第5章 电控共轨柴油机的构造与原理

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1、第5章 电控共轨柴油机的构造与原理,退 出,5. 1 电控柴油机概述,52 博士高压共轨系统的基本工作原理,53 故障自诊断系统,54 日常使用与维护,5. 5 电控柴油机的故障诊断与排除,退 出,5. 1 电控柴油机概述,知识要点： 1、排放法规与柴油机电控燃油喷射技术的发展现状，机械式柴油机燃油喷射系统与电控燃油喷射系统的主要特点、优缺点对比； 2、常见的电控共轨系统、电控泵喷嘴系统、电控单体泵系统等柴油机电控燃油喷射系统的简单工作原理。,目标： 通过学习，使学生对柴油机电控燃油喷射系统的优点及常见的几种电控燃油喷射系统有初步的了解。,前 进,电控柴油机比汽油机二氧化碳的排放量大约低30-

2、35%，而且具有更好的燃油经济性。,柴油机的应用日趋广泛，在西欧，轻型汽车中的柴油车所占份额已经超过了40%，中型和重型车中的柴油车的份额超过了90%。 清洁的电控柴油机也将成为未来中国能源问题的重要解决方案之一。 一汽大众公司率先在捷达轿车上装配柴油机发动机； 2003年该公司又在宝来（TDI）轿车装配了采用电控泵喷嘴系统的柴油机。,后 退,前 进,柴油机电控燃油喷射系统的优点,喷油量调节与控制 ： 驾驶员通过电子油门踏板提供驾驶意图；操纵轻松简便。 控制器ECU根据编程的控制策略来决定整个运行范围内的喷油量；并根据转速、负荷状况变化予以修正。 可以有几十种喷油量控制模式，使燃烧更完全，从而

3、降低油耗。减少噪声和排放污染。 通过监测燃油温度、冷却水温、进气温度等对各种不同工况的喷油量进行自动控制和修正。,喷油提前角调节 完全由ECU自动控制，有很宽的自动调节范围。 通过监测燃油温度、冷却水温、进气温度等，对不同工况的喷油提前角进行修正。 在整个运行范围内可根据转速、负荷状况进行喷油提前角的自动调节和校正。,后 退,前 进,喷油压力调节 完全由ECU自动控制，确保全速全负荷时有充足的喷油压力，并可在工作转速范围内保持高压喷射性能。 改善低温起动燃油雾化和燃烧性能。 在整个运行范围内可根据转速、负荷状况自动选择独立可调的高喷油压力，以获得最佳扭矩特性和最低的排放性能。,怠速控制： 可据

4、各种温度、蓄电池电压与空调请求等自动调节怠速转速。,其它功能： 可提供附加控制的功能（如各缸平衡、可变怠速和闭环控制、减速断油、起动控制等） 与车辆有更多的联系，可提供更多的服务功能（A/T、停缸、排气制动、A/C、P/S、ABS、仪表指示等）。 可提高柴油机本身的一致性和可靠性（有故障自诊断功能、跛脚回家模式、自学习功能等）。,后 退,前 进,目前广泛应用的柴油机电控燃油喷射系统：,电控共轨系统,电控泵喷嘴系统,电控单体泵系统,后 退,返回主目录,5.1.1 电控共轨系统,电控共轨系统采用了共轨技术。共轨技术是指在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完

5、全分开的一种供油方式。,电控共轨系统由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。,前 进,一汽解放配套的新一代共轨系统柴油机,后 退,前 进,轿车用柴油机共轨系统,后 退,前 进,电控共轨系统工作原理：控制器ECU根据各种传感器采集的信号确定发动机工况，计算喷油量需求及喷油脉宽（喷油速率、喷油持续时间），同时通过油量计量阀调节进入高压油泵的油量，进而调节共轨压力到对应工况的喷油压力值。,共轨腔的高压燃油一路通向喷油嘴的盛油槽，另一路通向

6、喷油器上的三通电磁阀。当控制器ECU控制指令切断泄油通路时，高压燃油经进油单向阀到达液压活塞上腔，此时整个活塞、顶杆、针阀组件处于液力平衡状态；在针阀弹簧的压力作用下，针阀处于关闭状态。一旦三通阀切换到高压油路并打开泄油通路时，液压活塞上腔迅速泄压，其中燃油流经节流孔流向泄油通路。此时针阀在盛油槽内高压油的作用下克服弹簧预紧力而开启喷油。,后 退,前 进,电控高压共轨系统的特点： 1)自由调节喷油压力(共轨压力控制)； 2) 自由调节喷油量； 以发动机的转速及油门开度信号为基础，计算机计算出最佳喷油量，并控制喷油器的通断电时间； 3)自由调节喷油率形状； 4) 由调节喷油时间。,后 退,前 进

7、,不足： 1)高压油的联接管路与联接处较多，密封性能要求高，燃油泄漏的概率增大。 2)对燃油品质要求相对较高，系统的技术与生产成本及售价较高。 3)最高喷射压力现尚难与电控泵喷嘴、电控单体泵相媲美。,优点： 1)喷油压力与高压燃油泵转速无关，只取决于共轨腔的压力；解决了传统燃油泵高、低速时压差过大，综合性能不稳的矛盾。 2)高压燃油泵峰值时所需转矩小，驱动损失小。 3)共轨压力可调节，电磁阀升程灵活可控，可完全实现喷油压力和喷油速率的柔性控制。 4) 系统的结构尺寸较紧凑。,返 回,后 退,5.1.2 电控泵喷嘴系统（EUI）,电控泵喷嘴将喷油泵、喷油嘴和电磁阀组合为一体，没有高压油管，每缸一

8、组泵喷嘴，靠安装在气缸盖上的凸轮轴来驱动和工作。,特点：由于没有高压油管，在所有油泵中，具有最高的机械和液力刚度，能够承受200Mpa以上的喷射压力。,应用实例：一汽大众生产的宝来TDI,返 回,5.1.3 电控单体泵（EUP）,前 进,电控单体泵的特点： 1)高达25Mpa的高压喷射能力；双电磁阀系统（溢流油嘴控制）；喷油干脆，断油迅速灵活。可以获得低油耗、低Nox和低微粒排放。 2)在整个工作速度范围内可根据转速、负荷、瞬态工况的不同，实现喷油压力、速率编程控制与调节（可燃混合气的混合比）。 3)可进行早喷（初期预喷）、预喷（二次预喷）。 4)喷油速率可编程控制。 5)可有效进行预喷后紧跟

9、大油量高压主喷射，并紧随迅速突然断油，有效控制气缸峰值压力，避免过高的峰值温度。,后 退,前 进,6)可进行高压后喷射（或晚喷）与控制。 7)各喷射段（早喷、预喷、主喷、后喷、晚喷等）均可进行程序控制，并具有最优的液压效率。 8)快速响应，阀体重量轻、巧，安装位置可选。 9)独立喷油系统的电子特性，小的控制器EUP安装壳体。,应用实例：玉柴YC6G,后 退,返 回,5.2 博士高压共轨系统的基本工作原理,目标： 通过学习，使学生熟悉博士高压共轨系统的组成、电子控制系统等各部分的组成和工作原理。,知识要点： 1.博士高压共轨系统高低压油路部分； 2.电子控制系统的组成和主要控制功能。,前 进,博

10、士电子控制高压共轨系统由电子控制部分（包括电子控制单元和电控喷油器）和燃油供给部分组成，其中燃油供给部分又分为高、低压部分。,后 退,前 进,1）低压部分： 主要由燃油箱、粗滤器、电动输油泵、柴油滤清器、低压油管、高压油泵低压端、ECM、回油管等构件组成。 主要任务：主要任务：燃油的吸入、过滤，并给高压油泵提供足够量的0.20.7Mpa的低压燃油,5.2.1 油路部分,后 退,前 进,a.电动输油泵： 型式：齿轮式燃油泵。 作用：为共轨高压油泵提供燃油。,5.2.1 油路部分,进油系统 燃油箱中的燃油在电动输油泵的吸力作用下，经过油水分离器和滤清器过滤后，被送往高压油泵。,后 退,前 进,b.

11、燃油滤清器 作用：过滤燃油供给系统中杂质。带油水分离装置 和报警装置。,5.2.1 油路部分,后 退,前 进,回油系统,5.2.1 油路部分,a.喷油器回油,b.高压泵总成泄漏回油,c.高压蓄压器回油,后 退,前 进,2）高压部分： 主要组成：高压油泵、高压蓄压器、高压油管、喷油器、ECM、压力控制阀、流量限制阀、限压阀、油压传感器等 主要任务：将燃油加压、保压和喷射。,后 退,前 进,高压油泵,CP3型高压油泵,后 退,前 进, 高压蓄压器（油轨）,1-油轨 2-高压泵进油端 3-油轨压力传感器 4-限压阀 5-出油口 6-流量限制阀 7-喷油器端连接油管,后 退,前 进, 喷油器,主要零件

12、有： 喷油嘴 针阀 电磁阀 控制活塞 球阀,电磁喷油器的工作过程 ： 喷油预备期 喷油开启 喷油结束,后 退,前 进,电控系统是玉柴电控国系列柴油机的“神经中枢”，包括传感器、控制单元、执行器。,5.2.2 高压共轨电子控制系统的组成及控制功能,后 退,前 进, 传感器,作用 实时采集柴油机、车辆的运行信息并传递给控制器ECU。,玉柴电控国系列柴油机配置的传感器包括： 曲轴转速传感器、凸轮轴位置传感器、加速踏板位置传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、冷却水温度传感器。同时还有空调、排气制动、怠速控制等开关信号。,后 退,前 进, 控制单元,ECU是电气控制部分的核心，通过接

13、受各种传感器和发动机各种工况的信息，进行计算、分析、判断，根据控制器中存储的发动机控制策略和程序，向执行器（单体泵电磁阀等）发出驱动信号，实现对喷油正时和喷油量的控制。另外它还具有故障自诊断等功能。, 执行器,包括6个单体泵电磁阀、排气制动阀、风扇控制、水温过高指示灯、故障指示灯等。,后 退,前 进,电控系统的主要控制内容, 燃油喷射控制,a.喷油量控制: 最主要的控制功能之一，在起动、怠速、正常运行等各种工况下， ECU 根据发动机转速信号、负荷信号和内存控制模型来确定基本供油量，ECU通过控制电磁阀的通、断电时刻及通、断电持续时间长短直接控制喷油量，再根据冷却液温度信号、进气温度信号、起动

14、开关信号、空调开关信号、反馈信号等对供油量进行修正，使发动机维持在最佳工作状态。,后 退,前 进,燃油量控制可分为： 基本喷油量控制 怠速喷油量控制 启动喷油量控制 不均匀油量补偿控制 巡航喷油量控制 空调启动喷油量控制,后 退,前 进,b.喷油时间控制,也是最主要的控制功能之一， ECU 根据发动机转速信号、加速踏板开启角度和内存的控制模型来确定基本供油量，再根据发动机水温、进气温度和压力、燃油温度和压力等反馈信号进行修正，得出最佳的喷油正时。,后 退,前 进,c.供（喷）油速率和供（喷）油规律的控制,ECU 以柴油机转速信号、负荷信号作为主控制信号，按预设的程序确定最佳的供油速率和供油规律

15、。,实现在一个做功循环内的多次喷油，可分为三个阶段：,第一阶段：预喷阶段,第二阶段，主喷阶段,第三阶段，后喷阶段,后 退,前 进,d.喷油压力的控制,ECU 以柴油机转速信号、负荷信号作为主控制信号，按预设的程序确定最佳的喷油压力。,e.柴油机低油压保护,柴油机机油压力过低时， ECU 根据机油压力传感器信号减少供油量，降低转速并报警；当机油压力降到一定值一下时，则切断燃油供给，强制使发动机熄火。,f.增压器工作保护,ECU 根据增压压力信号适当调节供油量，并在增压压力过高或过低时报警。,后 退,前 进, 怠速控制,后 退,前 进, 进气控制,主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正

16、时控制。, 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，实现对废气涡轮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。,后 退,前 进, 排放控制,柴油机的排放控制主要是废气再循环（ EGR ）控制。 ECU 主要根据柴油机转速和负荷信号，按内存程序控制 EGR 阀开度，以调节 EGR 率。, 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。,后 退,前 进, 柴油机与自动变速器