汽車電子控制技術(shù)：柴油機電控噴射系統(tǒng)

知識目標：

1、熟悉SDI電控柴油噴射系統(tǒng)的組成及簡要原理；

2、熟悉TDI電控柴油噴射系統(tǒng)的組成及簡要原理；

3、了解CDI電控柴油噴射系統(tǒng)的組成及簡要原理。柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動一電控柴油機概述活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介

活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介

活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介

項目五柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)

隨著世界各國城市交通運輸車輛、船舶的急劇增加，柴油機排放的尾氣已經(jīng)成為對地球環(huán)境的主要污染源。世界各國業(yè)已開始尋找和采取有效的技術(shù)措施主動地減少和控制污染物的排放。隨著電子控制技術(shù)在柴油機上應用的日益增多，控制精度不斷提高，控制功能不斷擴大，加上增壓技術(shù)和廢氣再循環(huán)技術(shù)等在柴油機上應用的逐漸成熟，大大提高了柴油機在轎車和輕型車動力裝置中的競爭力。電控噴射系統(tǒng)的革命大大擴展了柴油發(fā)動機的應用范圍。本項目將以直噴式柴油機的技術(shù)發(fā)展為主線，以德國大眾車型為例，分別對自然吸氣直接噴射柴油發(fā)動機SDI、直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動機TDI和共軌式柴油機CDI的機構(gòu)及原理進行簡要介紹?；顒右桓攀鲰椖课宀裼蜋C電控噴射系統(tǒng)

當今世界燃油經(jīng)濟性最佳的發(fā)動機當屬直噴式柴油機。這是由柴油和柴油發(fā)動機的技術(shù)特點決定的。目前，柴油轎車在歐洲市場的占有率已達到40%，而德國高達50％。歐洲知名的品牌，如奔馳、寶馬、大眾都有自己的柴油轎車，而且產(chǎn)量逐年增加。預計今后，全歐洲每銷售的兩輛轎車中就會有一輛柴油車。世界范圍內(nèi)，柴油機汽車所占比例也將越來越大。本活動將主要介紹柴油機電控系統(tǒng)中應用廣泛的直噴式柴油機的技術(shù)類型。一、SDI技術(shù)

SDI是英文SuctionDirectInjection的縮寫，意為自然吸氣直接噴射。這種柴油機采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度，使空氣溫度超過柴油的自燃燃點，這時再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒。因此，柴油發(fā)動機無需點火系。同時，柴油機的供油系統(tǒng)也相對簡單，但是由于是自然吸氣，它的不足主要是升功率并不是很高，轉(zhuǎn)速也無法和汽油發(fā)動機相比。活動一概述項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)

例如捷達SDI車是成熟柴油機SDI動力技術(shù)首先應用于中國的車型，捷達SDI是具有卓越燃油經(jīng)濟性和高技術(shù)性價比的轎車，是高使用壽命并大幅降低使用成本的轎車。捷達SDI柴油轎車在燃燒過程中，柴油機的熱損耗和廢氣損耗都大大降低，熱轉(zhuǎn)化效率高出汽油發(fā)動機15％，百公里耗油比汽油機低30％以上，90km等速油耗為4.6L，城市工況下百公里油耗只有5.3L。由于柴油車氣缸燃燒溫度比汽油車低，機件磨損程度大大降低，發(fā)動機使用壽命高出汽油機至少20%，零部件損壞及更換頻率也隨之降低，同時柴油機采取直噴供油方式，維修更為簡單方便，可節(jié)約可觀的維修費用。與德國原裝進口氧化型催化反應器合理匹配，氮氧化合物排放比汽油機降低，且排放穩(wěn)定性明顯優(yōu)于汽油機，降低了轎車尾氣對環(huán)境的破壞，尾氣排放大大超越了當時國內(nèi)環(huán)保法規(guī)的要求，達到歐Ⅲ標準。環(huán)保標準的超越還給消費者帶來了明顯的經(jīng)濟利益，消費者可免去因環(huán)保標準不斷提升而導致的頻繁適應和改造，減少時間、精力和財力的不斷支出。。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動一概述

二、TDI技術(shù)為了解決SDI的先天不足，人們在柴油機上加裝了渦輪增壓裝置，使得進氣壓力大大增加，壓縮比一般都在12以上，這樣就可以在轉(zhuǎn)速很低的情況下達到很大的扭矩，而且由于燃燒更加充分，排放物中的有害顆粒含量也大大降低。這便是TDI。TDI是英文TurboDirectInjection的縮寫,TDI發(fā)動機的意思是渦輪鼓風增壓及缸內(nèi)直接噴射。這種技術(shù)其實早先已經(jīng)應用于大型商用車。

2004年2月上市的寶來TDI轎車排量1.9L,裝備了直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動機。該發(fā)動機采用了高壓泵噴嘴、噴嘴增壓、廢氣再循環(huán)（EGR）和雙質(zhì)量飛輪等當時世界柴油機前沿技術(shù)，使寶來TDI的動力性、燃油經(jīng)濟性、環(huán)保性、整車行駛的平順性、冷起動性和安全可靠性等達到了一個全新的高度。特別是其泵噴嘴技術(shù)，改善了直噴式工作的部分缺憾，使發(fā)動機的運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，一改人們心目中柴油發(fā)動機振動和噪音都比較大的印象。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動一概述

寶來TDI裝備的大眾集團首創(chuàng)的直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動機（TDI）技術(shù)采用了多項先進技術(shù)，例如泵噴射系統(tǒng)、可調(diào)葉片式渦輪增壓器等。寶來TDI采用高壓燃油噴射技術(shù)-泵噴射系統(tǒng)。此系統(tǒng)使柴油與空氣混合更充分，燃燒更徹底；同時采用氧化型催化反應器，大大降低了CO、HC、顆粒的排放，其中CO2排放與同排量汽油車比可降低30％。另外，采用EGR系統(tǒng)，大大降低了NOx產(chǎn)生，其排放指標滿足歐Ⅲ標準。寶來TDI發(fā)動機每缸一個泵噴嘴，每個氣缸作功沖程所需的柴油量被分成預噴射和主噴射兩部分，主噴射在預噴射開始之后曲軸轉(zhuǎn)過幾度之后才進行，它們之間的間隔由一個液壓機構(gòu)控制。噴射時刻、噴油量以及停噴時刻都是由一個電磁閥控制的。采用該技術(shù)使柴油發(fā)動機達到了平穩(wěn)、高效燃燒的理想狀態(tài)，并降低了燃燒嗓聲、降低了尾氣中的氮氧化合物的含量。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動一概述

三、CDI技術(shù)

CDI意為共軌柴油噴射。CDI技術(shù)是指高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時間的長短。共軌噴射對我們并不陌生。Bosch早在1997年就開發(fā)出這一系統(tǒng)。它是柴油機工作方式的一次革命。以往的噴射系統(tǒng)，無論是直列泵、分配泵，還是泵噴嘴，都是依靠一個凸輪軸驅(qū)動噴油泵的柱塞，進而產(chǎn)生很高的工作壓力來推開噴油嘴的針閥，而共軌系統(tǒng)的工作原理和汽油噴射有些相似，所有噴嘴在都連接到一根公共的油軌上，油軌中時刻維持著非常高的噴射壓力，噴嘴的開啟和關閉完全靠電磁閥來實現(xiàn)，這種方式可以對噴油時間和噴油量進行精確的控制，并且不再受凸輪軸相位的限制，從理論上講，它可以實現(xiàn)最高的控制精度。目前，Bosch的共軌系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到第3代，最高噴射壓力超過200MP，如果配上碳煙收集器，它甚至可以滿足比歐Ⅳ還要嚴格的排放法規(guī)。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動一概述

四、柴油機電控技術(shù)的發(fā)展趨勢 從當前柴油機電控技術(shù)的應用來看，高的噴射壓力、獨立的噴射壓力控制、改善柴油機燃油經(jīng)濟性、獨立的噴射正時控制、可變的預噴射控制力、最小油量的控制力、快速斷油能力、降低驅(qū)動扭矩沖擊載荷已經(jīng)成為柴油機電控技術(shù)的發(fā)展趨勢。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動一概述

課后練習1、通過本活動的學習，能夠熟悉柴油機電控系統(tǒng)特別是直噴式柴油機的技術(shù)發(fā)展歷程；2、能夠進行SDI、TDI、CDI技術(shù)的簡要描述。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動一概述SDI是英文SuctionDirectInjection的縮寫，意為自然吸氣直接噴射。這種柴油機采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度，使空氣溫度超過柴油的自燃燃點，這時再噴入柴油，柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒。同時，柴油機的供油系統(tǒng)也相對簡單，但是由于是自然吸氣，它的升功率并不是很高，轉(zhuǎn)速也無法和汽油發(fā)動機相比。本活動以捷達汽車SDI發(fā)動機為例展開介紹。一、SDI發(fā)動機電控系統(tǒng)的組成捷達汽車SDI發(fā)動機外形如圖5-1所示，電控系統(tǒng)控制原理如圖5-2所示，由傳感器、電控單元、執(zhí)行器三大部分組成。其電控系統(tǒng)的組成見圖5-3所示。圖5-1捷達汽車SDI發(fā)動機外形項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-2捷達汽車SDI發(fā)動機電控系統(tǒng)控制原理項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-3捷達汽車SDI發(fā)動機電控系統(tǒng)的組成項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介

二、SDI發(fā)動機電控系統(tǒng)的工作原理捷達汽車SDI發(fā)動機電控系統(tǒng)的控制原理如圖5-4所示。該系統(tǒng)是VE泵電子控制柴油噴射系統(tǒng)(VE-E1ectronicDieselControl)，屬于位置控制的第一代柴油電控系統(tǒng)。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-4捷達汽車SDI發(fā)動機控制原理圖5-5廢氣再循環(huán)系統(tǒng)原理

發(fā)動機主要進行噴油量控制、停機控制、供油提前角控制、啟動控制、廢氣再循環(huán)控制等不同類型的控制。（一）廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的作用是減少排放氣體中的NOx的含量，系統(tǒng)原理如圖5-5所示。

EGR控制閥N18。如圖5-6所示，EGR控制閥N18是一種電磁閥。發(fā)動機根據(jù)工況，向EGR控制閥N18輸送脈沖信號，控制通向EGR閥的真空通道。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-6EGR控制閥N18

2、EGR閥。EGR閥的外形與安裝位置如圖5-7所示。當EGR控制閥通電，閥門打開。EGR閥(真空膜片式)膜片上移，閥打開。廢氣經(jīng)EGR閥流向進氣管，與空氣一起進入汽缸燃燒，降低了燃燒的溫度，減少了NOx的排放。如圖5-8所示，在檢測EGR閥時，需用V.A.G1390進行檢測。圖5-7EGR閥安裝圖5-8EGR閥檢測儀項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介(二)啟動預熱系統(tǒng)為了解決柴油發(fā)動機啟動困難問題，現(xiàn)代柴油機裝配了啟動預熱系統(tǒng)。捷達汽車SDI發(fā)動機啟動預熱系統(tǒng)如圖5-9所示。當發(fā)動機冷啟動時，發(fā)動機控制單元向預熱繼電器通電，接通預熱塞Q6，同時預熱報警燈K29點亮。對燃燒室進行預熱，使發(fā)動機能順利啟動。圖5-9啟動預熱系統(tǒng)項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介

（三）閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖5-10所示，柴油機實行閉環(huán)控制模式。Q1-空氣流量；na-發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速；Pa-大氣壓力；SS-滑套信號；Sa-滑套實際位置；SV-正時裝置信號(實際值)；tk-燃油溫度；Tl-進氣溫度；tm-發(fā)動機溫度；ti-噴射起始時刻(實際值)圖5-10閉環(huán)控制原理項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介三、SDI發(fā)動機電控系統(tǒng)的類型捷達汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)的類型如圖5-11所示圖5-11SDI發(fā)動機電控系統(tǒng)的類型項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介

四、SDI發(fā)動機電控系統(tǒng)的主要部件（一）電控柴油噴射系統(tǒng)控制單元(圖5-12)

電控柴油噴射系統(tǒng)控制單元如圖5-12所示。當電控單元失效，行駛特性會有缺陷直至發(fā)動機死機，同時預熱報警燈K29閃爍。圖5-12電控柴油噴射系統(tǒng)控制單元項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-13溫度傳感器工作原理（二）溫度傳感器1、溫度傳感器相當于電位計，其工作原理如圖5-13所示。2、發(fā)動機冷卻液溫傳感器工作原理如圖5-14所示。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-14發(fā)動機冷卻液溫傳感器工作原理（三）發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器1、感應式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理如圖5-15所示圖5-15感應式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介

（四）油量控制滑套位置傳感器G149如圖5-16所示，捷達SDI發(fā)動機油量控制滑套位置傳感器G149安裝在VE泵內(nèi)，利用差動位移傳感器原理，將油量控制滑套位移變化轉(zhuǎn)化為電壓信號，輸送給發(fā)動機。由發(fā)動機ECU判斷油量控制滑套的位置，確定噴油量的多少。同時，發(fā)動機ECU根據(jù)各種傳感器輸送來的工況信號，確定噴油量?？刂朴土空{(diào)節(jié)器N146，使油量控制滑套向左或向右滑動，從而增加或減少噴油量。當滑套位置傳感器G149失效，發(fā)動機行駛特性將會惡化直至發(fā)動機熄火，同時預熱時間控制燈K29閃爍。油量調(diào)節(jié)器N146調(diào)節(jié)不準，行駛特性惡化直至發(fā)動機熄火，預熱時間控制燈K29閃爍。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-16VE泵上的油量控制滑套和油量調(diào)節(jié)器安裝示意（五）針閥升程傳感器G80如圖5-17所示，針閥升程傳感器G80是一種位移式傳感器，安裝在噴油器殼體內(nèi)，檢測噴油器針閥的開度。如圖5-18所示，針閥升程傳感器是用來確定噴油閥噴油始點的。若針閥升程傳感器失效，則噴油閥噴油始點轉(zhuǎn)換為開環(huán)控制(根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機負荷)。在正常操作過程中，噴油閥噴油始點為閉環(huán)控制(根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負荷和溫度)。

圖5-17噴油器針閥升程傳感器項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-18針閥升程傳感器信號波形如圖5-19所示，曲軸傳感器信號與針閥升程傳感器信號共同作用，控制各缸的噴油器。在檢測針閥升程傳感器G80時可測量電阻，正常值為80Ω～120Ω；也可以測量其波形。當G80失效，發(fā)動機將出現(xiàn)功率損失大、廢氣排放惡化、預熱時間控制燈K29閃爍、無廢氣再循環(huán)功能、發(fā)動機運轉(zhuǎn)粗暴、聳車等現(xiàn)象。圖5-19曲軸轉(zhuǎn)速信號與針閥升程傳感器信號控制噴油器項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-20加速踏板位置傳感器G79安裝位置示意（六）加速踏板位置傳感器G79如圖5-20所示，加速踏板位置傳感器G79通過拉索與加速踏板連接。加速踏板位置傳感器G79外形如圖5-21(a)所示，工作原理如圖5-21(b)所示。踩下加速踏板，經(jīng)過拉索改變了可變電阻，從而改變了輸出電壓U12。同時，加速踏板位置傳感器還集成了離合器開關F36。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介a）外形(b)工作原理。圖5-21加速踏板位置傳感器G79外形與工作原理

（七）燃油溫度傳感器G81如圖5-22所示，燃油溫度傳感器G81采用NTC制成的溫度傳感器。當燃油溫度傳感器G81失效，發(fā)動機ECU用替代溫度-5.4℃工作。（八）冷卻液溫度傳感器G62冷卻液溫度傳感器G62采用NTC制成的溫度傳感器，其外形如圖5-23(a)所示，溫度特性如圖5-23(b)所示。當冷卻液溫度傳感器G62失效時，發(fā)動機ECU用固定溫度替代燃油溫度傳感器工作。發(fā)動機出現(xiàn)啟動時有黑煙，總是有約20s的預熱等現(xiàn)象。圖5-22燃油溫度傳感器G81項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介(a)外形；(b)溫度特性圖5-23冷卻液溫度傳感器G62

（九）進氣溫度傳感器G72進氣溫度傳感器G72與冷卻液溫度傳感器G62相似，采用NTC制成的溫度傳感器。其外形與工作特性與冷卻液溫度傳感器G62相似。當進氣溫度傳感器G72失效后，發(fā)動機ECU用136.8℃替代溫度工作。（十）離合器開關、制動燈開關、制動踏板開關離合器開關、制動燈開關、制動踏板開關分別如圖5-24(a)～圖5-24(c)所示。（十一）進氣翻板控制閥如圖5-25所示，發(fā)動機根據(jù)工況控制進氣翻板控制閥(電子)，控制機械進氣翻板控制閥真空通道，從而控制進氣道的流通面積的大小。

圖5-24離合器開關、制動開關、制動踏板開關項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-25進氣翻板控制閥

課后練習1、通過本活動的學習，能夠熟悉SDI柴油機系統(tǒng)組成及原理；2、在條件允許的情況下，能夠通過實物熟悉SDI柴油機系統(tǒng)傳感器的安裝位置。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動二SDI柴油機系統(tǒng)簡介

為了解決SDI的先天不足，人們在柴油機上加裝了渦輪增壓裝置，使得進氣壓力大大增加，壓縮比一般都在12以上，這樣就可以在轉(zhuǎn)速很低的情況下達到很大的扭矩，而且由于燃燒更加充分，排放物中的有害顆粒含量也大大降低。這便是TDI。TDI是指渦輪鼓風增壓及缸內(nèi)直接噴射。本活動以大眾1.9LTDI發(fā)動機系統(tǒng)為例展開介紹。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-26大眾1.9LTDI發(fā)動機圖5-27發(fā)動機速度特性曲線一、大眾1.9LTDI發(fā)動機系統(tǒng)（一）概述大眾1.9LTDI發(fā)動機外形如圖5-26所示，發(fā)動機速度特性如圖5-27所示。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介（二）大眾1.9LTDI發(fā)動機主要結(jié)構(gòu)特點1、螺旋進氣道如圖5-28所示，為了改善可燃混合氣的形成，大眾1.9LTDI發(fā)動機采用了螺旋進氣道。2、凹頂活塞如圖5-28所示，為了改善可燃混合氣的形成，大眾1.9LTDI發(fā)動機采用了凹頂活塞。圖5-28螺旋進氣道與凹頂活塞項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介3、孔式噴油器如圖5-29所示，為了提高噴油壓力，改善噴霧質(zhì)量，大眾1.9LTDI發(fā)動機采用了5孔式噴油器。4、雙級式噴油器如圖5-30所示，為了提高噴油壓力，改善噴霧質(zhì)量，改善燃燒質(zhì)量，實現(xiàn)二次噴射，大眾1.9LTDI發(fā)動機采用雙級式噴油器。此外，如圖5-31所示，為了實現(xiàn)對噴油時刻的精確控制，在噴油器上安裝了噴油器針閥位置傳感器G80(又稱噴油器針閥升程傳感器)。圖5-30雙極式噴油器圖5-31噴油器針閥位置傳感器G8

項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-295孔式噴油器

（三）大眾1.9LTDI發(fā)動機系統(tǒng)控制原理大眾1.9LTDI發(fā)動機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與其他電控噴油系統(tǒng)相似，同樣由傳感器、電控單元(ECU)、執(zhí)行器(執(zhí)行元件)三大部分組成。傳感器檢測發(fā)動機的工況，將各種信號輸送給發(fā)動機ECU。ECU根據(jù)各種信號與存儲器的參數(shù)進行對比，確定最佳的噴油量和供油提前角的大小，同時還有廢氣再循環(huán)、渦輪增壓及其他輔助控制器。另外，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，ECU會向故障指示燈K29輸出信號，點亮故障指示燈K29。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介

二、大眾1.9LTDI獨立噴射系統(tǒng)（一）概述

20世紀30、40年代，柴油發(fā)動機已經(jīng)開始使用獨立噴射系統(tǒng)。最早使用的是機械式(柱塞+噴油器)獨立噴射系統(tǒng)。但由于當時電子技術(shù)在汽車上的應用程度較低，各種優(yōu)越性得不到充分體現(xiàn)。直到20世紀后期，電子技術(shù)在汽車上廣泛應用，電控技術(shù)比較成熟后，歐洲汽車公司又開始研制柴油獨立噴射系統(tǒng)。其中，德國大眾汽車公司、德國奔馳汽車公司研制的獨立噴射系統(tǒng)比較成熟。大眾汽車公司研制的1.9LTDI發(fā)動機，主要應用于PASSAT(帕薩特)汽車。在汽車尾部標識為TDI，其中“DI”為紅色標志的汽車裝備就是指為獨立噴射系統(tǒng)。

1、獨立噴射系統(tǒng)的實現(xiàn)條件

(1)噴油壓力提高：一般噴油壓力為20.5kPa。

(2)過程控制精確：一般采用控制單元(ECU)集中控制。

(3)采用二次噴油技術(shù)：能實現(xiàn)預噴、主噴油過程。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介

2、獨立噴射系統(tǒng)的優(yōu)點采用獨立噴射系統(tǒng)的發(fā)動機與一般柴油發(fā)動機相比，由于噴油壓力高，噴油霧化良好；采用ECU集中控制，控制噴油量、供油提前角更精確；采用預噴+主噴油方式，能實現(xiàn)先緩后急的噴油等。徹底改善了柴油發(fā)動機各種性能，主要有如下優(yōu)點：（1）噪聲??；（2）廢氣中有害氣體少；（3）油耗下降；（4）功率上升。（二）獨立噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖5-32所示，獨立噴射系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相似，主要由進氣供給裝置、燃油供給裝置、電控系統(tǒng)、排氣裝置等組成。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介1-油箱；2-柴油濾清器；3-輸油泵；4-柴油溫度傳感器；5-預熱塞繼電器；6-凸輪軸位置傳感器(霍爾式)；7-發(fā)動機ECU；8-空氣質(zhì)量計(熱膜式)；9-車速傳感器；10-制動燈開關；11-離合踏板開關；12-渦輪增壓限壓閥；13-AGR閥；14-發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器；15-單向閥；16-發(fā)動機冷卻水溫傳感器；17-預熱繼電器；18-泵噴嘴；19-進氣溫度傳感器；20-進氣壓力傳感器；21-AGR控制閥；22-真空泵。圖5-32獨立噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介（三）大眾1.9LTDI獨立噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理1、供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理如圖5-33所示，獨立噴射系統(tǒng)的供油系統(tǒng)主要由油箱、濾清器、冷凝器、輸油泵、泵噴嘴等主要部件組成。圖5-33獨立噴射系統(tǒng)供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介2、泵噴嘴結(jié)構(gòu)與原理（1）泵噴嘴結(jié)構(gòu)。如圖5-34所示，主要由柱塞式高壓泵、噴油器、油量控制電磁閥、驅(qū)動部分組成。（1）柴油濾清器。與其它燃油系統(tǒng)的濾清器作用相同，過濾柴油中雜質(zhì)。同時，還能將柴油中的水分離出來。（2）單向閥。在發(fā)動機熄火后，保持低壓油路中有200kPa的壓力油，以便下次順利啟動。（3）輸油泵限壓閥。當發(fā)動機高速運行，輸油泵出油口壓力大于750kPa后，限壓閥打開，輸油泵空轉(zhuǎn)，防止輸油泵過載。（4）過濾網(wǎng)。防止油中氣泡進入泵噴嘴后形成氣阻，減小噴油壓力。（5）節(jié)流孔。只能讓氣泡通過。（6）泵噴嘴。噴油泵與噴油器集成一體。(7)限壓閥。保持回油管中回油壓力為0.1MPa。（8）輔助通道。當回油管路中氣泡過多，單向閥關閉，靠輔助通道回油。（9）柴油溫度傳感器。檢測柴油溫度，將信號輸送給發(fā)動機ECU，用來控制噴油量、柴油冷凝器工作。（10）柴油冷凝器。獨立噴射系統(tǒng)與共軌式電控柴油噴射系統(tǒng)均裝備了柴油冷凝器，有水冷和風冷兩種形式，用來冷卻柴油。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-34泵噴嘴結(jié)構(gòu)項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介（2）泵噴嘴的安裝。如圖5-35所示，泵噴嘴安裝在汽缸蓋上，噴油器直接將霧狀柴油噴入燃燒室。由凸輪軸通過搖臂驅(qū)動泵油泵。為了保證噴油合適的安裝，有利于混合氣的形成，可通過調(diào)整墊片調(diào)節(jié)泵噴嘴的高度。圖5-35泵噴嘴的安裝項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介（3）泵噴嘴的工作過程。如圖5-36(a)所示，高壓泵的柱塞由凸輪驅(qū)動。由于凸輪輪廓結(jié)構(gòu)決定了柱塞向下運動的速度較快，在柱塞彈簧回位的速度較慢。另外，由于針閥減振器作用，當高壓泵開始泵油，針閥打開少許，噴油器噴少許油，隨后逐漸關閉。當凸輪繼續(xù)驅(qū)動高壓泵柱塞，油壓繼續(xù)升高，針閥迅速打開，噴油器又開始噴油。如圖5-36(b)所示，當凸輪轉(zhuǎn)過最大升程后，升程開始減小，在柱塞回位彈簧作用下，柱塞開始向上移動。油壓下降，針閥開度減小，直到關閉，噴油器停止噴油。因此，泵噴嘴式高壓泵在噴油過程中實現(xiàn)二次噴油，與柴油發(fā)動機理想噴油相適應，如圖5-36(c)所示圖5-36泵噴嘴的工作過程項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介

①進油過程。如圖5-37所示，搖臂落在凸輪的基圓上，凸輪未驅(qū)動搖臂。在柱塞回位彈簧作用下，柱塞上移，同時電磁閥打開。輸油泵輸送來的壓力油從進油道V處進入泵噴嘴，經(jīng)過電磁閥進入高壓室。

圖5-37進油過程項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-38壓油過程(預噴開始)②壓油過程(預噴開始)。如圖5-38所示，在凸輪的驅(qū)動下，柱塞下移。當柱塞下移到一定位置時，發(fā)動機ECU控制電磁閥斷電，電磁閥閥芯關閉進油道。當柱塞封閉了柱塞套上的進油孔后，柱塞繼續(xù)下移，高壓室為密封空間。由于空間減小，油壓升高，壓油開始。此時油壓可達18MPa，噴油器預噴開始。柱塞開始下移時，電磁閥尚未關閉。柱塞下移一定行程后，電磁閥才關閉。只有電磁閥關閉，高壓室才處于密閉空腔，油壓才能升高。因此，電磁閥的關閉時間決定了噴油器的噴油時刻。由此可見，發(fā)動機ECU通過控制電磁閥的關閉時刻來控制供油提前角。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介如圖5-39所示，在噴油器針閥上端有一個活塞(減振器)。當油壓上升達到18MPa時，針閥上移，噴孔打開，開始預噴油。同時，減振器向上移動，通過彈簧推動錐閥關閉了柱塞泵高壓腔。此時，上腔容積減小，油壓升高。另外，由于減振器上端作用面積大于下端面積柱塞針閥不能繼續(xù)向上移動，保持在平衡狀態(tài)，實現(xiàn)了預噴。減振器是利用活塞直徑差作用下，活塞密封時，相當于液壓減振器圖5-39減振器工作原理項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介

③壓油過程(預噴結(jié)束)。如圖5-40所示，柱塞在凸輪的驅(qū)動下繼續(xù)下移。柱塞內(nèi)腔(高壓室)油壓升高，使減振器室上端錐閥打開，針閥高壓室與高壓室相通，油壓下降，針閥下移，關閉噴孔，預噴結(jié)束。④主噴過程。如圖5-41所示，柱塞繼續(xù)下移，針閥保持不變。當高壓室壓力達到30MPa，高壓油作用在針閥承壓錐面上的壓力大于針閥上端作用力，針閥上移，主噴油開始。由于此時高壓泵柱塞下移速度快，噴孔直徑小，噴油壓力可達205MPa。

圖5-40壓油過程(預噴結(jié)束)項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-41主噴過程⑤主噴油結(jié)束。如圖5-42所示，柱塞繼續(xù)下移，當電磁閥打開，高壓室與進油腔(低壓腔)相通，油壓迅速下降，針閥在彈簧力作用下迅速下移，關閉噴孔，停止噴油。因為電磁閥閥芯兩端壓力相等，打開速度快，油壓下降快，針閥關閉迅速，停油快。圖5-42主噴油結(jié)束項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介3、輸油泵結(jié)構(gòu)與原理如圖5-43所示，獨立噴射系統(tǒng)發(fā)動機輸油泵通常與制動真空助力泵組成一體，安裝在發(fā)動機前端，由帶輪傳驅(qū)動。圖5-43輸油泵與真空助力泵安裝示意項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介獨立噴射系統(tǒng)一般采用葉片轉(zhuǎn)子式輸油泵，其結(jié)構(gòu)如圖5-44所示，星形轉(zhuǎn)子與泵腔圍成三個月形空腔。另外，在彈簧作用下將兩片葉片壓緊在轉(zhuǎn)子上，實現(xiàn)密封作用。圖5-44葉片轉(zhuǎn)子式輸油泵結(jié)構(gòu)

項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介葉片轉(zhuǎn)子式輸油泵工作原理如圖5-45所示，與其它轉(zhuǎn)子式油泵原理相同，利用容積變化來實現(xiàn)進油、壓油。發(fā)動機運轉(zhuǎn)帶動輸油泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，吸油腔A、C容積增大，出現(xiàn)真空而進油。同時，出油腔B、D容積減小，油壓升高而出油。由圖可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周，輸油泵完成3次進油、3次壓油。隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高，輸油泵泵油量會增加。當出油壓力大于750kPa時，限壓閥打開，輸油泵的出油腔與進油腔相通，輸油泵空轉(zhuǎn)；當出油腔壓力低于750kPa時，限壓閥關閉，輸油泵又恢復泵油。A-吸油腔；B-出油腔(壓油腔)；C-吸油腔；D-壓油腔(出油腔)圖5-45輸油泵工作原理項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介4、供油總管為了保證各缸發(fā)動機各缸燃油溫度、壓力等質(zhì)量相同，各缸的進油總管相通。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介

5、燃油冷卻系統(tǒng)獨立噴射系統(tǒng)與共軌式柴油噴射系統(tǒng)均需裝備燃油冷卻系統(tǒng)，主要由冷凝器、柴油冷卻水泵、柴油溫度傳感器、輔助散熱器、發(fā)動機冷卻水泵等組成。系統(tǒng)安裝如圖5-46所示，其工作原理如圖5-47所示。柴油溫度傳感器檢測到回油管中柴油溫度大于70℃時，發(fā)動機ECU控制柴油冷卻泵繼電器，使電動柴油冷卻泵開始工作，將輔助散熱器的低溫冷卻水泵入柴油冷凝器，與高溫的柴油進行熱交換，冷卻水流回輔助散熱器。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-46柴油冷卻系統(tǒng)安裝圖5-47柴油冷卻系統(tǒng)工作原理

課后練習1、通過本活動的學習，能夠熟悉TDI柴油機系統(tǒng)組成及原理；2、能夠熟悉泵噴嘴的工作過程；3、能夠熟悉葉片轉(zhuǎn)子式輸油泵。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動三TDI柴油機系統(tǒng)簡介

共軌噴射對我們并不陌生。Bosch早在1997年就開發(fā)出這一系統(tǒng)。它是柴油機工作方式的一次革命。共軌式柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的的工作原理與汽油發(fā)動機電控系統(tǒng)相似，利用各種傳感器檢測發(fā)動機工況，然后根據(jù)發(fā)動機ECU儲的程序控制柴油機噴油泵的噴油量，噴油時間、供油提前角、噴油率及其他執(zhí)行元件。本活動以大眾車型為例展開介紹項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介

一、CDI共軌式柴油機系統(tǒng)組成及原理（一）CDI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成CDI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成分別如圖5-48、5-49、5-50所示，CDI系統(tǒng)主要由油壓傳感器、柴油冷卻系統(tǒng)、貯壓總管(供油總管、共軌部件)、輸油泵、噴油器(噴射器)、高壓油泵等組成。

項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-48CDI系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1-柴油箱；2-柴油濾清器；3-高壓泵；4-油量控制電磁閥；5-貯壓管油壓傳感器；6-貯壓管；7-噴油器；8-凸輪軸位置傳感器；9-進氣溫度傳感器；10-進氣壓力傳感器；11-空氣流量計(質(zhì)量型，又稱空氣質(zhì)量計)；12-廢氣渦輪增壓器；13-真空泵；14-渦輪增壓限壓閥；15-AGR閥；16-離合器開關；17-制動開關；18-車速傳感器；19-發(fā)動機CDI系統(tǒng)控制單元(CDIECU)；20-發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器；21-發(fā)動機冷卻水溫傳感器；22-預熱塞；23-柴油溫度控制閥；24-柴油預熱電控單元(預熱ECU)；25-數(shù)據(jù)傳輸(CAN)；26-電動輸油泵。圖5-49共軌式柴油噴射系統(tǒng)機構(gòu)組成圖項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-50共軌式柴油噴射系統(tǒng)部分組成器件示意圖項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介

（二）CDI系統(tǒng)控制原理

共軌式柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的的工作原理與汽油發(fā)動機電控系統(tǒng)相似，系統(tǒng)利用各種傳感器檢測發(fā)動機工況，然后根據(jù)發(fā)動機ECU儲存的程序控制柴油機噴油泵的噴油量，噴油時間、供油提前角、噴油率及其他執(zhí)行元件。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介發(fā)動機CDI系統(tǒng)控制原理

二、CDI共軌式柴油噴射系統(tǒng)主要部件及執(zhí)行器簡介（一）CDI高壓油泵CDI系統(tǒng)高壓油泵是空間對稱柱塞式噴油泵，三個柱塞夾角互為1200。如圖5-51所示，主要由三個由驅(qū)動部分、空間夾角互為1200的柱塞式噴油泵、油量控制電磁閥、進出油管接頭、回油管接頭、泵體等組成。

圖5-571CDI系統(tǒng)高壓油泵項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-52柱塞式高壓泵泵油原理如圖5-52所示，發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，輸油泵輸送來的壓力油進入低壓油腔，同時，驅(qū)動軸上的偏心輪驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)子推動柱塞向外運動，低壓油進入柱塞內(nèi)腔，實現(xiàn)壓油過程；當偏心輪未驅(qū)動柱塞時，回位彈簧推動柱塞向內(nèi)運動，封閉進油口，高壓腔容積減小，油壓上升，從而實現(xiàn)進油過程。驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)一周，實現(xiàn)泵油三次。同時，還由油量控制電磁閥作用，根據(jù)發(fā)動機工況控制油量的輸出。另外，輸油泵和貯壓管多余的低壓油回到高壓泵的低壓腔。（二）油量控制電磁閥N290如圖5-53所示，油量控制電磁閥N290安裝在高壓泵上。主要根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速/負荷要求，調(diào)節(jié)高壓油壓。同時還對發(fā)動機負荷進行限制、控制渦輪增壓器的工作。當油量控制電磁閥N290損壞后，渦輪增壓器、廢氣再循環(huán)不工作。項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-53油量控制電磁閥N290油量控制原理如圖5-54所示。根據(jù)發(fā)動機工況，共軌系統(tǒng)ECU通過控制油量控制電磁閥的通電、斷電來控制回油量，以實現(xiàn)控制泵油量。ECU輸送來的電流大小，可以控制電磁閥開度大小，即電磁閥的開度與通電電流呈線性關系。油量控制電磁閥通電(電磁閥打開)，回油量增加，高壓泵泵油量減小。相反，油量控制電磁閥斷電(電磁閥關閉)，回油量減少，高壓泵泵油量增大。圖5-54油量控制電磁閥工作原理項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介圖5-55貯壓總管結(jié)構(gòu)

（三）貯壓總管項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介

圖5-56貯壓管結(jié)構(gòu)項目五柴油機電控噴射系統(tǒng)活動四CDI柴油機系統(tǒng)簡介（四）貯壓管(共軌元件)

貯壓管(共軌元件)的組成結(jié)構(gòu)如圖5-56所示（五）油壓調(diào)節(jié)閥N276

油壓調(diào)節(jié)閥N276組成結(jié)構(gòu)如圖5-57（a）（b）所示。（a）（b）圖5-57油壓調(diào)節(jié)閥N276結(jié)構(gòu)

油壓調(diào)節(jié)閥是發(fā)動機ECU通過控制電磁閥的電流大