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1、2020 1 18 施雯 1 2020 1 18 施雯 2 一 柴油机电控燃油喷射系统概述二 直列柱塞泵电控燃油喷射系统三 轴向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统四 径向柱塞式分配泵电控燃油喷射系统五 泵喷嘴电控燃油喷射系统六 单体泵电控燃油喷射系统七 共轨式电控燃油喷射系统八 柴油机电控燃油喷射系统传感器九 柴油机电控燃油喷射系统主要附件十 柴油机电控燃油喷射系统主要元件的检修 2020 1 18 施雯 3 一 柴油机电控燃油喷射系统概述 能源危机和生态环境污染问题是全世界人们关注的焦点 随着汽车和动力机械的保有量迅速增加 汽车排放的有害气体和微粒已超过工业污染物的排放量而成为一大公害 人们对这两
2、个问题越来越重视 各国都相继制定了越来越严格的汽车排放规定 1973年的石油危机 使人们更深刻认识到了自然资源的有限性和合理利用的必要性 同时 随着社会的发展 人们对汽车的经济性和舒适性要求也越来越高 迫于各方面的压力 人们开始寻找新的途径来解决排放和油耗问题 其中排气净化和节能是决定汽车能否继续生存发展的两大课题 这样内燃机的电子控制技术就蓬勃发展起来 和汽油机电控技术一样 柴油机电控技术也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 2020 1 18 施雯 4 首先发展起来的是汽油机的电控技术 到目前为止 主要轿车生产国的汽油机已经全部实现了电子控
3、制 而柴油机则可以通过改进燃烧系统和增压中冷等技术措施来改善排放 降低油耗 提高功率 传统的柴油机是采用机械控制系统来控制柴油机的喷油正时和喷油量 也具有优越的控制性能 另一方面由于研制快速 大功率 高性能的电控执行器技术要求高 难度大 所以柴油机电控技术的发展要晚于汽油机 20世纪80年代以来 微电子技术的迅速发展及其在汽油机电控方面的成功应用 解决了柴油机电控技术的瓶颈 使得柴油机电控技术也能够发展起来 采用电控技术可以改善驾驶性能 降低噪声和振动 提供舒适 易操作的行驶控制功能 可以借助于故障显示和自诊断功能改善车辆的安全性和维护保养的方便性 可以改善冷起动 稳定怠速和良好的加速等性能
4、从而推动和加速了柴油机电控的发展 2020 1 18 施雯 5 1 柴油机电控技术的发展历程柴油机的电子控制技术大致可分为3个阶段 20世纪70年代的初始研发阶段 此时电控主要用于发电机组用柴油机 20世纪80年代的实用阶段 发展了多种位置控制式和时间控制式电喷系统 形成了现代汽车柴油机电控系统 20世纪90年代为成熟阶段 功能更为强大的电喷系统可以控制喷油量 喷油正时 喷油压力以及喷油率 从控制喷油量的方式来看 首先研制出来的是位置控制式 随后是时间控制式 现在已经进入了研究得最多的是压力时间控制式 电控技术在柴油机上应用日益增多 控制精度不断提高 控制功能不断扩大 提高了柴油机的竞争力 2
5、000年欧洲轿车的柴油化率达到27 到2005年增加到30 2003年西欧柴油轿车产量达到400万辆 一向对发展柴油轿车保持低姿态的美国 2000年也有10 的轿车装用了柴油机 2020 1 18 施雯 6 提高柴油机动力性 实现低污染 低油耗的中心任务就是改善柴油机的燃烧过程 也就是要保证组成燃烧过程的进气 喷油 燃烧三要素中的油 气良好混合和在不同工况下 满足不同的燃烧和放热要求 其中喷油是最重要的因素 因此喷油系统的控制成为柴油机电控的核心 2020 1 18 施雯 7 技术发展经历了三个阶段 第一代柴油机电控系统 采用 位置控制 和 时间控制 供 喷 油压力与传统柴油机相同 称为常规压
6、力电控系统 以电控泵为代表 第二代柴油机电控系统 采用 时间 压力控制 或 压力控制 喷油压力较高 称为高压电控系统 以共轨系统为代表 第三代柴油机电控系统 集 共轨 技术 时间控制 燃油喷射技术 涡轮增压中冷技术 多气门技术 废气再循环技术 选择性催化还原 过滤器再生技术 压电技术等于一体 以压电式高压共轨系统为代表 2020 1 18 施雯 8 位置控制式这种控制系统结构简单 保留了传统的泵 管 嘴系统 对原有喷油系统改装较少 它保留了原直列喷油泵和分配泵的基本结构 只是在喷油泵上装有齿杆位移传感器和凸轮轴相对曲轴的转角位移传感器和微处理器组成的控制系统 分别对喷油量和喷油正时进行控制 根
7、据其喷油泵结构以及高压油管的连接长度不同可分为直列泵位置控制系统和分配泵位置控制系统 这种控制方式优点是 柴油机的结构几乎不需改动 生产继承性好 便于对现有柴油机进行升级换代 这种控制方式缺点是 控制过程比较慢 精度低 喷射压力也难以进一步提高 无法改变原喷油系统中的喷油规律 2020 1 18 施雯 9 时间控制式时间控制系统是用高速强力电磁阀直接控制高压燃油 喷油量由电磁阀开启和切断的时间来确定 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
8、量控制的自由度更大 但这种控制方式仍然采用脉冲高压供油原理 无法控制喷油压力 对高速电磁阀的性能依靠度较大 制造有相当的困难 2020 1 18 施雯 10 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 2020 1 18 施雯 11 压力控制方式在后期开发的柴油机电控共轨式燃
9、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 2020 1 18 施雯 12 共轨式电控喷油系统20世纪90年代以后出现的共轨式喷油系统是柴油机电控技术发展过程中的一个大的飞跃 它改变了传统的喷油系统的组成结构 最大的特点就是将燃油压力产生
10、和燃油喷射分离开来 通过对共轨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基本无关 电磁阀控制的喷油器替代了传统的机械式喷油器 共轨中的燃油压力由一个高压泵产生 压力大小与发动机的转速无关 可在一定范围内自由设定 共轨中的燃油压力由一个电磁压力调节阀控制 根据发动机的工作需要进行连续压力调节 电控单元作用于喷油器电磁阀上的脉冲信号控制燃油的喷射过程 喷油量的大小取决于燃油轨中的油压和电磁阀开启时间的长短 及喷油嘴液体流动特性 按照喷油高压形成的不同 共轨式电控燃油喷射系统有两种基本型式 即高压共轨式和中压共轨式 2020 1 18 施雯 13 高压共轨系统 高压输油泵 压力在120
11、MPa以上 直接产生高压燃油后 输送至共轨中消除压力的脉动 再分送到各喷油器 当电子控制装置按需要发出指令信号后 高速电磁阀迅速打开或关闭 进而控制喷油器工作 即按设定的要求喷出或停喷高压燃油 中压共轨系统 中压输油泵 压力为10 13MPa 将中压燃油输送到共轨中消除压力的脉动 再分送至带有增压柱塞的喷油器中 当高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后 就迅速开启或关闭 从而控制喷油器工作 随即通过高压柱塞的增压作用 将从共轨中来的中压燃油加压至高压 120 150MPa 后喷出或停喷 中压共轨系统又包括共轨蓄压式和共轨液压式 共轨蓄压式的控制油和喷射油均来自共轨管 而共轨液压式的
12、控制油来自共轨管 喷射油来自燃油输油泵 所以该系统的控制油和喷射油可以采用不同物质 2020 1 18 施雯 14 一 柴油机电控燃油喷射系统概述 2 柴油机与汽油机比较对混合气浓度的控制方式不同 汽油机在理论混合气浓度附近工作 柴油机对混合气浓度没有相对固定的要求 对喷油压力的要求不同 汽油机多点系统压力0 25 0 35MPa 单点系统压力0 07 0 10MPa 而柴油机喷油压力高达100 200MPa 建立更高的喷油压力是重点和难点 对燃烧过程的控制途径不同 汽油机通过控制点火正时和点火能量来控制 柴油机通过控制喷油正时 喷油持续时间和喷油速率来控制 柴油喷射的电控执行器复杂 柴油机具
13、有高压 高频 脉动等特点 而且对喷油正时的精度要求很高 这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多 柴油机电控燃油喷射系统形式多样 传统的柴油机具有结构完全不同的系统 形成了柴油喷射系统的多样化 2020 1 18 施雯 15 一 柴油机电控燃油喷射系统概述 3 现代柴油机先进技术 共轨 技术指利用一个 公共油轨 向各缸喷油器供油 油压可独立控制 时间控制 燃油喷射技术由ECU控制的高速电磁阀来直接控制供 喷 油的开始与结束时刻 涡轮增压中冷技术废气涡轮增压 冷却器冷却 50 以下 从而最大程度地降低过高温度对充气效率及燃烧质量的不利影响 多气门技术每个气缸2个以上气门 减少进 排气阻力 废气再
14、循环技术降低NOx的排放量 2020 1 18 施雯 16 一 柴油机电控燃油喷射系统概述 4 柴油机电控燃油喷射系统的功能供 喷 油量控制 ECU根据转速 加速踏板位置确定基本供 喷 油量 根据水温 进气温度 起动开关 空调开关 反馈信号等对供 喷 油量进行修正 供 喷 油正时控制 ECU根据转速 负荷信号来确定基本的供 喷 油提前角 再根据反馈信号进行修正 2020 1 18 施雯 17 4 柴油机电控燃油喷射系统的功能供 喷 油速率和供 喷 油规律ECU根据转速和负荷信号作为主控信号 按预设的程序确定最佳的供 喷 油速率和规律 喷油压力的控制ECU以转速和负荷信号作为主控信号 按预设的程
15、序确定最佳的喷油压力 并对喷油压力进行闭环控制 柴油机低油压保护ECU根据机油压力传感器信号 当机油压力低时减少供油量 降低转速并报警 当机油压力降到一定值时 切断燃油供给 强制熄火 增压器工作保护ECU根据增压压力信号适当调节供 喷 油量 并在增压压力过高或过低时报警 2020 1 18 施雯 18 一 柴油机电控燃油喷射系统概述 5 柴油机电控燃油喷射系统的类型第一代 采用 位置控制 或 时间控制 方式 供 喷 油压力与传统柴油机相同 又称常规压力控制系统 主要包括直列柱塞泵电控系统和分配泵电控系统 第二代 采用 时间 压力控制 或 压力控制 方式 喷油压力高 又称高夺喷射系统 主要包括泵
16、喷嘴电控系统和共轨系统 2020 1 18 施雯 19 二 直列柱塞泵电控燃油喷射系统 1 直列柱塞泵燃油供给系统的组成燃油箱输油泵燃油滤清器喷油泵喷油器功用 储存 滤清柴油 提高油压 高压喷油 雾化 燃油箱 输油泵 滤清器 喷油泵 喷油器 2020 1 18 施雯 20 功用 储存 滤清柴油 提高油压 高压喷油 雾化 要求 按需供油 定时喷油 良好的喷油质量 供油规律及供油持续时间合理 适当 防 高速飞车 低速熄火 2020 1 18 施雯 21 高压油路 喷油泵出口 喷油器油压 10MPa以上 喷油泵建立低压油路 油箱 喷油泵入口油压 0 15 0 3Mpa 输油泵建立回油 2020 1 18 施雯 22 车用多缸柴油机对喷油泵的要求 各缸供油顺序与发动机工作顺序相同 各缸供油量均匀 不均匀度在标定工况下不大于3 4 各缸供油时刻一致 相差不大于0 5 曲轴转角 供油迅速 停喷干脆 2020 1 18 施雯 23 组成柱塞分泵油量调节机构驱动机构泵体 二 直列柱塞泵电控燃油喷射系统 2 直列柱塞泵结构原理 2020 1 18 施雯 24 2020 1 18 施雯 25 2020 1
