柴油機電控技術(shù)簡介教案.doc

汽車發(fā)動機電控技術(shù)教案第六章 柴油機電控技術(shù)簡介課程名稱汽車發(fā)動機電控技術(shù)總學(xué)時：4學(xué)時講 課：4學(xué)時實 習(xí)：0學(xué)時課程性質(zhì)理論課任課教師職 稱授課對象專業(yè) 年班級 教學(xué)目的和要 求掌握柴油機的三代電控燃油噴射系統(tǒng)的劃分方法及其在噴油量控制、噴射壓力控制、噴射定時控制、噴油速率控制等方面的區(qū)別；掌握柴油機電控系統(tǒng)是如何實現(xiàn)噴油過程和進氣過程的綜合管理的；了解柴油機電子控制燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢；柴油機廢氣后處理各種措施及相應(yīng)裝置的基本工作原理。教學(xué)重點和難 點掌握柴油機電控系統(tǒng)是如何實現(xiàn)噴油過程和進氣過程以及三代柴油電控燃油噴射系統(tǒng)的工作原理。教學(xué)進程第 次課第1次課第2次課第3次課授課章節(jié)柴油機電控技術(shù)概述、柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的功能與組成柴油機供（噴）油量控制、供（噴）油正時控制柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)實例學(xué) 時112備 注教案（章節(jié)備課） 學(xué)時第1 節(jié)概 述教案內(nèi)容一、柴油機電控技術(shù)的發(fā)展柴油機電控技術(shù)是在解決能源危機和排放污染兩大難題的背景下，在飛速發(fā)展的電子控制技術(shù)平臺上發(fā)展起來的。汽油機電控技術(shù)的發(fā)展為柴油機電控技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗。柴油機電控技術(shù)發(fā)展的三個階段：位置控制、時間控制、時間壓力控制（壓力控制）第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)（常規(guī)壓力電控噴油系統(tǒng)）特點：結(jié)構(gòu)不需改動，生產(chǎn)繼承性好，便于對現(xiàn)有柴油機進行升級換代。系統(tǒng)響應(yīng)慢、控制頻率低、控制自由度小、控制精度不夠高，噴油壓力無法獨立控制。第二代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)（高壓電控噴油系統(tǒng)）改變了傳統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，主要以電控共軌（各缸噴油器共用一個高壓油管）式噴油系統(tǒng)為特征，直接對噴油器的噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油規(guī)律、噴油壓力等進行“時間壓力控制”或“壓力控制”。特點：通過設(shè)置傳感器、電控單元、高速電磁閥和相關(guān)電/液控制執(zhí)行元件等，組成數(shù)字式高頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有電磁閥的通、斷電時刻和通、斷電時間控制噴油泵的供油量和供油正時。但供油壓力還無法獨立控制。二、柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點1.改善低溫起動性。2.降低氮氧化物和煙度的排放。3.提高發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。4.提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。5.控制渦輪增壓。6.適應(yīng)性廣。第2節(jié)柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的功能與組成教案內(nèi)容一、柴油機電控系統(tǒng)的功能1.燃油噴射控制（1）供（噴）油量控制（2）供（噴）油正時控制（3）供（噴）油速率和供（噴）油規(guī)律的控制（4）噴油壓力的控制（5）柴油機低油壓保護（6）增壓器工作保護2.怠速控制（1）怠速轉(zhuǎn)速的控制（2）各缸均勻性的控制3.進氣控制（1）進氣節(jié)流控制（2）可變進氣渦流控制（3）可變配氣正時控制4.增壓控制5.排放控制6.起動控制7.巡航控制8.故障自診斷和失效保護9.柴油機與自動變速器的綜合控制二、柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的組成柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)除了控制噴油量外，對噴油正時和噴油的壓力都有很高的要求。（柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的噴油壓力較高約為19.6MPa）各種柴油電控系統(tǒng)的區(qū)別在于控制功能、傳感器的數(shù)量和類型、執(zhí)行元件的類型、控制軟件、主要電控元件的結(jié)構(gòu)原理和安裝位置，但基本組成與其他電子控制系統(tǒng)一致，也是由傳感器、執(zhí)行元件三部分組成。1.傳感器（1）加速踏板位置傳感器（2）反饋信號傳感器（3）燃油溫度傳感器（4）其他傳感器和信號開關(guān)2.柴油機控制根據(jù)各傳感器輸入信號和內(nèi)存程序，計算出供（噴）油量和供（噴）油開始時刻，并向執(zhí)行元件發(fā)出執(zhí)令信號。3.執(zhí)行元件執(zhí)行的指令，調(diào)節(jié)柴油機的供（噴）油量和供（噴）油正時。第3節(jié)柴油機供（噴）油量控制教案內(nèi)容一、位置控制方式柴油機供（噴）油量的控制方法隨供給系統(tǒng)的類型而異。第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)主要以電控直列柱塞泵或電控轉(zhuǎn)子分配泵為特征。1.直列柱塞泵的供油量控制“位置控制”的直列柱塞泵供油量控制裝置一般采用占空比控制型電磁閥（簡稱占空比電磁閥）式或直流電動機式電子調(diào)速器。2.轉(zhuǎn)子分配泵的供油量控制“位置控制”的轉(zhuǎn)子分配泵供油量控制裝置，一般采用轉(zhuǎn)子式或占空比電磁閥式電子調(diào)速器。第一代 位置控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)不僅保留了傳統(tǒng)的泵管嘴系統(tǒng)，還保留了原噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的機械傳動機構(gòu)，只是對齒條或者滑套的運動位置予以電子控制。日本Denso公司的ECDV1，德國Bosch公司的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都屬于位置控制的電控分配泵系統(tǒng)。日本Zexel公司的COPEC，德國Bosch公司的EDR系統(tǒng)和美國Caterpillar公司的PEEC系統(tǒng)等都屬于位置控制的電控直列泵系統(tǒng)。二、時間控制方式供油量的“位置控制”特點是用模擬量來控制執(zhí)行元件工作，通過對噴油泵油量控制機構(gòu)的定位來得到所需的供油量。不論采用何種類型的電子調(diào)速器，總是需要由部分機械裝置來完成對噴油泵供油量的調(diào)節(jié)，也會降低控制精度和響應(yīng)速度。所以繼供油量“位置控制”之后出現(xiàn)了“時間控制”。1.轉(zhuǎn)子分配泵的供油量控制在回油通道中安裝一個有控制的高速電磁閥來控制回油通道的開閉，也就實現(xiàn)供油量的“時間控制”。“時間控制”的轉(zhuǎn)子分配泵取消了油量控制滑套和泵油柱塞上的回油槽（或孔）。2.噴油器的供油量控制取消了原燃油系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的調(diào)速器和噴油器中的計量裝置，使燃油供給系統(tǒng)大為簡化。高速電磁閥關(guān)閉的時刻即是噴油開始時刻，高速電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時間決定了噴油量。第二代 時間控制系統(tǒng)時間控制系統(tǒng)是用高速強力電磁閥直接控制高壓燃油，一般情況下，電磁閥關(guān)閉，開始噴油；電磁閥打開，噴油結(jié)束。噴油始點取決于電磁閥關(guān)閉時刻，噴油量取決于電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時間。傳統(tǒng)噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽和提前期等全部取消，對噴射定時和噴射油量控制的自由度更大。日本Zexel公司的Model-1電控分配泵，美國Detroit公司的DDEC電控泵噴嘴、德國Bosch公司的EUP13電控單體泵都屬于時間控制系統(tǒng)。我國教案內(nèi)容專家歐陽明高和丹麥Sorenson研制的“泵管閥嘴（Pump/Pipe/Valve/InjectorPPVI）”電控燃油噴射系統(tǒng)也屬于第二代電控噴射系統(tǒng)。三、時間壓力控制方式第二代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)中最典型的是電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)。在電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)中，對噴油量的控制采用“時間壓力控制”或“壓力控制”，用的最多的是“時間壓力控制”方式。在該系統(tǒng)中，控制供油壓力調(diào)節(jié)閥使噴油器的噴油壓差保持不變，再通過控制三通電磁閥工作實現(xiàn)噴油量和噴油正時的控制。電磁閥通電開始時刻決定了噴油的開始時刻，其通電時間決定噴油量。四、壓力控制方式在后期開發(fā)的柴油機電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)中，為降低對供油壓力的要求，噴油量的控制采用控制噴油壓力的方法實現(xiàn)，即噴油量的“壓力控制”方式。噴油器噴孔尺寸一定，噴油時間一定，控制噴油壓力即可控制噴油量；而在增壓活塞和柱塞尺寸一定時，噴油壓力（即增壓壓力）取決于共軌中的油壓，共軌中的油壓是由根據(jù)各種傳感器信號通過燃油壓力調(diào)節(jié)閥來控制的，所以將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。在系統(tǒng)中，根據(jù)實際的共軌壓力信號對共軌壓力進行閉環(huán)控制。第三代 共軌電控噴射系統(tǒng)共軌式電控噴射系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的柱塞泵脈動供油的原理，通過油錘響應(yīng)、液力增壓、共軌蓄壓或者高壓共軌等形式形成高壓。采用壓力時間式燃油計量原理，用電磁閥控制噴射過程，可以實現(xiàn)對噴射油量和噴射定時的靈活控制。 高壓共軌系統(tǒng)被世界內(nèi)燃機行業(yè)公認為20世紀(jì)三大突破之一，將成為21世紀(jì)柴油機燃油系統(tǒng)的主流。德國Bosch公司、日本Denso公司和英國Lucas公司都研制出了電控高壓共軌系統(tǒng)，并開始小批量向市場供貨。 德國戴姆勒奔馳公司利用Bosch公司的技術(shù)首先在世界范圍內(nèi)推出了采用新型高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的4氣門直噴式柴油機，并用于A、C級轎車上。日本Hino公司利用Denso公司的技術(shù)在新型K13C型柴油發(fā)動機和J系列柴油發(fā)動機上均采用了高壓共軌系統(tǒng)，日本Mitsubishi公司也利用Denso公司的技術(shù)在重型柴油發(fā)動機上應(yīng)用了高壓共軌系統(tǒng)。第三代 共軌電控噴射系統(tǒng)基本特點：高壓共軌系統(tǒng)利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，并消除燃油中的壓力波動，然后再輸送給每個噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實現(xiàn)噴射的開始和終止。其主要特點可以概括如下： 1.共軌腔內(nèi)的高壓直接用于噴射，可以省去噴油器內(nèi)的增壓機構(gòu)；而且共軌腔內(nèi)是持續(xù)高壓，高壓油泵所需的驅(qū)動力矩比傳統(tǒng)油泵小得多。 2.通過高壓油泵上的壓力調(diào)節(jié)電磁閥，可以根據(jù)發(fā)動機負荷狀況以及經(jīng)濟性和排放性的要求對共軌腔內(nèi)的油壓進行靈活調(diào)節(jié)，尤其優(yōu)化了發(fā)動機的低速性能。3.通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時，噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調(diào)節(jié)不同工況下預(yù)噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。教案內(nèi)容第三代共軌電控噴射系統(tǒng)典型系統(tǒng)高壓共軌系統(tǒng)由五個部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元、各類傳感器和執(zhí)行器。供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的進油口，由發(fā)動機驅(qū)動的高壓油泵將燃油增壓后送入共軌腔內(nèi)，再由電磁閥控制各缸噴油器在相應(yīng)時刻噴油。第三代共軌電控噴射系統(tǒng)噴射系統(tǒng)預(yù)噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內(nèi)發(fā)生預(yù)混合或者部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內(nèi)壓力升高率和峰值壓力都會下降，發(fā)動機工作比較緩和，同時缸內(nèi)溫度降低使得NOX排放減小。預(yù)噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統(tǒng)的冷起動性能。主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內(nèi)噴入氣缸內(nèi)的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時間從而縮短緩燃期，使燃燒在發(fā)動機更有效的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳氫排放。第4節(jié)柴油機供（噴）油正時控制教案內(nèi)容傳統(tǒng)柴油機供給系統(tǒng)中，都是采用機械離心式或液壓式供油提前角自動調(diào)節(jié)器來控制噴油泵的供油正時，間接實現(xiàn)對噴油器噴油正時的調(diào)節(jié)。而在柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)中，一般都是由ECU根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速、負荷等傳感器信號對供（噴）油正時進行控制。在第二代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)和部分采用“時間控制”供（噴）油量的第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)中，取消了傳統(tǒng)的供（噴）油提前角自動調(diào)節(jié)器，采用由ECU控制的高速電磁閥控制供（噴）油的開始時刻（即正時），并增加供（噴）油正時傳感器，實現(xiàn)了供（噴）油正時的閉環(huán)控制。一、直列柱塞泵供油正時電控系統(tǒng)直列柱塞泵供油正時電控系統(tǒng)由正時控制器、電磁閥、柴油機轉(zhuǎn)速傳感器、正時傳感器和ECU等組成。兩個電磁閥分別安裝在正時控制器進、回油路中，控制正時控制器工作的液壓油來自柴油機潤滑系。正時控制器安裝在噴油泵驅(qū)動軸與凸輪軸之間，受液壓控制的正時控制器可使噴油泵凸輪軸相對驅(qū)動軸在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。柴油機轉(zhuǎn)速傳感器安裝在噴油泵驅(qū)動軸上， ECU主要根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負荷傳感器信號確定基本供油提前角，再根據(jù)冷卻液溫度等傳感器信號進行修正，并通過兩個電磁閥控制正時控制器工作，來實現(xiàn)對噴油泵供油正時的控制。正時傳感器安裝在噴油泵凸輪軸上，用來檢測凸輪軸的位置和轉(zhuǎn)角，ECU根據(jù)正時傳感器信號判斷實際的供油正時，并對供油正時進行閉環(huán)控制。二、轉(zhuǎn)子分配泵供油正時電控系統(tǒng)在第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子分配泵供油正時的控制通常是在原供油提前角自動調(diào)節(jié)器活塞兩側(cè)油腔之間增加一條液壓通道，并由ECU通過電磁閥控制該液壓通道來實現(xiàn)。ECU主要根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負荷傳感器信號確定基本供油提前角，再根據(jù)冷卻液溫度等傳感器信號進行修正，并通過電磁閥控制正時活塞左右兩側(cè)油腔內(nèi)的燃油壓力差，以改變正時活塞的位置；正時活塞左右移動時，通過傳動銷帶動轉(zhuǎn)子分配泵內(nèi)的滾輪架轉(zhuǎn)動，從而改變噴油泵的供油正時。正時傳感器（正時活塞位置傳感器）為差動電感式。傳感器鐵心隨正時活塞移動，傳感器線圈內(nèi)產(chǎn)生與活塞位置成正比的電壓（自感電動勢）信號,ECU根據(jù)此傳感器信號對噴油泵供油正時進行閉環(huán)控制。第5節(jié)柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)實例教案內(nèi)容一、本電裝公司1系統(tǒng) 日本豐田公司柴油轎車最早裝用的就是由日本電裝公司開發(fā)的ECDV1系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵的基礎(chǔ)上，加裝電子控制裝置而形成的。主要傳感器包括：發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、加速踏板位置傳感器、滑套位置傳感器、正時活塞位置傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、車速傳感器、空檔開關(guān)、起動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)等。 ECDV1系統(tǒng)的控制功能包括：燃油噴射控制、進氣節(jié)流控制、預(yù)熱塞控制、自診斷和安全保護功能等。二、本電裝公司3系統(tǒng)日本電裝公司開發(fā)的ECDV3系統(tǒng)也是在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵基礎(chǔ)上，增加電子控制裝置形成的柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)。與ECDV1系統(tǒng)相比，主要是噴油量控制方法不同，ECDV3系統(tǒng)是通過控制噴油時間來實現(xiàn)對噴油量控制的，即ECU在確定噴油器的噴油開始時刻后，再通過回油控制電磁閥來控制柱塞泵回油的時刻（即停止噴油的時刻），以此來控制噴油量；為控制噴油時間，在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵內(nèi)增設(shè)了泵角傳感器。泵角傳感器采用電磁感應(yīng)式，向ECU提供噴油泵凸輪軸位置和轉(zhuǎn)角信號。 此外，ECDV3系統(tǒng)裝用光電式著火正時傳感器，對噴油正時實施反饋控制。發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器安裝在曲軸上。三、本五十鈴公司系統(tǒng)五十鈴公司TEC（全電子控制式）是在轉(zhuǎn)子分配式噴油泵基礎(chǔ)上，增加電子控制裝置形成的全電子控制式柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特點是：具有巡航控制功能，設(shè)有燃油溫度傳感器，不對噴油正時進行反饋控制。此外，加速踏板位置傳感器采用差動電感式；進氣節(jié)流（節(jié)氣門）不受ECU控制。四、直列柱塞泵電控系統(tǒng)裝用直流電動機式電子調(diào)速器的直列柱塞泵電控系統(tǒng)，用電子調(diào)速器取代原有的機械調(diào)速器，以實現(xiàn)對噴油量的控制；用正時控制器取代原有的機構(gòu)離心式供油提前角自動調(diào)節(jié)器，來對噴油正時進行控制；并設(shè)有油量調(diào)節(jié)拉桿（或齒條）位置傳感器和正時傳感器，對噴油量和噴油正時的控制均采用閉環(huán)控制方式。五、美國CaterPillar公司HEUI系統(tǒng)該系統(tǒng)具有共軌式柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，屬第二代電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制功能包括：燃油噴射控制、進氣控制、起動控制、故障自診斷、失效保護和應(yīng)急備用，同時還具有與其他控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。HEUI系統(tǒng)的噴油量控制采用了“壓力控制”方式，通過由傳感器、ECU和執(zhí)行元件等組成的控制系統(tǒng)，對循環(huán)噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力進行控制。六、本電裝公司系統(tǒng)該系統(tǒng)主要用于載重汽車裝用的柴油機上，日本日野汽車公司、三菱汽車公司和日產(chǎn)汽車公司生產(chǎn)的載重汽車柴油機多數(shù)采用ECD系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有共軌式噴油系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，屬于第二代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)，ECD系統(tǒng)的組成，由各種傳感器、ECU、燃油壓力控制閥和三通電磁閥等組成的控制系統(tǒng)，對噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力進行“時間壓力控制”。作 業(yè)1.柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點有哪些？2.柴油機電控系統(tǒng)的功能有哪些？3.柴油機電控燃