柴油电控发动机

柴油发动机电控喷油系统目录柴油发动机电控技术的发展柴油发动机电控系统的组成柴油发动机电控原理柴油发动机电控技术应用举例柴油发动机电控技术的发展

尽管柴油机热效率高（比汽油机高约10%）、燃油消耗率低（比汽油机低约20%）的优点和发展潜力是汽油机无法比拟的，但自柴油机的问世至今，其比重大、振动和噪声大，起动性能差、制造成本高的缺点，始终是限制柴油机在汽车（尤其是在轿车）上广泛应用的瓶颈。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。柴油发动机电控技术的发展在柴油机的电子控制系统中，最早研究并实现产业化的是电子控制柴油喷射系统，到目前为止已经经历了三代变化：1.第一代电控柴油喷射系统：位置控制式。2.第二代电控柴油喷射系统：时间控制式。3.第三代电控柴油喷射系统：高压共轨式系统。柴油发动机电控系统的组成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。柴油发动机电控原理第一代位置控制式电控燃油喷射系统位置控制式直列柱塞泵位置控制式电控分配泵系统第一代位置控制式电控燃油喷射系统的控制特点位置控制式直列柱塞泵

ECU根据加速踏板位置传感器信号（即负荷信号）和柴油机转速信号，并参考供油齿条位置、冷却液温度、进气压力等传感器信号，按内存控制程序计算供油量和喷油提前角控制参数值，再通过ECU中行程或位置伺服电路，使电子调速器内的线性螺线管控制喷油泵供油齿条的行程或位置。喷油量的控制

线性螺线管安装在原喷油泵供油齿条的一端，螺线管中的铁心与喷油泵的供油齿条连成一体。当控制电流通过螺线管时，产生一个作用在铁芯上的与螺线管中电流成正比的电磁力，推动油量调节齿杆移动，当推力与复位弹簧力平衡时，齿杆就停留在某一位置上。齿杆位置传感器将信号传给ECU，ECU根据齿杆的实际位置和预定位置间的偏差量，发出改变输入螺线管电流的驱动信号就能精确控制齿杆的位置，从而改变喷油量

位置控制式直列柱塞泵电子调速器结构喷油正时的控制电控直列柱塞泵供油正时系统组成1–转速表2–故障指示灯3–供油齿条位置传感器4–柴油机5–喷油泵6–正时传感器7–正时控制阀8–转速传感器9–正时控制电磁阀10–冷却液温度传感器正时控制阀工作原理图

正时控制阀工作原理1–凸轮轴2–液压腔3–液压活塞4–大偏心轮5–小偏心轮6–驱动轴7–驱动盘8–滑块销9–滑块10–电磁阀

位置控制式电控分配泵系统ECD型电控分配泵结构

喷油量的控制

位置控制式电控分配泵电子调速器结构

喷油量的控制喷油量的控制方式

供油正时的控制

正时控制阀结构示意图

1.保留了传统的喷油泵-高压油管-喷油器系统，只取消机械调速器，改用电子执行器来完成分配转子与滑套或柱塞和柱塞套之间的相对位置控制。

2.增加反馈位置的传感器、转速传感器以及燃油温度传感器等，从而实现对油泵的精确控制。3.电子控制系统的优点在于，不同转速与负荷下的喷油量可以灵活标定，因此在发动机的整个稳态工况范围，发动机的工作特性可以按照性能最佳的方式来确定，且响应速度快。位置控制式电控燃油喷射系统的控制特点位置控制式电喷系统工作原理图优点：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。柴油发动机电控原理第二代时间控制式电控燃油喷射系统电控分配泵喷射系统电控泵喷嘴系统第二代时间控制式电控燃油喷射系统的控制特点

时间控制式电控燃油喷射系统喷油量控制

时间控制式转子分配泵结构控制ECU根据各种传感器信号计算出供油量后，向控制器发出指令和相关信息控制器则根据ECU的指令和相关信息，并参考燃油温度传感器信号对分配给各缸的供油量进行平衡（均匀性控制），并通过驱动器（放大电路）直接控制高速电磁溢流阀工作。喷油量控制原理图

转子分配泵的供油量控制系统

电磁溢流阀结构示意图1–电枢2–电磁线圈3–辅助阀4–主阀高速电磁溢流阀结构

电磁溢流阀工作原理喷油正时控制

喷油正时控制机构与位置控制式电控分配泵一样，即通过正时活塞的移动来改变端面凸轮与滚轮的相对位置来实现喷油提前角的控制的，而正时活塞的位置则由加在上面的液压大小所决定。ECU通过控制正时控制电磁阀线圈电流的通断来控制作用在正时活塞上的油压，从而实现对喷油提前角控制，但取消了定时活塞位置传感器，反馈信号来自于曲轴位置信号和喷油泵转角传感器的无齿段信号间的相位差。在油泵驱动轴上装有泵角脉冲发生器，泵角传感器向ECU输入燃油何时开始喷射的信号，曲轴位置传感器向ECU输入曲轴基准位置的参考信号。ECU根据这两个信号才能确定喷油提前角。

电控泵喷嘴系统的组成电控泵喷嘴系统

泵喷嘴Bosch公司电子控制泵喷嘴结构电控喷嘴系统

1-凸轮2-柱塞3-回位弹簧4-高压腔5-电磁阀针阀6-电磁阀阀腔7-进油通道8-回油通道9-线圈10-低压腔泵喷嘴工作原理

时间控制式电控燃油喷射系统的控制特点1.产生高压的装置与机械式喷油系统、第一代位置控制式系统相同，都需要用凸轮轴来驱动柱塞，用压缩燃油来产生喷射需要的力。2.油量控制和调节装置与第一代位置控制式系统已经完全不同。第一代的位置电控中，油量调节装置是油量控制套筒，而第二代时间控制式的电控系统中，控制油量的执行器是电磁阀，直接由电磁阀的动作完成每个喷射过程。3.喷射过程更加直接和精确。喷射过程中，电磁阀关闭的时间决定喷油正时，电磁阀关闭的持续时间决定喷油量和喷射压力，电磁阀直接调整发动机的工况。4.由于仍需要凸轮型线的驱动来产生喷射所需的高压，其喷射压力严重依赖于凸轮型线的设计，使得喷油压力控制、喷油速率控制和喷油定时控制都没有得到充分发挥，从而也限制了发动机性能的进一步改善。时间控制式电喷系统工作原理图

通过设置传感器、电控单元、高速电磁阀和相关电/液控制执行元件等，组成数字式高频调节系统，有电磁阀的通、断电时刻和通、断电时间控制喷油泵的供油量和供油正时。

电磁溢流阀结构示意图1–电枢2–电磁线圈3–辅助阀4–主阀电磁溢流阀的结构电磁溢流阀工作原理优点：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。电控泵喷嘴系统有：德国波许公司的PDE27/PDE28系统等。柴油发动机电控原理第三代高压共轭式电控燃油喷射系统1.可实现高压喷射，喷射压力比一般喷油泵高出一倍，最高已达200MPa。2.可改善发动机低速及低负荷性能。3.可优化燃烧过程，使发动机油耗、烟度、噪声及排放等性能指标得到明显改善，并有利于改进发动机转矩特性。4.可实现共轨压力的闭环控制。共轨上的压力传感器实时反馈共轨中的压力，通过控制PCV的电流来调整进入共轨的燃油量和轨道压力，形成独立的共轨压力闭环子系统。5.共轨沿发动机纵向布置，高压泵、共轨和喷油器各自的位置相互独立，便于在发动机安装和布置。6.共轨系统组成较复杂，机械、液力和电子、电磁阀耦合程度高，加工制造、控制匹配要求的水平高，与第二代时间控制式相比，具有性能好的同时，开发难度也加大。高压共轭式电控燃油喷射系统“电控”指喷油系统由电脑(ECU)控制，ECU对每个喷油嘴的喷油量、喷油时刻进行精确控制，能使柴油机的燃油经济性和动力性达到最佳的平衡，