柴油机电控系统

第1页1柴油机的动力性特点2柴油机的经济性特点3柴油机的排放特点补充材料:柴油机的工作特点第2页1柴油机的动力性特点猜猜看:下列机动装备用的发动机是什么类型的发动机？第3页•二冲程/四冲程汽油机下述对象用的是什么类型的发动机？第4页•1.2升柴油机，3L/100km，61马力下述对象用的是什么类型的发动机？第5页•1台12V150柴油机，功率1500马力下述对象用的是什么类型的发动机？第6页•两台涡轮发动机，1420马力下述对象用的是什么类型的发动机？第7页•各型卡车、客车，150～300马力下述对象用的是什么类型的发动机？第8页•1台16V280ZJA型柴油机，5000马力下述对象用的是什么类型的发动机？第9页•两台涡轮式喷气发动机下述对象用的是什么类型的发动机？第10页•两台涡扇发动机下述对象用的是什么类型的发动机？第11页•2台柴油机,?马力下述对象用的是什么类型的发动机？第12页•4台柴油机，13000马力下述对象用的是什么类型的发动机？第13页•柴燃联合动力(CODOG)；二台燃气轮机55000马力；二台柴油机8840马力下述对象用的是什么类型的发动机？第14页下述对象用的是什么类型的发动机？返回柴油机第15页2柴油机的动力性特点•功率分布范围大，转速低，转矩大–1～10000马力，5000转以下•具有良好的可靠性和耐久性–船用柴油机可以工作20年以上•升功率及单位质量功率比汽油机小–30～60kW/L，1000马力/吨第16页柴油机的动力性特点第17页3柴油机的经济性特点•热效率高–中小功率柴油机：30％～40％–大功率柴油机：50％～55％•燃油消耗率低–轿车柴油机：198g/kW⋅h–卡车柴油机：188g/kW⋅h–比汽油机低1/3左右第18页3柴油机的经济性特点(续）•工作经济范围宽–部分负荷经济性较好–可实现3L/100km–例：TDI发动机的万有特性曲线第19页TDI发动机解剖图第20页TDI轿车柴油机的万有特性100015002000250030003500400024681012n,rpmBMEP,bar第21页TDI轿车柴油机的万有特性第22页4柴油机的排放特点•与汽油机比较：–HC和CO排放相对较少–CO2少–NOx排放和汽油机基本相当，但是汽油机可以加三效催化装置–微粒排放较高–噪声较大（南京IVECO车）解决NOx和PM的排放，是柴油机面临的排放问题。第23页改进柴油机排放的措施第24页改进柴油机排放的措施第25页5柴油机的发展趋势•理想喷射特性–预喷射、初始喷射速率低，主喷速率高，后喷停止速度快•缸内高压喷射–轿车：2000bar，卡车：2600bar以上•增压中冷，废气再循环(EGR)–提高升功率、经济性和降低排放第26页5柴油机的发展趋势(续)•排气后处理微粒捕捉器，氧化催化器，NOx催化器•解决方案：电子控制：–电子控制燃油喷射–电子控制可变截面涡轮–电子控制废气再循环–电动进排气门–电子控制单元第27页课后思考题1.为什么汽油机的功率范围不如柴油机？2.为什么柴油机的转速范围不如汽油机？3.增压可以同时改善柴油机动力性、经济性和排放，为什么？4.高海拔条件下，柴油机的功率恢复最有效的措施是什么？5.柴油机排放物中的主要矛盾？第28页课后思考题（续）6.如何解决柴油机的微粒排放？7.柴油机的发展趋势是什么？8.柴油机的工作特点？第29页§5.7柴油机电子控制燃油喷射系统一、优点：1、改善柴油机动力性、经济性、降低排放和噪音确定最佳喷油提前角，和精确的喷油量。发动机转速、负荷、冷却水温、进气温度、燃油温度、压力等。2、提高发动机工作可靠性3、对柴油机运行工况进行实际高精度控制微机对各种运行参数信息，进行监测处理迅速调节控制。实现柴油机运行工况实时高精度控制。4、较强的适应性5、具有多功能的自动调节性能；6、具有自诊断、检测功能。国际上受日益严格的排放法规限制，目前柴油机电子控制技术在国外达到60%--90%第30页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。优点：柴油机的结构几乎不需改动，便于对现有柴油机进行升级换代。缺点：响应慢，控制精度不高，供油压力不能控制。ü在直列柱塞泵上实施位置控制的有：日本电装公司的ECD-P1、ECD-P2、ECD-P3系统；德国波许公司的EDR系统；美国的PEEC系统等。ü在分配泵上实施位置控制的有：日本电装公司的ECD-V1系统；德国波许的EDC系统；美国的PCF系统等。第一代系统（位置控制方式）第31页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。一般情况下，电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。因此可实现供油量控制，又可实现供油正时的控制。优点：控制自由度更大，供油加压与供油调节在结构上相互独立，使喷油泵结构得以简化，强度得到提高。高压喷油能力大大加强。缺点：供油压力无法控制。ü在分配泵上实施时间控制的有：日本电装公司的ECD-V3系统；美国Stanadyne公司的DS型和RS型（DS型已用于GM公司1994年的增压柴油机上，RS型已用于GM公司的客货两用车和越野车）；日本丰田公司的ECD-2系统，等等。ü电控泵喷嘴系统有：德国波许公司的PDE27/PDE28系统，等等。第二代系统（时间控制方式）第32页国外于20世纪90年代中期研制的一种新型柴油机电控技术。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。油压油泵并不直接控制喷油，而仅仅向共轨供油以维持所需的共轨压力，并通过连续调节共轨压力来控制喷射压力。优点：可实现高压喷射（最高达200Mpa），喷射压力独立于发动机转速，可实现理想喷油规律，具有良好的喷射特性。ü共轨喷射系统是柴油机燃油系统的一个发展方向。目前在卡车和轿车柴油机上得到广泛应用，发展速度十分迅速。ü国外典型共轨喷射系统：日本电装公司的ECD-U2系统；美国BKM公司的servojet系统；美国Caterpiller公司的HEUI系统等。第三代系统（时间-压力方式）第33页二、原理与分类1、原理与电控汽油喷射系统基本相同。2、分类（1）根据喷油量的控制位置控制式时间控制式（2）由产生高压油的机构不同直列泵式分配泵式泵喷油器式单缸式共轨式第34页第35页柴油机电控系统第36页三、柴油机电子控制系统内容及功能8．进气涡流强度控制9．起动预热控制10．故障自诊断及故障保护功能2．喷油正时控制3．怠速控制4．各缸喷油量不均匀修正5．排气再循环控制7．增压控制6．进气节流控制1．喷油量控制第37页（一）、喷油量控制•发动机转速信号（基本喷油量）•节气门位置/加速踏板信号（基本喷油量）•进气温度信号（修正喷油量）•进气压力信号（修正喷油量）•冷却液温度信号（修正喷油量）燃油特性修正、低温起动后修正、急减速修正以适应不同工况不同工作条件变化的需要。通过电磁溢流阀对喷油量进行精确控制第38页（二）、喷油正时控制喷油正时是由发动机转速和加速踏板位置决定的，并由冷却液温度、进气温度、进气压力等信号进行修正。通过着火正时传感器检测实际燃烧开始时刻实现对喷油正时的闭环控制。排除燃油十六烷值、大气条件变化引起喷油正时差异，实现对喷油正时的最佳控制。第39页（三）、怠速控制由于发电机、空调动力转向等辅助装置工作状态的变化引起柴油机负荷变化导致发动机转速变化。柴油机控制系统通过反馈控制系统控制怠速喷油量，使怠速控制在目标转速。第40页（四）、各缸喷油量不均匀修正由于各缸喷油泵的性能差异导致各缸喷油量的差异，引起发动机转速波动即所谓：怠速颤振。电控系统通过作工冲程时的曲轴转速变化判断各缸喷油量的差异。利用电磁溢流阀快速响应，及时修正各缸的喷油量来降低发动机转速波动，按各缸转速无波动偏差来控制各缸喷油量。第41页（五）、排气再循环控制减少排气中的NOX排放量，与汽油机电控系统相同。（七）、增压控制电控系统控制增压压力和进气量、空燃比。（六）、进气节流控制系统通过控制节气门的开度，控制进气量，降低怠速时的振动和噪声，停车时系统关闭节气门中断进气，减轻发动机的振动。第42页（八）、进气涡流强度控制系统通过控制进气通道的变化，以便在不同转速负荷下更好地组织进气涡流，改善燃烧质量，提高动力性、经济性、降低排放和污染。（九）、起动预热控制在不同的起动条件下系统通过控制起动预热塞的通电时间改善柴油机低温起动和低温怠速运转。（十）、故障自诊断及故障保护功能此项与汽油机电控系统的故障自诊断失效保护功能基本相同。第43页四、柴油机电了控制系统的控制方式控制方式可分为三大类：1、开环控制、2、闭环控制、3、开环—闭环综合控制第44页1、开环控制特点：用电子控制装置取代喷油提前调节装置。结构：分配泵凸轮滚环→液压正时活塞→电磁阀控制（燃油反馈压力）电磁阀←控制单元←转速、冷却水温、总供油量由电控单元贮存的最佳供油提前角发出指令。第45页2、闭环控制电控单元根据喷油传感器着火正时传感器反馈信号通过电磁阀控制正时活塞达到最佳正时供油提前角。第46页3、开环—闭环综合控制电控单元把开环—闭环综合起来，调整实际喷油正时出现误差。进行误差补偿。通常在相邻两次喷油间就能达到调整点。第47页五、柴油机电子控系统组成由信号输入装置、电控单元、执行器三部分组成一、传感器信号输入1、油门踏板位置传感器反应发动机的负荷信号及怠速确认，主控信号。2、转速传感器、曲轴位置传感器主控信号与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和喷油提前角。3、泵角传感器检测泵转角与曲轴位置传感器共同控制喷油量保证喷油正时改变时不影响喷油量。第48页4、着火正时传感器检测燃烧室开始燃烧时刻修正喷油正时5、冷却液温度传感器控制发动机工作温度，修正喷油量与喷油正时。6、进气温度传感器检测进气温度、修正喷油量与喷油正时。7、进气压力传感器检测进气压力、修正喷油量与喷油正时。8、溢流环位置传感器检测溢流控制电磁铁的电枢位置，以反馈控制溢流环位置。第49页9、正时活塞位置传感器检测电子控制定时器正时活塞位置，将喷油正时提前量信号输入ECU。10、控制杆位置传感器检测电子控制柱塞式喷油泵调速器中控制杆位置将喷射量的增减信号反馈给ECU11、控制套筒位置传感器检测电控分配式喷油泵调整器中控制筒位置将喷油量增减信号反馈给ECU12、发动机点火开关信号、空调信号、动力转向油压开关信号、空挡起动开关信号第50页二、电子控制单元ECU功能与组成汽油机电控单元基本相同。三、执行器电动调速器、溢流控制电磁铁、电子控制正时控制阀、电子控制正时器、电磁溢流阀、高速电磁阀、电子液力控制喷油器等。第51页车用柴油机的理想喷射特性ConventionalInjectionR第52页三种柴油机喷射系统的喷射压力对比（轿车柴油机）R第53页柴油机增压和废气再循环系统R第54页HEUI系统R第55页柴油机电子控制系统的传感器返回R第56页空气流量传感器返回R第57页柴油机电控喷嘴返回R第58页共轨柴油机的ECU返回第59页6第三代高压共轨系统注意其控制特点：v共轨压力的反馈控制v喷油量控制v喷油定时控制v预喷射控制第60页(1)共轨控制系统的类型1中压共轨—HEUI系统2高压共轨—线圈电磁阀喷油器3高压共轨—压电晶体喷油器4共轨系统的控制特点第61页(2)液力活塞增压喷射系统－HEUI第62页HEUI的含义第63页第64页高压机油泵高压机油共轨HEUI喷油器燃油滤清器输油泵燃油箱燃油回油管ECURPCV压力控制阀机油泵机油箱机油冷却器机油滤清器油压300kPa油压200kPa油压4～23MPa喷射压力可达150MPa低压燃油共轨第65页HEUI系统组成第66页(3)HEUI的预喷射功能第67页(4)HEUI的主喷射第68页HEUI的机油压力控制第69页HEUI的燃油供油泵第70页HEU