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长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn第三章工程机械电喷柴油机长安大学工程机械学院讲师:张宏兵2014年3月长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn柴油发动机柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。它是由德国发明家鲁道夫·狄塞尔(RudolfDiesel)于1892年发明的,为了纪念这位发明家,柴油就是用他的姓Diesel来表示,而柴油发动机也称为狄塞尔发动机。柴油发动机的优点是功率大、经济性能好。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn本章主要内容1.电喷柴油机对电子控制装置的基本要求2.电喷柴油机传感器的基本构造与工作原理3.电喷柴油机ECM的应用4.电喷柴油机控制系统执行器的应用5.电喷柴油机在工程机械中的应用长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn一电喷柴油机对电子控制装置的基本要求长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷技术的发展•电喷技术的发展目前已经历了3个阶段-位置控制型(电子调速器)-时间控制型-时间控制与压力控制型结合(高压共轨电控喷射)长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn柴油机的燃烧方式柴油机的燃烧方式是将燃烧油喷射到被压缩的空气中,然后进行燃烧、做功,这种燃烧方式是通过自动发火实现的。它在很大程度上受喷射方式或燃油喷射装置类型的影响。对此,燃油的雾化程度以及喷射油束的分布、方向及对其热的燃烧表面的冲击起着很大的作用。并且相关的活塞位置或曲轴转角到上止点前的喷油始点,决定了柴油机的燃烧过程。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机对电子控制装置的基本要求•较高的喷射压力•独立的喷射压力控制•改善柴油机燃油经济性•独立的燃油喷射正时控制•可变的预喷射控制能力•最小油量的控制能力•快速断油能力•降低驱动扭矩冲击载荷长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机对电子控制装置的基本要求•较高的喷射压力-为満足排放法規的要求,柴油噴射圧力可以从10MPa提高到200MPa以上。高噴射圧力可明显改善柴油和空气的混合质量,縮短着火延迟期,使燃焼更迅速、更彻底,并且控制燃焼温度,从而降低废气排放。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机对电子控制装置的基本要求•独立的喷射压力控制-传统柴油机供油系統的噴射圧力与柴油机的转速負荷有关。这种特性对于低特速、部分負荷条件下的燃油经济性和排放不利。若供油系統具有不依頼转速和負荷的噴射圧力控制能力,就可选择最合适的噴射圧力使噴射持续期、着火延迟期最佳,使柴油机在各种工況下的废气排放最低而径済性最优。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机对电子控制装置的基本要求•改善柴油机燃油经济性-用戸対柴油机的燃油消耗率非常关注。高噴射圧力、独立的噴射圧力控制、小噴孔、高平均噴油圧力等措施都能降低燃油消耗率,从而提高了柴油机的燃油使用经济性。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机对电子控制装置的基本要求•独立的燃油喷射正时控制-噴射正时直接影响到柴油机活塞上止点前噴人汽缸的油量,決定着汽缸的峰値爆发圧力和最高温度。高汽缸圧力和温度可以改善燃油使用径済性,但导致氮氧化合物(NOx)増加。而不依頼于转速和負荷的噴射正时控制能力,是在燃油消耗率和排放之间実現最佳平衡的关键措施。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机对电子控制装置的基本要求•可变的预喷射控制能力-預噴射可以降低颗粒排放,又不増加氮氧化合物(NOx)排放,还可改善柴油机冷启动性能、降低冷态工況下的自排放,降低噪声,改善低速扭矩。但是預噴射量、預噴射与主噴射之向的时间间隔在不同工況下的要求是不一致的。因此,具有可変的預噴射控制能力対柴油机的性能和排放十分有利。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机对电子控制装置的基本要求•最小油量的控制能力-供油系统具有高噴射圧力的能力与柴油机怠速所需要的小油量控制能力发生矛盾。当供油系统具有預噴射能力后将会使控制小油量的能力进一歩降低。由于工程机械用柴油机的工況很复杂,怠速工況径常出現,而电噴柴油机容易実現最小油量控制。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机对电子控制装置的基本要求•快速断油能力-噴射結束时必須快速断油,如果不能快速断油,在低圧力下噴射的柴油就会因燃焼不充分而冒黑烟,増加HC排放。电噴柴油机噴油器上采用的高速电磁开关阀很容易実現快速断油。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机对电子控制装置的基本要求•降低驱动扭矩冲击载荷-燃油噴射系統在很高的圧力下工作,既増加了駆功系統所需要的平均扭矩,也加大了冲击載荷。燃油噴射系統対駆劫系統平穏、加載和卸載的能力,是ー种衡量噴射系統的标准。而电噴柴油机技术中的高压共軌技术則大大降低了駆功扭矩冲击載荷。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn二电喷柴油机传感器的基本构造与工作原理长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机电子控制系统工程机械用柴油发动机电子控制系統主要由传感器、电控单元、执行器等部件組成。传感器用来监控发动机上各部件及各系统的运行状況,并将数据传送给ECU。执行器根据电控单元所传输过来的电压信号来控制喷油正时与喷油量,在外部环境变化的情况下,ECU通过一系列传感器采集到的信息,经过计算对比分析,然后通过对喷油器电磁阀通电时间的长短和早晚来调整喷油量与喷油正时。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机电子控制系统组成与工作原理长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn电喷柴油机传感器的应用•温度类传感器•压力类传感器•位置类传感器长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn温度类传感器温度类传感器主要包括冷却液温度、进气温度、燃油温度、机油温度传感器等。上述温度类传感器几乎都采用了负温度系数(NTC)热敏电阻式的,其工作原理完全相同。NTC是NegativeTemperatureCoefficient的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn冷却液温度传感器长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn冷却液温度传感器•作用-把当前冷却液温度信号传送给ECM。ECM根据冷却液温度传感器信号,用于修正发动机的启动、暖机时的喷油量。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn进气温度传感器•作用-在增压柴油机中,不同温度下的增压空气密度不同,发动机需要进气歧管温度传感器产生的信号来修正增压压力和喷油量。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn燃油温度传感器•作用-用于检测燃油温度,并将信号送人ECM。ECM利用燃油温度信号计算喷油始点和喷油量。电子控制模块(ECM)使用燃油温度传感器来监测发动机燃油的温度。如果燃油温度太高且启用发动机保护,会引起功率降低情况,并可能导致停机。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn机油温度传感器•作用-测量发动机的机油温度,机油温度变高并且发动机保护特性起作用。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn压力类传感器电控柴油机用压力类传感器主要包括共轨压力传感器、增压压力传感器、机油压力传感器等,主要用于进行压力测定,并向ECM提供电信号。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn共轨压力传感器•作用-测定油轨中的燃油压力,并向ECM提供电信号,由ECM对高压油泵上的PCV阀实施反馈控制,通过增减供油量来调节油轨中的油压,使其稳定在目标值范围。PCV是英文PositiveCrankcaseVentilation(曲轴箱强制通风)三个字的简写,中文的意思是曲轴箱(或油底壳)积极通风控制系统。PCV阀由阀体、阀门、阀盖、弹簧组成,不可分解。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn共轨压力传感器•结构原理-共轨系统的共轨压力传感器由压力敏感元件(焊接在压力接头上)、带求值电路的电路板和带电气插头的外壳组成。燃油经过一小孔流向共轨压力传感器,传感器的膜片将孔的末端封住。高压燃油经压力室的小孔流向膜片。膜片上安装有半导体敏感元件,可将压力转换成电信号。通过导线将产生的电信号传送到一个向ECM提供测量信号的求值电路。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn共轨压力传感器•结构原理-当膜片形状变化时,膜片上涂层的电阻发生变化。当由系统压力引起膜片形状变化(150MPa时的变化量约为1mm),促使电阻值改变,并在5V供电的电阻电桥中产生电压变化。电压在0-70mV之间变化(具体数值由压力决定),经求值电路放大到0.5-4.5V。精确测量油轨中的压力是共轨系统正常工作的必要条件。共轨压力传感器的测量精度约为最大值的2%。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn共轨压力传感器长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn增压压力(进气压力)传感器•作用-用于检查增压压力。发动机ECM将测量值与增压压力设定值进行比较。如果实际值与设定值不符,ECM将通过电磁阀调整增压压力,实现增压压力控制。ECM还根据增压压力传感器输入的信号防止在冷机启动时发动机冒白烟。当驾驶员踏下油门踏板要求增加喷油量时,ECM将检查涡轮增压压力所要求的喷油量是否相适应,如果不适应,ECM将按照涡轮增压压力成一定比例地控制喷油量,以免喷油量过大导致不完全燃烧,防止废气排放超标。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn增压压力(进气压力)传感器•结构-半导体压敏电阻式增压压力传感器由硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管接头和引线组成。硅膜片用单晶硅制成,它是压力转换元件。硅膜片的长和宽约为3mm,厚度约为160µm,在硅膜片的中部经光刻腐蚀成直径2mm、厚度为50µm的薄膜片。在薄膜片的圆周上有四个应变电阻,用惠斯通电桥方式连接。然后再与传感器内部的温度补偿电阻和信号放大电路混合集成电路连接。长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn增压压力(进气压力)传感器结构长安大学工程机械学院讲师:张宏兵E-mail:hongbing@chd.edu.cn增压压力(进气压力)传感器•工作原理-硅膜片的两面一面通真空室,一面通进气歧管。在进气压力作用下,膜片会产生应力,应变电阻的阻值会发生变化,惠斯通电桥上的电阻
本文标题:第3章工程机械电喷柴油机
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