柴油机电子控制系统最新课件

第二章 柴油机电子控制系统柴油机电子控制系统 最新2.1 概述 从20世纪70年代开始，柴油机开始了电子控制的发展过程。柴油机电子控制使得柴油机在动力性、经济性和排放性能方面都取得了巨大的进步，是继20世纪20年代机械喷射代替空气喷射、50年代采用废气涡轮增压技术之后，柴油机技术的第三次里程牌式的进步。目前轿车柴油机在保证百公里油耗3升经济性同时，还能保证排放达到欧III、欧IV甚至更好的排放标准。柴油机电子控制燃油系统的电子控制空气系统电子控制排放后处理电子控制在柴油机电子控制系统的发展过程中，先后出现了三代电控燃油喷射系统。柴油机电子控制系统 最新2.2 第一代电控柴油喷射系统（位置控制式）在分配泵上实施的位置式电控系统在分配泵上实施的位置式电控系统柴油机电子控制系统 最新2.2 第一代电控柴油喷射系统（位置控制式）带位置传感器的第一代电控分配泵带位置传感器的第一代电控分配泵柴油机电子控制系统 最新2.2 第一代电控柴油喷射系统（位置控制式）分配泵的喷油定时控制机理分配泵的喷油定时控制机理利用电磁阀来控制泵内油压柴油机电子控制系统 最新2.2 第一代电控柴油喷射系统（位置控制式）在直列泵上实施的位置式电控系统在直列泵上实施的位置式电控系统柴油机电子控制系统 最新2.2 第一代电控柴油喷射系统（位置控制式）齿条位置传感器齿条位置传感器接触式和非接触式：接触式和非接触式：vv非接触式：齿条有效行程在线性区域内，短路环与软磁铁不接触，抗非接触式：齿条有效行程在线性区域内，短路环与软磁铁不接触，抗振性好，寿命长。振性好，寿命长。vv接触式：类似滑线式变阻器，结构简单，但可靠性、抗振动抗干扰性接触式：类似滑线式变阻器，结构简单，但可靠性、抗振动抗干扰性差、寿命短。差、寿命短。柴油机电子控制系统 最新2.2 第一代电控柴油喷射系统（位置控制式）第一代柴油机电控燃油喷射系统的控制特点第一代柴油机电控燃油喷射系统的控制特点vv对传统的机械式喷油系统作局部改进，如取消调速器；对传统的机械式喷油系统作局部改进，如取消调速器；vv增加反馈位置传感器、转速传感器和燃油温度传感器，实现对喷油量的增加反馈位置传感器、转速传感器和燃油温度传感器，实现对喷油量的精确控制；精确控制；vv实施电子控制后，整个系统优点在于，在不同转速负荷下的喷油量可以实施电子控制后，整个系统优点在于，在不同转速负荷下的喷油量可以灵活标定，在发动机整个稳态工作范围内，发动机的工作特性可以按照灵活标定，在发动机整个稳态工作范围内，发动机的工作特性可以按照最佳的方式来确定，而传统机械式系统只能保证在个别工况下的特性最最佳的方式来确定，而传统机械式系统只能保证在个别工况下的特性最佳，其它工况特性不能灵活改变。佳，其它工况特性不能灵活改变。vv第一代电控系统最大优点是相对原有系统改动简单，成本低，由于喷射第一代电控系统最大优点是相对原有系统改动简单，成本低，由于喷射压力相对原系统没有提高，发动机排放性能改善有限，但对发动机的动压力相对原系统没有提高，发动机排放性能改善有限，但对发动机的动力性和经济性有所改善。又被称为力性和经济性有所改善。又被称为“电子调速器电子调速器”或称为或称为“机电混合调机电混合调速器速器”。柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）在分配泵上实施的时间控制式在分配泵上实施的时间控制式结构特点结构特点结构特点结构特点vv相对第一代电控系统，该油泵相对第一代电控系统，该油泵内部最大的变化是柱塞套内部最大的变化是柱塞套(即对即对应第一代的滑套应第一代的滑套)位置已经被固位置已经被固定，喷射过程由电磁阀来完成，定，喷射过程由电磁阀来完成，为保证喷射控制精度，还增加为保证喷射控制精度，还增加了一个凸轮轴的测速齿盘和转了一个凸轮轴的测速齿盘和转速传感器，完成喷射过程各缸速传感器，完成喷射过程各缸的角度计量工作。的角度计量工作。vv与第一代位置式电控系统一样，与第一代位置式电控系统一样，定时控制电磁阀调节定时控制定时控制电磁阀调节定时控制活塞的压力，活塞左右移动引活塞的压力，活塞左右移动引起凸轮盘相对分配转子转动，起凸轮盘相对分配转子转动，从而改变喷油提前角。从而改变喷油提前角。柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）径向柱塞分配泵的定时控制机构径向柱塞分配泵的定时控制机构柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）高速强力电磁阀的结构高速强力电磁阀的结构vv时间控制式柴油喷射系统的核时间控制式柴油喷射系统的核心元件是高速强力电磁阀，当心元件是高速强力电磁阀，当电磁阀通电时，油压升高，从电磁阀通电时，油压升高，从分配转子去喷油器开始喷油，分配转子去喷油器开始喷油，当电磁阀断电时，压力下降，当电磁阀断电时，压力下降，喷油结束，电磁阀通电持续时喷油结束，电磁阀通电持续时间决定了各缸喷油量的多少。间决定了各缸喷油量的多少。柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）喷射过程的控制时序喷射过程的控制时序柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）在直列泵上实施的时间控制式在直列泵上实施的时间控制式工作原理工作原理工作原理工作原理vv将与直列泵相连的原机械调速将与直列泵相连的原机械调速器取消，在喷油泵出油阀和喷器取消，在喷油泵出油阀和喷油器之间的高压油管上，安装油器之间的高压油管上，安装一个三通电磁阀，得到所谓的一个三通电磁阀，得到所谓的泵泵管管阀阀嘴式嘴式(pump(pumppipevalveinjector,pipevalveinjector,简称简称PPVI)PPVI)电控燃油喷射系统。电控燃油喷射系统。柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）PPVIPPVI电控燃油喷射系统的结构电控燃油喷射系统的结构柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）PPVIPPVI系统电磁阀的结构系统电磁阀的结构柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）PPVIPPVI系统电磁阀的驱动时序系统电磁阀的驱动时序柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）电控单体泵和电控泵喷嘴系统电控单体泵和电控泵喷嘴系统系统组成系统组成v泵喷嘴系统(unit injector system,简称UIS)和单体泵系统(unit pump system,简称UPS)二者的区别仅仅在于电磁阀和喷油器的连接方式有差别。v电控泵喷嘴系统将产生高压的柱塞泵和喷油器直接连成一个整体，没有高压油管；v单体泵系统在泵体与喷油器之间还有一段高压油管。柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）电控单体泵和电控泵喷嘴系统电控单体泵和电控泵喷嘴系统结构特点结构特点v电控泵喷嘴系统直接采用顶置凸轮轴方式驱动，优点是发动机结构紧凑，液力系统响应快，能够实现快速高压喷射。缺点是结构复杂。主要用于轿车用小型高速柴油机和中重型柴油机。v电控单体泵采用凸轮轴中置方式驱动，凸轮轴直接安装在发动机缸体中，支撑刚度好；高压泵和喷油器之间由高压油管连接，位置相互独立，便于布置，由于电控单体泵本身结构强度好，适于高压喷射，特别适用于缸心矩较大的大型和重型柴油机，除在车用柴油机应用，还主要应用于坦克、装甲车辆、机车和船用柴油机。柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）电控泵喷嘴系统和电控单体泵系统的结构简图电控泵喷嘴系统和电控单体泵系统的结构简图柴油机电子控制系统 最新2.3 第二代电控柴油喷射系统（时间控制式）第二代时间控制式的特点第二代时间控制式的特点vv产生高压的装置与机械式喷油系统、第一代位置式控制系统相同；产生高压的装置与机械式喷油系统、第一代位置式控制系统相同；vv油量控制和调节装置与机械式喷油系统、第一代位置式控制系统已经完全油量控制和调节装置与机械式喷油系统、第一代位置式控制系统已经完全不同；不同；vv时间控制式对于喷射过程更加直接和精确；每次喷射过程中，电磁阀关闭时间控制式对于喷射过程更加直接和精确；每次喷射过程中，电磁阀关闭时间决定喷油定时，电磁阀关闭的持续时间决定喷油量和喷射压力，可直时间决定喷油定时，电磁阀关闭的持续时间决定喷油量和喷射压力，可直接调整发动机工况；接调整发动机工况；vv在时间式控制系统中，电磁阀是整个系统的核心与关键；这是因为对电磁在时间式控制系统中，电磁阀是整个系统的核心与关键；这是因为对电磁阀要求密封压力高阀要求密封压力高(100MPa)(100MPa)、响应时间快、响应时间快(关闭、打开时间关闭、打开时间1ms)1ms)、控制实、控制实时性要求高、寿命、可靠性要求高时性要求高、寿命、可靠性要求高(保证发动机几十万公里性能不下降保证发动机几十万公里性能不下降)、制造、设计要求高，要有可接受的成本价格；制造、设计要求高，要有可接受的成本价格；vv第二代时间控制系统存在的不足是，仍然需要凸轮型线的驱动来产生喷射第二代时间控制系统存在的不足是，仍然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凸轮型线的设计，不仅喷油区间受限制，所需的高压，其喷射压力严重依赖凸轮型线的设计，不仅喷油区间受限制，而且也是脉动的，使得喷油压力、喷油速率和喷油定时控制都没有充分发而且也是脉动的，使得喷油压力、喷油速率和喷油定时控制都没有充分发挥，限制了发动机性能的进一步改善。挥，限制了发动机性能的进一步改善。柴油机电子控制系统 最新2.4 第三代电控柴油喷射系统（高压共轨系统）液力活塞增压式共轨系统液力活塞增压式共轨系统vv利用专门的液压泵，将机油从利用专门的液压泵，将机油从1MPa1MPa以内的常规机油压力提高以内的常规机油压力提高到到1020MPa1020MPa，输送到专门的蓄，输送到专门的蓄压腔压腔共轨中，这个过程由共共轨中，这个过程由共轨压力控制电磁阀和压力传感轨压力控制电磁阀和压力传感器配合完成。共轨压力控制电器配合完成。共轨压力控制电磁阀控制从液压泵到共轨腔的磁阀控制从液压泵到共轨腔的机油量多少，机油越多，共轨机油量多少，机油越多，共轨腔压力越高，压力传感器检测腔压力越高，压力传感器检测并向并向ECUECU反馈共轨压力是否在反馈共轨压力是否在期望值上。共轨腔入口设有单期望值上。共轨腔入口设有单向阀，共轨中压力建立起来后，向阀，共轨中压力建立起来后，即使发动机停机即使发动机停机(液压泵不工液压泵不工作作)压力也不会泄掉。压力也不会泄掉。柴油机电子控制系统 最新2.4 第三代电控柴油喷射系统（高压共轨系统）HEUIHEUI喷油器的结构图喷油器的结构图vv当电磁线圈通电时，衔铁和阀当电磁线圈通电时，衔铁和阀杆向上移动，密封座面杆向上移动，密封座面B B关闭关闭机油增压腔和机油回油口，与机油增压腔和机油回油口，与此同时，密封座面此同时，密封座面A A打开，高打开，高压机油从共轨进入增压腔。增压机油从共轨进入增压腔。增压活塞在高压机油的推动下克压活塞在高压机油的推动下克服弹簧预紧力向下移动，柱塞服弹簧预紧力向下移动，柱塞在增压活塞的推动下向下压缩在增压活塞的推动下向下压缩燃油。增压活塞与柱塞的面积燃油。增压活塞与柱塞的面积比为比为1010：1 1左右，即当机油压左右，即当机油压力为力为20MPa20MPa时，柱塞在克服弹时，柱塞在克服弹簧预紧力和补偿泄漏后，还能簧预紧力和补偿泄漏后，还能产生产生140 140 MPaMPa左右的燃油压力，左右的燃油压力，能够满足高压喷射要求。能够满足高压喷射要求。柴油机电子控制系统 最新2.4 第三代电控柴油喷射系统（高压共轨系统）HEUIHEUI系统的主要系统的主要特点特点特点特点vv取消了传统的凸轮轴直接驱动柱塞的压力产生方式；增加了机油泵、机油压力取消了传统的凸轮轴直接驱动柱塞的压力产生方式；增加了机油泵、机油压力控制电磁阀、机油压力传感器以及机油压力蓄压轨道，实现了中等压力控制电磁阀、机油压力传感器以及机油压力蓄压轨道，实现了中等压力(1020MPa)(1020MPa)的共轨系统；利用增压活塞进一步将机油压力放大到的共轨系统；利用增压活塞进一步将机油压力放大到100140MPa100140MPa，实现中压共轨、高压喷射。实现中压共轨、高压喷射。vv与第二代时间控制式系统相比：与第二代时间控制式系统相比：首先首先首先首先，其共轨压力任何时刻都处于中等压力水，其共轨压力任何时刻都处于中等压力水平，只要电磁阀通电就可进行喷射，而传统的凸轮柱塞只能在凸轮型线上升段平，只要电磁阀通电就可进行喷射，而传统的凸轮柱塞只能在凸轮型线上升段才能喷射，因此，才能喷射，因此，HEUIHEUI的喷射定时范围完全不受限制；的喷射定时范围完全不受限制；其次其次其次其次，HEUIHEUI的喷射压力的喷射压力取决于共轨中的机油压力，该压力可随发动机在不同工况下所需的最佳喷射压取决于共轨中的机油压力，该压力可随发动机在不同工况下所需的最佳喷射压力的改变而调整，而第二代时间控制式系统的喷射压力完全取决于凸轮型线，力的改变而调整，而第二代时间控制式系统的喷射压力完全取决于凸轮型线，不能灵活调整。不能灵活调整。HEUIHEUI系统的系统的缺点缺点缺点缺点vv系统复杂，带有电磁阀和增压活塞的喷油器设计和制造水平要求高；系统复杂，带有电磁阀和增压活塞的喷油器设计和制造水平要求高；vv从电磁阀通电到增压活塞运动再到柱塞建立高压再到喷射开始，时间延迟环节从电磁阀通电到增压活塞运动再到柱塞建立高压再到喷射开始，时间延迟环节较多，使得整个系统响应速度慢；较多，使得整个系统响应速度慢；vv整个系统成本较高，对机油、燃油品质要求高。整个系统成本较高，对机油、燃油品质要求高。柴油机电子控制系统 最新2.4 第三代电控柴油喷射系统（高压共轨系统）高压共轨系统高压共轨系统系统组成系统组成系统组成系统组成vv燃油低压子系统包括油箱、输燃油低压子系统包括油箱、输油泵、滤清器和低压回油管；油泵、滤清器和低压回油管；vv共轨压力控制子系统包括高压共轨压力控制子系统包括高压泵、高压油管、共轨压力控制泵、高压油管、共轨压力控制阀、共轨、共轨压力传感器和阀、共轨、共轨压力传感器和保证安全的溢流阀、流量限制保证安全的溢流阀、流量限制阀；阀；vv燃油喷射控制子系统包括带有燃油喷射控制子系统包括带有电磁阀的喷油器、凸轮轴和曲电磁阀的喷油器、凸轮轴和曲轴传感器；轴传感器；vv电控发动机管理系统包括电控电控发动机管理系统包括电控单元和发动机的各种传感器。单元和发动机的各种传感器。柴油机电子控制系统 最新2.4 第三代电控柴油喷射系统（高压共轨系统）高压泵纵向结构高压泵纵向结构柴油机电子控制系统 最新2.4 第三代电控柴油喷射系统（高压共轨系统）高压泵的横向结构和共轨压力控制阀高压泵的横向结构和共轨压力控制阀柴油机电子控制系统 最新2.4 第三代电控柴油喷射系统（高压共轨系统）共轨组件共轨组件柴油机电子控制系统 最新2.4 第三代电控柴油喷射系统（高压共轨系统）共轨喷油器共轨喷油器vv当电磁阀断电时，球阀在弹簧力作用下当电磁阀断电时，球阀在弹簧力作用下压紧在电磁阀的阀座上，高压和低压之压紧在电磁阀的阀座上，高压和低压之间的流通通道间的流通通道(高压回路高压回路进油截流孔进油截流孔球阀阀座球阀阀座低压回路低压回路)被隔断，燃油被隔断，燃油的高压压力直接作用在柱塞顶部，喷油的高压压力直接作用在柱塞顶部，喷油器底端针阀承压面上的燃油压力，加上器底端针阀承压面上的燃油压力，加上弹簧的预紧力，使得柱塞针阀向下紧压弹簧的预紧力，使得柱塞针阀向下紧压在喷油器针阀座面上，喷油器不喷射。在喷油器针阀座面上，喷油器不喷射。vv当电磁阀通电时，电磁力使球阀离开阀当电磁阀通电时，电磁力使球阀离开阀座，高压和低压之间的流通通道座，高压和低压之间的流通通道(高压高压回路回路进油截流孔进油截流孔柱塞控制腔柱塞控制腔溢流溢流截流孔截流孔球阀阀座球阀阀座低压回路低压回路)打开，打开，部分高压燃油经过此通道进入低压回路。部分高压燃油经过此通道进入低压回路。由于进油截流孔和溢流截流孔都很小，由于进油截流孔和溢流截流孔都很小，因此流体的截流作用导致柱塞控制腔的因此流体的截流作用导致柱塞控制腔的压力小于来自共轨的高压燃油压力，高压力小于来自共轨的高压燃油压力，高压燃油在喷油器针阀承压面上的压力使压燃油在喷油器针阀承压面上的压力使柱塞和针阀抬起，喷油器开始喷油。柱塞和针阀抬起，喷油器开始喷油。柴油机电子控制系统 最新2.4 第三代电控柴油喷射系统（高压共轨系统）高压共轨系统的特点高压共轨系统的特点v共轨压力闭环控制，由压力传感器反馈，通过控制共轨压力控制阀的电流来调整进入共轨的燃油量和轨道压力；v喷油过程控制：喷油器电磁阀直接对喷油定时和喷油脉宽进行控制，结合灵活的预喷射、主喷射和后喷射以及共轨压力控制，实现对喷射速率、喷射定时、喷射压力和喷油量的综合控制；v高压泵体积小，共轨中的蓄压即为喷射压力，与HEUI系统相比没有响应滞后问题，因而对喷射过程控制更为精确；v共轨沿发动机纵向布置，高压泵、共轨和喷油器位置各自独立，便于在发动机上安装布置，对现有发动机改造时，安装共轨系统对缸体、缸盖的改动小；v从技术总体实现难度来说，共轨系统组成较复杂，设计、加工、制造难度大，控制匹配要求水平高，与第二代系统相比在具有更好性能同时，技术开发难度更大；v共轨系统的发展趋势：高压共轨系统更进一步降低高压泵功耗、提高高压能力、采用压电晶体式喷油器电磁阀，取消传统电磁线圈降低功耗，目前高压共轨系统最高喷射压力可达200MPa。柴油机电子控制系统 最新2.5 柴油机空气系统的电子控制典型的柴油机空气系统电子控制措施：v可变截面涡轮的增压压力控制系统；v排气再循环控制系统；v排放后处理系统。随着排放法规的日益严格，要求柴油机的微粒和NOx排放同时 大幅降低，这就要求柴油机也像汽油机一样要对空燃比进行控制。因此在柴油机上开始采用电子控制的空气系统。柴油机电子控制系统 最新增压压力控制系统增压压力控制系统vv普通涡轮增压器特性往往不能兼普通涡轮增压器特性往往不能兼顾柴油机的高速和低速工况。低顾柴油机的高速和低速工况。低速时，废气流量小，增压压力太速时，废气流量小，增压压力太小；高速时，废气流量大，增压小；高速时，废气流量大，增压压力太高，为兼顾高、低速工况，压力太高，为兼顾高、低速工况，目前多采用了可变截面的涡轮增目前多采用了可变截面的涡轮增压器压器VNT(VariableVNT(Variable Nozzle Nozzle Turbocharger,Turbocharger,简称简称VNT)VNT)。2.5 柴油机空气系统的电子控制柴油机电子控制系统 最新排气再循环控制系统排气再循环控制系统 EGR EGR2.5 柴油机空气系统的电子控制柴油机电子控制系统 最新柴油机空气系统控制策略柴油机空气系统控制策略vv1 1、电控单元、电控单元ECUECU通过空气流量计检测进入发动机新鲜空气量；通过空气流量计检测进入发动机新鲜空气量；vv2 2、ECUECU通过控制可变截面涡轮通过控制可变截面涡轮VNTVNT和进气压力传感器实现增压和进气压力传感器实现增压 压力压力闭环控制；闭环控制；vv3 3、利用进气温度传感器和压力传感器及速度密度法来估计总空气流、利用进气温度传感器和压力传感器及速度密度法来估计总空气流量，总空气流量与空气流量计测量的新鲜空气流量之差即为量，总空气流量与空气流量计测量的新鲜空气流量之差即为EGREGR的的流量；流量；vv4 4、ECUECU根据进入气缸的总空气量和根据进入气缸的总空气量和EGREGR流量，计算出新鲜空气和废气流量，计算出新鲜空气和废气的比例。实现的比例。实现EGREGR的闭环控制。的闭环控制。2.5 柴油机空气系统的电子控制柴油机电子控制系统 最新排放后处理系统排放后处理系统2.5 柴油机空气系统的电子控制柴油机电子控制系统 最新谢谢!柴油机电子控制系统 最新