现代柴油发动机技术发展概述

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,石油物探职业教育学校,机械部,2013,年,1,月,1.1,现代柴油发动机技术发展概述,一、柴油,机,机电控技,术,术的发展,为了改善,柴,柴油机运,转,转性能和,降,降低燃油,消,消耗率，,同,同时也为,了,了适应严,格,格的柴油,机,机排放标,准,准的需要,，,，从,20,世纪,80,年代初期,开,开始，各,种,种电控柴,油,油喷射系,统,统相继问,世,世。,柴油机电,控,控技术发,展,展经历的,三,三个阶段,：,：,（,1,）位置控,制,制,（,2,）时间控,制,制,（,3,）时间,-,压力控制,第一代柴,油,油机电控,技,技术,位置控制,方,方式,1,、结构特,点,点,位置控制,方,方式不仅保留了传,统,统的泵,-,管,-,嘴系统，,还,还保留了,原,原喷油泵,中,中的齿条,、,、滑套、,柱,柱塞上的,斜,斜槽等控,制,制油量的,机,机械传动,机,机构，只,是,是对齿条,或,或者滑套,的,的运动位置予以电子,控,控制。,2,、应用,在直列柱,塞,塞泵上实,施,施位置控,制,制的有：,（,1,）日本电,装,装公司的,ECD-P1,、,ECD-P2,、,ECD-P3,系统。,（,2,）德国波,许,许公司的,EDR,系统。,（,3,）美国的,PEEC,系统等。,在分配泵,上,上实施位,置,置控制的,有,有：,（,1,）日本电,装,装公司的,ECD-V1,系统。,（,2,）德国波,许,许的,EDC,系统。,（,3,）美国的,PCF,系统等。,3,ECD-V1,系统的组,成,成,3,、性能特,点,点,优点：结,构,构不需改,动,动，生产,继,继承性好,，,，便于对,现,现有柴油,机,机进行升,级,级换代。,缺点：系,统,统响应慢,、,、控制频,率,率低、控,制,制自由度,小,小、控制,精,精度不够,高,高，喷油,压,压力无法,独,独立控制,。,。,第二代柴,油,油机电控,技,技术,时间控制,方,方式,1,、结构特,点,点,基本保留,了,了传统燃,油,油供给系,统,统的组成,和,和结构，,通,通过高速电磁,阀,阀直接控制,高,高压燃油,的,的适时喷,射,射。,一般情况,下,下，电磁阀关,闭,闭，执行,喷,喷油；电磁阀打,开,开，喷油,结,结束。因此可,实,实现供油,量,量控制，,又,又可实现,供,供油正时,的,的控制。,2,、性能特,点,点,优点：控,制,制自由度,更,更大，供,油,油加压与,供,供油调节,在,在结构上,相,相互独立,，,，使喷油,泵,泵结构得,以,以简化，,强,强度得到,提,提高。高,压,压喷油能,力,力大大加,强,强。,缺点：供,油,油压力无,法,法控制。,3,、应用,在分配泵,上,上实施时,间,间控制的,有,有：,（,1,）日本电,装,装公司的,ECD-V3,、,ECD-V4,系统。,（,2,）美国,Stanadyne,公司的,DS,系统和,RS,系统。,（,3,）日本丰,田,田公司的,ECD-2,系统。,电控泵喷,嘴,嘴系统有,：,：,德国波许,公,公司的,PDE27/PDE28,系统。,第三代柴油机,电,电控技术,时间,-,压力控制方式,1,、结构特点,基本改变了传,统,统燃油供给系,统,统的组成和结,构,构，主要以电控共轨（各缸喷油器,共,共用一个高压,油,油管）式喷油,系,系统为特征，,直,直接对喷油器,的,的喷油量、喷油,正,正时、喷油速,率,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,轨供油以维持,所,所需的共轨压,力,力，并通过连,续,续调节共轨压,力,力来控制喷射,压,压力。,2,、性能特点,优点：,可实现高压喷,射,射（最高达,200Mpa,），喷射压力,独,独立于发动机,转,转速，可实现,理,理想喷油规律,，,，具有良好的,喷,喷射特性。,电控高压共轨,喷,喷射系统是柴,油,油机燃油系统,的,的一个发展方,向,向，目前在卡,车,车和轿车柴油,机,机上得到广泛,应,应用，发展速,度,度很快。,3,、应用,国外典型共轨,喷,喷射系统：,（,1,）日本电装公,司,司的,ECD-U2,系统。,（,2,）美国,BKM,公司的,servojet,系统。,（,3,）美国,Caterpiller,公司的,HEUI,系统。,BOSCH,电控高压共轨安装示意图,二、柴油机电,控,控燃油喷射系,统,统的优点,（,1,）改善低温起,动,动性。,（,2,）降低氮氧化,物,物和烟度的排,放,放。,（,3,）提高发动机,运,运转稳定性。,（,4,）提高发动机,的,的动力性和经,济,济性。,（,5,）控制涡轮增,压,压。,（,6,）适应性广。,三、柴油机电,控,控系统的功能,（,1,）燃油喷射控,制,制,（,2,）怠速控制,（,3,）进气控制,（,4,）增压控制,（,5,）排放控制,（,6,）起动控制,（,7,）巡航控制,（,8,）故障自诊断,和,和失效保护,（,9,）柴油机与自,动,动变速器的综,合,合控制,1,、燃油喷射控,制,制,（,1,）供（喷）油,量,量控制：在起动、怠速,、,、正常运行等,各,各种工况下，,ECU,根据发动机转,速,速信号、负荷,信,信号和内存控,制,制模型来确定,基,基本供油量，,再,再根据冷却液,温,温度信号、进,气,气温度信号、,起,起动开关信号,、,、空调开关信,号,号、反馈信号,等,等对供油量进,行,行修正。,（,2,）供（喷）油,正,正时控制：,ECU,根据发动机转,速,速信号、负荷,信,信号和内存的,控,控制模型来确,定,定基本供油量,，,，再根据反馈,信,信号进行修正,。,。,（,3,）供（喷）油,速,速率和供（喷,）,）油规律的控,制,制：,ECU,以柴油机转速,信,信号、负荷信,号,号作为主控制,信,信号，按预设,的,的程序确定最,佳,佳的供油速率,和,和供油规律。,（,4,）喷油压力的,控,控制：,ECU,以柴油机转速,信,信号、负荷信,号,号作为主控制,信,信号，按预设,的,的程序确定最,佳,佳的喷油压力,，,，并对喷油压,力,力进行闭环控,制,制。,（,5,）柴油机低油,压,压保护：柴油机机油压,力,力过低时，,ECU,根据机油压力,传,传感器信号减,少,少供油量，降,低,低转速并报警,；,；当机油压力,降,降到一定值一,下,下时，则切断,燃,燃油供给，强,制,制使发动机熄,火,火。,（,6,）增压器工作,保,保护：,ECU,根据增压压力,信,信号适当调节,供,供油量，并在,增,增压压力过高,或,或过低时报警,。,。,2,、怠速控制,：,：主要包括怠速,转,转速的控制和,怠,怠速时各缸均,匀,匀性的控制。,3,、进气控制,：,：主要包括进气,节,节流控制、可,变,变进气涡流控,制,制和可变配气,正,正时控制。,4,、增压控制,：,：柴油机的增压,控,控制主要是由,ECU,根据柴油机转,速,速信号、负荷,信,信号、增压压,力,力信号等，通,过,过控制废气旁,通,通阀的开度或,废,废气喷射器的,喷,喷射角度、增,压,压器涡轮废气,进,进口截面大小,等,等措施，实现,对,对废气涡轮增,压,压器工作状态,和,和增压压力的,控,控制，以改善,柴,柴油机的扭矩,特,特性，提高加,速,速性能，降低,排,排放和噪声。,5,、排放控制,：,：柴油机的排放,控,控制主要是废,气,气再循环（,EGR,）控制。,ECU,主要根据柴油,机,机转速和负荷,信,信号，按内存,程,程序控制,EGR,阀开度，以调,节,节,EGR,率。,6,、起动控制,：,：柴油机起动控,制,制主要包括供,（,（喷）油量控,制,制、供（喷）,油,油正时控制和,预,预热装置控制,，,，其中供（喷,）,）油量控制和,供,供（喷）油正,时,时控制与其他,工,工况相同。,7,、巡航控制,：,：带有巡航控制,功,功能的柴油机,电,电控系统，当,通,通过巡航控制,开,开关选定巡航,控,控制模式后，,ECU,即可根据车速,信,信号等自动维,持,持汽车以一定,车,车速行驶。,8,、故障自诊断,和,和失效保护,：,：柴油机电控系,统,统中也包含故,障,障自诊断和失,效,效保护两个子,系,系统。柴油机,电,电控系统出现,故,故障时，自诊,断,断系统将点亮,仪,仪表盘上的,“,“故障指示,灯,灯”，提,醒,醒驾驶员注意,，,，并储存故障,码,码，检修时可,通,通过一定的操,作,作程序调取故,障,障码等信息；,同,同时失效保护,系,系统启动相应,保,保护程序，使,柴,柴油能够继续,保,保持运转或强,制,制熄火。,9,、柴油机与自,动,动变速器的综,合,合控制：在装用电控自,动,动变速器的柴,油,油车上，将柴,油,油机控制,ECU,和自动变速器,控,控制,ECU,合为一体，实,现,现柴油机与自,动,动变速器的综,合,合控制，以改,善,善汽车的变速,性,性能。,四、柴油机电,控,控燃油喷射系,统,统的组成,柴油机电控燃,油,油喷射系统主,要,要由传感器、,ECU,、执行元件三,部,部分组成。,各种柴油电控,系,系统的区别在,于,于控制功能、,传,传感器的数量,和,和类型、执行,元,元件的类型、,ECU,控制软件、主,要,要电控元件的,结,结构原理和安,装,装位置的不同,。,。,1,、传感器,用来检测柴油,机,机与汽车的运,行,行状况，并将,检,检测结果转换,成,成电信号输送,给,给,ECU,。,（,1,）加速踏板位,置,置传感器：用来检测加,速,速踏板所处位,置,置，,ECU,根据此传感器,信,信号间接判断,柴,柴油机的负荷,，,，作为控制柴,油,油机喷油量和,喷,喷油正时的主,控,控制信号。有,电,电位计式和差,动,动电感式两种,类,类型。,（,2,）反馈信号,传,传感器：闭环控制,系,系统中用来,检,检测控制系,统,统执行元件,实,实际位置的,传,传感器。主,要,要包括负荷,传,传感器和正,时,时传感器两,大,大类。,（,3,）燃油温度,传,传感器：,ECU,根据此传感,器,器信号对喷,油,油量进行修,正,正。一般采,用,用热敏电阻,式,式，其结构,原,原理与进气,温,温度传感器,基,基本相同。,（,4,）其他传感,器,器和信号开,关,关：包括发动,机,机转速传感,器,器、车速传,感,感器、冷却,液,液温度传感,器,器、制动开,关,关、空调开,关,关、点火开,关,关等。其功,用,用、结构和,工,工作原理与,汽,汽油机电控,系,系统基本相,同,同。,2,、柴油机控,制,制,ECU,根据各传感,器,器输入信号,和,和内存程序,，,，计算出供,（,（喷）油量,和,和供（喷）,油,油开始时刻,，,，并向执行,元,元件发出执,令,令信号。,3.,执行元件,执行,ECU,的指令，调,节,节柴油机的,供,供（喷）油,量,量和供（喷,）,）油正时。,五、柴油机,供,供（喷）油,量,量控制,（一）位置,控,控制方式,位置控制方,式,式不仅保留,了,了传统的泵,管嘴系,统,统，还保留,了,了原喷油泵,中,中的齿条、,滑,滑套、柱塞,上,上的斜槽等,控,控制油量的,机,机械传动机,构,构，只是对,齿,齿条或者滑,套,套的运动位,置,置予以电子,控,控制。,1,、直列柱塞,泵,泵的供油量,控,控制,位置控制的,直,直列柱塞泵,供,供油量控制,装,装置一般采,用,用占空比控,制,制型电磁阀,（,（简称占空,比,比电磁阀）,式,式或直流电,动,动机式电子,调,调速器。,占空比控制,型,型电磁阀电,子,子调速器的,结,结构如图所,示,示，安装在,原,原喷油泵供,油,油齿条（或,供,供油拉杆、,供,供油角板）,的,的一端，电,磁,磁阀中的铁,心,心与喷油泵,的,的供油齿条,连,连成一体。,柱塞泵供油,量,量,“,位置控制,”,系统,2,、转子分配,泵,泵的供油量,控,控制,位置控制的,转,转子分配泵,供,供油量控制,装,装置，一般,采,采用转子式,或,或占空比电,磁,磁阀式电子,调,调速器。,ECU,通过控制流