柴油电控发动机

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,柴油发动机电控喷油系统,1,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,2,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。,3,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。,4,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。,5,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,6,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。,7,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,8,位置控制式直列柱塞泵电子调速器结构,9,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,10,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,11,位置控制式电控分配泵系统,ECD型电控分配泵结构,12,喷油量的控制,位置控制式电控分配泵电子调速器结构,13,喷油量的控制,喷油量的控制方式,14,供油正时的控制,正时控制阀结构示意图,15,1. 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,16,位置控制式电喷系统工作原理图,17,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。,18,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,19,时间控制式电控燃油喷射系统,喷油量控制,20,时间控制式转子分配泵结构,21,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,22,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,23,电磁溢流阀工作原理,24,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。,25,电控泵喷嘴系统的组成,电控泵喷嘴系统,26,泵喷嘴,Bosch公司电子控制泵喷嘴结构,27,电控喷嘴系统,28,1-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,29,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。,30,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。,31,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,32,电磁溢流阀工作原理,33,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。,34,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。,35,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，而传统的柴油机则是由机械控制，控制精度无法得以保障。,“高压”,指喷油系统压力比传统柴油机要高得多，最高能达到200MPa（传统柴油机喷油压力6070 MPa），压力大雾化好燃烧充分，从而提高了动力性，最终达到省油的目的。,“共轨”,是通过公共供油管同时供给各个喷油嘴，喷油量经过ECU精确的计算，同时向各个喷油嘴提供同样质量、同样压力的燃油，使发动机运转更加平顺，从而优化柴油机综合性能。,36,高压共轭式电控燃油喷射系统,从功能方面分析，电控共轨系统可分为两部分：电控系统和燃油供给系统。,37,电控系统：,电,控,单,元,各,种,传,感,器,喷 油 器,高压供油泵,控制喷油量,控制喷油时间,控制喷油率,调节共轨油压,38,燃油供给系统：,39,高压共轭式电控燃油喷射系统共作原理,40,高压供油泵,高压供油泵结构示意图,1 出油阀 2 密封件 3 调压阀 4 球阀 5 安全阀 6 低压油路 7 驱动轴,8 偏心凸轮 9 柱塞泵油元件 10 柱塞腔 11 进油阀 12 柱塞单向阀,41,调压阀,42,共轭组件,43,压力限制阀,44,流量限制阀,流量限制阀的作用是在非正常情况下防止喷油器常开并导致持续喷油的现象。一旦共轨输出的油量超出规定的水平，流量限制阀就关闭通往喷油器的油路。,45,共轭压力传感器,46,喷油器,共轨式喷器结构示意图,a 喷油器关闭状态 b 喷油器喷射状态,47,日本电装公司ECDV1系统,柴油机电控燃油喷射系统实例,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,ECD,V1,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。,48,日本电装公司ECD-V1系统图,49,日本电装公司ECD-V1系统图,50,日本电装公司ECDV3系统,日本电装公司开发的,ECD,V3,系统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,ECD,V1,系统相比，主要是喷油量控制方法不同，,ECD,V3,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。,ECD,V3,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。,51,日本电装公司ECD-V3系统图,52,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,1、ECD-V3系统工作示意图,53,光电式着火正时传感器,2、着火正时传感器,着火正时传感器,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,。,54,3、电磁溢流控制阀工作原理,55,4、喷油量控制原理,56,