柴油機(jī)電控系統(tǒng)課件

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)主編王秀紅田有為第1頁，共50頁。6.1 概述6.2柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成6.3第一代位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)6.4第二代時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)6.5 第三代共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)6.6柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)實(shí)例第6章 柴油機(jī)電控系統(tǒng)第2頁，共50頁。6.1 概述 6.1.1 柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展6.1.2 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的特點(diǎn) 6.1.3柴油機(jī)電控系統(tǒng)的功能第3頁，共50頁。6.1.1 柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展 在柴油機(jī)的電子控制系統(tǒng)中，最早研究并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的是電子控制柴油噴射系統(tǒng)，到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了三代變化：1. 第一代電控柴油噴射系統(tǒng)：位置控制式。

2、2. 第二代電控柴油噴射系統(tǒng)：時(shí)間控制式。3. 第三代電控柴油噴射系統(tǒng)：高壓共軌式系統(tǒng)。下一頁第4頁，共50頁。 6.1.2 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的特點(diǎn)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性 降低氮氧化物和微粒的排放提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性改善低溫起動(dòng)性控制渦輪增壓 適應(yīng)性廣控制精度高、響應(yīng)快下一頁第5頁，共50頁。6.1.3柴油機(jī)電控系統(tǒng)的功能 1. 燃油噴射控制 2. 怠速控制 3. 進(jìn)氣控制 4. 增壓控制 5. 排放控制 6. 起動(dòng)控制7. 巡航控制 8. 故障自診斷和失效保護(hù)9. 柴油機(jī)與自動(dòng)變速器的綜合控制第6頁，共50頁。6.2 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成第7頁，共50頁。6.2.1傳感

3、器傳感器是柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)電控的關(guān)鍵技術(shù)之一，其作用是感知和檢測發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的運(yùn)行狀態(tài)，并將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸送給ECU。柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)所用的傳感器多數(shù)與汽油機(jī)電控系統(tǒng)相同。在柴油機(jī)電控系統(tǒng)中常用的傳感器有壓力傳感器、溫度傳感器、位置傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、空氣流量傳感器及氧傳感器等。此外，在電控系統(tǒng)中還有開關(guān)量采集電路，用于檢測空調(diào)、離合器、擋位、制動(dòng)、巡航控制等開關(guān)量的狀態(tài)信息。所有的信息經(jīng)過電控單元的信號(hào)采集模塊處理后送到發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元，作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制的依據(jù)。第8頁，共50頁。6.2.2柴油機(jī)電控單元A/D轉(zhuǎn)換器輸入處理電路穩(wěn)壓電路計(jì)算機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路一般輸出通信與監(jiān)控CPUROMRAM

4、模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)蓄電池執(zhí)行器故障指示燈空氣預(yù)熱指示燈CAN接口診斷接口電控單元第9頁，共50頁。6.2.3 執(zhí)行器 執(zhí)行器主要是接收ECU傳來的指令，并完成所需調(diào)控任務(wù)。不同柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的執(zhí)行元件有很大差異，如電控直列泵b1和分配泵中的線性螺線管，電控單體泵和泵噴嘴中的電磁閥，電控共軌系統(tǒng)中的PCV閥和噴油器電磁閥，以及空氣系統(tǒng)控制中的各種閥門控制器等。執(zhí)行器的水平?jīng)Q定了最終柴油機(jī)能夠達(dá)到的性能。第10頁，共50頁。6.3第一代位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)6.3.1位置控制式直列柱塞泵 6.3.2位置控制式電控分配泵系統(tǒng) 6.3.3第一代位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)的控制特點(diǎn)第11頁，共

5、50頁。6.3.1位置控制式直列柱塞泵 ECU根據(jù)加速踏板位置傳感器信號(hào)（即負(fù)荷信號(hào)）和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并參考供油齒條位置、冷卻液溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器信號(hào)，按內(nèi)存控制程序計(jì)算供油量和噴油提前角控制參數(shù)值，再通過ECU中行程或位置伺服電路，使電子調(diào)速器內(nèi)的線性螺線管控制噴油泵供油齒條的行程或位置。 第12頁，共50頁。1. 噴油量的控制 線性螺線管安裝在原噴油泵供油齒條的一端，螺線管中的鐵心與噴油泵的供油齒條連成一體。當(dāng)控制電流通過螺線管時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)作用在鐵芯上的與螺線管中電流成正比的電磁力，推動(dòng)油量調(diào)節(jié)齒桿移動(dòng)，當(dāng)推力與復(fù)位彈簧力平衡時(shí)，齒桿就停留在某一位置上。齒桿位置傳感器將信號(hào)傳給ECU

6、，ECU根據(jù)齒桿的實(shí)際位置和預(yù)定位置間的偏差量，發(fā)出改變輸入螺線管電流的驅(qū)動(dòng)信號(hào)就能精確控制齒桿的位置，從而改變噴油量第13頁，共50頁。 位置控制式直列柱塞泵電子調(diào)速器結(jié)構(gòu)第14頁，共50頁。 2. 噴油正時(shí)的控制 圖6-5 電控直列柱塞泵供油正時(shí)系統(tǒng)組成1 轉(zhuǎn)速表 2 故障指示燈 3 供油齒條位置傳感器 4 柴油機(jī) 5 噴油泵 6 正時(shí)傳感器 7 正時(shí)控制閥 8 轉(zhuǎn)速傳感器 9 正時(shí)控制電磁閥 10 冷卻液溫度傳感器第15頁，共50頁。正時(shí)控制閥工作原理圖 正時(shí)控制閥工作原理1 凸輪軸 2 液壓腔 3 液壓活塞 4 大偏心輪 5 小偏心輪 6 驅(qū)動(dòng)軸 7 驅(qū)動(dòng)盤 8 滑塊銷 9 滑塊 10

7、 電磁閥第16頁，共50頁。6.3.2位置控制式電控分配泵系統(tǒng)ECD型電控分配泵結(jié)構(gòu) 第17頁，共50頁。1. 噴油量的控制 位置控制式電控分配泵電子調(diào)速器結(jié)構(gòu) 第18頁，共50頁。 噴油量的控制 噴油量的控制方式 第19頁，共50頁。2. 供油正時(shí)的控制 正時(shí)控制閥結(jié)構(gòu)示意圖第20頁，共50頁。6.3.3第一代位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)的控制特點(diǎn) 1. 保留了傳統(tǒng)的噴油泵-高壓油管-噴油器系統(tǒng)，只取消機(jī)械調(diào)速器，改用電子執(zhí)行器來完成分配轉(zhuǎn)子與滑套或柱塞和柱塞套之間的相對(duì)位置控制。 2. 增加反饋位置的傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器以及燃油溫度傳感器等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油泵的精確控制。 3. 電子控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

8、在于，不同轉(zhuǎn)速與負(fù)荷下的噴油量可以靈活標(biāo)定，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)穩(wěn)態(tài)工況范圍，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性可以按照性能最佳的方式來確定，且響應(yīng)速度快。第21頁，共50頁。6.4.1 電控分配泵噴射系統(tǒng)6.4.2電控泵噴嘴系統(tǒng)6.4.3第二代時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)的控制特點(diǎn)6.4 第二代時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)第22頁，共50頁。 1. 噴油量控制 時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)第23頁，共50頁。(1)時(shí)間控制式轉(zhuǎn)子分配泵結(jié)構(gòu) 第24頁，共50頁。(2)轉(zhuǎn)子分配泵的供油量控制系統(tǒng) 控制ECU根據(jù)各種傳感器信號(hào)計(jì)算出供油量后，向控制器發(fā)出指令和相關(guān)信息控制器則根據(jù)ECU的指令和相關(guān)信息，并參考燃油溫度傳感器

9、信號(hào)對(duì)分配給各缸的供油量進(jìn)行平衡（均勻性控制），并通過驅(qū)動(dòng)器（放大電路）直接控制高速電磁溢流閥工作。噴油量控制原理圖 第25頁，共50頁。 電磁溢流閥結(jié)構(gòu)示意圖1 電樞 2 電磁線圈 3 輔助閥 4 主閥(3)高速電磁溢流閥結(jié)構(gòu) 第26頁，共50頁。電磁溢流閥工作原理 第27頁，共50頁。2. 噴油正時(shí)控制 噴油正時(shí)控制機(jī)構(gòu)與位置控制式電控分配泵一樣，即通過正時(shí)活塞的移動(dòng)來改變端面凸輪與滾輪的相對(duì)位置來實(shí)現(xiàn)噴油提前角的控制的，而正時(shí)活塞的位置則由加在上面的液壓大小所決定。ECU通過控制正時(shí)控制電磁閥線圈電流的通斷來控制作用在正時(shí)活塞上的油壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油提前角控制，但取消了定時(shí)活塞位置傳感器

10、，反饋信號(hào)來自于曲軸位置信號(hào)和噴油泵轉(zhuǎn)角傳感器的無齒段信號(hào)間的相位差。在油泵驅(qū)動(dòng)軸上裝有泵角脈沖發(fā)生器，泵角傳感器向ECU輸入燃油何時(shí)開始噴射的信號(hào)，曲軸位置傳感器向ECU輸入曲軸基準(zhǔn)位置的參考信號(hào)。ECU根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)才能確定噴油提前角。第28頁，共50頁。1. 電控泵噴嘴系統(tǒng)的組成 6.4.2電控泵噴嘴系統(tǒng)下一頁第29頁，共50頁。2. 泵噴嘴Bosch公司電子控制泵噴嘴結(jié)構(gòu)第30頁，共50頁。 下一頁1-凸輪 2-柱塞 3-回位彈簧 4-高壓腔 5-電磁閥針閥 6-電磁閥閥腔 7-進(jìn)油通道 8-回油通道 9-線圈 10-低壓腔泵噴嘴工作原理第31頁，共50頁。6.4.3第二代時(shí)間控制式電

11、控燃油噴射系統(tǒng)的控制特點(diǎn)1. 產(chǎn)生高壓的裝置與機(jī)械式噴油系統(tǒng)、第一代位置控制式系統(tǒng)相同，都需要用凸輪軸來驅(qū)動(dòng)柱塞，用壓縮燃油來產(chǎn)生噴射需要的力。2. 油量控制和調(diào)節(jié)裝置與第一代位置控制式系統(tǒng)已經(jīng)完全不同。第一代的位置電控中，油量調(diào)節(jié)裝置是油量控制套筒，而第二代時(shí)間控制式的電控系統(tǒng)中，控制油量的執(zhí)行器是電磁閥，直接由電磁閥的動(dòng)作完成每個(gè)噴射過程。3. 噴射過程更加直接和精確。噴射過程中，電磁閥關(guān)閉的時(shí)間決定噴油正時(shí)，電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間決定噴油量和噴射壓力，電磁閥直接調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工況。4. 由于仍需要凸輪型線的驅(qū)動(dòng)來產(chǎn)生噴射所需的高壓，其噴射壓力嚴(yán)重依賴于凸輪型線的設(shè)計(jì)，使得噴油壓力控制、噴油速

12、率控制和噴油定時(shí)控制都沒有得到充分發(fā)揮，從而也限制了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步改善。第32頁，共50頁。6.5 第三代共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)從功能方面分析，電控共軌系統(tǒng)可分為兩部分：電控系統(tǒng)和燃油供給系統(tǒng)。第33頁，共50頁。下一頁 1. 電控系統(tǒng) 電 控單元各種傳感器噴 油 器高壓供油泵控制噴油量控制噴油時(shí)間控制噴油率調(diào)節(jié)共軌油壓電子控制系統(tǒng)框圖第34頁，共50頁。下一頁2. 燃油供給系統(tǒng) 燃油供給系統(tǒng)的組成 第35頁，共50頁。下一頁6.5.2 共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)工作原理1. 高壓供油泵高壓供油泵結(jié)構(gòu)示意圖1 出油閥 2 密封件 3 調(diào)壓閥 4 球閥 5 安全閥 6 低壓油路 7 驅(qū)動(dòng)軸 8

13、偏心凸輪 9 柱塞泵油元件 10 柱塞腔 11 進(jìn)油閥 12 柱塞單向閥第36頁，共50頁。2. 調(diào)壓閥（PCV） 調(diào)壓閥結(jié)構(gòu) 下一頁第37頁，共50頁。3. 共軌組件 共軌組件第38頁，共50頁。（1）限壓閥 （壓力限制閥）第39頁，共50頁。（2）流量限制閥 流量限制閥結(jié)構(gòu) 第40頁，共50頁。（2）流量限制閥 流量限制閥的作用是在非正常情況下防止噴油器常開并導(dǎo)致持續(xù)噴油的現(xiàn)象。一旦共軌輸出的油量超出規(guī)定的水平，流量限制閥就關(guān)閉通往噴油器的油路。 第41頁，共50頁。（3）共軌壓力傳感器 第42頁，共50頁。4. 噴油器 共軌式噴器結(jié)構(gòu)示意圖a 噴油器關(guān)閉狀態(tài) b 噴油器噴射狀態(tài)第43頁，

14、共50頁。6.5.3高壓共軌系統(tǒng)的特點(diǎn) 1. 可實(shí)現(xiàn)高壓噴射，噴射壓力比一般噴油泵高出一倍，最高已達(dá)200MPa。2. 可改善發(fā)動(dòng)機(jī)低速及低負(fù)荷性能。3. 可優(yōu)化燃燒過程，使發(fā)動(dòng)機(jī)油耗、煙度、噪聲及排放等性能指標(biāo)得到明顯改善，并有利于改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性。4. 可實(shí)現(xiàn)共軌壓力的閉環(huán)控制。共軌上的壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋共軌中的壓力，通過控制PCV的電流來調(diào)整進(jìn)入共軌的燃油量和軌道壓力，形成獨(dú)立的共軌壓力閉環(huán)子系統(tǒng)。5. 共軌沿發(fā)動(dòng)機(jī)縱向布置，高壓泵、共軌和噴油器各自的位置相互獨(dú)立，便于在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝和布置。6. 從技術(shù)總體實(shí)現(xiàn)難度上看，共軌系統(tǒng)組成較復(fù)雜，機(jī)械、液力和電子、電磁閥耦合程度高，加工制造、控

15、制匹配要求的水平高，與第二代時(shí)間控制式相比，具有性能好的同時(shí)，開發(fā)難度也加大。第44頁，共50頁。1. 電子控制軸向壓縮式分配泵系統(tǒng)的組成 SDI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制軸向壓縮式分配泵系統(tǒng)1 加速踏板位置傳感器 2 制動(dòng)燈開關(guān) 3 離合器開關(guān) 4 車速信號(hào) 5 轉(zhuǎn)速信號(hào) 6 電子節(jié)氣門 7 針閥升程傳感器 8 冷卻液溫度傳感器 9 進(jìn)氣溫度傳感器 10 燃油溫度傳感器 11 噴油泵 12 EGR閥 13 故障指示燈6.6 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)實(shí)例6.6.1 捷達(dá)SDI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制軸向壓縮式分配泵系統(tǒng)第45頁，共50頁。2. 電子控制單元 加速踏板位置傳感器轉(zhuǎn)速傳感器針閥升程傳感器水溫傳感器進(jìn)氣溫度傳感器燃?xì)鉁囟葌鞲衅骺諝饬髁坑?jì)車速傳感器離合器開關(guān)制動(dòng)燈開關(guān)噴油泵廢氣再循環(huán)渦輪增壓故障燈預(yù)熱系統(tǒng)控制單元第46頁，共50頁。 電控單元實(shí)物 第47頁，共50頁。2. 軸向壓縮分配泵SDI軸向分配泵零件圖1 燃油