第六章 柴油机电控技术简介

汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月第一节概述第二节柴油机电控燃油喷射系统的功能与组成第三节柴油机供（喷）油量控制第四节柴油机供（喷）油正时控制第五节柴油机电控燃油喷射系统实例第六章柴油机电控技术简介汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月第一节概述一、柴油机电控技术的发展二、柴油机电控燃油喷射系统的优点汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月一、柴油机电控技术的发展柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。柴油机电控技术发展的三个阶段：位置控制、时间控制、时间－压力控制（压力控制）下一页汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月第一代柴油机电控燃油喷射系统（常规压力电控喷油系统）优点：结构不需改动，生产继承性好，便于对现有柴油机进行升级换代。缺点：系统响应慢、控制频率低、控制自由度小、控制精度不够高，喷油压力无法独立控制。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月第二代柴油机电控燃油喷射系统（高压电控喷油系统）改变了传统燃油供给系统的组成和结构，主要以电控共轨（各缸喷油器共用一个高压油管）式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行“时间－压力控制”或“压力控制”。特点：通过设置传感器、电控单元、高速电磁阀和相关电/液控制执行元件等，组成数字式高频调节系统，有电磁阀的通、断电时刻和通、断电时间控制喷油泵的供油量和供油正时。但供油压力还无法独立控制。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月二、柴油机电控燃油喷射系统的优点1、改善低温起动性2、降低氮氧化物和烟度的排放3、提高发动机运转稳定性4、提高发动机的动力性和经济性5、控制涡轮增压6、适应性广汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月1、改善低温起动性电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作，使柴油机低温起动更容易。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月2、降低氮氧化物和烟度的排放采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻，从而有效地抑制排烟。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月3、提高发动机运转稳定性采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转，有利于提高其经济性。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月4、提高发动机的动力性和经济性柴油机电控系统中，ECU根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时。从而提高发动机的动力性和经济性。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月5、控制涡轮增压采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月6、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。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月第二节柴油机电控燃油喷射系统的功能与组成一、柴油机电控系统的功能二、柴油机电控燃油喷射系统的组成汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月一、柴油机电控系统的功能1.燃油喷射控制2.怠速控制3.进气控制4.增压控制5.排放控制6.起动控制7.巡航控制8.故障自诊断和失效保护9.柴油机与自动变速器的综合控制汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月1.燃油喷射控制燃油喷射控制主要包括：供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制、供（喷）油速率控制和喷油压力控制等。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月2.怠速控制柴油机的怠速控制主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月3.进气控制柴油机的进气控制主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正时控制。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月4.增压控制柴油机的增压控制主要是由ECU根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面大小等措施，实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制，以改善柴油机的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪声。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月5.排放控制柴油机的排放控制主要是废气再循环（EGR）控制。ECU主要根据柴油机转速和负荷信号，按内存程序控制EGR阀开度，以调节EGR率。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月6.起动控制柴油机起动控制主要包括供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制和预热装置控制，其中供（喷）油量控制和供（喷）油正时控制与其他工况相同。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月7.巡航控制带有巡航控制功能的柴油机电控系统，当通过巡航控制开关选定巡航控制模式后，ECU即可根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月8.故障自诊断和失效保护柴油机电控系统中也包含故障自诊断和失效保护两个子系统。柴油机电控系统出现故障时，自诊断系统将点亮仪表盘上的“故障指示灯”，提醒驾驶员注意，并储存故障码，检修时可通过一定的操作程序调取故障码等信息；同时失效保护系统启动相应保护程序，使柴油能够继续保持运转或强制熄火。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月9.柴油机与自动变速器的综合控制在装用电控自动变速器的柴油车上，将柴油机控制ECU和自动变速器控制ECU合为一体，实现柴油机与自动变速器的综合控制，以改善汽车的变速性能。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月二、柴油机电控燃油喷射系统的组成柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外，对喷油正时和喷油的压力都有很高的要求。（柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约19.6MPa）各种柴油电控系统的区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、ＥＣＵ控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，基本组成与其他电子控制系统一致，也由传感器——ECU——执行元件三部分组成。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月1.传感器(1)加速踏板位置传感器(2)反馈信号传感器(3)燃油温度传感器(4)其他传感器和信号开关汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月2.柴油机控制ECU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。3.执行元件执行ECU的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月第三节柴油机供（喷）油量控制一、位置控制方式二、时间控制方式三、时间－压力控制方式四、压力控制方式汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月第一代位置控制系统位置控制系统不仅保留了传统的泵－管－嘴系统，还保留了原喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的机械传动机构，只是对齿条或者滑套的运动位置予以电子控制。一、位置控制方式下一页汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月日本Denso公司的ECD－V1，德国Bosch公司的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都属于位置控制的电控分配泵系统。日本Zexel公司的COPEC，德国Bosch公司的EDR系统和美国Caterpillar公司的PEEC系统等都属于位置控制的电控直列泵系统。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月二、时间控制方式供油量的“位置控制”特点是用模拟量来控制执行元件工作，通过对喷油泵油量控制机构的定位来得到所需的供油量。无论采用何种类型的电子调速器，总是需要由部分机械装置来完成对喷油泵供油量的调节，也会降低控制精度和响应速度。所以继供油量“位置控制”之后出现了“时间控制”。时间控制系统是用高速强力电磁阀直接控制高压燃油，一般情况下，电磁阀关闭，开始喷油；电磁阀打开，喷油结束。喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭的持续时间。传统喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽和提前期等全部取消，对喷射定时和喷射油量控制的自由度更大。下一页汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月日本Zexel公司的Model-1电控分配泵，美国Detroit公司的DDEC电控泵喷嘴、德国Bosch公司的EUP13电控单体泵都属于时间控制系统。我国专家欧阳明高和丹麦Sorenson研制的“泵－管－阀－嘴（Pump/Pipe/Valve/Injector－PPVI）”电控燃油喷射系统也属于第二代电控喷射系统。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月三、时间－压力控制方式第二代柴油机电控燃油喷射系统中最典型的是电控共轨式燃油喷射系统。在电控共轨式燃油喷射系统中，对喷油量的控制采用“时间－压力控制”或“压力控制”，用的最多的是“时间－压力控制”方式。在该系统中，ＥＣＵ控制供油压力调节阀使喷油器的喷油压差保持不变，再通过控制三通电磁阀工作实现喷油量和喷油正时的控制。电磁阀通电开始时刻决定了喷油的开始时刻，其通电时间决定喷油量。汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月四、压力控制方式在后期开发的柴油机电控共轨式燃油喷射系统中，为降低对供油压力的要求，喷油量的控制采用控制喷油压力的方法实现，即喷油量的“压力控制”方式。喷油器喷孔尺寸一定，喷油时间一定，控制喷油压力即可控制喷油量；而在增压活塞和柱塞尺寸一定时，喷油压力（即增压压力）取决于共轨中的油压，共轨中的油压是由ＥＣＵ根据各种传感器信号通过燃油压力调节阀来控制的，所以将此种喷油量控制方式称为“压力控制”方式。在系统中，ＥＣＵ根据实际的共轨压力信号对共轨压力进行闭环控制。下一页汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理，通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压。采用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程，可以实现对喷射油量和喷射定时的灵活控制。下一页汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月第三代共轨电控喷射系统————典型系统高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。下一页汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介精品课2005年6月第三代共轨电控喷射系统————喷射系统预喷射在主喷射之前，将小部分燃油喷入气缸，在缸内发生预混合或者部分燃烧，缩短主喷射的着火延迟期。这样缸内压力升高率和峰值压力都会下降，发动机工作比较缓和，同时缸内温度降低使得NOX排放减小。预喷射还可以降低失火的可能性，改善高压共轨系统的冷起动性能。主喷射初期降低喷射速率，也可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量。提高主喷射中期的喷射速率，可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期，使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成，提高输出功率，减少燃油消耗，降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油，降低烟度和碳氢排放。下一页汽车发动机电控技术第六章