38828-9《车用柴油机电控技术》课件.ppt

车用柴油机电控技术 主编 赵培全 景艳,第1章 柴油机电控技术概述 1.1柴油机电控技术的发展历程及发展趋势 1. 柴油机电控技术的发展历程 2. 柴油机电控技术的发展趋势 1.2柴油机电控系统的组成与功能 1.柴油机电控系统的构成 2.柴油机电控系统的功能 1.3柴油机电控系统的主要特点,1. 柴油机电控技术的发展历程 到目前为止，柴油机电控技术已经历了3代技术变化： 第一代为凸轮压油、位置控制技术该技术保留了传统柴油机供给系统的基本组成和结构，只是取消了机械控制部件（调速器等），增加了传感器、ECU、执行器等组成的控制系统，使控制精度和响应速度得以提高 其缺点是：响应速度慢，控制精度不够高，供油压力不能精确控制 第二代为凸轮压油、时间控制技术该技术基本保留了传统燃油供给系统的组成和结构，通过高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射 其缺点是：供油压力无法精确控制 第三代为共轨蓄压、电磁阀时间控制技术高压共轨系统的特点突出： 高压共轨系统的燃油喷射压力独立于柴油机转速和负荷 高压共轨系统对喷油时机和喷油量的控制非常自由 高压共轨系统对喷油规律的调节能力很强 高压共轨系统能够实现很高的燃油喷射压力。

目前已达到160200Mpa 高压共轨系统适应性较强，可以用于多种柴油机机型2. 柴油机电控技术的发展趋势 （1）高的喷射压力 高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，缩短着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气排放 （2）独立的喷射压力控制 若供油系统具有不依赖转速和负荷的喷射压力控制能力，就可选择最合适的喷射压力使喷射持续期、最佳着火延迟期，使柴油机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优 （3）改善柴油机的燃油经济性 高喷射压力、独立的喷射压力控制、小孔径喷油、较高的平均喷油压力等措施都能降低燃油消耗率，从而提高柴油机的燃油消耗经济性 （4）独立的燃油喷射正时控制 喷射正时直接影响着柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量，决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度5）可变的预喷射控制能力 预喷射可以降低颗粒排放，又不至增加NOX的排放，还可以改善柴油机冷启动性能、降低冷态工况下白烟的排放，降低噪声，改善低速扭矩 （6）最小油量的控制能力 供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的小油量控制能力之间发生矛盾当供油系统具有预喷射能力后，将能够使控制小油量的能力进一步提高。

（7）快速断油能力 电控柴油机喷油器上采用高速电磁阀开关就很容易实现快速断油 （8）降低驱动扭矩冲击载荷 燃油喷射系统在很高的压力下工作，既增加了驱动系统所需要的平均扭矩，也加大了冲击载荷燃油喷射系统对驱动系统平稳加载和卸载的能力，是一种衡量喷射系统的标准1.2柴油机电控系统的组成与功能 1.柴油机电控系统的构成 目前，常见柴油机电控系统的逻辑结构与其他大多数自动控制系统相近，主要由传感器、执行器和控制器三大部分构成 (1)传感器 一般来说，电控柴油机一般有以下传感器： 进气温度和压力传感器 曲轴信号传感器 凸轮轴信号传感器 冷却液温度传感器 加速踏板位置传感器 废气再循环阀位置传感器2）执行器 行器就是执行ECU的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时主要包括以下部件： 电控高压燃油设备 废气再循环阀 控制开关 可调喷嘴增压器3）控制器 柴油机电控系统的电子控制器一般称为电控单元，也有称之为发动机控制模块，习惯上简称为ECU(Electronic Control Unit)或ECM(Engine Control Module) ECU主要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。

ECU的控制功能 ECU的硬件 ECU的软件系统 ECU的标定与调试2.柴油机电控系统的功能,,1.3柴油机电控系统的主要特点 柴油机电子控制系统的特点： （1）能够智能化地控制燃油喷射量和根据发动机的工作状况控制喷油提前角，有效地提高了发动机的燃料经济性、动力性和排放质量 （2）改善了发动机的调速特性，由电控单元控制代替了传统的离心式调速器，使转速控制更精确、更可靠 （3）提高了发动机的冷起动（低温起动）性能，电控单元可通过冷却液温度传感器或机油温度传感器确定发动机是否处于冷起动 （4）降低发动机的排烟电控单元根据油门开度、水温、机油温度以及涡轮增压器的进气压力，精确地控制喷油量和喷油正时，使尾气排放更加理想化 （5）减少发动机排气污染为了实现这一目标，提高了喷油器的制造精度，提高了燃油的喷射压力，提高了发动机各缸喷油量的一致性，可以在电磁阀的标牌上查到校准码，通过仪器向电控单元输入每个喷油器电磁阀的校准码 （6）可通过程序实现对发动机的功率进行重新编程对一定型号的柴油机，可以设计三种不同的功率状态7）由于取消了机械调速器，减少了维修任务 （8）具有发动机的保护功能，当电控单元测知传感器的信号失控时，电控单元除了闪烁警告灯以提醒驾驶员注意外，同时减少喷油量，甚至使发动机熄火。

（9）具有发动机自我诊断功能电控单元对电控系统所有传感器、执行器、连接器及其线路的断路、短路、信号失真等故障，均可以进行连续性的监测，如发现电控系统有故障，便储存故障码，必要时可以启动安全保护功能；维修时则可通过仪器调取故障代码、数据流以及波形，以利于快捷维修 （10）提高了发动机运转稳定性、动力性和经济性 （11）适应性广只要改变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在柴油机供油系统中采用电子控制技术，主要是通过电控技术来实现对喷油泵喷油量、喷油正时、喷油速率及喷油压力的控制根据对柴油机不同喷油量和喷油时间的控制，可将柴油机电控喷射系统分为两类：,,第一代电控喷射系统,第二代电控喷射系统,,直列柱塞泵电控系统,分配泵电控系统,泵喷嘴电控系统,,共轨式电控燃油喷射系统,第2章 几种类型的柴油机电控系统,2.1 电子控制直列泵燃油系统 柴油通过输油泵进入柴油滤清器，经过滤清器过滤后的低压柴油流经低压油管进入直列柱塞泵5，在柱塞泵内被加压的柴油通过出油阀偶件，被泵入喷油器10内，通过喷油器给发动机各缸供油。

输油泵供给的多余柴油通过直列柱塞泵的回油管路6流回，并继续循环使用2.1.1 直列柱塞泵电控系统的组成： 电控单元ECU、各类传感器以及执行元件2.1.2 直列柱塞泵电控系统的工作原理： 直列柱塞泵电控系统在喷油量和喷油时间等方面均采用电控技术其中，控制喷油量多少的供油齿条或拉杆由电子调速器进行驱动，喷油正时由喷油提前器（正时控制器）进行调节并分别通过供油拉杆（或齿条）位置传感器和喷油正时传感器对喷油量和喷油正时进行闭环控制电子调速器,实现对供油量的控制,,线性直流电机型电子调速器,螺线管型电子调速器,,正时控制器,实现对供油正时的控制,,电磁阀型正时控制器,步进电机型正时控制器,,2.2 电子控制柱塞式分配泵系统,分配泵工作过程：,泵油过程,回油过程,吸油过程,断油过程,电子控制柱塞式分配泵分类,,径向柱塞式分配泵,“时间控制”柱塞式分配泵,“时间控制”柱塞式分配泵,2.3 电子控制泵喷嘴和单体泵电控系统,2.3.1 电控泵喷嘴 电控泵喷嘴系统是将泵油柱塞和喷油器组合安装在一个壳体内的柴油机燃料喷射系统泵油嘴无高压油管，直接用凸轮轴通过挺柱驱动喷油泵的柱塞由于无高压油管，所以可以消除高压油管中压力波和燃油压缩的影响，柱塞泵泵油时产生的高压燃油直接进入喷油器的承压环槽内。

发动机工作时，泵油柱塞在顶置凸轮的驱动和其弹簧力的作用下进行泵油若此时电磁阀开启，虽然柱塞压油，但高压油腔内的燃油经以开启的电磁阀回油，柱塞下腔不能建立起高压油当电磁阀断电时，电磁阀在其弹簧力作用下关闭，所以当柱塞泵油时立即建立高压，喷油器即开始喷射电磁阀再次打开，高压油立即泄压，喷油器随即停止喷油电磁阀的关闭和打开由ECU控制2.3.2 电控单体泵,电控单体泵是一种模块式结构的高压喷射系统，柴油机每个汽缸均装配一个电控单体泵，燃油喷射由各自的喷射单元完成喷油器和喷油泵之间用一根很短的高压油管连接，柴油从油箱出来后先经过一个低压输油泵将柴油加压，再经过单体泵加压，以200-250MPa的高压喷射2.4 电子控制共轨燃油系统,共轨技术不仅是指用一个公共油轨，还包括用高压（或中压）输油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统独立控制喷油压力的供油方式在电子控制共轨燃油系统中，由高压（中压）输油泵将高压燃油输送到公共油轨，ECU对共轨内的油压和喷油时间进行控制共轨燃油系统分类：,,高压共轨系统,中压共轨系统,压电式共轨系统,1. 高压共轨系统工作原理,柴油机共轨喷射系统中，压力的形成和燃油的喷射过程是独立的，喷油压力的形成取决于发动机的转速和喷油的数量。

喷油始点和喷油压力通过ECU输出指令，触发电磁阀，再将燃油喷入气缸ECU根据柴油机的转速、负荷等控制调压阀的开度，从而增加或减少高压输油泵输送给共轨的燃油，实现对共轨中油压的控制，以保证供油压力稳定在目标值，使喷油差保持不变，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同时，ECU还根据燃油压力传感器信号对共轨中的油压进行闭环控制2. 中压共轨系统工作原理,为降低对供油压力的要求，喷油量控制采用“压力控制”方式的中压共轨系统中压共轨系统主要由低压输油泵、蓄压式电液控制喷油器、调压阀、共轨等组成ECU根据各传感器信号控制调压阀，以调节共轨中的油压；ECU同时通过控制安装在喷油器上的电磁阀工作，使喷油时间保持不变，以实现喷油量的控制3. 压电式共轨系统工作原理,压电元件具有正向和反向压电效应，当压电元件受到外力变形时，会在压电元件两端两端产生电压；反之，当在压电元件两端施加电压时，压电元件就会发生形变，给压电元件施加正向电压时时其体积膨胀，给压电元件施加反向电压时其体积收缩，压电式喷油器就是利用这一原理来使喷油器控制油道通断或针阀升程改变，从而实现对喷油量和喷油正时的控制此外，利用压电元件快速响应的能力，通过压电元件通、断电多次切换，即可实现多次喷射，以满足最佳喷油规律的要求。

2.5 实训：喷油器电磁阀及电路的故障检修,喷油器电磁阀的检修： （1）外线路检查 （2）电磁阀电阻值测量 （3）电磁阀工作电流检查 （4）电磁阀工作电压检查,第三章 柴油机电控系统中的传感器,第一节 传感器分类,传感器的分类方法有很多种，常用的分类法有如下几种： 1.按有无外加能量分类 2.按信号转换分类 3.按工作原理分类 4.按输出信号形式分类 5.按检测控制参数分类,第二节 温度传感器,1.进气温度传感器 进气温度传感器的作用 柴油发动机进气温度传感器的功能是对喷油量和喷油正时进行修正，同时对发动机过热进行保护当检测到进气温度有异常时，限制发动机的输出功率，防止发动机过热进气温度传感器一般安装在进气总管上，也有安装在空气流量计内 进气温度传感器的工作原理 进气温度传感器一般采用负温度系数的热敏电阻做为检测元件热敏电阻式温度传感器是根据热敏电阻效应制成的，热敏电阻效应指物质的电阻率随其本身温度的变化而变化，简称热敏电阻热敏电阻是用陶瓷半导体材料与其它的金属氧化物按适当的比例混合后高温烧结而制成的温度系数很大的电阻体，按照温度系数不同分为正温度系数和负温度系数正温度系数热敏电阻随温度上升元件阻值增大，负温度系数热敏电阻随温度上升阻值降低。

2.冷却液温度传感器 冷却液温度传感器的作用 冷却液温度将作为计算供油量的修正值使用冷机时对供油。