to发动机电 第六章 柴油电控发动机 湖批职业技术学院机工程系
湖北职业技术学院 机电工程系 湖北职业技术学院 机电工程系 1 第六章 柴油电控发动机
61柴油机电控系统概述 6.1.1柴油机电控技术的发展 柴油杋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。 柴油杋电控技术发展的三个阶段:位置控制、时间控制、时间一压力控制(压力控制) 第一代柴油杋电控燃油喷射系统(常规压力电控喷油系统) 特点: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 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“时间一压力控制”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
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。 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） - 第一代柴油机电控燃油喷射系统（常规压力电控喷油系统） 特点：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。 - 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。 6.1 柴油机电控系统概述 6.1.1 柴油机电控技术的发展
61柴油机电控系统概述 6.1.2柴油机电控燃油喷射系统的优点 1、改善低温起动性。 2、降低氮氧化物和烟度的排放。 3、提高发动机运转稳定性。 4、提高发动机的动力性和经济性。 5、控制涡轮增压。 6、适应性广
1、改善低温起动性。 2、降低氮氧化物和烟度的排放。 3、提高发动机运转稳定性。 4、提高发动机的动力性和经济性。 5、控制涡轮增压。 6、适应性广。 6.1 柴油机电控系统概述 6.1.2 柴油机电控燃油喷射系统的优点
61柴油机电控系统概述 6.1.3柴油机电控系统的功能 1、燃油喷射控制 (1)供(喷)油量控制 (2)供(喷)油正时控制 (3)供(喷)油速率和供(喷)油规律的控制 (4)喷油压力的控制 (5)柴油机低油压保护 (6)增压器工作保护 2、怠速控 (1)怠速转速的控制 (2)各缸均匀性的控制
1、燃油喷射控制 （1）供（喷）油量控制 （2）供（喷）油正时控制 （3）供（喷）油速率和供（喷）油规律的控制 （4）喷油压力的控制 （5）柴油机低油压保护 （6）增压器工作保护 2、怠速控制 （1）怠速转速的控制 （2）各缸均匀性的控制 6.1 柴油机电控系统概述 6.1.3 柴油机电控系统的功能
61柴油机电控系统概述 6.1.3柴油机电控系统的功能 3、进气控制 (1)进气节流控制 (2)可变进气涡流控制 (3)可变配气正时控制 4、增压控制 5、排放控制 6、起动控 7、巡航控 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
3、进气控制 （1）进气节流控制 （2）可变进气涡流控制 （3）可变配气正时控制 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 6.1 柴油机电控系统概述 6.1.3 柴油机电控系统的功能
6.2柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.1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髙的要求 (柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约为19.6MPa) 各种柴油电控系统的区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、EC U控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置,但基本组成与其他电子控制系统 致,也是由传感器、ECU、执行元件三部分组成 、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 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
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为19.6MPa） 各种柴油电控系统的区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、ＥＣ Ｕ控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，但基本组成与其他电子控制系统一 致，也是由传感器、ＥＣＵ、执行元件三部分组成。 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 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。 6.2 柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.1 柴油机电控燃油喷射系统的组成
6.2柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.2位置控制方式 第一代柴油机电控燃油喷射系统主要以电控直列柱塞泵或电控转子分配泵为特征。 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装置一般采用占空比控制型电磁阀(简称占 空比电磁阀)式或直流电动机式电子调速器 2、转子分配泵的供油量控制 “位置控制”的转子分配泵供油量控制装置,一般采用转子式或占空比电磁阀式 电子调速器 第一代的位置控制系统不仅保留了传统的泵一管一嘴系统,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。 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Zexe公司的COEC,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
第一代柴油机电控燃油喷射系统主要以电控直列柱塞泵或电控转子分配泵为特征。 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装置一般采用占空比控制型电磁阀（简称占 空比电磁阀）式或直流电动机式电子调速器。 2、转子分配泵的供油量控制 “位置控制”的转子分配泵供油量控制装置，一般采用转子式或占空比电磁阀式 电子调速器。 第一代的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。 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。 6.2 柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.2 位置控制方式
6.2柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.3时间控制方式 供油量的“位置控制”特点是用模拟量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。不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” 1、转子分配泵的供油量控制 在回油通道中安装一个有ECU控制的高速电磁阀来控制回油通道的开闭,也就实现供油 量的“时间控制”。“时间控制”的转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、P一T喷油器的供油量控制 取消了原P一T燃油系统中结构复杂的调速器和喷油器中的计量装置,使燃油供给系统 大为简化 高速电磁阀关闭的时刻即是喷油开始时刻,髙速电磁阀关闭的持续时间决定了喷油量。 第二代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
供油量的“位置控制”特点是用模拟量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。不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”。 1、转子分配泵的供油量控制 在回油通道中安装一个有ＥＣＵ控制的高速电磁阀来控制回油通道的开闭，也就实现供油 量的“时间控制”。“时间控制”的转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、Ｐ－Ｔ喷油器的供油量控制 取消了原Ｐ－Ｔ燃油系统中结构复杂的调速器和喷油器中的计量装置，使燃油供给系统 大为简化。 高速电磁阀关闭的时刻即是喷油开始时刻，高速电磁阀关闭的持续时间决定了喷油量。 第二代 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。 6.2 柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.3 时间控制方式
6.2柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.4时间一压力控制方式 第二代柴油杋电控燃油喷射系统中最典型的是电控垬轨式燃油喷射系统。 在电控共轨式燃油喷射系统中,对喷油量的控制采用“时间一压力控制” 或“压力控制”,用得最多的是“时间一压力控制”方式。 在该系统中,ECU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
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” ，用得最多的是“时间－压力控制”方式。 在该系统中，ＥＣＵ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。 6.2 柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.4 时间－压力控制方式
6.2柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.5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ECU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,ECU根据实际的共轨压力信号 对共轨压力进行闭环控制。 第三代共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理,通过油锤响应、 液力增压、共轨蓄压或者髙压共轨等形式形成髙压。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。 髙压共轨系统被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破之一,将成为21世纪柴油机 燃油系统的主流。德国 Bosch公司、日本 Denso公司和英国 Lucas公司都研制出了电控 高压共轨系统,并开始小批量向市场供货
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ＥＣＵ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，ＥＣＵ根据实际的共轨压力信号 对共轨压力进行闭环控制。 第三代 共轨式电控喷射系统改变了传统的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。 高压共轨系统被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破之一，将成为21世纪柴油机 燃油系统的主流。德国Bosch公司、日本Denso公司和英国Lucas公司都研制出了电控 高压共轨系统，并开始小批量向市场供货。 6.2 柴油机电控系统的组成及工作原理 6.2.5 压力控制方式