一、柴油机电控技术的发展

1制作：Ding汽车发动机电控技术第六章柴油机电控技术简介本章主要内容：柴油机电控技术概述柴油机电控燃油喷射系统功能与组成柴油机供（喷）油量控制柴油机供（喷）油正时控制柴油机电控燃油喷射系统实例2制作：Ding汽车发动机电控技术一、柴油机电控技术概述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。柴油机电控系统的开发研究从20世纪70年代开始，经历了三代：位置控制时间控制时间－压力控制（压力控制）3制作：Ding汽车发动机电控技术柴油机电控技术的发展：第一代（位置控制方式）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。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。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。4制作：Ding汽车发动机电控技术柴油机电控技术的发展：第二代（时间控制方式）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。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。电控泵喷嘴系统有：德国波许公司的PDE27/PDE28系统，等等。5制作：Ding汽车发动机电控技术柴油机电控技术的发展：第三代（时间-压力方式）这是国外于20世纪90年代中期研制的一种新型柴油机电控技术。基本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。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。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。6制作：Ding汽车发动机电控技术柴油机电控燃油喷射系统的优点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。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。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。7制作：Ding汽车发动机电控技术柴油机电控燃油喷射系统的优点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。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。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。8制作：Ding汽车发动机电控技术二、柴油机电控系统的功能与组成柴油机电控系统的功能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。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。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。增压控制根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过各种措施，实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制。9制作：Ding汽车发动机电控技术柴油机电控系统的功能排放控制主要是废气再循环（EGR）控制。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。巡航控制ECU根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。故障自诊断包含故障自诊断和失效保护两个子系统。柴油机与自动变速器的综合控制10制作：Ding汽车发动机电控技术柴油机电控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）。由传感器、ECU、执行元件三部分组成。传感器加速踏板位置传感器、反馈信号传感器、燃油温度传感器等和信号开关柴油机控制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。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。11制作：Ding汽车发动机电控技术三、柴油机供（喷）油量控制本节内容：位置控制方式时间控制方式时间－压力控制方式压力控制方式12制作：Ding汽车发动机电控技术位置控制方式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。供（喷）油量控制特点：用电子调速器取代传统机械离心式调速器。用发动机转速传感器和加速踏板位置传感器代替原有的转速和负荷传感机构（如离心飞块、真空室等）；用ECU控制的电子执行元件来代替机械离心式调速执行机构和加速踏板传动机构。13制作：Ding汽车发动机电控技术直列式柱塞泵位置控制方式执行元件：占空比控制型电磁阀反馈元件：齿条位置传感器ECU控制电磁阀线圈的占空比→铁芯产生电磁力→铁芯推动供油齿条移动至与回位弹簧平衡→改变供油量通过齿条位置传感器的反馈信号，得到齿条的实际位置，以此进行反馈控制。各种传感器ECU电子调速器占空比电磁阀转速传感器齿条位置传感器反馈控制电磁阀回位弹簧转速传感器供油拉杆电子调速器14制作：Ding汽车发动机电控技术通过滑套位置传感器的反馈信号，得到滑套的实际位置，以此进行反馈控制转子分配泵位置控制方式ECU控制电磁阀线圈的占空比→线圈的输入电流变化→转子轴转动的电磁力矩变化→偏心钢球绕转子轴中心线左右转动→滑套左右移动→改变柱塞的回油时间→改变供油量偏心钢球柱塞线圈滑套位置传感器定子转子轴偏心钢球滑套定子偏心钢球转子轴15制作：Ding汽车发动机电控技术时间控制方式发动机转速传感器溢流控制阀（高速电磁阀）着火正时传感器正时控制电磁阀喷油器在回油通道中安装一个由ECU控制的高速强力电磁阀来取代滑套控制回油通道的开闭。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。可取消油量控制滑套，还可取消泵油柱塞上的回油槽。16制作：Ding汽车发动机电控技术时间－压力控制方式第三代柴油机电控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，各缸喷油器共用一个高压油轨（即高压油管）。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。共轨（Common-rail）喷油器燃油压力传感器高压供油泵高速电磁阀17制作：Ding汽车发动机电控技术时间－压力控制方式ECU加速踏板位置传感器发动机转速传感器凸轮轴位置传感器高压供油泵油泵压力控制阀燃油压力传感器共轨管三通电磁阀单向节流阀控制室液压活塞喷嘴针阀喷油器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。18制作：Ding汽车发动机电控技术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。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。19制作：Ding汽车发动机电控技术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。20制作：Ding汽车发动机电控技术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。21制作：Ding汽车发动机电控技术22制作：Ding汽车发动机电控技术四、柴油机供（喷）油正时控制直列柱塞泵供油正时电控系统组成：正时控制器、电磁阀、柴油机转速传感器、正时传感器和ECU等。正时传感器供油齿条位置传感器正时控制器23制作：Ding汽车发动机电控技术转子分配泵供油正时电控系统在原供油提前角自动调节器活塞两侧油腔之间增加一条液压通道，并由ECU通过电磁阀控制该液压通道来实现。ECU控制电磁阀的占空比→正时活塞两端的压力差变化→正时活塞左右移动→由滑销带动滚轮架转动→改变供油正时通过正时传感器的信号，得到实际的供油正时，以进行反馈控制。正时活塞弹簧滚轮滑销压力腔正时传感器供油提前角电磁阀ECU输油泵吸油口24制作：Ding汽车发动机电控技术日本电装公司ECD-V1系统日本电装公司ECD-V3系统日本五十铃公司I-TEC系统直列柱塞泵电控系统美国Caterpillar公司HEUI系统日本电装公司ECD-U２系统五、柴油机电控燃油喷射系统实例25制作：Ding汽车发动机电控技术日本电装公司ECD－V1系统日本丰田公司柴油轿车最早装的就是日本电装公司开发的ECD－V1系统。该系统是在转子分配式喷油泵的基础上，加装电子控制装置而形成的。主要传感器包括：发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、滑套位置传感器、正时活塞位置传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、车速传感器、空档开关、起动开关、空调开关等。控制功能包括：燃油喷射控制、进气节流控制、预热塞控制、自诊断和安全保护功能等。26制作：Ding汽车发动机电控技术ECU正时控制电磁阀TCV