6 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)簡(jiǎn)介

第六章柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)簡(jiǎn)介1目標(biāo)要求1、掌握柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)基本組成；2、掌握柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的控制內(nèi)容；3、掌握柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的控制特點(diǎn)；4、了解柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的類(lèi)型；5、了解柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)；6、了解典型的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的工作原理及控制特點(diǎn)。2一、概述1、柴油電控技術(shù)的發(fā)展柴油機(jī)電控技術(shù)是在解決能源危機(jī)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(tái)上發(fā)展起來(lái)的。汽油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展為柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。柴油機(jī)電控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，經(jīng)歷了三代：位置控制時(shí)間控制時(shí)間－壓力控制（壓力控制）3第一代（位置控制方式）柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)（常規(guī)壓力電控噴油系統(tǒng)）保留了傳統(tǒng)柴油機(jī)供給系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，只是取消了機(jī)械控制部件（調(diào)速器等），增加了傳感器、ECU、執(zhí)行器等組成的控制系統(tǒng)，使控制精度和響應(yīng)速度得以提高。優(yōu)點(diǎn)：柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)幾乎不需改動(dòng)，便于對(duì)現(xiàn)有柴油機(jī)進(jìn)行升級(jí)換代。缺點(diǎn)：響應(yīng)慢，控制精度不高，供油壓力不能控制。在直列柱塞泵上實(shí)施位置控制的有：日本電裝公司的ECD-P1、ECD-P2、ECD-P3系統(tǒng)；德國(guó)波許公司的EDR系統(tǒng)；美國(guó)的PEEC系統(tǒng)等。在分配泵上實(shí)施位置控制的有：日本電裝公司的ECD-V1系統(tǒng)；德國(guó)波許的EDC系統(tǒng)；美國(guó)的PCF系統(tǒng)等。4第二代（時(shí)間控制方式）柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)（高壓電控噴油系統(tǒng)）基本保留了傳統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，通過(guò)高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時(shí)噴射。一般情況下，電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油；電磁閥打開(kāi)，噴油結(jié)束。因此可實(shí)現(xiàn)供油量控制，又可實(shí)現(xiàn)供油正時(shí)的控制。優(yōu)點(diǎn)：控制自由度更大，供油加壓與供油調(diào)節(jié)在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，使噴油泵結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，強(qiáng)度得到提高。高壓噴油能力大大加強(qiáng)。缺點(diǎn)：供油壓力無(wú)法控制。在分配泵上實(shí)施時(shí)間控制的有：日本電裝公司的ECD-V3系統(tǒng)；美國(guó)Stanadyne公司的DS型和RS型（DS型已用于GM公司1994年的增壓柴油機(jī)上，RS型已用于GM公司的客貨兩用車(chē)和越野車(chē)）；日本豐田公司的ECD-2系統(tǒng)，等等。電控泵噴嘴系統(tǒng)有：德國(guó)波許公司的PDE27/PDE28系統(tǒng)，等等。5第三代（時(shí)間-壓力方式）這是國(guó)外于20世紀(jì)90年代中期研制的一種新型柴油機(jī)電控技術(shù)?；靖淖兞藗鹘y(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(gè)高壓油管）式噴油系統(tǒng)為特征，直接對(duì)噴油器的噴油量、噴油正時(shí)、噴油速率和噴油規(guī)律、噴油壓力等進(jìn)行時(shí)間-壓力控制。油壓油泵并不直接控制噴油，而僅僅向共軌供油以維持所需的共軌壓力，并通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來(lái)控制噴射壓。優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)高壓噴射（最高達(dá)200Mpa），噴射壓力獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，具有良好的噴射特性。共軌噴射系統(tǒng)是柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。目前在卡車(chē)和轎車(chē)柴油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展速度十分驚人。國(guó)外典型共軌噴射系統(tǒng)：日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)；美國(guó)BKM公司的servojet系統(tǒng)；美國(guó)Caterpiller公司的HEUI系統(tǒng)，等等。62、電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)1）改善了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能和排放性能柴油機(jī)電控系統(tǒng)中，ECU根據(jù)傳感器信號(hào)精確計(jì)算噴油量和噴油正時(shí)。從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。2）提高了控制的靈活性只要改變ECU的控制程序和數(shù)據(jù)，一種噴油泵就能廣泛用在各種柴油機(jī)上，而且柴油機(jī)燃油噴射控制可與變速器控制、怠速控制等各種控制系統(tǒng)進(jìn)行組合實(shí)現(xiàn)集中控制，有利于縮短柴油機(jī)電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期，并降低成本，從而擴(kuò)大柴油機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。3）降低氮氧化物和煙度的排放采用柴油機(jī)電控技術(shù)，可精確地將噴油量控制在不超過(guò)冒煙界限的適當(dāng)范圍內(nèi)，同時(shí)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況調(diào)節(jié)噴油時(shí)刻，從而有效地抑制排煙74）改善低溫起動(dòng)性電子控制系統(tǒng)能夠以最佳的程序替代駕駛員進(jìn)行這種麻煩的起動(dòng)操作，使柴油機(jī)低溫起動(dòng)更容易。5）提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性采用柴油機(jī)電控系統(tǒng)，無(wú)論負(fù)荷怎樣增減，都能保證發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下以最低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，有利于提高其經(jīng)濟(jì)性。6）控制渦輪增壓采用電子控制技術(shù)可以對(duì)增壓裝置進(jìn)行精確的控制。83、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的控制內(nèi)容1）燃油噴射控制主要包括：供（噴）油量控制、供（噴）油正時(shí)控制、供（噴）油速率控制和噴油壓力控制等。2）進(jìn)氣控制主要包括進(jìn)氣節(jié)流控制、可變進(jìn)氣渦流控制、可變配氣正時(shí)控制和進(jìn)氣預(yù)熱控制等內(nèi)容。3）怠速控制主要包括怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性控制和怠速時(shí)各缸均勻性的控制。4）廢氣再循環(huán)控制包括廢氣再循環(huán)工況的確定和廢氣再循環(huán)量的控制。5）廢氣渦輪增壓壓力控制目的與汽油機(jī)相同，即防止增壓壓力過(guò)高使發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)壓力過(guò)高，或增壓壓力過(guò)低，造成空氣量不足使排氣溫度過(guò)高?？刂品绞揭曉鰤浩鞫?，主要有廢氣旁通通道控制和渦輪流通截面控制兩種方法。6）故障自診斷與帶故障運(yùn)行控制94、柴油機(jī)電控系統(tǒng)的組成柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)除了控制噴油量外，對(duì)噴油正時(shí)和噴油的壓力都有很高的要求。（柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的噴油壓力較高約為）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(lèi)型、執(zhí)行元件的類(lèi)型、ＥＣＵ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、ＥＣＵ、執(zhí)行元件三部分組成。1）傳感器加速踏板位置傳感器、反饋信號(hào)傳感器、燃油溫度傳感器等和信號(hào)開(kāi)關(guān)2）柴油機(jī)控制ＥＣＵ根據(jù)各傳感器輸入信號(hào)和內(nèi)存程序，計(jì)算出供（噴）油量和供（噴）油開(kāi)始時(shí)刻，并向執(zhí)行元件發(fā)出執(zhí)令信號(hào)。3）執(zhí)行元件執(zhí)行ＥＣＵ的指令，調(diào)節(jié)柴油機(jī)的供（噴）油量和供（噴）油正時(shí)。10二、柴油機(jī)供（噴）油量控制1、位置控制方式位置控制系統(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(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，只是對(duì)齒條或者滑套的運(yùn)動(dòng)位置予以電子控制。供（噴）油量控制特點(diǎn)：用電子調(diào)速器取代傳統(tǒng)機(jī)械離心式調(diào)速器。用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和加速踏板位置傳感器代替原有的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷傳感機(jī)構(gòu)（如離心飛塊、真空室等）；用ECU控制的電子執(zhí)行元件來(lái)代替機(jī)械離心式調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)和加速踏板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。11直列柱塞泵供油正時(shí)電控系統(tǒng)執(zhí)行元件：占空比控制型電磁閥反饋元件：齒條位置傳感器ECU控制電磁閥線(xiàn)圈的占空比→鐵芯產(chǎn)生電磁力→鐵芯推動(dòng)供油齒條移動(dòng)至與回位彈簧平衡→改變供油量通過(guò)齒條位置傳感器的反饋信號(hào)，得到齒條的實(shí)際位置，以此進(jìn)行反饋控制。電磁閥回位彈簧轉(zhuǎn)速傳感器供油拉桿各種傳感器ECU電子調(diào)速器占空比電磁閥轉(zhuǎn)速傳感器齒條位置傳感器反饋控制12轉(zhuǎn)子分配泵位置控制方式ECU控制電磁閥線(xiàn)圈的占空比→線(xiàn)圈的輸入電流變化→轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁力矩變化→偏心鋼球繞轉(zhuǎn)子軸中心線(xiàn)左右轉(zhuǎn)動(dòng)→滑套左右移動(dòng)→改變柱塞的回油時(shí)間→改變供油量通過(guò)滑套位置傳感器的反饋信號(hào)，得到滑套的實(shí)際位置，以此進(jìn)行反饋控制柱塞線(xiàn)圈滑套位置傳感器定子轉(zhuǎn)子軸偏心鋼球滑套定子偏心鋼球轉(zhuǎn)子軸偏心鋼球132、時(shí)間控制方式在回油通道中安裝一個(gè)由ECU控制的高速?gòu)?qiáng)力電磁閥來(lái)取代滑套控制回油通道的開(kāi)閉。一般情況下，電磁閥關(guān)閉開(kāi)始噴油；電磁閥打開(kāi)噴油結(jié)束。噴油始點(diǎn)取決于電磁閥關(guān)閉時(shí)刻，噴油量取決于電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間。可取消油量控制滑套，還可取消泵油柱塞上的回油槽。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器溢流控制閥（高速電磁閥）著火正時(shí)傳感器正時(shí)控制電磁閥噴油器143、時(shí)間－壓力控制方式第三代柴油機(jī)電控系統(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，各缸噴油器共用一個(gè)高壓油軌（即高壓油管）。對(duì)噴油量的控制采用時(shí)間－壓力控制或壓力控制，用的最多的是時(shí)間－壓力控制方式。共軌（Common-rail）噴油器燃油壓力傳感器高壓供油泵高速電磁閥15ECU加速踏板位置傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器凸輪軸位置傳感器高壓供油泵油泵壓力控制閥燃油壓力傳感器共軌管三通電磁閥單向節(jié)流閥控制室液壓活塞噴嘴針閥噴油器16三、典型柴油機(jī)電控系統(tǒng)1、日本電裝公司ECD－Ⅰ系統(tǒng)日本豐田公司柴油轎車(chē)最早裝的就是日本電裝公司開(kāi)發(fā)的ECD－

Ⅰ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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、加速踏板位置傳感器、滑套位置傳感器、正時(shí)活塞位置傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、車(chē)速傳感器、空檔開(kāi)關(guān)、起動(dòng)開(kāi)關(guān)、空調(diào)開(kāi)關(guān)等。控制功能包括：燃油噴射控制、進(jìn)氣節(jié)流控制、預(yù)熱塞控制、自診斷和安全保護(hù)功能等。17ECU正時(shí)控制電磁閥TCV正時(shí)活塞位置傳感器滑套控制電磁閥滑套位置傳感器斷油電磁閥轉(zhuǎn)速傳感器182、日本電裝公司ECD－Ⅱ系統(tǒng)日本電裝公司開(kāi)發(fā)的ECD－Ⅱ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(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)。與ECD－Ⅰ系統(tǒng)相比，主要是噴油量控制方法不同，ECD－Ⅱ系統(tǒng)是通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量控制的，即ECU在確定噴油器的噴油開(kāi)始時(shí)刻后，再通過(guò)溢流控制電磁閥來(lái)控制柱塞泵回油的時(shí)刻（即停止噴油的時(shí)刻），以此來(lái)控制噴油量。為控制噴油時(shí)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(hào)。ECD－Ⅱ系統(tǒng)裝用光電式著火正時(shí)傳感器，對(duì)噴油正時(shí)實(shí)施反饋控制。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器安裝在曲軸上。19正時(shí)控制電磁閥TCV溢流控制電磁閥SPV著火正時(shí)傳感器泵角傳感器201）噴油量控制原理噴油量控制系統(tǒng)如圖所示。脈沖發(fā)生器缺齒部分用于檢測(cè)平面凸輪頂起滾輪推動(dòng)柱塞開(kāi)始?jí)河偷奈恢?。ECU根據(jù)缺齒部的信號(hào)判斷燃油壓縮的開(kāi)始位置，然后對(duì)泵軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度計(jì)數(shù)，當(dāng)泵軸轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度后，也即噴出的油量后，ECU控制電磁溢流閥開(kāi)啟溢流通道，噴油停止。溢流角：自柱塞開(kāi)始?jí)嚎s至電磁溢流閥打開(kāi)，油泵轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ。溢流角與油泵的噴油量相對(duì)應(yīng)，溢流角越大，噴出的燃油就越多。212）電磁溢流閥結(jié)構(gòu)與工作原理通常由輔助閥（電磁閥）和主閥（液壓閥）構(gòu)成。主溢流閥溢流控制電磁閥高壓室控制閥線(xiàn)圈22工作原理

當(dāng)高壓燃油壓力隨柱塞移動(dòng)而上升時(shí)，燃油壓力作用在主閥的頭部。此時(shí)，電磁閥通電，輔助閥壓緊在閥座上。高壓燃油從噴油器噴出。若電磁閥斷電，則輔助閥打開(kāi)，主閥背后的燃油就從輔助閥的輔助溢流通道流出，主閥背后壓力下降。主閥在頭部燃油高壓下打開(kāi)，高壓油從主閥溢流通道流出，高壓室泄壓，噴油停止。噴射開(kāi)始溢流控制閥開(kāi)啟主溢流閥開(kāi)啟溢流控制閥開(kāi)啟指令信號(hào)233）著火正時(shí)傳感器著火正時(shí)傳感器用以檢測(cè)氣缸內(nèi)混合氣燃燒的實(shí)際開(kāi)始時(shí)刻，以此信號(hào)對(duì)供油正時(shí)進(jìn)行反饋控制。混合氣燃燒→石英晶體棒檢測(cè)到光的變化→光敏晶體管將光信號(hào)變成電壓信號(hào)→信號(hào)輸出到ECU。石英晶體棒光敏晶體管線(xiàn)束連接器光電式著火正時(shí)傳感器243、高壓共軌式噴油系統(tǒng)日本電裝公司ECD－U2系統(tǒng)系統(tǒng)主要用于載重汽車(chē)裝用的柴油機(jī)上，日本日野汽車(chē)公司、三菱汽車(chē)公司和日產(chǎn)汽車(chē)公司生產(chǎn)的載重汽車(chē)柴油機(jī)多數(shù)采用ECD－U2系統(tǒng)。系統(tǒng)具有共軌式噴油系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，屬于第三代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)。系統(tǒng)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(duì)噴油量、噴油正時(shí)、噴油速率和噴油壓力進(jìn)行時(shí)間－壓力控制。25ECU加速踏板位置傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器凸輪軸位置傳感器高壓供油泵油泵壓力控制閥燃油壓力傳感器共軌管三通電磁閥單向節(jié)流閥控制室液壓活塞噴嘴針閥噴油器26日本電裝公司ECD-U2系統(tǒng)油路高壓供油泵低壓輸油泵回油管燃油濾清器共軌高壓溢流閥壓油管共軌高壓油管?chē)娪推魅加拖?7高壓供油泵結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的直列柱塞泵相似。壓力控制閥PCV的作用是通過(guò)調(diào)整供油泵供入共軌內(nèi)的燃油量來(lái)調(diào)整共軌內(nèi)的燃油壓力。PCV閥斷電和通電的時(shí)刻決定了高壓供油泵向共軌內(nèi)供入的燃油量。吸油壓油凸輪升程HPCV工作狀態(tài)閥關(guān)閉閥開(kāi)啟預(yù)行程壓力控制閥PCV柱塞共軌高壓供油泵的控制28共軌（Common-rail）高壓溢流閥常閉，當(dāng)共軌內(nèi)油壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，閥門(mén)打開(kāi)泄壓。燃油壓力傳感器檢測(cè)共軌內(nèi)的燃油壓力。溢流緩沖器通過(guò)高壓油管與噴油器相連，可使共軌內(nèi)和高壓油管內(nèi)的油壓波動(dòng)減小，且一旦流出油量過(guò)多時(shí)，切斷燃油通道，停止供油。高壓溢