75柴油机燃料供给系统与调节系统的电子控制邹斌发动机原理A,内燃机燃料供给与调节,武汉理工大学,动力

柴油机燃料供给系统与调节系统的电子控制武汉理工大学汽车工程学院邹斌节能、环保与噪声日益严格的要求，对于柴油机除了要提高喷油压力外，还必须在喷油量与喷油正时的控制及喷油规律方面进行优化，保证在各工况下实现合理与精确匹配，机械式供油系统难以满足要求。优势：1.效果好：控制更加全面和精确，更易实现性能优化，使be和有害排放物大幅度下降2.局限少：机械控制的结构、工艺上的复杂性和局限性，一些改善性能的有效措施如预喷射或多次喷射、喷油速率和喷油压力的精确控制无法实现，而电控可实现上述所有控制项目。3.功能多：电控喷射可以扩展控制对象和目标，可实现稳态性能调控、过渡工况优化、故障监测与处理、操作过程的自动化及自适应控制，提高了整机性能和可靠性一、柴油机电控喷射系统的特点一、柴油机电控喷射系统的特点分类：1、位置控制方式：在原来机械控制循环供油和喷油正时的基础上，用线位移或角位移的电磁执行机构或电磁-液压执行机构来控制循环供油量。如直列柱塞泵电控系统、一部分VE分配泵电控系统及电子调速器。一、柴油机电控喷射系统的特点分类：2、时间控制方式：在高压油路利用一个或多个高速电磁阀的启闭来控制喷油泵和喷油器的喷油过程，喷油量的多少由喷油压力和开启时间长短决定，而喷油正时（供油始点和持续期）由电磁阀的开启时间决定，可以实现喷油量、喷油压力、喷油正时和喷油速率的柔性与综合控制，如带高速电磁阀的VE和VR泵、高压单体泵（UPS）、泵-喷嘴（UIS）和共轨（CRS）电控系统。一、柴油机电控喷射系统的特点基本组成：传感器电控器执行器二、直列式喷油泵的电子控制直列泵的电子控制属于早期产品，主要用于载货汽车柴油机领域，主要改善节能和排放。典型产品Bosch的电控滑套式直列泵，控制滑套改变供油始点，利用电子调速器可以对供油始点和供油量进行调节。其实质就是典型的电子调速器。二、直列式喷油泵的电子控制控制原理油量调节：利用带锥形铁芯的电磁铁作为执行器，直接与油量调节齿杆连接，受ECU控制。供油正时控制：电控使滑套上下移动，改变了滑套与柱塞上油孔和斜槽的相对位置，改变预行程和供油始点，滑套上移，供油推迟，反之提前。二、直列式喷油泵的电子控制工作过程滑套4布置在柱塞7外、套筒3的进油腔内。图中2-5-6与进油腔相连通a)随柱塞上行，滑套4将盖住油孔6，开始供油，hps为预行程b)柱塞继续上行，柱塞上的控制斜槽与滑套上的溢流孔11相连通，泄压，供油结束，he为有效供油行程c)柱塞继续上行，走完剩余行程h1分配泵电子控制开发早，应用较为广泛，主要用于轿车和轻型车辆的柴油机油量调节电磁铁在ECU的指令下，调节滑套5沿着轴向移动，调节供油量。供油正时脉冲电磁阀作为旁通阀接在分配泵液压供油提前器的旁通油路中，可在ECU指令下反复开闭，改变作用在提前器柱塞上的压力，改变供油正时。三、分配泵的电子控制四、单体泵的电子控制特点单体泵系统（UPS）的电控单体泵（EUP）机械结构刚性好，同时高压油管变短，泵端或喷射压力可以达到140-160MPa，主要用于载货汽车用柴油机上。四、单体泵的电子控制基本组成电控系统：电控器3用以产生控制信号机械液力系统：包括电控单体泵4、短高压油管和喷油器，单体泵由凸轮驱动，仅用以实现进油与加压供油执行器：高压电磁阀2，连接了电控系统与机械液力系统，用以控制喷油量及喷油正时四、单体泵的电子控制工作原理高压电磁阀的实质为一个三通阀电磁阀断电：打开旁通油路(同时将高压油路关闭)，连通柱塞顶部高压腔与油泵内回油道，这时即使柱塞处于上升阶段，也不能建立高压；电磁阀通电：关闭旁通油路，联通柱塞顶部高压腔与出油口，则柱塞顶部高压腔的油压迅速升高，并通过高压油路流向喷油器，进行喷油，此后高压电磁阀再断电，高压油路卸压，喷油终止。四、单体泵的电子控制工作原理在电控单体泵系统中，喷油量和供油正时均由高压电磁阀控制，它们取决于高压电磁阀关闭和开启旁通油路的时刻(控制供油始点)以及高压电磁阀工作持续时间的长短(控制供油量)，因此高压电磁阀实质上也就起着一个对高压油路进行管制的开关作用。五、泵-喷嘴的电子控制特点由于泵嘴合一，完全省去高压油管，成为目前世界上喷射压力最高的燃料供给系统，喷射压力可达200-220MPa，可用于载货车柴油机，也可用于轿车柴油机。五、泵-喷嘴的电子控制喷油量及喷油正时控制和电控单体泵一样，泵-喷嘴喷油始点和喷油量也取决于高压电磁阀关闭和开启旁通油路的时刻及其间持续时间的长短，它们均由ECU根据各种传感器的信息和内存的脉谱图进行处理后发出的指令来控制不再是控制喷油泵的供油始点，而是直接控制喷油始点，可以对喷油规律进行更为精确的控制，此外还能实现预喷射五、泵-喷嘴的电子控制预喷射控制预喷射依靠蓄压室实现。（a）起始位置喷油器针阀7和蓄压室阀3在针阀弹簧5的作用下处于关闭状态，喷油器不喷油。五、泵-喷嘴的电子控制预喷射控制（b）预喷射开始随着柱塞1向下运动，喷油压力增加，针阀开启，产生预喷射，其升程受到液力阻尼器的限制，但蓄压室阀仍保持关闭五、泵-喷嘴的电子控制预喷射控制（c）预喷射结束随着喷油泵柱塞继续推进，油压继续升高并打开蓄压室阀使蓄压室4与高压油腔接通，从而使针阀在蓄压室压力和弹簧压力共同作用下，迅速关闭，预喷射结束五、泵-喷嘴的电子控制预喷射控制（d）主喷射阶段随着喷油压力的继续升高，蓄压室阀向下落座，隔断了蓄压室与高压油腔的通路，使针阀得以重新开启，实现主喷射过程五、泵-喷嘴的电子控制预喷射控制蓄压室阀的动作使喷油压力出现了一次下降过程，从而实现了预喷射与主喷射。预喷射的控制：预喷射微小油量和提前时刻需在设计中通过选择蓄压室阀的开启压力和行程来确定。主喷射的控制：油量和喷油始点由ECU控制。五、泵-喷嘴的电子控制预喷射控制预喷射对柴油机性能影响如图所示。通过预喷射，改善了柴油机的放热率及噪声水平。六、共轨系统的电子控制1、优势柴油机共轨系统的特点是将产生高压燃油和喷油调节功能分开，工作时，可以对喷油量和喷油正时进行控制，对喷油压力可以进行调节，喷油压力不受转速和负荷的影响而保持最佳，系统的控制精度和柔性提高。共轨喷射系统对缸盖和机体部分改造小（相比于UIS和UPS）。六、共轨系统的电子控制2、关键部件高压油泵：高压供油高压油轨：高压贮油喷油器：高压喷油六、共轨系统的电子控制2、关键部件（1）高压油泵目前在轿车柴油机中，多采用如图所示的带有三个径向压油柱塞的柱塞泵，由齿轮、链条或齿形带传动。六、共轨系统的电子控制2、关键部件（1）高压油泵依靠与驱动轴1作成一体的偏心凸轮2的旋转，推动三个周向呈120°均布的径向柱塞3依次向外运动，以产生压油动作。这时若调压阀10将旁通回油路12关闭，则柱塞顶部的高压燃油将经过高压泵出口9流向高压燃油轨，完成高压供油任务。六、共轨系统的电子控制2、关键部件（2）高压油轨高压油轨实质上为蓄压室，功能是储存高压燃油、保持稳压、进行燃油分配为保持压力稳定，油腔容积越大越好；为了迅速建立压力，实现顺利启动，油腔容积越小越好高压系统需要模拟计算、匹配试验，得出最佳“折中”方案六、共轨系统的电子控制2、关键部件（3）喷油器a)待喷状态：电磁阀3关闭，球阀5关闭回油孔6，高压油分两路：一路：10-11；另一路：7-柱塞9的上部空间8，柱塞保持关闭b)喷油状态：电磁阀3通电，球阀5打开节流孔6，柱塞上腔高压油经节流孔6-回油孔1回油箱，柱塞上腔压力迅速下降，针阀的预紧力减小，开启喷油，若断电，重新处于待喷；系统控制：ECU控制电磁阀的通电和断电。六、共轨系统的电子控制3、多次喷射控制只要根据各种传感器的反馈信息以及内存的脉谱图，即可按柴油机工况的要求，对电控高压共轨系统的喷油量、喷油正时和喷油压力作出及时、有效和优化的控制。只要高压电磁阀频响特性足够快，还可以实现预喷射或多次喷射六、共轨系统的电子控制3、多次喷射控制预喷射或先导喷射：缩短了滞燃期，减小了噪声和NOx排放；后喷：加速后期燃烧、或提高排温以氧化CO和HC、或再生DPF、或为SCR提供还原剂。六、共轨系统的电子控制4、新型喷油器——压电式电控喷油器为了更好的满足高压、快速、先导喷射等要求，克服高压电磁阀机件质量和惯性对其频响特性进一步提高的限制，需要开发响应速度更快、对升程、油量、正时更精确的喷油器。六、共轨系统的电子控制4、新型喷油器——压电式电控喷油器采用压电晶体替代了电磁阀利用压电晶体通电后迅速产生变形的原理，直接或通过液压伺服机构使喷油器开启可以提高响应速度，加快开启时间、结构更加紧凑，实现喷油过程更为及时、精确和灵活控制。六、共轨系统的电子控制5、喷油量控制原理六、共轨系统的电子控制6、喷油定时控制原理