷入柴油机燃烧室，使燃油雾化成微细的油粒，并按一定的要求适当地分布在燃烧室内。。喷油嘴的流通特性

喷孔有效流通截面积与针阀升程的关系针阀头部圆锥部分的节流作用多层多孔喷油器

喷油泵节流作用

上行：当3点与5点重合时，才开始供油。当2点与4点重合时，既开始回油，停止供油

理论上（不存在节流）上行：当3点不到5点时，由于通道小，节流，已经开始供油。关闭进油口时—供油提前。当2点过了4点以后，通道小，节流，才开始回油，停止供油。开启回油口时—供油持续。所以，实际供油比理论供油时间长，供油量大。喷油泵节流作用

实际上（存在节流）喷油泵速度特性

喷油泵油量控制机构（齿条或拉杆）位置固定，循环供油量随喷油泵转速变化的关系。n节流作用循环供油时间循环供油量g车用：希望ngMe（例如：低速大负荷工况）喷油泵速度特性：ngMe。因此，喷油泵速度特性不适合于车用，必须进行校正。车用的适应性喷油泵速度特性校正尾部4条锥形槽，尺寸向阀顶逐减；出油阀减压环带凸缘与出油阀座内孔有不同间隙；出油阀开节流小孔。ngMe。可使循环供油量曲线变得较平坦，但若要适合于车用，还需进行调速器校正。即使经过出油阀校正，柴油机的扭矩Me曲线仍比汽油机的平缓。1出油阀校正可变减压容积和可变减压作用喷油泵速度特性校正ngMe。在第七章发动机特性中介绍2调速器校正(1)喷射延迟阶段(2)主喷射阶段

(3)喷油结束阶段喷射过程从喷油泵开始供油直至喷油器停止喷油的过程。整个喷油过程在全负荷工况下约占15º~40º曲轴转角。整个喷射过程分为三个阶段喷射延迟阶段主喷射阶段喷射结束阶段供油始点A喷油始点B转速越高，高压油管越长，喷射延迟角越大喷油器端压力急降C喷油器针阀完全落座D喷油时间由柱塞有效行程喷射结束应干脆利落，还应有一定残余压力单位时间（或曲轴转角）的喷油量随时间（或曲轴转角）的变化规律。喷油规律影响放热规律，放热规律影响动力性、经济性和排放。喷油规律单位凸轮轴转角(或单位时间)由喷油器喷入燃烧室内的燃油量称为喷油规律。几何供油规律与喷油规律单位凸轮轴转角(或单位时间)由喷油泵供入高压油路中的燃油量称几何供油规律。几何供油规律与喷油规律两者有何不同？两者的差别主要原因(1)燃油的可压缩性燃油在低压时可视为不可压缩流体，但是高压（30~200MPa)时必须考虑其可压缩性，高压系统中压力变化大(2)压力波传播滞后虽然压力波传播速度高达1200~1400m/s,仍有明显的相位差。1m高压油管在发动机转速3000r/min时，相位差达10°曲轴转角。(4)高压容积变化两者的差别主要原因(3)压力波动高压系统中压力波传播速度高达的反复反射和叠加会造成喷油规律和供油规律在形状上产生差异。指高压油管的弹性变形以及出油阀和针阀两个弹性系统的影响。高压系统压力变化越大，管子内径越大，管路越长，容积变化越大。异常喷射现象a)二次喷射b)断续喷射c)隔次喷射d)气穴与穴蚀二次喷射高压油管内压力波引起喷射时间雾化不良，燃烧不完全，补燃严重，排污，炭烟，零件过热。在发动机高转速、高负荷下容易发生。减少二次喷射的方法减少高压油管容积，增加高压油管刚度增加喷孔直径增加出油阀的减压容积断续喷射

喷油时间正常，但是某一瞬时喷油泵的供油量小于从喷油嘴喷出的燃油量，针阀在喷射过程中周期性跳动。针阀运动次数，喷油嘴易磨损。主要发生在低速低负荷工况隔次喷射

低速、尤其是怠速时，油压不足，压不开针阀。下一循环时油压聚足，压开针阀喷射。怠速运转不稳定。气穴与穴蚀

瞬间某一部位高压油路中的压力接近于零压时，会产生油和空气的气泡，称为气穴。

气泡在随后的高压下爆裂，气泡的连续产生和爆裂会引起油管压力在主喷射后高频波动，对金属表面形成冲击，这种现象多次出现会导致疲劳损坏，称为穴蚀。气穴与穴蚀

气泡的产生和破裂不但有可能产生穴蚀，还会造成供油不稳定。消除气泡的方法：在喷射结束后高压油管内应具有一定的剩余应力，如减少出油阀的减压容积，但是过高的剩余压力又会引起二次喷射。燃油的雾化

只有当燃料与空气充分接触，形成可燃混合气时，才有可能燃烧。接触面积越大，可燃混合气越多，燃烧越完善。1[ml]油滴：1个，d=9.7[mm]，S=245mm雾化2.99*107个，d=40[um]，S=15*106mm面积增大5090倍，燃烧反应机会大大增加。油束特性喷注的形状Ⅰ喷注横截面上燃油分布Ⅱ喷注横截面上油粒速度Β-锥角L-射程从几何形状和雾化质量描述油束特性几何形状油束射程(又称为贯穿距离)L

喷雾锥角β

油束的最大宽度B

雾化质量

细微度—油滴平均直径细：雾化好均匀度—油滴最大直径―

油滴平均直径匀：雾化好粒细均匀度好，粒粗均匀度差。对喷射系统的要求在各工况下避免出现不利的异常喷射现象能产生足够的喷油压力尽可能实现理想的喷油规律---先缓后急根据不同转速、负荷，各缸、各循环达到均量、均时燃油喷射过程的优化

对喷油规律的基本要求1）“先缓后急，断油迅速”2)尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动，以防止不正常喷射现象

6.3柴油机燃烧过程燃烧过程的特点1高压喷油在气缸内部形成可燃混合气。2压缩自燃。燃烧必须具备的条件1可燃混合气必须具有一定的温度2可燃混合气必须在一定的浓度范围内首先着火的地点不在最小油滴处，也不在油束核心浓度过高的部分，而是在油束核心与外围之间混合气浓度和温度适度的地方。柴油机燃烧过程阶段划分A喷油开始B着火开始C最高压力D最高温度E燃烧结束1.着火延迟期着火延迟期又称为滞燃期、着火落后期。从燃油开始喷入燃烧室内(A点)至由于开始燃烧而引起压力升高使压力线明显脱离压缩线开始急剧上升(B点)

喷油时缸内温度虽已远远超过柴油的自燃温度（可达400～800℃），但并不马上着火。燃烧需要物理和化学准备。着火延迟期长短会明显影响该阶段喷油量和预制混合气量的多少，从而影响柴油机的燃烧特性、动力性、经济性、排放特性以及噪声振动，必须精确控制。在燃料十六烷值一定的情况下，影响着火延迟期长短的主要因素是燃烧室内的温度和压力。右图为温度与压力对着火延迟期的影响τi=0.0007～0.003[s]；对应的曲轴转角称为着火延迟角2.速燃期2点开始着火，压力急骤增高，接近等容燃烧。持续喷油，即随喷随燃。3—最高压力点

压力升高率dp／dφ从提高动力性和经济性的角度，希望dp／dφ大一些

dp／dφ过大会使柴油机工作粗暴，运动零部件受到过大冲击载荷，过急的压力升高会导致温度明显升高，使氮氧化物生成量明显增加。为兼顾柴油机运转平稳性，dp／dφ不宜超过0.4~0.5MPa／(°)，而为了抑制氮氧化物的生成，dp／dφ还应更低。速燃期如何控制压力升高率

缩短着火延迟期时间减少着火延迟期内喷入的燃油的量你能想出哪些方法？燃料（十六烷值）；压缩比；进气增压；预热；选用不同的喷油器等等3.缓燃期最高温度达1700～2000℃，放热量达70～80%。一般在上止点后20°～35°曲轴转角处出现。喷油在这一阶段停止。V，p，接近等压燃烧。废气量，氧气、燃油量燃烧。最高压力出现在上止点后10°~15°，柴油机最高压力点出现的位置与哪些因素有关？最高压力点3---最高温度点4喷油提前角；着火延迟期和速燃期的长短缓燃期

出现柴油机燃烧所特有的“双峰”现象未燃燃料与后喷入燃料高温单阶段着火燃烧，放热速率再次加速

这一阶段应采取措施使后期喷入的燃油能及时得到足够的空气，尽可能地加速混合气的形成，保证迅速而完全的燃烧，从而提高柴油机的经济性和动力性。4.补燃期补燃期在膨胀过程中。补燃期ηt↓，ge↑，动力性，冷却水温度，排气温度，排放差所以，应尽量减少补燃。柴油机由于随喷随燃，混合时间短，补燃要比汽油机严重。高速、高负荷下由于过量空气系数小，混合气形成和燃烧时间更短，后燃更为厉害。柴油机燃烧放热规律瞬时放热速率是指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内(或l°曲轴转角内)燃烧的燃油所放出的热量；累积放热百分比，是指从燃烧过程开始至某一时刻为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系，称为燃烧放热规律

柴油机的燃烧放热规律三要素燃烧放热始点(相位)燃烧放热持续时间燃烧放热率曲线的形状

理想的燃烧放热规律及其控制放热始点的位置要能保证最大燃烧压力出现在上止点后12°～15°。柴油机通过喷油提前角的变化以及着火落后期长短来加以调控。

理想的燃烧放热规律及其控制燃烧放热持续时间首先取决于喷油持续角的大小，理论分析，最佳时间不超过上止点后40°曲轴转角。

燃烧放热曲线形状：开始放热适中，满足运转柔和，随后燃烧加快，尾巴尽量短。柴油机与汽油机燃烧性能对比

项目汽油机柴油机着火点燃，高温单阶段着火，单点着火压燃，低温多阶段着火，多点同时着火燃烧火焰在均质预混合气中有序传播，燃烧柔和两阶段燃烧，无序的非均质预混合燃烧和扩散燃烧，燃烧较粗暴后燃均匀混合，后燃期较短混合不均匀，后燃期较长放热规律先缓后急，燃烧持续期较短直喷机燃烧放热先急后缓，燃烧持续期较长6.4柴油机燃烧过程的影响因素

一、燃油喷射

气流运动

燃烧室形状间的配合为提高经济性，希望有较大的过量空气系数，但会导致动力性下降；

要保证在上止点附近迅速燃烧，以提高动力性，但会产生工作粗暴；

降低有害物NOx排放（O↑,T↑,NOx↑)，增加了微粒的排放和经济性下降。柴油机燃烧过程的要求之间是相互矛盾的

燃油喷射、气流运动、燃烧室形状间的良好配合以半开式燃烧室为例若凹坑喉口直径过小、油束射程过大、涡流较弱时-------穿透过度若凹坑喉口直径过大、油束射程过小、涡流较强时-------穿透不足燃油喷射、气流运动、燃烧室形状间的良好配合，是满意的柴油机混合气形成和燃烧的基本保证。二、运转因素对燃烧过程的影响燃料性质转速负荷供油提前角废气再循环压缩比和增压度1、燃料性质燃料的十六烷值是衡量自燃性的指标，十六烷值高，着火延迟期短。右图看出，为使柴油机工作柔和，燃料的十六烷值应在40~50之间。另外燃料的馏程、黏度对燃烧过程也有影响。直喷式燃烧室比分隔式燃烧室对燃油更为敏感。2、转速1、转速升高，散热损失和活塞环的漏气损失减少，使压缩终了的温度和压力增高，以秒为单位的着火延迟期缩短；2、转速升高，喷油压力提高，改善燃油的雾化；以秒为单位的着火延迟期缩短；

转速增加，应加大供油提前角3、负荷

柴油机进入汽缸的空气量基本不随负荷变化，而只调节循环供油量，所以负荷调节为“质调节”。1、转速一定，负荷增加，循环供油量增加，混合气燃烧放出的热量增加，有利于混合气形成，着火延迟期缩短，发动机工作柔和；2、当负荷增加，循环供油量增加以及燃烧时间变长，所以需要加大供油提前角。3、要想在各种工况下实现最佳供油提前角，只有在电控喷射系统。4、供油提前角1、供油提前角过大，柴油在汽缸压力和温度较低时进入汽缸，使着火延迟期延长；着火燃烧后，活塞仍在上行，增加了压缩负功，工作粗暴，经济性、动力性变差、NOx排放多；3、供油提前角过小，燃油不能在上止点附近及时燃烧，补燃量增加，微粒的排放增加；4、供油提前角对每一种工况柴油机均有一个最佳的供油提前角。此时在负荷不变的情况下，有效燃油消耗率最低。为了降低NOx和燃烧噪声，一般调节供油提前角略小于最佳的供油提前角。最佳的供油提前角与发动机转速、压缩比、燃料性质、燃烧室、喷油规律等有关喷油提前角的影响

5、废气再循环

原理和作用：一部分排气经EGR阀还流回进气系统，稀释了新鲜混合气中的氧浓度，导致燃烧速度降低，同时还使新鲜混合气的比热容提高。两者都造成燃烧温度的降低，因而可以抑制NOx的生成。

废气再循环实际上降低了过量空气系数，会对完善、及时的燃烧产生不利的影响，从而会使碳烟的排放增多、柴油机经济性变差，特别是在高速、高负荷的工况更明显（柴油机转速升高，充气效率下降），因此仅在低速、低负荷的一定范围内才掺入一定量的废气。6、压缩比和增压度

压缩比提高，压缩终了工质的温度和压力增大，促使喷入的燃料加速雾化与蒸发，着火延迟期缩短，柴油机工作柔和，改善冷启动性能。

柴油机增压后，进入汽缸的空气密度大，进气压力和进气温度升高，着火延迟期缩短，柴油机工作柔和。柴油机与汽油机燃烧性能对比

项目汽油机柴油机着火点燃，高温单阶段着火，单点着火压燃，低温多阶段着火，多点同时着火燃烧火焰在均质预混合气中有序传播，燃烧柔和两阶段燃烧，无序的非均质预混合燃烧和扩散燃烧，燃烧较粗暴后燃均匀混合，后燃期较短混合不均匀，后燃期较长放热规律先缓后急，燃烧持续期较短直喷机燃烧放热先急后缓，燃烧持续期较长

6、5

柴油机电控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产生。始于20世纪70年代，20世纪80年代以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，国外的应用率已达到60％～90％。一.柴油电控技术的发展

柴油机发展的三大里程碑

机械喷射技术柴油电控技术增压中冷技术增压中冷技术增压---提高进气压力，提高充气效率，降低碳粒排放中冷---提高空气密度和质量，降低进气温度，降低NOx排放当增压比大于2.5时必须加中冷采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电喷柴油机。电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。

何谓电喷柴油机

喷油量(供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间)喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)废气再循环阀预热塞等转速传感器油门踏板位置喷油时刻进气温度进气压力燃油温度冷却水温度等计算机ECU检测的参数与已储存的设定参数值或参数图谱(MAP图)进行比较计算最佳值或目标值执行器柴油机电控技术电控柴油喷射与汽油喷射的区别相同点：都是由传感器、电控单元和执行器组成。不同点：汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比(汽油与空气的比例)，柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出油量的大小，且柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置(油门、供油拉杆位置)来决定的。柴油机电控技术两个明显的特点一是柴油喷射电控执行器复杂柴油机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点。其喷射压力高达200MPa，为汽油机喷射压力的百倍以上。对燃油高压喷射系统实施喷油量的电子控制，困难大得多。而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，相对于柴油机活塞上止点的角度位置远比汽油机要求准确，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多

柴油机电控技术两个明显的特点二是柴油电控喷射系统的多样化传统的柴油机具有直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等结构完全不同的系统。实施电控技术的执行机构比较复杂，形成了柴油喷射系统的多样化;同时柴油机需要对油量、定时、喷油压力等多参数进行综合控制，其软件的难度也大于汽油机。

柴油机电控技术优点采用自动控制技术解决供油提前角自动调节问题，而且提高了柴油机的紧凑性。采用自动控制系统，可方便地与微型计算机相连，很容易实现柴油机性能检测与故障诊断功能。实现多功能的自动调节，从而保证柴油机动力性、燃料使用经济性、可靠性和操作方便性等性能充分发挥。电控柴油机分类第一代位置控制式第二代时间控制式柱塞泵脉动共轨喷油中压共轨高压共轨用电子伺服机构代替机械调速器控制供油滑套位置以实现供油量的调整。其特点是保留了传统的喷油泵、高压油管、喷油器系统，而且还保留了原喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的控制斜槽等。只是对齿条或滑套的运动位置由原来的机械调速器控制改为计算机控制

第一代位置控制式较早的电控喷油泵技术喷油压力非常高，可以达到200MPa，且泵和喷嘴装在一起，所以只需很短的高压油引导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，并采用了分段式预喷射，这是很符合柴油机的要求(大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受柴油机转速影响。电控泵喷嘴技术第一代位置控制式第一代位置控制式输入信号：加速踏板位置传感器、转速传感器、水温感器、燃油温度传感器、起动开关反馈信号：套筒位置传感器电控单元:分析处理计算发出喷油量及喷油提前角参数命令。执行元件电动调速器时间控制器接受ECU指令精确控制喷油量和喷油提前角。位置控制电子控制分配式喷油泵日本电装公司ECD-V1喷油泵（闭环系统）第二代时间控制式90年代后开发，利用高速强力溢流电磁阀来直接控制喷油始点和喷油量，一般情况电磁阀关闭喷油开始，电磁阀打开喷油终止，因此喷油始点取决于电磁阀的关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭持续时间；同时通过变更电磁阀升程或改变电磁阀所控制的油压来实现喷油率或喷油压力的控制。第二代时间控制式保留传统的柱塞往复运动脉动供油，但是柱塞只起加压、供油作用，取消了齿杆、齿圈、柱塞斜槽乃至出油阀等调节油量的结构，直接由电磁阀控制油量与定时。（1）时间控制式柱塞脉动供油系统第二代时间控制式（2）时间控制式共轨喷油系统电控泵喷嘴技术的喷油压力受柴油机转速影响，使用蓄压的共轨技术可以解决这个问题。将燃油以高压（所需喷油压）或中压（10MPa）状态储存在共轨的容器中，利用电磁三通阀将共轨的压力油引到喷油器中实现喷射。共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力，可同时控制NOx和微粒在较小的数值内，以满足排放要求。柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机NOx，又能保证优良的动力性和经济性。共轨式喷油系统的特点按照喷油高压形成的不同，共轨式电控燃油喷射系统有两种基本形式

1．高压共轨系统高压供油泵直接产生高压燃油后，输送至共轨中消除压力的脉动，再分送到各喷油器；当电子控制装置按需要发出指令信号后，高速电磁阀迅速打开或关闭，进而控制喷油器工作，即按设定的要求喷出或停喷高压燃油。共轨式电控燃油喷射的形式

中压输油泵将中压燃油输送到共轨中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中；当高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后，就迅速开启或关闭，从而控制燃油器工作，随即通过高压柱塞的增压作用，将从共轨中来的中压燃油加压至高压后喷出或停喷。

2．中压共轨系统油轨压力闭环控制回路共轨腔压力不受发动机转速影响高压共轨喷油的核心部件---喷油器针阀关闭针阀打开，节流孔控制液压活塞上腔泄油的速率，获得较低的初始喷油率柴油喷射系统控制单元J248自诊断故障报警灯K83预热报警灯K29进气压力传感器G71和进器温度传感器G72EGR阀N18发动机转速传感器G28冷却液温度传感器G62预热塞Q6预热塞继电器J52油量调节器N146

供油提前角调节阀N108调节活塞位置传感器G149燃油温度传感器G81预热塞继电器J52针阀升程传感器G80加速踏板位置传感器G79三、电控柴油机的组成自诊断接口离合器踏板开关F36制动踏板开关F47制动灯开关F(一)传感器及其它信号输入装置1．加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器用以检测加速踏板的位置，即发动机的负荷信号，此信号输入ECU后，与转速信号共同决定柴油机的喷油量及喷油提前角，是柴油机电子控制系统的主控制信号。2．转速传感器、曲轴位置传感器

用以检测发动机转速或曲轴位置，与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和喷油提前角，是柴油机电控系统的主控制信号。(一)传感器及其它信号输入装置3．泵角传感器

检测喷油泵轴转角，与曲轴位置传感器配合共同控制喷油量，并保证在喷油正时改变时不影响喷油量。4．溢流环位置传感器

检测溢流控制电磁铁的电枢位置，以反馈控制溢流环的位置。5．正时活塞位置传感器

检测电子控制定时器正时活塞的位置，将喷油正时提前量信号输入ECU。6．控制杆位置传感器

检测电子控制柱塞式喷油泵调速器中控制杆的位置，将燃油喷射量的增减信号反馈给ECU。7．控制套筒位置传感器

检测电子控制分配式喷油泵调速器中控制套筒的位置，将燃油喷射量的增减信号反馈给ECU。8．着火正时传感器

检测燃烧室开始燃烧的时刻，修正喷油正时。(一)传感器及其它信号输入装置9．冷却水温度传感器检测发动机冷却水温度，修正喷油量及喷油正时。10．进气压力传感器

检测进气压力，以修正喷油量及喷油正时。11．进气温度传感器

检测进气温度，以修正喷油量及喷油正时。12．E／G开关发动机点火开关，向ECU输入发动机工作状态信号。(一)传感器及其它信号输入装置13．A/C开关空调开关，向ECU输入空调工作状态信号，是怠速控制信号之一。14．动力转向油压开关

检测动力转向管路油压的变化，所获信号是怠速控制信号之一。15．空挡起动开关向ECU输入自动变速器是否处于空档位置的信号，是怠速控制信号之一。(一)传感器及其它信号输入装置丰田车柴控系统的传感器与控制项目（二）电子控制单元其核心是单片计算机系统，同时包括一些输入输出接口电路等。它们与系统中的软件一起，负责信息的采集、处理、计算决策、执行程序，并将运行结果作为控制指令输出到执行器。此外，还有一种通讯的功能，即和其他的控制系统，如传动装置控制器进行数据传输与交换，同时考虑到汽车其它系统的实时情况，适当修正喷油系统的执行指令，即适当修正喷油量、喷油提前角等等，与此同时还可以向其他的控制系统输送必要的信息。（三）执行器柴油机电子控制系统的执行器也是由执行电器和机械执行机构两部分组成，其功用是根据控制单元送来的执行指令，调节喷油量和喷油正时等，从而调节柴油机的运行状态。主要有：电动调速器、溢流控制电磁铁、电子控制正时控制阀、电子控制正时器、电磁溢流阀、高速电磁阀、电子液力控制喷油器等。这些执行器实质上是电磁铁、螺旋管、直流电机、步进电机和力矩电机等电器。四、柴油机电控系统的主要控制功能1．喷油量的控制2．怠速转速等的控制3．起动喷油量的控制4．各缸喷油量不均匀的修正5．喷油定时的控制6．排气再循环(EGR)喷油量的控制是柴油机电子控制系统的一项主要控制内容。ECU计算机根据