汽車電子控制技術(shù)課件 -柴油機(jī)電控系統(tǒng)

柴油機(jī)電控系統(tǒng)一、柴油機(jī)電控系統(tǒng)概述二、柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)課題一柴油機(jī)電控系統(tǒng)概述一、柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用概況電子控制技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，早在20世紀(jì)70年代，柴油機(jī)電控技術(shù)已受到許多技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的重視，并著手開(kāi)發(fā)柴油機(jī)電子控制技術(shù)。改善柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，降低排放和噪聲，是柴油機(jī)研制和生產(chǎn)部門的主要目標(biāo)。按對(duì)噴油量、噴油正時(shí)、噴油速率和噴油壓力等控制方式，電控技術(shù)在柴油機(jī)供給系統(tǒng)中的應(yīng)用，經(jīng)歷了“位置控制”、“時(shí)間控制”、“壓力控制”3個(gè)階段。隨著電控技術(shù)在汽車柴油機(jī)上應(yīng)用的日益增多，達(dá)到了汽油機(jī)的水平，在轎車和輕型車動(dòng)力競(jìng)爭(zhēng)中，柴油機(jī)的發(fā)展勢(shì)頭令人矚目，豪華客車、重型汽車中，柴油機(jī)更是一統(tǒng)天下。二、柴油機(jī)電控系統(tǒng)的特點(diǎn)柴油機(jī)電控技術(shù)與汽油機(jī)電控技術(shù)有許多相似之處，整個(gè)系統(tǒng)都是由傳感器、電子控制單元和執(zhí)行器三大部分組成。柴油機(jī)電控技術(shù)有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是其關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)難點(diǎn)就柴油噴射電控執(zhí)行器上；二是柴油電控噴射系統(tǒng)的多樣化。采用電控技術(shù)的現(xiàn)代柴油機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)如下：（1）提高了燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性；（2）改善了工作可靠性；（3）低溫起動(dòng)更容易；（4）運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定，適應(yīng)性能更強(qiáng)；（5）精確的動(dòng)力輸出和負(fù)荷匹配；（6）實(shí)現(xiàn)了增壓控制；（7）結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便。三、柴油機(jī)電控系統(tǒng)的基本組成與工作原理1.柴油機(jī)電控系統(tǒng)的基本組成與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)一樣，柴油機(jī)電控系統(tǒng)由信號(hào)輸入裝置、電子控制單元ECU和執(zhí)行元件3部分組成。1）信號(hào)輸入裝置。信號(hào)輸入裝置（傳感器和一些控制開(kāi)關(guān)）用來(lái)檢測(cè)柴油機(jī)與汽車的運(yùn)行狀態(tài)，并將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成電壓號(hào)輸送給ECU。2）電控單元ECU。電控單元ECU的功用是根據(jù)各傳感器輸入信號(hào)和內(nèi)存程序，計(jì)算出噴油量和噴油開(kāi)始時(shí)刻，并向執(zhí)行元件發(fā)出指令信號(hào)。3）執(zhí)行元件。柴油機(jī)電控系統(tǒng)中所用的執(zhí)行元件與汽油機(jī)有很大的不同，特別是在燃油噴射控制所用的執(zhí)行元件?，F(xiàn)代汽車柴油機(jī)電控系統(tǒng)在燃油噴射控制中所用的執(zhí)行元件遠(yuǎn)比汽油機(jī)復(fù)雜，技術(shù)含量也要高得多。2．柴油機(jī)電控系統(tǒng)的工作原理機(jī)電子控制系統(tǒng)基本工作原理與汽油機(jī)電子控制系統(tǒng)一樣，各種輸入信號(hào)通過(guò)傳感器及其他信號(hào)輸入裝置輸入電子控制單元，經(jīng)輸入回路或模／數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器輸入微機(jī)。當(dāng)有傳感器檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)的某一實(shí)際參數(shù)輸入微機(jī)后，首先與存儲(chǔ)器中的相應(yīng)參數(shù)和最優(yōu)運(yùn)行結(jié)果比較，如果兩者相同，則電控系統(tǒng)保持原狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)按當(dāng)前狀態(tài)運(yùn)行。實(shí)際參數(shù)偏離目標(biāo)參數(shù)時(shí)，微機(jī)將根據(jù)偏離值的大小和方向按一定的控制對(duì)策進(jìn)行有關(guān)信息的處理。四、應(yīng)用在柴油機(jī)上電子控制系統(tǒng)燃油噴射控制系統(tǒng)怠速控制系統(tǒng)進(jìn)氣控制系統(tǒng)增壓控制系統(tǒng)排放控制系統(tǒng)起動(dòng)控制系統(tǒng)巡航控制系統(tǒng)柴油機(jī)與自動(dòng)變速器的綜合控制系統(tǒng)故障自診斷和失效保護(hù)系統(tǒng)課題二柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)一、柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的組成和分類1.柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的組成柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器和ECU組成。柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的組成如圖5-1所示。圖5-1柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的組成2．柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的分類柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)根據(jù)其產(chǎn)生高壓燃油的機(jī)構(gòu)，也可分為直列泵電控噴射系統(tǒng)、電控分配泵噴射系統(tǒng)、泵噴嘴電控噴射系統(tǒng)、共軌式電控噴射系統(tǒng)。其中共軌式電控燃油噴射是電控技術(shù)發(fā)展起來(lái)所形成的新型噴射機(jī)構(gòu)。、二、電控直列泵燃油噴射系統(tǒng)在電控直列泵燃油噴射系統(tǒng)中，由調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制調(diào)節(jié)齒桿的位置，從而控制供油量；由提前器執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸和噴油泵凸輪軸間的相位差，從而控制噴油時(shí)間。調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和提前器執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子控制直列泵燃油系統(tǒng)中的兩個(gè)特殊機(jī)構(gòu)。圖5-2電控直列泵燃油系統(tǒng)的組成1．基本組成與工作原理圖5-2為電子控制直列泵燃油噴射系統(tǒng)的組成。從各個(gè)傳感器傳來(lái)的信號(hào)用計(jì)算機(jī)控制中心的微型計(jì)算機(jī)處理。圖5-3電控直列泵燃油噴射系統(tǒng)的控制框圖三、電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)1．系統(tǒng)組成進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，各種電子控制式分配泵相繼問(wèn)世。電控分配泵都是在VE型分配泵的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電子控制的。電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖5-4所示，該系統(tǒng)是由傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行器3大部分組成的，其組成框圖如圖5-5所示。圖5-4電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖5-5電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)的控制框圖圖電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器的信號(hào)檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，由電子控制單元完成以下控制：(1)噴油量控制。(2)噴油時(shí)間控制。(3)怠速轉(zhuǎn)速控制。(4)故障診斷功能。(5)故障應(yīng)急功能。1．位置控制式電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)位置控制式電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)是將VE型分配泵中的機(jī)械調(diào)速器轉(zhuǎn)換成電子控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其基本特點(diǎn)是：保留了機(jī)械分配泵的溢油環(huán)，采用旋轉(zhuǎn)式電磁鐵，因此不用杠桿。電磁鐵中控制軸旋轉(zhuǎn)子改變了控制軸下端偏心球的位置，直接控制溢油環(huán)，控制噴油量。1）噴油量的控制噴油量的控制原理如圖5-6所示。ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)計(jì)算出目標(biāo)噴油量，并將結(jié)果輸出到驅(qū)動(dòng)回路；驅(qū)動(dòng)回路根據(jù)ECU的指令一邊反饋控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，一邊控制輸出。這樣，把VE型分配泵的溢油環(huán)控制在目標(biāo)位置，從而控制噴油量。2)噴油時(shí)間控制噴油時(shí)間的控制原理如圖5-7所示。圖5-6噴油量的控制原理圖5-7噴油時(shí)間的控制原理3．時(shí)間控制式電控分配泵燃油噴射系統(tǒng)電子控制單元內(nèi)設(shè)有時(shí)鐘，通過(guò)時(shí)鐘控制噴油終了時(shí)刻，從而控制噴油量。時(shí)間控制式電子控制分配泵燃油噴射系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是取消了原VE型分配泵上的溢油環(huán)，在進(jìn)油通路上設(shè)置一個(gè)電磁溢流閥，其噴油量控制原理如圖5-8所示。圖5-8噴油量的時(shí)間控制原理四、電控泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)1．系統(tǒng)組成電控泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)主要由泵噴嘴、驅(qū)動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)、電子控制單元(ECU)、各種傳感器等組成，如圖5-9所示。圖5-9電控泵噴嘴系統(tǒng)的組成2．泵噴嘴噴油器1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖5-10所示，泵噴嘴噴油器安裝在柴油機(jī)原普通噴油器的位置上，其外形也與普通噴油器相似。如圖5-11所示，泵噴嘴噴油器實(shí)質(zhì)上是由噴油泵、噴油器和電磁控制閥三部分組成的。圖5-10泵噴嘴噴油器安裝位置圖5-11泵噴油器的結(jié)構(gòu)示意圖1-噴油凸輪；2-搖臂；3-球頭螺栓；4-泵油柱塞；5-泵油柱塞回位彈簧；6-電磁控制閥；7-電磁控制閥閥體；8-電磁控制閥針閥；9-噴油針閥；10-泵噴油器殼體；11-噴油針閥阻尼器；12-噴油針閥回位彈簧；13-輔助柱塞；14-電磁控制閥針閥回位彈簧；a-高壓油腔；b-回油道；c-低壓油道2)工作過(guò)程泵噴油器的噴油過(guò)程可分為預(yù)噴油和主噴油兩個(gè)階段．也可以分為預(yù)噴油、預(yù)噴油結(jié)束、主噴油、主噴油結(jié)束及高壓油腔進(jìn)油5個(gè)過(guò)程。噴油時(shí)間和噴油量由輔助柱塞、噴油針閥、噴油針閥復(fù)位彈簧、噴油針閥阻尼器與電磁控制閥共同控制。(1)預(yù)噴油(2)預(yù)噴油結(jié)束(3)主噴油(4)主噴油結(jié)束(5)高壓油腔進(jìn)油五、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)1．系統(tǒng)特點(diǎn)電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)與采用普通凸輪驅(qū)動(dòng)的泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)相比，電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配時(shí)方便靈活多了，其突出的優(yōu)點(diǎn)可歸納如下。(1)廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。(2)自由調(diào)節(jié)噴油壓力（共軌壓力控制）。(3)自由調(diào)節(jié)噴油量。(4)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射、主噴射和后噴射等多段噴射。(5)噴油壓力與實(shí)際使用工況相適應(yīng)。(6)噴油正時(shí)和噴油壓力在ECU中由存儲(chǔ)的特性曲線譜(MAP)算出。2．系統(tǒng)組成從功能方面組成分析，電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)可以分成電子控制和燃料供給兩大子系統(tǒng)，其組成如圖5-12所示。燃料供給系統(tǒng)主要由供油泵、共軌和噴油器組成，如圖5-13所示。圖5-12電控共軌燃油噴射系統(tǒng)的組成圖5-13電控共軌燃油系統(tǒng)燃油供給部分3．系統(tǒng)的工作原理電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的工作原理如圖5-14所示。圖5-14電控高壓共軌燃油系統(tǒng)的工作原理4．系統(tǒng)的控制功能1)調(diào)節(jié)噴油壓力（共軌壓力）2)調(diào)節(jié)噴油量3)調(diào)節(jié)噴油率4)調(diào)節(jié)噴油時(shí)間5．系統(tǒng)的噴射方式電控共軌燃油系統(tǒng)噴射方式有2種：二段噴油法和多段噴油法。1)二段噴油法2)多段噴油法多段噴油構(gòu)成中，各段噴油的作用如圖5-15所示。圖5-15各段噴油的作用噴射

引導(dǎo)噴射通過(guò)預(yù)混合燃燒，降低顆粒排放效果預(yù)噴射縮短主噴射的著火延遲，降低NOX和燃燒噪聲后噴射促進(jìn)擴(kuò)散燃燒，降低顆粒排次后噴射排溫升高，通過(guò)供還原劑，促進(jìn)后處理（催化劑）6．系統(tǒng)的主要部件電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要部件有預(yù)供油泵、燃油濾清器、高壓油泵、壓力控制閥、高壓共軌管、限壓閥、流量限制器、噴油器等，各部件在發(fā)動(dòng)機(jī)上的分布位置如圖5-16所示。圖5-16電控高壓共軌燃油系統(tǒng)各主要部件的分布位置1）預(yù)供油泵電控高壓共軌燃油系統(tǒng)中所采用預(yù)供油泵分為電動(dòng)式預(yù)供油泵和齒輪式預(yù)供油泵兩種。（1)滾柱式電動(dòng)油泵滾柱式電動(dòng)油泵主要由泵、電動(dòng)機(jī)、端蓋3個(gè)部分組成，如圖5-17所示。（2)齒輪泵式預(yù)供油泵齒輪泵由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的齒輪構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖5-18所示。圖5-17電動(dòng)油泵的構(gòu)造圖5-18機(jī)械式預(yù)供油泵2）燃油濾清器為了使油泵、噴油器等元件保持清潔，在燃油供給系統(tǒng)中安裝燃油濾清器。除此之外，燃油濾清器還可以減少燃油中水對(duì)噴油器的腐蝕。濾清器中有一個(gè)儲(chǔ)水室（見(jiàn)圖5-19）。調(diào)整放水螺釘可以排除濾清器中的水。圖5-19燃油濾清器（帶油水分離器）3）高壓油泵（1)高壓油泵的結(jié)構(gòu)組成高壓油泵主要由泵體、切斷閥、安全閥、壓力控制閥等部件組成，如圖5-20和圖5-21所示。在高壓油泵內(nèi)部，燃油通3個(gè)呈120°放射狀的泵活塞組成。圖5-20高壓油泵的組成圖5-21高壓油泵的斷面圖（2)高壓油泵的工作過(guò)程

燃油通過(guò)帶有油水分離器的燃油濾清量過(guò)濾，預(yù)供油泵通過(guò)進(jìn)油管和安全閥泵將燃油輸送至高壓油泵。使燃油強(qiáng)制通過(guò)安全閥處的節(jié)流孔，進(jìn)入高壓油泵的潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)。帶有偏心凸輪的驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)3個(gè)泵柱塞隨著凸輪的形狀上下運(yùn)動(dòng)。壓力達(dá)到安全閥開(kāi)啟壓力時(shí)，油泵泵出的油將通過(guò)高壓油泵進(jìn)油閥進(jìn)入泵腔，此時(shí)泵腔中的活塞向下運(yùn)動(dòng)（吸油過(guò)程）。當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)油閥關(guān)閉。當(dāng)泵腔中的油壓超過(guò)輸送過(guò)程中正常壓力時(shí)，壓力會(huì)再增加從而打開(kāi)出油閥，將油輸送到高壓油路。泵活塞繼續(xù)輸送燃油，一直到上止點(diǎn)（壓油過(guò)程），之后壓力迅速下降，活塞回位，出油閥關(guān)閉，直到活塞再次向下運(yùn)動(dòng)。泵腔中的壓力降到油泵壓力以下時(shí)，進(jìn)油閥再次起動(dòng)，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。4）壓力控制閥壓力控制閥的組成如圖5-22所示，其主要由電磁鐵、彈簧、電樞、球閥等組成。壓力控制閥的工作過(guò)程：(2)壓力控制閥通電時(shí)(1)壓力控制閥不通電時(shí)圖5-22壓力控制閥的組成6）限壓閥限壓閥的構(gòu)造如圖5-24所示，由底座螺絲、一端連接到油箱的回油管、可移動(dòng)的柱塞、彈簧等部件組成。7）流量限制器流量限制器的結(jié)構(gòu)如圖5-25所示，流量限制器主要由柱塞、彈簧、底座、外殼等零件組成，流量限制器內(nèi)部有一個(gè)柱塞，通過(guò)彈簧直接與共軌高壓蓄壓器相連。圖5-23共軌高壓蓄壓器的組成圖5-25流量限制器的結(jié)構(gòu)8）噴油器噴油始點(diǎn)和噴油數(shù)量是通過(guò)電觸發(fā)噴油器控制的，其結(jié)構(gòu)如圖5-26所示，主要由噴油嘴部分、油壓活塞部分和電磁閥部分組成。圖5-26