柴油机电控技术课件

6 6 柴油机电控技术柴油机电控技术SchoolofEnergyScienceandEngineering6 柴油机电控技术School of Energy Scie1柴油机SchoolofEnergyScienceandEngineering广西玉柴动力公司YC4100、4102、4105系列柴油机柴油机School of Energy Science an2柴油发动机SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油发动机School of Energy Science 3柴油发动机SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油发动机School of Energy Science 4柴油发动机SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油发动机School of Energy Science 5使用柴油发动机的汽车SchoolofEnergyScienceandEngineering使用柴油发动机的汽车School of Energy Sci6环保主意新典范-福特新低污染柴油发动机SchoolofEnergyScienceandEngineering环保主意新典范-福特新低污染柴油发动机School of7环保主意新典范-福特新低污染柴油发动机n欧洲福特位于英国的DDC(Dagenham Diesel Centre)柴油科技中心，日前热烈庆祝两款柴油引擎的诞生：Ford投入1亿3000万英镑的研发经费，推出全新低污染1.4升和1.6升Duratorq TDCi涡轮增压柴油引擎。SchoolofEnergyScienceandEngineering环保主意新典范-福特新低污染柴油发动机欧洲福特位于英国的8n环保主意新典范-福特新低污染柴油发动机 SchoolofEnergyScienceandEngineering环保主意新典范-福特新低污染柴油发动机 School o9n环保主意新典范-福特新低污染柴油发动机 SchoolofEnergyScienceandEngineering环保主意新典范-福特新低污染柴油发动机 School o10梅塞德斯新式轻型V6柴油发动机新技术n梅塞德斯一奔驰汽车公司正在用新式V6装置替换现有直列五缸和六缸柴油发动机。CDI发动机是世界第一部铝制V6柴油机。从各种方面来看，梅塞德斯汽车公司设计人员实现了他们的主要目标更高的输出功率、更大的转矩以及更低的废气排放。使用轻型的构造是其中之一：明智的选择材料和改革生产方式有助于将发动机的重量减低到208千克左右，由此产生了。0.79kw/kg可观的功率重量比。SchoolofEnergyScienceandEngineering梅塞德斯新式轻型V6柴油发动机新技术梅塞德斯一奔驰汽车公司11梅塞德斯新式轻型V6柴油发动机新技术SchoolofEnergyScienceandEngineering梅塞德斯新式轻型V6柴油发动机新技术School of E12按照所用燃料分类按照所用燃料分类:内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。发动机分类SchoolofEnergyScienceandEngineering按照所用燃料分类:发动机分类School of Energy13汽油机汽油机汽油发动机：汽油发动机：体积小、重量轻、价格便宜；起动性好，最大功率时的转速高；工作中振动及噪声小；适合于中、小型汽车尤其是高速汽车的使用。汽油机由于受到爆燃的限制，压缩比不可能过高，热效率和经济性都不如柴油机。汽油机混合气主要是在过气管道内形成后进入汽缸，压缩接近终了时由火花塞点燃。驾驶员通过加速踏板控制进人汽缸内的混合气量来控制发动机的负荷、称之为量调节。汽油机的燃料供给系和点火系是汽油机上发生故障比例较高的部位。汽油机废气排放中的有害成分物一氧化碳、碳氯化合物和氮氧化物等要高于柴油机，但随着目前电子控制燃油喷射系统和其他废气净化装置的使用，这方面已大大改善。另外，汽油机的扭矩特性非常适合于汽车的使用，可明显减轻驾驶员的劳动强度。SchoolofEnergyScienceandEngineering汽油机汽油发动机：School of Energy Scie14柴油机柴油发动机：柴油发动机：和汽油机相比，柴油机体积大，重量重，价格高，起动性差（尤其是低温时）；工作时振动与噪声较大；超负荷运转时容易冒黑烟。柴油机的特点是：柴油机的特点是：1)由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机。2)在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。3)柴油机的混合气是汽缸内部形成的，进气道没有节气门，进气阻力小。驾驶员通过加速路板控制喷油量，来改变发动机的负荷，称之为质调节，由于不存在缺氧问题，废气中一氧化碳和碳氢化合物的含量要小于汽油机。4)由于不存在点火系以及燃油供给装置故障率低。因此柴油机故障要小于汽油机。5)柴油机扭矩特性不适合于汽车行驶工况的需要，行驶中档位使用频繁，增加了驾驶员劳动强度。柴油机主要使用于中型和重型汽车上。柴油机主要使用于中型和重型汽车上。SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机柴油发动机：School of Energy Scie15汽油机与柴油机的比较汽油机与柴油机的比较SchoolofEnergyScienceandEngineering奥托循环：奥托循环：p代表缸内压力，代表缸内压力，v代表缸内容积，代表缸内容积，A-B吸气冲程，活塞向下吸气，此时吸气冲程，活塞向下吸气，此时燃气的压强几乎保持不变；燃气的压强几乎保持不变；B-C绝热压缩冲程，活塞向上运动压缩，使气体压强增绝热压缩冲程，活塞向上运动压缩，使气体压强增加，这时活塞对气体做功，消耗了机械能，增加了气体的内能（温度升高）；加，这时活塞对气体做功，消耗了机械能，增加了气体的内能（温度升高）；C-D等容燃烧过程，气体突然燃烧，压强激增，在这瞬间体积还来不及变化，所以可把等容燃烧过程，气体突然燃烧，压强激增，在这瞬间体积还来不及变化，所以可把它看作是等容变化，它看作是等容变化，D-E绝热做功冲程，气体压强增加后作绝热膨胀推动活塞向下绝热做功冲程，气体压强增加后作绝热膨胀推动活塞向下做功，同时消耗本身的内能转变为机械功，压强逐渐减小；做功，同时消耗本身的内能转变为机械功，压强逐渐减小；E-B等容排气过程，做等容排气过程，做功冲程终了时，排气阀开放，气体压强突然降低而体积还来不及变化；功冲程终了时，排气阀开放，气体压强突然降低而体积还来不及变化；B-A排气冲排气冲程，活塞由于惯性作用继续向上运动，同时排除废气，这时压强不变。程，活塞由于惯性作用继续向上运动，同时排除废气，这时压强不变。两种循环工作状态和对应的两种循环工作状态和对应的p-v图图左侧为奥托循环，右侧为狄赛尔循环左侧为奥托循环，右侧为狄赛尔循环汽油机与柴油机的比较School of Energy Sci16汽油机与柴油机的比较汽油机与柴油机的比较SchoolofEnergyScienceandEngineering狄赛尔循环：狄赛尔循环：C-D-E为做功冲程。第一阶段为做功冲程。第一阶段C-D为等压燃烧过程，柴油正在燃烧中，为等压燃烧过程，柴油正在燃烧中，活塞在一定的压强下移动压强不变而容积增加，燃油一边推动活塞做功一边燃烧，活塞在一定的压强下移动压强不变而容积增加，燃油一边推动活塞做功一边燃烧，D-E为绝热做功冲程。其他阶段同上。当然，图中为绝热做功冲程。其他阶段同上。当然，图中p-v曲线是一种理想状态，实际工曲线是一种理想状态，实际工况有一定的差异，而作为乘用车的高速柴油机介于两种循环之间，燃烧过程分两个况有一定的差异，而作为乘用车的高速柴油机介于两种循环之间，燃烧过程分两个阶段，前半程为等容燃烧，后半程为等压燃烧，满足高转速同时也沿袭经典柴油机阶段，前半程为等容燃烧，后半程为等压燃烧，满足高转速同时也沿袭经典柴油机的特点。的特点。两种循环工作状态和对应的两种循环工作状态和对应的p-v图图左侧为奥托循环，右侧为狄赛尔循环左侧为奥托循环，右侧为狄赛尔循环汽油机与柴油机的比较School of Energy Sci17柴油机n笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，经过多年的研究和新技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻。现代柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。n目前国外轻型汽车用柴油机日益普遍，奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机的车型。SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，18柴油机柴油机大众奥迪公用的3.0T涡轮增压柴油发动机，体重和汽油机相差无几功率与汽油机相比略逊一筹，但扭矩更为强大SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机大众奥迪公用的3.0T涡轮增压柴油发动机，体重和汽油机19柴油机n随着我国汽车工业的迅速发展，石油进口量逐年递增，2010年高达1.5亿吨。因此，节能是最现实的能源。据统计，柴油比汽油的热效率高30，油价大大低于汽油，但由于其本身的质量不高，在小汽车上很少采用。n如何将柴油机应用到小汽车种？一是进一步节能；二是降排放；三是降噪声。SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机随着我国汽车工业的迅速发展，石油进口量逐年递增，201206 柴油机电控技术n本章主要内容：（5小节）q柴油机电控技术概述 q柴油机电控燃油喷射系统功能与组成q柴油机供（喷）油量控制q柴油机供（喷）油正时控制q柴油机电控燃油喷射系统实例SchoolofEnergyScienceandEngineering6 柴油机电控技术本章主要内容：（5小节）School of21一、柴油机电控技术概述n柴油机电控技术的发展柴柴油油机机电电控控技技术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，经历了三代经历了三代：位置控制时间控制时间压力控制（压力控制）SchoolofEnergyScienceandEngineering一、柴油机电控技术概述柴油机电控技术的发展School of22柴油机电控技术的发展：第一代（位置控制方式）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：优点：柴油机的结构几乎不需改动，便于对现有柴油机进行升级换代。缺点：缺点：响应慢，控制精度不高，供油压力不能控制。在直列柱塞泵直列柱塞泵上实施位置控制的有：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。在分配泵分配泵上实施位置控制的有：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。SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机电控技术的发展：第一代（位置控制方式）保留了传统柴油机23柴油机电控技术的发展：第二代（时间控制方式）基本保留了传统燃油供给系统的组成和结构，通过高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。一般情况下，电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。因此可实现供油量控制，又可实现供油正时的控制。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：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，等等。电控泵喷嘴系统有：德国波许公司的PDE27/PDE28系统，等等。SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机电控技术的发展：第二代（时间控制方式）基本保留了传统燃24柴油机电控技术的发展：第三代（时间-压力方式）这是国外于20世纪90年代中期研制的一种新型柴油机电控技术。基本改变了传统燃油供给系统的组成和结构，主要以电控共轨电控共轨（各缸喷油器共用一个高压油管）式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行时间-压力控制。油压油泵并不直接控制喷油，而仅仅向共轨供油以维持所需的共轨压力，并通过连续调节共轨压力来控制喷射压力。优点：优点：可实现高压喷射（最高达200Mpa），喷射压力独立于发动机转速，可实现理想喷油规律，具有良好的喷射特性。共轨喷射系统是柴油机燃油系统的一个发展方向。目前在卡车和轿车柴油机上得到广泛应用，发展速度十分惊人。国外典型共轨喷射系统：日本电装公司的ECD-U2系统；美国BKM公司的servojet系统；美国Caterpiller公司的HEUI系统，等等。SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机电控技术的发展：第三代（时间-压力方式）这是国外于2025柴油机电控燃油喷射系统的优点改善低温起动性改善低温起动性电子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。降低氮氧化物和烟度的排放降低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的转速稳定运转，有利于提高其经济性。SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机电控燃油喷射系统的优点改善低温起动性School of26柴油机电控燃油喷射系统的优点提高发动机的动力性和经济性提高发动机的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。适应性广适应性广只要改变ECU的控制程序和数据，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。SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机电控燃油喷射系统的优点提高发动机的动力性和经济性Sch27二、柴油机电控系统的功能与组成n柴油机电控系统的功能（柴油机电控系统的功能（9大功能）大功能）燃油喷射控制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。增压控制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压压力的控制。SchoolofEnergyScienceandEngineering二、柴油机电控系统的功能与组成柴油机电控系统的功能（9大功能28柴油机电控系统的功能排放控制排放控制主要是废气再循环（EGR）控制。起动控制起动控制主要包括供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制和预热装置控制。巡航控制巡航控制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柴油机与自动变速器的综合控制SchoolofEnergyScienceandEngineering柴油机电控系统的功能排放控制School of Energy29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）。由传感器、传感器、ECU、执行元件、执行元件三部分组成。传感器传感器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。执行元件执行元件执行ECU的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。SchoolofEnergyScienceandEngineering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，30三、柴油机供（喷）油量控制n本节内容：q位置控制方式q时间控制方式q时间压力控制方式q压力控制方式SchoolofEnergyScienceandEngineering三、柴油机供（喷）油量控制本节内容：School of En31位置控制方式位置控制系统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：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。SchoolofEnergyScienceandEngineering位置控制方式位置控制系统不仅保留了传统的泵管嘴系统，还保32直列式柱塞泵位置控制方式n执行元件：执行元件：占空比控制型电磁阀n反馈元件：反馈元件：齿条位置传感器 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改变供油量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。各种传感器ECU电子调速器电子调速器占空比电磁阀转速传感器齿条位置传感器反馈控制电磁阀回位弹簧转速传感器供油拉杆电子调速器电子调速器SchoolofEnergyScienceandEngineering直列式柱塞泵位置控制方式执行元件：占空比控制型电磁阀各ECU33通过滑套位置传感器滑套位置传感器的反馈信号，得到滑套的实际位置滑套的实际位置，以此进行反馈控制转子分配泵位置控制方式nECU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改变供油量偏心钢球柱塞线圈滑套位置传感器定子转子轴偏心钢球滑套定子偏心钢球转子轴SchoolofEnergyScienceandEngineering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34时间控制方式发动机转速传感器溢流控制阀（高速电磁阀）着火正时传感器正时控制电磁阀喷油器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。一般情况下，电磁阀关闭开始喷油；电磁阀打开喷油结束。喷油始点喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量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。SchoolofEnergyScienceandEngineering时间控制方式发动机转速传感器溢流控制阀着火正时传感器正时控制35时间压力控制方式第三代柴油机电控系统中最典型的是电控共轨式燃油喷射系统。在电控共轨式燃油喷射系统中，各缸喷油器共用一个高压油轨（即高压油管）。对喷油量的控制采用时间压力控制或压力控制，用的最多的是时间压力控制方式。共轨（Common-rail）喷油器燃油压力传感器高压供油泵高速电磁阀SchoolofEnergyScienceandEngineering时间压力控制方式第三代柴油机电控系统中最典型的是电控共轨式36时间压力控制方式ECU加速踏板位置传感器发动机转速传感器凸轮轴位置传感器高压供油泵油泵压力控制阀燃油压力传感器共轨管三通电磁阀单向节流阀控制室液压活塞喷嘴针阀喷油器SchoolofEnergyScienceandEngineering时间压力控制方式ECU加速踏板位置传感器发动机转速传感器凸37压力控制方式在后期开发的柴油机电控共轨式燃油喷射系统中，为降低对供油压力的要求，喷油量的控制采用控制喷油压力的方法实现，即喷油量的“压力控制压力控制”方式。喷油器喷孔尺寸一定，喷油时间一定，控制喷油压力即可控制喷油量；而在增压活塞和柱塞尺寸一定时，喷油压力（即增压压力）取决于共轨中的油压，共轨中的油压是由ECU根据各种传感器信号通过燃油压力调节阀来控制的，所以将此种喷油量控制方式称为“压力控制”方式。在系统中，ECU根据实际的共轨压力信号对共轨压力进行闭环控制。共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理，通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压。采用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程，可以实现对喷射油量和喷射定时的灵活控制。SchoolofEnergyScienceandEngineering压力控制方式在后期开发的柴油机电控共轨式燃油喷射系统中，为降38四、柴油机供（喷）油正时控制n直列柱塞泵供油正时电控系统组成：组成：正时控制器、电磁阀、柴油机转速传感器、正时传感器和ECU等。正时传感器供油齿条位置传感器正时控制器SchoolofEnergyScienceandEngineering四、柴油机供（喷）油正时控制直列柱塞泵供油正时电控系统正时传39转子分配泵供油正时电控系统SchoolofEnergyScienceandEngineering图 喷油提前角的控制1-控制阀；2-溢流阀；3-滚轮架；4-正时活塞；5-高压腔；6-正时控制电磁阀；7-弹簧；8-低压腔；9-正时活塞位置传感器转子分配泵供油正时电控系统School of Energy 40转子分配泵供油正时电控系统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。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滚轮架转动改变供油正改变供油正时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。正时活塞 弹簧滚轮滑销压力腔正时传感器供油提前角电磁阀ECU输油泵吸油口SchoolofEnergyScienceandEngineering转子分配泵供油正时电控系统在原供油提前角自动调节器活塞两侧油41五、柴油机电控燃油喷射系统实例SchoolofEnergyScienceandEngineering五、柴油机电控燃油喷射系统实例School of Energ42日本电装公司ECD-V1系统日本电装公司ECD-V3系统日本五十铃公司I-TEC系统直列柱塞泵电控系统美国Caterpillar公司HEUI系统日本电装公司ECD-U系统五、柴油机电控燃油喷射系统实例SchoolofEnergyScienceandEngineering日本电装公司ECD-V1系统五、柴油机电控燃油喷射系统实例S43日本电装公司ECDV1系统SchoolofEnergyScienceandEngineering日本电装公司ECDV1系统School of Energy44日本电装公司ECD-V1系统图SchoolofEnergyScienceandEngineering图 ECD-型柴油机电子控制系统1-正时控制电磁阀；2-盆油泵；3-套筒控制电磁阀；4-滑套位置传感器；5-断油电磁阀；6-进气温度传感器；7-涡轮增压器；8-喷油器；9-冷却液温度传感器；10-进气压力传感器；11-加速踏板位置传感器日本电装公司ECD-V1系统图School of Energ45ECU正时控制电磁阀TCV正时活塞位置传感器滑套控制电磁阀滑套位置传感器断油电磁阀转速传感器日本电装公司ECD-V1系统图SchoolofEnergyScienceandEngineeringECU正时控制电磁阀TCV正时活塞位置传感器滑套控制电磁阀滑46日本电装公司ECDV1系统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。SchoolofEnergyScienceandEngineering日本电装公司ECDV1系统日本丰田公司柴油轿车最早装的就是47日本电装公司ECDV3系统日本电装公司开发的ECDV3系统也是在转子分配式喷油泵基础上，增加电子控制装置形成的柴油机电控燃油喷射系统。与ECDV1系统相比，主要是喷油量控制方法不同，ECDV3系统是通过控制喷油时间来实现对喷油量控制的，即ECU在确定喷油器的喷油开始时刻后，再通过溢流控制电磁阀来控制柱塞泵回油的时刻（即停止喷油的时刻），以此来控制喷油量。为控制喷油时间，在转子分配式喷油泵内增设了泵角传感器。泵角传感器采用电磁感应式，向ECU提供喷油泵凸轮轴位置和转角信号。ECDV3系统装用光电式着火正时传感器，对喷油正时实施反馈控制。发动机转速传感器安装在曲轴上。SchoolofEnergyScienceandEngineering日本电装公司ECDV3系统日本电装公司开发的ECDV3系48正时控制电磁阀TCV溢流控制电磁阀SPV着火正时传感器泵角传感器日本电装公司ECD-V3系统图SchoolofEnergyScienceandEngineering正时控制电磁阀TCV溢流控制电磁阀SPV着火正时传感器泵角传49发动机转速传感器发动机转速传感器水温传感器水温传感器加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器着火正时传感器着火正时传感器泵角位置传感器泵角位置传感器燃油温度传感器燃油温度传感器燃油压力传感器燃油压力传感器 等ECUA/C开关开关点火开关点火开关加速踏板开关加速踏板开关鼓风机开关鼓风机开关 等自诊断失效保护EDUSPVTCV其它控制：其它控制：进气节流 EGR 预热塞 控制 等传感器传感器执行器执行器控制单元控制单元喷油量喷油正时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SchoolofEnergyScienceandEngineering发动机转速传感器ECUA/C开关自诊断失效保护EDUSPVT50石英晶体棒光敏晶体管线束连接器光电式着火正时传感器光电式着火正时传感器着火正时传感器着火正时传感着火正时传感器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。SchoolofEnergyScienceandEngineering石英晶体棒光敏晶体管线束连接器光电式着火正时传感器着火正时传51喷射开始溢流控制阀开启主溢流阀开启溢流控制阀开启指令信号主溢流阀溢流控制电磁阀高压室控制阀线圈电磁溢流控制阀工作原理SchoolofEnergyScienceandEngineering喷射开始溢流控制阀开启主溢流阀开启溢流控制阀开启指令信号主溢52泵角脉冲发生器泵角脉冲发生器（泵角检测齿轮）（泵角检测齿轮）缺齿齿溢流控制阀高压室泵角检测齿轮ECU泵角传感器柱塞行程对应的喷油量泵角信号溢流控制阀控制信号溢流角缺齿部喷油量控制原理SchoolofEnergyScienceandEngineering泵角脉冲发生器缺齿齿溢流控制阀高压室泵角检测齿轮ECU泵角传53日本五十铃公司ITEC系统SchoolofEnergyScienceandEngineering图 五十铃公司的I-TEC柴油机电控系统1-加速踏板位置传感器；2-电阻器；3-正时控制器；4-喷油泵；5-转速传感器；6-燃油温度传感器；7-停油阀；8-空气滤清器；9-进气节流调节阀；10-喷油器；11-冷却液温度传感器；12-主继电器日本五十铃公司ITEC系统School of Energy54日本五十铃公司ITEC系统SchoolofEnergyScienceandEngineering图 I-TEC系统电控转子分配泵1-油量控制滑套 2-调速器转子 3-滑套位置传感器 4-调速器线圈 5-转子式电子调速器 6-正时活塞 7-正时控制电磁阀 8-分配泵柱塞日本五十铃公司ITEC系统School of Energy55日本五十铃公司ITEC系统五十铃公司LTEC（全电子控制式）是在转子分配式喷油泵基础上，增加电子控制装置形成的全电子控制式柴油机电控燃油喷射系统。系统的主要特点系统的主要特点：具有巡航控制功能，设有燃油温度传感器，不对喷油正时进行反馈控制。此外，加速踏板位置传感器采用差动电感式；进气节流（节气门）不受ECU控制。SchoolofEnergyScienceandEngineering日本五十铃公司ITEC系统五十铃公司LTEC（全电子控制56直列柱塞泵电控系统装用直流电动机式电子调速器的直列柱塞泵电控系统，用电子调速器取代原有的机械调速器，以实现对喷油量的控制；用正时控制器取代原有的机构离心式供油提前角自动调节器，来对喷油正时进行控制；设有油量调节拉杆（或齿条）位置传感器和正时传感器，对喷油量和喷油正时的控制均采用闭环控制方式。电磁阀回位弹簧转速传感器供油拉杆SchoolofEnergyScienceandEngineering直列柱塞泵电控系统装用直流电动机式电子调速器的直列柱塞泵电控57美国Caterpillar公司HEUI系统HEUIHydraulic Electronic Unit Injector该系统具有共轨式共轨式柴油机电控燃油喷射系统的基本组成和结构，属第三代电控共轨式燃油喷射系统。系统控制功能控制功能包括：燃油喷射控制、进气控制、起动控制、故障自诊断、失效保护和应急备用，同时还具有与其他控制系统进行数据传输的功能。喷油量控制采用了压力控制压力控制方式，通过由传感器、ECU和执行元件等组成的控制系统，对循环喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油压力进行控制。SchoolofEnergyScienceandEngineering美国Caterpillar公司HEUI系统HEUIHydr58美国Caterpillar公司HEUI共轨式液压喷油系统SchoolofEnergyScienceandEngineering美国Caterpillar公司HEUI共轨式液压喷油系统Sc59共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理，通过共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理，通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压。采油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压。采用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程，可以实现对用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程，可以实现对喷射油量和喷射定时的灵活控制。喷射油量和喷射定时的灵活控制。下一页SchoolofEnergyScienceandEngineering共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理，通60高高压压共共轨轨系系统统由由五五个个部部分分组组成成，即即高高压压油油泵泵、共共轨轨腔腔及及高高压压油油管管、喷喷油油器器、电电控控单单元元、各各类类传传感感器器和和执执行行器器。供供油油泵泵从从油油箱箱将将燃燃油油泵泵入入高高压压油油泵泵的的进进油油口口，由由发发动动机机驱驱动动的的高高压压油油泵泵将将燃燃油油增增压压后后送送入入共共轨轨腔腔内内，再再由由电电磁磁阀阀控控制制各各缸缸喷喷油油器器在在相相应时刻喷油。应时刻喷油。下一页SchoolofEnergyScienceandEngineering高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管61预预喷喷射射在在主主喷喷射射之之前前，将将小小部部分分燃燃油油喷喷入入气气缸缸，在在缸缸内内发发生生预预混混合合或或者者部部分分燃燃烧烧，缩缩短短主主喷喷射射的的着着火火延延迟迟期期。这这样样缸缸内内压压力力升升高高率率和和峰峰值值压压力力都都会会下下降降，发发动动机机工工作作比比较较缓缓和和，同同时时缸缸内内温温度度降降低低使使得得NOX排排放放减减小小。预预喷喷射射还还可可以以降降低低失失火火的的可可能能性性，改改善善高高压压共共轨轨系系统统的的冷冷起起动动性性能。能。主主喷喷射射初初期期降降低低喷喷射射速速率率，也也可可以以减减少少着着火火延延迟迟期期内内喷喷入入气气缸缸内内的的油油量量。提提高高主主喷喷射射中中期期的的喷喷射射速速率率，可可以以缩缩短短喷喷射射时时间间从从而而缩缩短短缓缓燃燃期期，使使燃燃烧烧在在发发动动机机更更有有效效的的曲曲轴轴转转角角范范围围内内完完成成，提提高高输输出出功功率率，减减少少燃燃油油消消耗耗，降降低低碳碳烟烟排排放放。主主喷喷射射末末期期快快速速断断油油可可以以减减少少不不完完全全燃燃烧烧的的燃燃油，降低烟度和碳氢排放。油，降低烟度和碳氢排放。下一页SchoolofEnergyScienceandEngineering 预喷射在主喷射之前，将小部分燃油喷入气缸，在缸62HEUI系统的特点中压共轨电控液压式喷射系统；系统共轨中采用燃油和柴油机润滑油两条共轨两条共轨，因此系统中有润滑油和燃油两套油路两套油路；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。SchoolofEnergyScienceandEngineeringHEUI系统的特点中压共轨电控液压式喷射系统；School 63日本电装公司ECDU2系统系统主要用于载重汽车装用的柴油机上，日本日野汽车公司、三菱汽车公司和日产汽车公司生产的载重汽车柴油机多数采用ECDU2系统。系统具有共轨式共轨式喷油系统的基本组成和结构，属于第三代柴油机电控燃油喷射系统。系统组成系统组成：由各种传感 器、ECU、燃油压力控制阀和三通电磁阀等组成的控制系统，对喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油压力进行时间压力控制时间压力控制。SchoolofEnergyScienceandEngineering日本电装公司ECDU2系统系统主要用于载重汽车装用的柴油机64日本电装公司ECD-U2高压共轨式喷油系统ECU加速踏板位置传感器发动机转速传感器凸轮轴位置传感器高压供油泵油泵压力控制阀燃油压力传感器共轨管三通电磁阀单向节流阀控制室液压活塞喷嘴针阀喷油器SchoolofEnergyScienceandEngineering日本电装公司ECD-U2高压共轨式喷油系统ECU加速踏板位置65高压供油泵低压输油泵回油管燃油滤清器共轨高压溢流阀压油管共轨高压油管喷油器燃油箱日本电装公司ECD-U2系统油路SchoolofEnergyScienceandEngineering高压供油泵低压输油泵回油管燃油滤清器共轨高压溢流阀压油管共轨66高压供油泵的控制高压供油泵的控制吸油压油凸轮升程HPCV工作状态阀关闭阀开启预行程压力控制阀PCV柱塞共轨高压供油泵结构和传统的直列柱塞泵相似。压力控制阀压力控制阀PCV的作用是通过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阀阀断电和通电的时刻决定了高压供油泵向共轨内供入的燃油量。SchoolofEnergyScienceandEngineering高压供油泵的控制吸油压油凸轮升程HPCV工作状态阀关闭阀开启67高压溢流阀燃油压力传感器溢流缓冲器高压溢流阀高压溢流阀常闭，当共轨内油压超过设定值时，阀门打开泄压。燃油压力传感器燃油压力传感器检测共轨内的燃油压力。溢流缓冲器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。共轨（Common-rail）SchoolofEnergyScienceandEngineering高压溢流阀燃油压力传感器溢流缓冲器高压溢流阀常闭，当共轨内油68二位三通阀结构二位三通阀结构共轨共轨固定的内阀可上下移动的外阀喷油嘴阀体液压活塞电控喷油器早期ECDU2系统的电控喷油器采用二位三通电磁阀结构；在新结构的ECDU2系统中，都采用二位二通电磁阀结构。SchoolofEnergyScienceandEngineering二位三通阀结构共轨固定的内阀可上下移动的外阀喷油嘴阀体液压活69电磁阀通电电磁阀通电，外阀上移打开泄油口，关闭进油口，液压活塞上方油泄压，针阀打开，喷油。电磁阀断电电磁阀断电，外阀落座，关闭泄油口，打开进油口，液压活塞下移将针阀关闭，喷油结束。节流孔进油泄油弹簧线圈内阀外阀电磁阀脉冲波形电磁阀脉冲波形通断开始喷油，决定喷油正时通电时间决定喷油量二位三通阀工作原理SchoolofEnergyScienceandEngineering电磁阀通电，外阀上移打开泄油口，关闭进油口，液压活塞上方油泄70习题 1：叙述柴油机电控燃油喷油射系统的几个发展阶段。2：叙述柴油机电控系统有哪些?3：转子分配泵电控系统是如何控制供油量和供油正时？4：泵喷嘴电控系统是如何控制供油量和供油正时？5：何谓高压共轨系统，具有什么特点？SchoolofEnergyScienceandEngineering习题 1：叙述柴油机电控燃油喷油射系统的几个发展阶段。Sch71