汽车电子控制技术课件 -柴油机电控系统

柴油机电控系统一、柴油机电控系统概述二、柴油机电控燃油喷射系统课题一柴油机电控系统概述一、柴油机电控技术的发展与应用概况电子控制技术不仅广泛应用于汽油发动机上，早在20世纪70年代，柴油机电控技术已受到许多技术发达国家的重视，并着手开发柴油机电子控制技术。改善柴油机的动力性、经济性，降低排放和噪声，是柴油机研制和生产部门的主要目标。按对喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油压力等控制方式，电控技术在柴油机供给系统中的应用，经历了“位置控制”、“时间控制”、“压力控制”3个阶段。随着电控技术在汽车柴油机上应用的日益增多，达到了汽油机的水平，在轿车和轻型车动力竞争中，柴油机的发展势头令人瞩目，豪华客车、重型汽车中，柴油机更是一统天下。二、柴油机电控系统的特点柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似之处，整个系统都是由传感器、电子控制单元和执行器三大部分组成。柴油机电控技术有两个明显的特点：一是其关键技术和技术难点就柴油喷射电控执行器上；二是柴油电控喷射系统的多样化。采用电控技术的现代柴油机的主要优势如下：（1）提高了燃油经济性和排放性；（2）改善了工作可靠性；（3）低温起动更容易；（4）运转更稳定，适应性能更强；（5）精确的动力输出和负荷匹配；（6）实现了增压控制；（7）结构紧凑，维修方便。三、柴油机电控系统的基本组成与工作原理1.柴油机电控系统的基本组成与汽油发动机电控系统一样，柴油机电控系统由信号输入装置、电子控制单元ECU和执行元件3部分组成。1）信号输入装置。信号输入装置（传感器和一些控制开关）用来检测柴油机与汽车的运行状态，并将检测结果转换成电压号输送给ECU。2）电控单元ECU。电控单元ECU的功用是根据各传感器输入信号和内存程序，计算出喷油量和喷油开始时刻，并向执行元件发出指令信号。3）执行元件。柴油机电控系统中所用的执行元件与汽油机有很大的不同，特别是在燃油喷射控制所用的执行元件。现代汽车柴油机电控系统在燃油喷射控制中所用的执行元件远比汽油机复杂，技术含量也要高得多。2．柴油机电控系统的工作原理机电子控制系统基本工作原理与汽油机电子控制系统一样，各种输入信号通过传感器及其他信号输入装置输入电子控制单元，经输入回路或模／数(A/D)转换器输入微机。当有传感器检测到的发动机的某一实际参数输入微机后，首先与存储器中的相应参数和最优运行结果比较，如果两者相同，则电控系统保持原状态，发动机继续按当前状态运行。实际参数偏离目标参数时，微机将根据偏离值的大小和方向按一定的控制对策进行有关信息的处理。四、应用在柴油机上电子控制系统燃油喷射控制系统怠速控制系统进气控制系统增压控制系统排放控制系统起动控制系统巡航控制系统柴油机与自动变速器的综合控制系统故障自诊断和失效保护系统课题二柴油机电控燃油喷射系统一、柴油机电控燃油喷射系统的组成和分类1.柴油机电控燃油喷射系统的组成柴油机电控燃油喷射系统由传感器、执行器和ECU组成。柴油机电控燃油喷射系统的组成如图5-1所示。图5-1柴油机电控燃油喷射系统的组成2．柴油机电控燃油喷射系统的分类柴油机电控燃油喷射系统根据其产生高压燃油的机构，也可分为直列泵电控喷射系统、电控分配泵喷射系统、泵喷嘴电控喷射系统、共轨式电控喷射系统。其中共轨式电控燃油喷射是电控技术发展起来所形成的新型喷射机构。、二、电控直列泵燃油喷射系统在电控直列泵燃油喷射系统中，由调速器执行机构控制调节齿杆的位置，从而控制供油量；由提前器执行机构控制发动机驱动轴和喷油泵凸轮轴间的相位差，从而控制喷油时间。调速器执行机构和提前器执行机构是电子控制直列泵燃油系统中的两个特殊机构。图5-2电控直列泵燃油系统的组成1．基本组成与工作原理图5-2为电子控制直列泵燃油喷射系统的组成。从各个传感器传来的信号用计算机控制中心的微型计算机处理。图5-3电控直列泵燃油喷射系统的控制框图三、电控分配泵燃油喷射系统1．系统组成进入20世纪80年代以后，各种电子控制式分配泵相继问世。电控分配泵都是在VE型分配泵的基础上实现电子控制的。电控分配泵燃油喷射系统的结构原理如图5-4所示，该系统是由传感器、电子控制单元(ECU)和执行器3大部分组成的，其组成框图如图5-5所示。图5-4电控分配泵燃油喷射系统的结构原理图5-5电控分配泵燃油喷射系统的控制框图图电控分配泵燃油喷射系统根据各种传感器的信号检测出发动机的实际运行状态，由电子控制单元完成以下控制：(1)喷油量控制。(2)喷油时间控制。(3)怠速转速控制。(4)故障诊断功能。(5)故障应急功能。1．位置控制式电控分配泵燃油喷射系统位置控制式电控分配泵燃油喷射系统是将VE型分配泵中的机械调速器转换成电子控制执行机构。其基本特点是：保留了机械分配泵的溢油环，采用旋转式电磁铁，因此不用杠杆。电磁铁中控制轴旋转子改变了控制轴下端偏心球的位置，直接控制溢油环，控制喷油量。1）喷油量的控制喷油量的控制原理如图5-6所示。ECU根据发动机的状态计算出目标喷油量，并将结果输出到驱动回路；驱动回路根据ECU的指令一边反馈控制执行机构的位置，一边控制输出。这样，把VE型分配泵的溢油环控制在目标位置，从而控制喷油量。2)喷油时间控制喷油时间的控制原理如图5-7所示。图5-6喷油量的控制原理图5-7喷油时间的控制原理3．时间控制式电控分配泵燃油喷射系统电子控制单元内设有时钟，通过时钟控制喷油终了时刻，从而控制喷油量。时间控制式电子控制分配泵燃油喷射系统的显著特点是取消了原VE型分配泵上的溢油环，在进油通路上设置一个电磁溢流阀，其喷油量控制原理如图5-8所示。图5-8喷油量的时间控制原理四、电控泵喷嘴燃油喷射系统1．系统组成电控泵喷嘴燃油喷射系统主要由泵喷嘴、驱动摇臂机构、电子控制单元(ECU)、各种传感器等组成，如图5-9所示。图5-9电控泵喷嘴系统的组成2．泵喷嘴喷油器1)结构特点如图5-10所示，泵喷嘴喷油器安装在柴油机原普通喷油器的位置上，其外形也与普通喷油器相似。如图5-11所示，泵喷嘴喷油器实质上是由喷油泵、喷油器和电磁控制阀三部分组成的。图5-10泵喷嘴喷油器安装位置图5-11泵喷油器的结构示意图1-喷油凸轮；2-摇臂；3-球头螺栓；4-泵油柱塞；5-泵油柱塞回位弹簧；6-电磁控制阀；7-电磁控制阀阀体；8-电磁控制阀针阀；9-喷油针阀；10-泵喷油器壳体；11-喷油针阀阻尼器；12-喷油针阀回位弹簧；13-辅助柱塞；14-电磁控制阀针阀回位弹簧；a-高压油腔；b-回油道；c-低压油道2)工作过程泵喷油器的喷油过程可分为预喷油和主喷油两个阶段．也可以分为预喷油、预喷油结束、主喷油、主喷油结束及高压油腔进油5个过程。喷油时间和喷油量由辅助柱塞、喷油针阀、喷油针阀复位弹簧、喷油针阀阻尼器与电磁控制阀共同控制。(1)预喷油(2)预喷油结束(3)主喷油(4)主喷油结束(5)高压油腔进油五、电控共轨燃油喷射系统1．系统特点电控高压共轨燃油喷射系统与采用普通凸轮驱动的泵喷嘴燃油喷射系统相比，电控高压共轨燃油喷射系统与发动机匹配时方便灵活多了，其突出的优点可归纳如下。(1)广阔的应用领域。(2)自由调节喷油压力（共轨压力控制）。(3)自由调节喷油量。(4)可以实现预喷射、主喷射和后喷射等多段喷射。(5)喷油压力与实际使用工况相适应。(6)喷油正时和喷油压力在ECU中由存储的特性曲线谱(MAP)算出。2．系统组成从功能方面组成分析，电控高压共轨燃油喷射系统可以分成电子控制和燃料供给两大子系统，其组成如图5-12所示。燃料供给系统主要由供油泵、共轨和喷油器组成，如图5-13所示。图5-12电控共轨燃油喷射系统的组成图5-13电控共轨燃油系统燃油供给部分3．系统的工作原理电控高压共轨燃油喷射系统的工作原理如图5-14所示。图5-14电控高压共轨燃油系统的工作原理4．系统的控制功能1)调节喷油压力（共轨压力）2)调节喷油量3)调节喷油率4)调节喷油时间5．系统的喷射方式电控共轨燃油系统喷射方式有2种：二段喷油法和多段喷油法。1)二段喷油法2)多段喷油法多段喷油构成中，各段喷油的作用如图5-15所示。图5-15各段喷油的作用喷射

引导喷射通过预混合燃烧，降低颗粒排放效果预喷射缩短主喷射的着火延迟，降低NOX和燃烧噪声后喷射促进扩散燃烧，降低颗粒排次后喷射排温升高，通过供还原剂，促进后处理（催化剂）6．系统的主要部件电控高压共轨燃油喷射系统主要部件有预供油泵、燃油滤清器、高压油泵、压力控制阀、高压共轨管、限压阀、流量限制器、喷油器等，各部件在发动机上的分布位置如图5-16所示。图5-16电控高压共轨燃油系统各主要部件的分布位置1）预供油泵电控高压共轨燃油系统中所采用预供油泵分为电动式预供油泵和齿轮式预供油泵两种。（1)滚柱式电动油泵滚柱式电动油泵主要由泵、电动机、端盖3个部分组成，如图5-17所示。（2)齿轮泵式预供油泵齿轮泵由两个反向旋转的齿轮构成，其结构如图5-18所示。图5-17电动油泵的构造图5-18机械式预供油泵2）燃油滤清器为了使油泵、喷油器等元件保持清洁，在燃油供给系统中安装燃油滤清器。除此之外，燃油滤清器还可以减少燃油中水对喷油器的腐蚀。滤清器中有一个储水室（见图5-19）。调整放水螺钉可以排除滤清器中的水。图5-19燃油滤清器（带油水分离器）3）高压油泵（1)高压油泵的结构组成高压油泵主要由泵体、切断阀、安全阀、压力控制阀等部件组成，如图5-20和图5-21所示。在高压油泵内部，燃油通3个呈120°放射状的泵活塞组成。图5-20高压油泵的组成图5-21高压油泵的断面图（2)高压油泵的工作过程

燃油通过带有油水分离器的燃油滤清量过滤，预供油泵通过进油管和安全阀泵将燃油输送至高压油泵。使燃油强制通过安全阀处的节流孔，进入高压油泵的润滑和冷却系统。带有偏心凸轮的驱动轴带动3个泵柱塞随着凸轮的形状上下运动。压力达到安全阀开启压力时，油泵泵出的油将通过高压油泵进油阀进入泵腔，此时泵腔中的活塞向下运动（吸油过程）。当活塞到达下止点时，进油阀关闭。当泵腔中的油压超过输送过程中正常压力时，压力会再增加从而打开出油阀，将油输送到高压油路。泵活塞继续输送燃油，一直到上止点（压油过程），之后压力迅速下降，活塞回位，出油阀关闭，直到活塞再次向下运动。泵腔中的压力降到油泵压力以下时，进油阀再次起动，开始下一个循环。4）压力控制阀压力控制阀的组成如图5-22所示，其主要由电磁铁、弹簧、电枢、球阀等组成。压力控制阀的工作过程：(2)压力控制阀通电时(1)压力控制阀不通电时图5-22压力控制阀的组成6）限压阀限压阀的构造如图5-24所示，由底座螺丝、一端连接到油箱的回油管、可移动的柱塞、弹簧等部件组成。7）流量限制器流量限制器的结构如图5-25所示，流量限制器主要由柱塞、弹簧、底座、外壳等零件组成，流量限制器内部有一个柱塞，通过弹簧直接与共轨高压蓄压器相连。图5-23共轨高压蓄压器的组成图5-25流量限制器的结构8）喷油器喷油始点和喷油数量是通过电触发喷油器控制的，其结构如图5-26所示，主要由喷油嘴部分、油压活塞部分和电磁阀部分组成。图5-26