第七模块 柴油机电控技术的介绍（精品）

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,*,第七模块 柴油机电控技术的介绍,第一节,柴油机电控技术概述,第二节,柴油机电控燃油喷射系统功能与组成,第三节,柴油机供（喷）油量控制,第四节,柴油机供（喷）油正时控制,第五节,柴油机电控燃油喷射系统实例,第一节 柴油机电控技术概述,一、,柴油机电控技术的发展,二、,柴油机电控燃油喷射系统的优点,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。,柴油机电控系统的开发研究从,20,世纪,70,年代开始，,经历了三代,：,位置控制,时间控制,时间压力控制（压力控制）,一、柴油机电控技术的发展,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：,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：,响应慢，控制精度不高，供油压力不能控制。,在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。,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：,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，等等。,电控泵喷嘴系统有,：德国博世公司的,PDE27/PDE28,系统，等等。,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,（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。,油压油泵并部直接控制喷油，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：,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。,二、柴油机电控燃油喷射系统的优点,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,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,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。,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,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,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。,第二节 柴油机电控系统的功能与组成,一、,柴油机电控系统的功能,二、,柴油机电控系统的组成,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,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,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,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。,一、柴油机电控系统的功能,排放控制,主要是废气再循环（,EGR,）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,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,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,二、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,、,ECU,、,执行元件,三部分组成。,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,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。,第三节 柴油机供（喷）油量控制,一、,位置控制方式,二、,时间控制方式,三、,时间压力控制方式,四、,压力控制方式,一、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：,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,。,1.,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,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,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,通过,滑套位置传感器,的反馈信号，得到,滑套的实际位置,，以此进行反馈控制,2.,转子分配泵位置控制方式,ECU,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,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,二、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,取决于电磁阀关闭时刻，,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。,共轨（,Common-rail,）,喷油器,燃油压力传感器,高压供油泵,高速电磁阀,三、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,。,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,四、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,”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。,第四节 柴油机供（喷）油正时控制,一、,直列柱塞泵供油正时电控系统,二、,转子分配泵供油正时电控系统,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,一、直列柱塞泵供油正时电控系统,二、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,一、,日本电装公司,ECD-V,1,系统,二、,日本电装公司,ECD-V,3,系统,三、,日本五十铃公司,I-TEC,系统,四、,直列柱塞泵电控系统,五、,美国,Caterpillar,公司,HEUI,系统,六、,日本电装公司,ECD-U,系统,第五节 柴油机电控燃油喷射系统实例,一、日本电装公司,ECD,V,1,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,ECD,V,1,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。,ECU,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,二、日本电装公司,ECD,V3,系统,日本电装公司开发的,ECD,V3,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,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。,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