《汽车发动机电控技术》4-柴油机电控燃油喷射系统

第四章柴油机电控燃油喷射系统一、柴油机电控燃油喷射系统概述二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统四、径向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统五、泵喷嘴电控燃油喷射系统六、单体泵电控燃油喷射系统七、共轨式电控燃油喷射系统八、柴油机电控燃油喷射系统传感器九、柴油机电控燃油喷射系统主要附件十、柴油机电控燃油喷射系统主要元件的检修第四章柴油机电控燃油喷射系统一、柴油机电控燃油喷射系统概述1.柴油机电控技术的发展历程20世纪80年代电控技术在柴油机上的应用，形成了现代汽车柴油机电控系统。20世纪90年代，电控技术在柴油机上应用日益增多，控制精度不断提高，控制功能不断扩大，提高了柴油机的竞争力。2000年欧洲轿车的柴油化率达到27%，到2005年增加到30%。2003年西欧柴油轿车产量达到400万辆。一向对发展柴油轿车保持低姿态的美国，2000年也有10%的轿车装用了柴油机。第四章柴油机电控燃油喷射系统技术发展经历了三个阶段：第一代柴油机电控系统：采用“位置控制”和“时间控制”，供（喷）油压力与传统柴油机相同，称为常规压力电控系统。以电控泵为代表。第二代柴油机电控系统：采用“时间-压力控制”或“压力控制”，喷油压力较高，称为高压电控系统。以共轨系统为代表的。第三代柴油机电控系统：集“共轨”技术、“时间控制”燃油喷射技术、涡轮增压中冷技术、多气门技术、废气再循环技术、选择性催化还原、过滤器再生技术、压电技术等于一体，以压电式高压共轨系统为代表。第四章柴油机电控燃油喷射系统一、柴油机电控燃油喷射系统概述2.柴油机与汽油机比较对混合气浓度的控制方式不同：汽油机在理论混合气浓度附近工作，柴油机对混合气浓度没有相对固定的要求。对喷油压力的要求不同：汽油机多点系统压力0.25～0.35MPa，单点系统压力0.07～0.10MPa，而柴油机喷油压力高达100～200MPa，建立更高的喷油压力是重点和难点。对燃烧过程的控制途径不同：汽油机通过控制点火正时和点火能量来控制，柴油机通过控制喷油正时、喷油持续时间和喷油速率来控制。柴油喷射的电控执行器复杂：柴油机具有高压、高频、脉动等特点，而且对喷油正时的精度要求很高，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。柴油机电控燃油喷射系统形式多样：传统的柴油机具有结构完全不同的系统，形成了柴油喷射系统的多样化。第四章柴油机电控燃油喷射系统一、柴油机电控燃油喷射系统概述3.现代柴油机先进技术“共轨”技术指利用一个“公共油轨”向各缸喷油器供油，油压可独立控制。“时间控制”燃油喷射技术由ECU控制的高速电磁阀来直接控制供（喷）油的开始与结束时刻。涡轮增压中冷技术废气涡轮增压，中冷却器冷却（50℃以下）。多气门技术每个气缸2个以上气门。废气再循环技术降低NOx的排放量。第四章柴油机电控燃油喷射系统一、柴油机电控燃油喷射系统概述4.柴油机电控燃油喷射系统的功能供（喷）油量控制：ECU根据转速、加速踏板位置确定基本供（喷）油量；根据水温、进气温度、起动开关、空调开关、反馈信号等对供（喷）油量进行修正。供（喷）油正时控制：ECU根据转速、负荷信号来确定基本的供（喷）油提前角；再根据反馈信号进行修正。第四章柴油机电控燃油喷射系统4.柴油机电控燃油喷射系统的功能供（喷）油速率和供（喷）油规律ECU根据转速和负荷信号作为主控信号，按预设的程序确定最佳的供（喷）油速率和规律。喷油压力的控制ECU以转速和负荷信号作为主控信号，按预设的程序确定最佳的喷油压力，并对喷油压力进行闭环控制。柴油机低油压保护ECU根据机油压力传感器信号，当机油压力低时减少供油量，降低转速并报警；当机油压力降到一定值时，切断燃油供给，强制熄火。增压器工作保护ECU根据增压压力信号适当调节供（喷）油量，并在增压压力过高或过低时报警。第四章柴油机电控燃油喷射系统一、柴油机电控燃油喷射系统概述5.柴油机电控燃油喷射系统的类型第一代：采用“位置控制”或“时间控制”方式，供(喷)油压力与传统柴油机相同，又称常规压力控制系统。主要包括直列柱塞泵电控系统和分配泵电控系统。第二代：采用“时间-压力控制”或“压力控制”方式，喷油压力高，又称高夺喷射系统。主要包括泵喷嘴电控系统和共轨系统。第四章柴油机电控燃油喷射系统二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统1.直列柱塞泵燃油供给系统的组成燃油箱输油泵燃油滤清器喷油泵喷油器燃油箱输油泵滤清器喷油泵喷油器第四章柴油机电控燃油喷射系统组成柱塞分泵油量调节机构驱动机构泵体二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统2.直列柱塞泵结构原理第四章柴油机电控燃油喷射系统柱塞分泵作用泵油组成柱塞偶件出油阀偶件2.直列柱塞泵结构原理二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统柱塞分泵作用：泵油组成柱塞偶件出油阀偶件原理吸油泵油回油2.直列柱塞泵结构原理二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统油量调节机构作用：执行驾驶员或调速器指令，调节供油量。类型：拨叉式、齿条式和球销角板式。2.直列柱塞泵结构原理二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统分泵驱动机构作用：驱动柱塞泵完成供油过程。组成：凸轮轴和滚轮体。泵体作用：喷油泵的基体类型：分体式、整体式。2.直列柱塞泵结构原理二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统3.喷油器的结构原理类型结构原理二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统调压弹簧回油道针阀进油道喷油器体针阀体顶杆第四章柴油机电控燃油喷射系统4.直列柱塞泵电控系统供油量控制系统直列柱塞泵一般采用“位置控制”方式。ECU通过控制电子调速器来实现喷油量控制。常用电子调速器有直流电动机型和、螺线管型。二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统4.直列柱塞泵电控系统供油量控制系统直流电机型电子调速器1-滑套2-杠杆3-拉杆位置传感器4-线束连接器5-油量调节拉杆6-杠杆轴7-上壳8-铁心9-可移动线圈10-永久磁铁•线圈通电时产生的磁场与永久磁铁磁场相互作用，使线圈和滑套向上或向下移动；•滑套则通过杠杆机构驱动直列柱塞泵油量调节拉杆左右移动。二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统4.直列柱塞泵电控系统供油量控制系统螺线管型电子调速器1-回位弹簧2-螺线管3-转速传感器•电流通过螺线管时，产生一个与通电占空比成正比的电磁力，该电磁力使电枢和油量调节拉杆或齿条移动。•电磁力与油量调节拉杆（或齿条）回位弹簧力平衡。•改变螺线管的通电占空比即可调节油量调节拉杆（或齿条）的位置。二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统4.直列柱塞泵电控系统供油正时控制系统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。3-供油齿条位置传感器4-柴油机5-喷油泵6-正时传感器7-正时控制器8-转速传感器1-转速表2-故障指示灯9-电磁阀二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统4.直列柱塞泵电控系统供油正时控制系统ECU主要根据柴油机转速和负荷信号确定基本供油提前角，再根据其它信号进行修正。ECU根据正时传感器信号判断实际的供油正时，并对供油正时进行闭环控制。正时控制器为电控液压式，可改变泵驱动轴与凸轮轴的相对位置。控制正时控制器的液压油路的电控元件：电磁阀型、步进电机型。二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统4.直列柱塞泵电控系统供油正时控制系统电磁阀控制型正时控制器1-凸轮轴2-液压腔3-液压活塞4-大偏心轮5-小偏心轮6-驱动轴；7-驱动盘8-滑块销9-滑块10-电磁阀•驱动轴通过驱动盘、滑块、滑块销、大小偏心轮驱动凸轮轴转动•正时推迟：进油通道关、回油通道，液压腔内油压下降，回位弹簧使活塞右移，滑块和滑块销内移，安装在滑块销上的大小偏心轮转动，使凸轮轴相对驱动盘沿转动相反的方向转过一定角度。二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统4.直列柱塞泵电控系统供油正时控制系统步进电机型正时控制器a)供油推迟；b)供油提前；c)控制框图1-分泵驱动凸轮；2-弹簧；3-滑套；4-滚轮体；5-机油腔二、直列柱塞泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统1.分配泵燃油供给系统的组成三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统1-高压油管2-VE型转子泵3-膜片式输油泵4、10、13-低压油管5-双级柴油滤清器6-积水传感器7-油箱8、11-回油管12-三通接头第四章柴油机电控燃油喷射系统燃油箱膜片式输油泵柴油滤清器叶片式输油泵供油提前角自动调节器泵腔分配泵喷油器三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统2.轴向压缩式分配泵工作原理主要由叶片式输油泵、分配泵驱动机构、分配泵、供油提前角自动调节器、调速器等组成。第四章柴油机电控燃油喷射系统2．轴向压缩式分配泵工作原理（1）叶片式输油泵叶片式输油泵组成叶片式输油泵工作原理1－喷油泵轴2－弹性连接块3－调速器驱动齿轮4－垫片5－端盖6－转子7－偏心环三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统第四章柴油机电控燃油喷射系统2．轴向压缩式分配泵工作原理（2）分配泵驱动机构三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统1-喷油泵轴；2-滚轮架；3－联轴器；4-端面凸轮；5-分配泵柱塞；使柱塞转动的同时产生轴向移动！第四章柴油机电控燃油喷射系统2．轴向压缩式分配泵工作原理（3）分配泵结构：柱塞上设有4个（四缸机）均布的进油轴向槽12、1个分配孔7、1个中心油道3和1个泄油孔5。柱塞套上均布4个与出油道8对应的出油孔。三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统1-进油道；2-油量控制杠杆；3-柱塞中心油道；4-柱塞；5-泄油孔；6-油量控制滑套；7-分配孔；8-出油道；9-出油阀；10-喷油器；11-泵腔；12-轴向进油槽；13-断油阀体；14-断油电磁阀第四章柴油机电控燃油喷射系统2．轴向压缩式分配泵工作原理（3）分配泵原理：吸油、泵油、回油三过程。三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统吸油过程：泄油孔5、分配孔7关闭；柱塞4在回位弹簧作用下左移；柴油经进油道1、轴向进油槽进入泵腔。第四章柴油机电控燃油喷射系统2．轴向压缩式分配泵工作原理（3）分配泵原理：吸油、泵油、回油三过程。三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统泵油过程：泄油孔5、进油孔关闭；柱塞4在端面凸轮作用下右移；泵腔内高压柴油经分配孔7供往喷油器。油压平衡槽15的功用：在柱塞旋转过程中分别与各出油道接通，以平衡各出油道内的压力，保证各缸分油均匀。第四章柴油机电控燃油喷射系统2．轴向压缩式分配泵工作原理（3）分配泵原理：吸油、泵油、回油三过程。三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统回油过程：进油孔关闭；柱塞4在端面凸轮作用下右移；泵腔内高压柴油经泄孔5流回低压腔；滑套6的位置决定供油量。第四章柴油机电控燃油喷射系统2．轴向压缩式分配泵工作原理（3）分配泵原理：吸油、泵油、回油三过程。三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统熄火断油：断油电磁阀关闭进油道。第四章柴油机电控燃油喷射系统2．轴向压缩式分配泵工作原理（4）供油提前角自动调节器正时活塞左侧承受弹簧力和来自滤清器的油压，膜片式输油泵的油压基本不变。正时活塞右侧承受叶片式输油泵输出的油压，随转速而变化。随转速变化，正时活塞移动，并通过连接销和传动销拨动滚轮架，改变供油提前角。（5）调速器传统燃油供给系统中，利用机械调速器根据转速变化自动调节供油量，以稳定和限制柴油机转速。三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统1－滚轮2－弹簧3－传动销4－连接销5－正时活塞6－滚轮轴7－滚轮架第四章柴油机电控燃油喷射系统3．轴向压缩式分配泵位置控制系统三、轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统1-蓄电池；2-车辆开关；3-车速传感器；4-加速踏板位置传感器；5-泵角传感器；6-电子调速