电控柴油机燃油喷射技术.ppt

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1、汽车发动机电子控制技术电控柴油机燃油喷射系统汽车发动机电子控制技术（一）柴油机电控技术的发展 柴 油 机 电 控 技 术 是 在 解 决 能 源 危 机 和 排 放 污 染 两大 难 题 的 背 景 下，在 飞 速 发 展 的 电 子 控 制 技 术 平 台 上发 展 起 来 的。汽 油 机 电 控 技 术 的 发 展 为 柴 油 机 电 控 技术的发展提供了宝贵经验。柴 油 机 电 控 技 术 发 展 的 三 个 阶 段：位 置 控 制、时间控制、时间压力控制（压力控制）一、概述 汽车发动机电子控制技术 第 一 代 柴 油 机 电 控 燃 油 喷 射 系 统（常 规 压 力电控喷油系统）优

2、点：结 构 不 需 改 动，生 产 继 承 性 好，便 于对现有柴油机进行升级换代。缺 点：系 统 响 应 慢、控 制 频 率 低、控 制 自 由度小、控制精度不够高，喷油压力无法独立控制。汽车发动机电子控制技术第 二 代 柴 油 机 电 控 燃 油 喷 射 系 统（高 压 电 控 喷油系统）改 变 了 传 统 燃 油 供 给 系 统 的 组 成 和 结 构，主 要以 电 控 共 轨（各 缸 喷 油 器 共 用 一 个 高 压 油 管）式 喷油 系 统 为 特 征，直 接 对 喷 油 器 的 喷 油 量、喷 油 正 时、喷 油 速 率 和 喷 油 规 律、喷 油 压 力 等 进 行“时 间 压

3、 力控制”或“压力控制”。特 点：通 过 设 置 传 感 器、电 控 单 元、高 速 电 磁阀 和 相 关 电/液 控 制 执 行 元 件 等，组 成 数 字 式 高 频 调节 系 统，有 电 磁 阀 的 通、断 电 时 刻 和 通、断 电 时 间控 制 喷 油 泵 的 供 油 量 和 供 油 正 时。但 供 油 压 力 还 无法独立控制。汽车发动机电子控制技术1、改善低温起动性电 子 控 制 系 统 能 够 以 最 佳 的 程 序 替 代 驾 驶 员进 行 这 种 麻 烦 的 起 动 操 作，使 柴 油 机 低 温 起 动 更容易。（二）柴油机电控燃油喷射系统的优点（二）柴油机电控燃油喷射系

4、统的优点汽车发动机电子控制技术2、降低氮氧化物和烟度的排放采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻，从而有效地抑制排烟。汽车发动机电子控制技术3、提高发动机运转稳定性采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转，有利于提高其经济性。汽车发动机电子控制技术4、提高发动机的动力性和经济性柴油机电控系统中，ECU 根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时。从而提高发动机的动力性和经济性。汽车发动机电子控制技术5、控制涡轮增压采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。汽车发动机电子控制技术6、适应性广只

5、要改变ECU 的控制程序和数据，一种喷油泵就能广泛用在各种柴油机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统开发周期，并降低成本，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。汽车发动机电子控制技术（一）柴油机电控系统的功能1.燃油喷射控制2.怠速控制3.进气控制4.增压控制5.排放控制6.起动控制7.巡航控制8.故障自诊断和失效保护9.柴油机与自动变速器的综合控制二、柴油机电控燃油喷射系统的功能与组成 汽车发动机电子控制技术2.怠速控制柴 油 机 的 怠 速 控 制 主 要 包 括 怠 速 转 速 控 制和怠速时各缸均匀性的控制。1.1.

6、燃油喷射控制 燃油喷射控制 燃 燃油 油喷 喷射 射控 控制 制主 主要 要包 包括 括：供 供（喷 喷）油 油量 量控 控制 制、供 供（喷 喷）油 油正 正时 时控 控制 制、供 供（喷 喷）油 油速 速率 率控 控制和喷油压力控制 制和喷油压力控制等。等。汽车发动机电子控制技术4.增压控制柴油机的增压控制主要是由ECU 根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面大小等措施，实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制，以改善柴油机的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪声。3.3.进气控制进气控制 柴 柴油 油机 机的

7、 的进 进气 气控 控制 制主 主要 要包 包括 括进 进气 气节 节流 流控 控制 制、可变进气涡流控制 可变进气涡流控制和 和可变配气正时控制 可变配气正时控制。汽车发动机电子控制技术 6.起动控制柴油机起动控制主要包括供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制和预热装置控制，其中供（喷）油量控制和供（喷）油正时控制与其他工况相同。5.5.排放控制排放控制柴油机的排放控制主要是废气再循环 柴油机的排放控制主要是废气再循环（EGR EGR）控制。）控制。ECU ECU主要根据柴油机 主要根据柴油机转速和 转速和负荷 负荷信号，按内存程序控制 信号，按内存程序控制EGR EGR阀开度，以 阀开度，以

8、调节 调节EGR EGR率 率。汽车发动机电子控制技术7.巡航控制带有巡航控制功能的柴油机电控系统，当通过巡航控制开关选定巡航控制模式后，ECU 即可根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。汽车发动机电子控制技术 8.故障自诊断和失效保护柴 油 机 电 控 系 统 中 也 包 含 故 障 自 诊 断 和 失效 保 护 两 个 子 系 统。柴 油 机 电 控 系 统 出 现 故 障时，自 诊 断 系 统 将 点 亮 仪 表 盘 上 的“故 障 指 示 灯”，提 醒 驾 驶 员 注 意，并 储 存 故 障 码，检 修 时 可通 过 一 定 的 操 作 程 序 调 取 故 障 码 等 信 息；同

9、时失 效 保 护 系 统 启 动 相 应 保 护 程 序，使 柴 油 能 够继续保持运转或强制熄火。汽车发动机电子控制技术9.柴油机与自动变速器的综合控制 在装用电控自动变速器的柴油车上，将柴油机控制ECU 和自动变速器控制ECU 合为一体，实现柴油机与自动变速器的综合控制，以改善汽车的变速性能。汽车发动机电子控制技术（二）柴油机电控燃油喷射系统的组成 柴 油 机 电 控 燃 油 喷 射 系 统 除 了 控 制 喷 油 量 外，对喷 油 正 时 和 喷 油 的 压 力 都 有 很 高 的 要 求。（柴 油 机 电控燃油喷射系统的喷油压力较高约19.6MPa）各种柴油电控系统的区别在于控制功能、

10、传感器的数量和类型、执行元件的类型、控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，基本组成与其他电子控制系统一致，也由传感器ECU 执行元件三部分组成。汽车发动机电子控制技术1.传感器(1)加速踏板位置传感器(2)反馈信号传感器(3)燃油温度传感器(4)其他传感器和信号开关汽车发动机电子控制技术2.柴油机控制ECU根 据 各 传 感 器 输 入 信 号 和 内 存 程 序，计 算 出 供（喷）油 量 和 供（喷）油 开 始 时 刻，并 向 执 行 元 件 发 出 执行令信号。3.执行元件执行ECU 的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。汽车发动机电子控制技术（一）位置控制方式第一代

11、位置控制系统位置控制系统不仅保留了传统的泵管嘴系统，还保留了原喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的机械传动机构，只是对齿条或者滑套的运动位置予以电子控制。三、柴油机供（喷）油量控制汽车发动机电子控制技术日本Denso 公司的ECD V1，德国Bosch 公司的EDC 和日本Zexel 公司的COVEC 等都属于位置控制的电控分配泵系统。日本Zexel 公司的COPEC，德国Bosch 公司的EDR 系统和美国Caterpillar 公司的PEEC 系统等都属于位置控制的电控直列泵系统。汽车发动机电子控制技术（二）时间控制方式 供 油 量 的“位 置 控 制”特 点 是 用 模 拟 量

12、 来 控 制 执 行 元件 工 作，通 过 对 喷 油 泵 油 量 控 制 机 构 的 定 位 来 得 到 所 需的 供 油 量。无 论 采 用 何 种 类 型 的 电 子 调 速 器，总 是 需 要由 部 分 机 械 装 置 来 完 成 对 喷 油 泵 供 油 量 的 调 节，也 会 降低 控 制 精 度 和 响 应 速 度。所 以 继 供 油 量“位 置 控 制”之 后出现了“时间控制”。时 间 控 制 系 统 是 用 高 速 强 力 电 磁 阀 直 接 控 制 高 压 燃油，一 般 情 况 下，电 磁 阀 关 闭，开 始 喷 油；电 磁 阀 打 开，喷 油 结 束。喷 油 始 点 取 决

13、 于 电 磁 阀 关 闭 时 刻，喷 油 量 取决 于 电 磁 阀 关 闭 的 持 续 时 间。传 统 喷 油 泵 中 的 齿 条、滑套、柱 塞 上 的 斜 槽 和 提 前 期 等 全 部 取 消，对 喷 射 定 时 和喷射油量控制的自由度更大。汽车发动机电子控制技术日 本Zexel 公 司 的Model-1 电 控 分 配 泵，美 国Detroit公 司 的DDEC 电 控 泵 喷 嘴、德 国Bosch 公 司 的EUP13 电 控单 体 泵 都 属 于 时 间 控 制 系 统。我 国 专 家 欧 阳 明 高 和 丹麦 Sorenson 研 制 的“泵 管 阀 嘴（Pump/Pipe/Val

14、ve/Injector PPVI）”电 控 燃 油 喷 射 系统也属于第二代电控喷射系统。汽车发动机电子控制技术（三）时间压力控制方式 第 二 代 柴 油 机 电 控 燃 油 喷 射 系 统 中 最 典 型 的 是电 控 共 轨 式 燃 油 喷 射 系 统。在 电 控 共 轨 式 燃 油 喷 射系 统 中，对 喷 油 量 的 控 制 采 用“时 间 压 力 控 制”或“压力控制”，用的最多的是“时间压力控制”方式。在该系统中，控制供油压力调节阀使喷油器的喷油压差保持不变，再通过控制三通电磁阀工作实现喷油量和喷油正时的控制。电磁阀通电开始时刻决定了喷油的开始时刻，其通电时间决定喷油量。汽车发动机

15、电子控制技术（四）压力控制方式 在 后 期 开 发 的 柴 油 机 电 控 共 轨 式 燃 油 喷 射 系 统 中，为 降 低 对 供 油 压 力 的 要 求，喷 油 量 的 控 制 采 用 控 制 喷 油压力的方法实现，即喷油量的“压力控制”方式。喷油器喷孔尺寸一定，喷油时间一定，控制喷油压力即可控制喷油量；而在增压活塞和柱塞尺寸一定时，喷油压力（即增压压力）取决于共轨中的油压，共轨中的油压是由根据各种传感器信号通过燃油压力调节阀来控制的，所以将此种喷油量控制方式称为“压力控制”方式。在系统中，根据实际的共轨压力信号对共轨压力进行闭环控制。汽车发动机电子控制技术共轨式电控喷射系统改变了传统的

16、柱塞泵脉动供油的原理，通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压。采用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程，可以实现对喷射油量和喷射定时的灵活控制。汽车发动机电子控制技术第三代共轨电控喷射系统 典型系统高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。汽车发动机电子控制技术第三代共轨电控喷射系统喷射系统 预 喷 射 在 主 喷 射 之 前，将 小 部 分 燃 油 喷 入 气 缸，在缸 内 发 生 预

17、 混 合 或 者 部 分 燃 烧，缩 短 主 喷 射 的 着 火 延 迟期。这 样 缸 内 压 力 升 高 率 和 峰 值 压 力 都 会 下 降，发 动 机工 作 比 较 缓 和，同 时 缸 内 温 度 降 低 使 得NOX 排 放 减 小。预喷 射 还 可 以 降 低 失 火 的 可 能 性，改 善 高 压 共 轨 系 统 的 冷起动性能。主喷射初期降低喷射速率，也可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量。提高主喷射中期的喷射速率，可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期，使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成，提高输出功率，减少燃油消耗，降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油，降低

18、烟度和碳氢排放。汽车发动机电子控制技术汽车发动机电子控制技术（一）直列柱塞泵供油正时电控系统直列柱塞泵供油正时电控系统l转速表 2故障指示灯 3供油齿条位置传感器 4柴油机 5喷油泵6正时传感器7正时控制器8转速传感器 9一电磁阀 10一冷却液温度传感直列柱塞泵供油正时电控系统的组成如右图所示，主要由正时控制器、电磁阀、柴油机转速传感器、正时传感器和ECU等组成。三、柴油机供（喷）油正时控制汽车发动机电子控制技术（二）转子分配泵供油正时电控系统转子分配泵供油正时电控系统 lECU 2 滚轮 3 滚轮架 4 一电磁阀 5正时活塞6 一正时传感器 转子分配泵供油正时的控制通常是在原供油提前角自动调

19、节器活塞两侧油腔之间增加一条液压通道，并由ECU通过电磁阀控制该液压通道来实现。汽车发动机电子控制技术1.日本电装公司1系统 日 本 丰 田 公 司 柴 油 轿 车 最 早 装 用 的 就 是 由 日 本 电 装公 司 开 发 的ECD V1系 统，该 系 统 是 在 转 子 分 配 式 喷 油泵 的 基 础 上，加 装 电 子 控 制 装 置 而 形 成 的。主 要 传 感 器包 括：发 动 机 转 速 传 感 器、加 速 踏 板 位 置 传 感 器、滑 套位 置 传 感 器、正 时 活 塞 位 置 传 感 器、进 气 压 力 传 感 器、进 气 温 度 传 感 器、冷 却 液 温 度 传

20、感 器、车 速 传 感 器、空档开关、起动开关、空调开关等。ECDV1系统的控制功能包括：燃油喷射控制、进气节流控制、预热塞控制、自诊断和安全保护功能等。四、柴油机电控燃油喷射系统实例汽车发动机电子控制技术2.日本电装公司3系统 日 本 电 装 公 司 开 发 的ECDV3系 统 也 是 在 转 子 分 配 式喷 油 泵 基 础 上，增 加 电 子 控 制 装 置 形 成 的 柴 油 机 电 控 燃油 喷 射 系 统。与ECDV1系 统 相 比，主 要 是 喷 油 量 控 制方 法 不 同，ECDV3系 统 是 通 过 控 制 喷 油 时 间 来 实 现 对喷 油 量 控 制 的，即ECU 在

21、 确 定 喷 油 器 的 喷 油 开 始 时 刻 后，再 通 过 回 油 控 制 电 磁 阀 来 控 制 柱 塞 泵 回 油 的 时 刻（即 停止 喷 油 的 时 刻），以 此 来 控 制 喷 油 量；为 控 制 喷 油 时 间，在 转 子 分 配 式 喷 油 泵 内 增 设 了 泵 角 传 感 器。泵 角 传 感 器采 用 电 磁 感 应 式，向ECU 提 供 喷 油 泵 凸 轮 轴 位 置 和 转 角信 号。此 外，ECDV3系 统 装 用 光 电 式 着 火 正 时 传 感 器，对 喷 油 正 时 实 施 反 馈 控 制。发 动 机 转 速 传 感 器 安 装 在 曲轴上。汽车发动机电子

22、控制技术3.日本五十铃公司系统 五十铃公司LTEC（全电子控制式）是在转子分配式喷油泵基础上，增加电子控制装置形成的全电子控制式柴油机电控燃油喷射系统。该系统的主要特点是：具有巡航控制功能，设有燃油温度传感器，不对喷油正时进行反馈控制。此外，加速踏板位置传感器采用差动电感式；进气节流（节气门）不受ECU 控制。汽车发动机电子控制技术4.直列柱塞泵电控系统 装用直流电动机式电子调速器的直列柱塞泵电控系统，用电子调速器取代原有的机械调速器，以实现对喷油量的控制；用正时控制器取代原有的机构离心式供油提前角自动调节器，来对喷油正时进行控制；并设有油量调节拉杆（或齿条）位置传感器和正时传感器，对喷油量和

23、喷油正时的控制均采用闭环控制方式。汽车发动机电子控制技术5.美国Caterpillar 公司HEUI 系统 该系统具有共轨式柴油机电控燃油喷射系统的基本组成和结构，属第二代电控共轨式燃油喷射系统。该系统的控制功能包括：燃油喷射控制、进气控制、起动控制、故障自诊断、失效保护和应急备用，同时还具有与其他控制系统进行数据传输的功能。HEUI 系统的喷油量控制采用了“压力控制”方式，通过由传感器、ECU 和执行元件等组成的控制系统，对循环喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油压力进行控制。汽车发动机电子控制技术6.日本电装公司系统 该系统主要用于载重汽车装用的柴油机上，日本日野汽车公司、三菱汽车公司和日产汽车公司生产的载重汽车柴油机多数采用ECD U2系统。该系统具有共轨式喷油系统的基本组成和结构，属于第二代柴油机电控燃油喷射系统，ECD U2系统的组成由各种传感 器、ECU、燃油压力控制阀和三通电磁阀等组成的控制系统，对喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油压力进行“时间压力控制”。