柴油机电控燃油喷射系统

主讲：xxx电控柴油发动机的分类、组成与控制内容；泵喷嘴电控系统的结构、工作原理和电控泵喷嘴的检查；单体泵电控燃油喷射系统的结构、工作原理和检查;电控共轨系统的结构、工作原理和检查。柴油机的优点：概述1．发动机热效率高；2．经济性好；3、油耗低。一、现代汽车柴油机的燃油喷射系统分类概述目前，国外柴油机装用的电控燃油系统主要有3种，即电控泵喷嘴系统、电控单体泵系统和共轨燃油喷射系统。二、燃油喷射控制的内容和控制方式1、燃油喷射控制的内容概述（1）柴油机电控燃油喷射的基本内容：1）在各种工况下对循环供油量进行精确控制，并保证各缸循环供（喷）油量的均匀性；概述不均匀油量补偿控制：）在各种工况下对供（喷）油正时进行精确控制；概述电子控制燃油喷射系统中喷油时间的控制经过了三次改革：）在各种工况下对喷油速率和喷油规律进行精确控制，以获得燃烧过程中理想的放热量；）在各种工况下对喷油压力进行精确控制，以获得足够高的燃油流出初速度，使燃油粒度细化提高雾化质量，加快燃烧速度。概述（2）其他控制内容1）怠速控制；2）起动控制；）进气控制；4）增压控制；5）排放控制；6）故障自诊断和失效保护功能。、燃油喷射的控制方式概述位置控制时间控制时间-压力控制压力控制（1）以柴油机电控系统的控制方式分类：概述常规压力电控燃油系统第一代高压压力电控燃油系统第二代（2）按燃油喷射系统的基本组成和结构分类：第二代电控喷油系统即高压电控喷油系统，其发展分为二个阶段，第一阶段采用电控单体泵喷油系统或电控泵喷嘴喷油系统，目前第二阶段普遍采用电控共轨式喷油系统，它们对循环喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等采用了“时间-压力控制”或“压力控制”，其中使用最多的是“时间-压力控制”。电控共轨式喷油系统的发展又经历了3个阶段，第一阶段为高压共轨系统，第二阶段为中压共轨系统，第三阶段为压电式共轨系统。概述电控无液压放大的高压（蓄压）共轨系统中，高压供油泵将燃油送入共轨，然后经各缸高压油管送到电/液控制喷油器。电控无液压放大的高压（蓄压）共轨系统，由于无液压放大，电/液控制喷油器中的电磁阀控制的是小油量，活塞截面积和行程小，电磁阀开关速率高，喷油器结构简单，成本低，其喷油压力已达140～160Mpa。但需高压油泵，系统中许多零部件处在高压下工作。概述电控有液压放大的高压共轨系统中，中压（或低压）供油泵将燃油送入共轨，再经过中压（或低压）油管送到具有液力放大机构的电/液控制喷油器。由供油泵、共轨上的油压传感器和电控单元组成的闭环系统对共轨内的燃油压力实施精确的控制，用高速电磁-液力控制的喷油器对循环喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律进行控制。电控有液压放大的高压共轨系统只需中等油压的供油泵，喷油压力已达150～180Mpa。三、汽车柴油机电控系统的组成概述电控柴油机喷射系统主要由传感器、ECU（中央控制单元）和执行器三部分组成。、传感器概述各种传感器简介（1）负荷传感器发动机控制单元根据负荷传感器和转速传感器确定柴油机所处的工况，负荷传感器直接或间接检测燃油系统的循环供（喷）油量，或对供（喷）油结果的柴油机扭矩进行检测。1）间接检测用的负荷传感器①油门操纵杆角度传感器安装在喷油泵上。检测喷油泵油门操纵杆转过的角度。概述②油门踏板角度（位置）传感器安装在油门踏板下。检测油门踏板被踩下的角度，间接检测出喷油泵的循环供油量。③喷油器针阀升程传感器安装在喷油器体内，利用检测出的喷油器针阀升程来换算循环喷油量，间接检测出柴油机负荷。）直接检测用的负荷传感器对于同时控制自动变速器的柴油机电控系统，直接检测柴油机的输出扭矩，能得到更精确的负荷信号，就能更精确地控制自动变速器。直接检测柴油机输出扭矩的负荷传感器有应变计式、相位差式和磁致伸缩式。概述（2）供（喷）油正时传感器1）电位计式位置传感器在供油正时“位置控制”的电控分配式喷油泵系统中，一般用一个正时活塞位置传感器测定反映实际供油正时的正时活塞的实际位置。2）燃烧始点位置传感器概述3）非接触式喷油始点传感器在供油正时“时间控制”的电控分配泵中，用得较多的是装在喷油器中的非接触式喷油始点传感器，它直接感知针阀运动来确定喷油始点，常见的有电磁式和霍尔式。）触点式供（喷）油正时传感器。结构简单，耐久性好，响应速度快，用在供油正时“时间控制”的电控分配泵系统的高速电磁阀中作为分配泵的供油始点传感器，也可直接装在喷油器中作为喷油始点传感器。概述电控单元汽车柴油机电控系统与汽车汽油机电控系统基本相同，系统由硬件和软件构成，硬件外围设备各种传感器和各种执行器件。3.执行器件概述分类方式种类和形式按对控制目标的控制方式替换传统执行机构的机电一体化执行器（如“位置控制”中的执行器”）直接执行控制任务的执行器（如“时间控制“中的执行器”）按能量转换方式电磁式电/液或电/气式按操作力的产生产生单向操作力（线性螺线管或转动式螺线管产生双向操作力（动圈式线性螺线管，步进电机）按运动状态开关型连续动作（1）线性螺线管和电磁阀概述线性螺线管的结构和工作原理与电磁阀基本相同。图5-8所示为一种采用比例型线性螺线管的VE泵调节滑套位移执行器示意图。图5-9是用于VE泵中的供油正时控制阀（TCV阀），比例型线性螺线管作为执行器，调节直列泵油量调节齿杆行程或位置控制装置，电磁力随电流的平方而变，通过电磁力与复位弹簧力平衡，使齿杆定位。概述在循环供油量“时间控制”的电控VE分配泵系统中，装在进油通路内的高速电磁液流阀就是一个开关型电磁阀，见图5-10，电磁阀的关闭时刻决定了供油始点，关闭持续时间决定了循环供油量。（2）伺服式电磁阀概述图5-11是一种用于循环供油量“时间控制”的电控VE分配泵系统中进油通路内的高速电磁阀，它是伺服式电磁阀特点是用一个较小的激磁力就可在密封面积小的导向阀密封面上产生高的密封压力，并使主阀自动密封，即能在耗能少的情况下，控制大流量、高压力的燃油。其工作原理见图5-12。（3）线性电动机概述用在直线运动位移量大且要求位置控制性好的场合。（4）步进电动机概述步进电动机具有电动机的转角与输入脉冲数成比例，误差小等优点。（5）电控泵喷嘴电控泵喷嘴喷油系统中的电控泵喷嘴由电磁阀、油泵凸轮轴直接或间接驱动的泵油元件以及喷嘴组合在一起，一般采用开关型的高速电磁溢流阀，以高速电磁溢流阀的关闭点作为喷油始点。（6）电控共轨喷油系统的喷油器概述电控共轨喷油系统的喷油器大部分以电磁阀与各种油压伺服机构组成的电/液式执行器，如图5-16所示，电/液控制喷油器中的电磁阀有二位三通电磁阀和二位二通电磁阀两种。燃油供给系统的基础上发展而来的。一汽大众宝来轿车装用的1.9LTDI柴油机电控燃油喷射系统即属泵喷嘴电控系统。泵喷嘴电控系统一、泵喷嘴电控系统的结构1、泵喷嘴电控系统的结构泵喷嘴，顾名思义就是喷油泵与控制单元和喷嘴组合在一起，即高压油管长度为零的燃油系统。它安装在缸盖上，每个缸都有一个。由于无高压油管，所以可消除长的高压油管中压力波和燃油压缩的影响，高压容积大大减少，因此可产生所需的高喷射压力。泵喷嘴具有如下功能：•产生燃油喷射所需的压力；•按正确的时间和正确的喷油量喷油。泵喷嘴电控系统、泵喷嘴的结构组成泵喷嘴电控系统以一汽大众宝来轿车1.9LTDI柴油机电控泵喷嘴为例。外形见图5-18，结构见图5-19。泵喷嘴安装在汽缸盖中，进、回油道均在汽缸盖内。泵喷嘴主要由驱动机构、高压泵、控制电磁阀和喷油嘴4部分组成。、泵喷嘴的驱动机构组成泵喷嘴电控系统泵喷嘴驱动机构(见图5-20)包括喷射凸轮、滚柱式摇臂和球销等，喷射凸轮有一个陡峭上升面和一个平滑下降面，当喷射凸轮转到陡峭上升面与摇臂接触时，泵活塞被高速向下压并迅速获得一个高喷射压力；当喷射凸轮转到平滑下降面与摇臂接触时，泵活塞缓慢、平稳地上下移动，允许无气泡的燃油流入泵喷嘴的高压腔。其功用是驱动泵喷嘴中的高压泵完成泵油。高压泵由泵油柱塞和高压腔组成，其功用是产生高压油。控制电磁阀的作用是控制泵喷嘴的喷油正时和喷油量。喷油嘴主要由针阀、针阀体、喷嘴弹簧、收缩活塞和针阀缓冲元件等组成，喷油嘴的针阀和针阀体与普通柴油机喷油器相同，收缩活塞和针阀缓冲元件用于控制喷油器的喷油规律。利用收缩活塞将喷射过程分为预喷射(前期喷射)和主喷射(后期喷射)两个阶段，并利用缓冲活塞控制针阀上升时的升程变化，从而保证其具有“先缓后急”的理想喷油规律。回油管的作用是：来自供油管的燃油冲刷通向回油管的泵喷嘴油道，冷却泵喷嘴；排出泵活塞处泻出的燃油；通过回油管内节流孔分离来自供油管内的气泡。二、泵喷嘴电控系统的工作原理泵喷嘴电控系统电控泵喷嘴的基本工作原理见图5-21，由低压输油泵经进油道向喷油器供油，进油通道由高速电磁阀控制；高速电磁阀为常开阀(即断电时开启)，当机械驱动的压油柱塞向上移动时，压油腔内产生真空，低压输油泵输送来的低压柴油被吸入压油腔(图5-21a)；压油柱塞向下移动的压油初期，由于高速电磁阀仍保持开启，部分柴油被压回低压进油通道(图5-21b)；当高速电磁阀接受ECU的指令通电时，电磁阀关闭喷油器进油道，随着压油柱塞压油行程的进行，使喷油器内油压迅速升高(喷油压力高达150MPa以上)，油压作用在针阀中部的承压锥面上使针阀升起打开喷油孔，喷油器喷油开始(图5-21c)；ECU控制高速电磁阀断电开启时，喷油器压油腔的柴油回流(图5-21d)使油压迅速下降，喷油器喷油结束。高速电磁阀关闭的时刻即是喷油开始时刻，高速电磁阀关闭的持续时间决定了喷油量。三、泵喷嘴的工作过程泵喷嘴的工作过程分为3个阶段：进油阶段、预喷射阶段、主喷射阶段。1、进油阶段泵喷嘴电控系统喷射凸轮的凸峰转过之后，泵油柱塞在柱塞弹簧压力作用下向上移动，高压腔内容积增大。此时，高速电磁阀处于初始的开启状态，进油管到高压腔的通道打开，使柴油进入高压腔，为喷射做好准备。、预喷射阶段泵喷嘴电控系统喷射凸轮通过滚柱式摇臂驱动泵油柱塞向下移动，初期由于高速电磁阀仍未关闭，高压腔内的部分柴油被压回到进油管，直到ECU控制的高速电磁阀通电、高速电磁阀关闭高压腔到进油管的通道为止；然后高压腔内开始产生压力，当压力达到18MPa时，针阀承压锥面上承受