柴油机电控技术

第1章柴油机电控技术概述1.1柴油机与电控柴油机的定义1.2柴油机电控技术的发展历程及发展趋势1.3柴油机电控系统的组成与功能1.4柴油机电控系统的主要特点1.1柴油机与电控柴油机的定义柴油机：电控柴油机：燃油喷射系统由柴油机电控单元（ECU）控制，ECU对每个喷油器的喷油量、喷油时刻进行精确控制，使柴油机的燃油经济性和动力性达到最佳的平衡。普通柴油机电控柴油机电控柴油机与电控汽油机的区别：电控柴油机：控制喷油时间。电控汽油机：控制空燃比。1.2柴油机电控技术的发展历程到目前为止，柴油机电控技术已经历了3代技术变化：第一代为凸轮压油、位置控制技术。该技术保留了传统柴油机供给系统的基本组成和结构，只是取消了机械控制部件（调速器等），增加了传感器、ECU、执行器等组成的控制系统，使控制精度和响应速度得以提高。其缺点是：响应速度慢，控制精度不够高，供油压力不能精确控制。第二代为凸轮压油、时间控制技术。该技术基本保留了传统燃油供给系统的组成和结构，通过高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。其缺点是：供油压力无法精确控制。第三代为共轨蓄压、电磁阀时间控制技术。高压共轨系统的特点突出：①高压共轨系统的燃油喷射压力独立于柴油机转速和负荷。②高压共轨系统对喷油时机和喷油量的控制非常自由。③高压共轨系统对喷油规律的调节能力很强。④高压共轨系统能够实现很高的燃油喷射压力。目前已达到160～200Mpa。⑤高压共轨系统适应性较强，可以用于多种柴油机机型。1.2柴油机电控技术的发展趋势（1）高的喷射压力高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，缩短着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气排放。（2）独立的喷射压力控制若供油系统具有不依赖转速和负荷的喷射压力控制能力，就可选择最合适的喷射压力使喷射持续期、最佳着火延迟期，使柴油机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。（3）改善柴油机的燃油经济性高喷射压力、独立的喷射压力控制、小孔径喷油、较高的平均喷油压力等措施都能降低燃油消耗率，从而提高柴油机的燃油消耗经济性。（4）独立的燃油喷射正时控制喷射正时直接影响着柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量，决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度。（5）可变的预喷射控制能力预喷射可以降低颗粒排放，又不至增加NOX的排放，还可以改善柴油机冷启动性能、降低冷态工况下白烟的排放，降低噪声，改善低速扭矩。（6）最小油量的控制能力供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的小油量控制能力之间发生矛盾。当供油系统具有预喷射能力后，将能够使控制小油量的能力进一步提高。（7）快速断油能力电控柴油机喷油器上采用高速电磁阀开关就很容易实现快速断油。（8）降低驱动扭矩冲击载荷燃油喷射系统在很高的压力下工作，既增加了驱动系统所需要的平均扭矩，也加大了冲击载荷。燃油喷射系统对驱动系统平稳加载和卸载的能力，是一种衡量喷射系统的标准。1.3柴油机电控系统的组成与功能1.柴油机电控系统的构成目前，常见柴油机电控系统的逻辑结构与其他大多数自动控制系统相近，主要由传感器、执行器和控制器三大部分构成。(1)传感器，电控柴油机一般有以下传感器：①进气温度和压力传感器。②曲轴信号传感器。③凸轮轴信号传感器。④冷却液温度传感器。⑤加速踏板位置传感器。⑥废气再循环阀位置传感器。（2）执行器行器就是执行ECU的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。主要包括以下部件：①电控高压燃油设备。②废气再循环阀。③控制开关。④可调喷嘴增压器。（3）控制器柴油机电控系统的电子控制器一般称为电控单元，也有称之为发动机控制模块，习惯上简称为ECU(ElectronicControlUnit)或ECM(EngineControlModule)。ECU主要根据各传感器输入信号和内存程序，计算出供（喷）油量和供（喷）油开始时刻，并向执行元件发出执行令信号。①ECU的控制功能。②ECU的硬件。③ECU的软件系统。④ECU的标定与调试。柴油机电控系统的功能1.4柴油机电控系统的主要特点（1）能够智能化地控制燃油喷射量和根据发动机的工作状况控制喷油提前角，有效地提高了发动机的燃料经济性、动力性和排放质量。（2）改善了发动机的调速特性，由电控单元控制代替了传统的离心式调速器，使转速控制更精确、更可靠。（3）提高了发动机的冷起动（低温起动）性能，电控单元可通过冷却液温度传感器或机油温度传感器确定发动机是否处于冷起动。（4）降低发动机的排烟。电控单元根据油门开度、水温、机油温度以及涡轮增压器的进气压力，精确地控制喷油量和喷油正时，使尾气排放更加理想化。（5）减少发动机排气污染。为了实现这一目标，提高了喷油器的制造精度，提高了燃油的喷射压力，提高了发动机各缸喷油量的一致性，可以在电磁阀的标牌上查到校准码，通过仪器向电控单元输入每个喷油器电磁阀的校准码。（6）可通过程序实现对发动机的功率进行重新编程。对一定型号的柴油机，可以设计三种不同的功率状态。（7）由于取消了机械调速器，减少了维修任务。（8）具有发动机的保护功能，当电控单元测知传感器的信号失控时，电控单元除了闪烁警告灯以提醒驾驶员注意外，同时减少喷油量，甚至使发动机熄火。（9）具有发动机自我诊断功能。电控单元对电控系统所有传感器、执行器、连接器及其线路的断路、短路、信号失真等故障，均可以进行连续性的监测，如发现电控系统有故障，便储存故障码，必要时可以启动安全保护功能；维修时则可通过仪器调取故障代码、数据流以及波形，以利于快捷维修。（10）提高了发动机运转稳定性、动力性和经济性。（11）适应性广。只要改变ECU的控制程序和数据，一种喷油泵就能广泛用在各种柴油机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统开发周期，并降低成本，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。普通柴油机与电控柴油机的区别是什么？在柴油机供油系统中采用电子控制技术，主要是通过电控技术来实现对喷油泵喷油量、喷油正时、喷油速率及喷油压力的控制。根据对柴油机不同喷油量和喷油时间的控制，可将柴油机电控喷射系统分为两类：第一代电控喷射系统第二代电控喷射系统直列柱塞泵电控系统分配泵电控系统泵喷嘴电控系统共轨式电控燃油喷射系统第2章几种类型的柴油机电控系统电控VE分配泵是在机械式VE分配泵的基础上，将部分机械功能模块替换成由传感器和电子致动器组成的电子模块。1、凸轮环2、正时器活塞环位移传感器3、正时器活塞电控VE分配泵系统的喷油提前角调节1.电控VE分配泵电控VE泵系统结构优点：1、正时可控，全电控时油量也可控；2、发动机改动小、油泵体积小；3、燃烧噪声和机械噪声介于共轨和单体泵之间；4、各缸均匀性优于电控单体泵；5、维修简单。缺点：1、喷射压力不可控；2、无法改善低速性能；3、对油品的适应性差；4、很难升级至非道路国四。电控VE泵特点2.电控单体泵电控单体泵(EUP)是一个气缸对应一个高压油泵。发动机工作时通过众多传感器侦测发动机状态，对喷入气缸的喷油量、喷油正时进行精确的控制。通过电子系统和油泵结构设计的优化实现喷油压力的提高，从而改善发动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，改善发动机燃油经济性和噪声特性。电控单体泵电控单体泵工作过程•阶段1：柱塞腔充油。柱塞下行，电磁阀开启，柱塞腔从低压油路吸取燃油。所有油道燃油压力为低压。阀芯：开启电控单体泵工作过程•阶段2：柱塞上行，电磁阀开启，柱塞腔燃油溢出，所有油道燃油压力为低压。阀芯：开启•阶段3：喷油。柱塞继续上行，电磁阀关闭，高、低压油路被分隔，高压油路燃油被压缩产生高压，阻尼阀开启，单体泵喷油。阀芯：关闭电控单体泵工作过程•阶段4：喷油结束。柱塞继续上行，电磁阀开启，高、低压油路接通，高压燃油通过锥阀泄出，喷油停止。燃油压力为低压。阀芯：开启电控单体泵工作过程电控单体组合泵系统原理图曲轴位置传感器凸轮位置传感器增压压力传感器进气温度传感器冷却水温传感器燃油温度传感器ECU电控单体组合泵高压油管喷油器电子油门踏板传感器线束电控单体组合泵系统示意图优点：1、油量、正时可控2、接口尺寸与机械泵基本相同，发动机改动小3、维修比共轨简单4、对油品的适应性好缺点：1、喷射压力不可控2、无法实现预喷，燃烧噪声高3、油泵体积、重量大4、驱动扭矩大，振动大，机械噪声高5、无法改善低速性能6、很难升级至非道路国四电控单体泵特点电控泵喷嘴系统是将泵油柱塞和喷油器组合安装在一个壳体内的柴油机燃料喷射系统。泵油嘴无高压油管，直接用凸轮轴通过挺柱驱动喷油泵的柱塞。由于无高压油管，所以可以消除高压油管中压力波和燃油压缩的影响，柱塞泵泵油时产生的高压燃油直接进入喷油器的承压环槽内。3.电控泵喷嘴4.高压共轨燃油喷射系统1.泵壳2.液压头3.驱动轴4.温度传感器5.喷油器回油孔6.高压出油口7.输油泵8.进油计量阀9.回油接管10.进油接管。电控喷油器电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用根据ECU发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。优点：1、油量、正时、轨压可控，2、可以进行预喷，燃烧噪声低3、可以实现低速大扭矩4、油泵体积小、重量轻，驱动扭矩小，振动小5、升级至非道路国四的最佳方案缺点：1、目前的价格还偏高2、开发标定周期较长3、对油品的要求较高共轨系统特点第三章柴油机电控系统中的传感器第一节传感器分类传感器的分类方法有很多种，常用的分类法有如下几种：1.按有无外加能量分类：主动型和被动型2.按信号转换分类：非电量信号转换为另一种非电量信号、非电量信号转换为电量信号。3.按工作原理分类：电阻式、压电式、热电式……4.按输出信号形式分类：模拟信号和数字信号5.按检测控制参数分类：温度、压力、位置……第二节温度传感器作用：发动机冷却液温度传感器用来检测发动机冷却液的温度，转换成电信号后传送给ECU。ECU根据发动机的温度信号修正喷油时间和点火时间，从而使发动机的工况处于最佳状态。1.冷却液温度传感器位置：发动机冷却液温度传感器安装在气缸体水道上或冷却液出口处，信号类型为电压信号。冷却液温度传感器工作原理：传感器的核心元件为热敏电阻，该热敏电阻会随着冷却液温度的变化而变化，由于电阻的改变，其信号电压随之改变。2.进气温度传感器作用：由于吸入空气温度的变化，会引起空气密度变化，因此需检测进气温度，作为ECU计算空气密度并进行燃油喷射量修正的依据，一般与体积流量传感器，或进气压力传感器配套使用。工作原理：进气温度传感器原理与冷却液温度传感器原理相同，都是利用负温度系数热敏电阻的特性来检测进气温度，作为参考修正值，进气温度高，传感器电阻小，进气温度低，传感器电阻大。进气温度传感器的2脚插头进气温度传感器与ECU连接电路进气温度传感器的电路①燃油温度传感器的作用燃油温度影响其密度，电控单元要精确计算供油量必须考虑燃油的温度。信号中断时，电控单元会用存储的默认值进行计算。柴油相比与汽油，重质馏分多，流动性差，密度与温度有着密切的关系。②燃油温度传感器的工作原理燃油温度传感器安装在燃油箱内，采用负温度系数热敏电阻作为检测元件。3.燃油温度传感器①润滑油温度传感器的作用柴油发动机输出功率大，活塞与汽缸壁传递力矩大，机油温度容易升使机油变质，影响发动机润滑，如果过热，发动机将减少供油量。②润滑油温度传感器的工作原理机油温度传感器直接安装在油底壳上，跟机油液位传感器一块放置，采用正温度系数热敏电阻做为检测元件。4.润滑油温度传感器①排气温度传感器的作用在催化转化器异常发热时，能够以排气温度报警灯点亮的方式快速地发出报警信号，以便保护催化转化器，防止高温引发故障。②排气温度传感器的工作原理排气温度传感器安装在排气管上，也有安装在三元催化转化器内。排气温度传感器类型多样，有热敏电阻式、热电偶式、熔丝式。5.排气温度传感器热电偶又称温差电阻，由两种不同材质的金属丝组成，当两种金属丝接触点处于不同温度时，在回路中就有直流电动势产生