高压共轨系统（课堂PPT）

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1、第1页,柴油机共轨控制系统,一、为什么需要共轨控制系统； 二、柴油机三种电控系统的对比； （1）第一代位置控制式 （2）第二代时间控制式 （3）第三代高压共轨控制系统 三、柴油机的空气控制系统； 四、共轨控制系统的结构细节； 五、关于共轨系统的一些基本问题；,第2页,柴油机面临的问题,第3页,1 柴油机面临的问题,与汽油机比较： HC和CO排放相对较少 CO2少 NOx排放和汽油机基本相当，但是汽油机可以加三效催化装置 微粒排放较高 噪声较大 解决NOx和PM的排放,第4页,柴油机面临的问题,第5页,柴油机面临的问题,第6页,柴油机发展趋势,理想喷射特性 预喷射、初始喷射速率低，主喷速率高，后

2、喷停止速度快 缸内高压喷射 轿车：2000bar，卡车：2600bar以上 增压中冷，废气再循环(EGR) 提高升功率、经济性和降低排放,第7页,柴油机发展趋势,排气后处理 微粒捕捉器，氧化催化器，NOx催化器 解决方案：电子控制： 电子控制燃油喷射 电子控制可变截面涡轮 电子控制废气再循环 电动进排气门 电子控制单元 实现理想的喷油速率是解决柴油机排放的基础，配合空气系统和电子控制，是柴油机发展的根本途径。,第8页,2 柴油机三种电控燃油喷射系统的对比,1 位置控制式 2 时间控制式 3 高压共轨系统,第9页,2.1 第一代位置控制式,1 分配泵位置控制 2 直列泵位置控制 3 第一代电控系

3、统的总体特点,第10页,机械式分配泵,2.1.1 分配泵位置控制系统,第11页,位置控制式分配泵,第12页,另一种位置电控VE泵,第13页,控制特点,油量控制特点： 调速器被取消；对油量控制套筒实施位置饲服控制；喷射量的间接控制 定时控制特点： 电磁阀控制定时活塞两端的压力，实现对定时的间接控制,第14页,喷射定时的反馈方法,实际喷射定时的反馈喷嘴针阀升程的检测：利用针阀运动导致螺线管中电磁变化来反馈喷射始点,第15页,2.1.2 直列泵的位置控制式系统,第16页,油量控制元件,取消机械调速器 对齿条/拉杆的位置 实施电控,第17页,装有柔性动力系统的混合调速器,第18页,装有柔性动力系统的康

4、明斯发动机,第19页,2.1.3 第一代电控系统特点总结,间接控制喷油量位置饲服 间接控制喷油定时液力系统饲服控制 喷射压力大小控制取决于原有机械系统的性能 喷油速率控制取决于原有机械系统的性能 优点：技术难度小，改动工作量小，成本低，可以 实现机械混合运行，安全可靠； 缺点：间接控制，响应慢，对发动机性能改善有限,第20页,2.2 第二代时间控制式,1 分配泵系统 2 直列泵系统 3 电控单体泵/ 泵喷嘴系统 4 第二代电控系统的总体特点,第21页,2.2.1 基于分配泵的电控系统,第22页,分配泵的电控系统框图,第23页,喷油控制功能,第24页,ECU模块,第25页,凸轮轴位置传感器,第2

5、6页,控制时序,第27页,2.2.2 基于直列泵的电控系统,第28页,PPVI液力系统结构框图,第29页,PPVI系统工作特点,PPVI系统的特点： 传统的齿条被取消； 柱塞斜槽被取消，只起加压的作用； 喷油量控制和喷油脉宽完全由电磁阀控制； 电磁阀关闭时刻决定喷射定时； 电磁阀关闭持续时间决定喷油量；,第30页,2.2.3 泵喷嘴和单体泵系统,1 机械式单体泵系统 2 喷油量控制 3 喷油定时控制 4 喷嘴的结构,第31页,应用场合,单体泵： 机车/船用,泵喷嘴： 轿车/卡车,第32页,控制系统的框图,第33页,系统的配置,第34页,2.2.4 第二代电控系统总结,(1)第二代控制系统的包括

6、： 电控分配泵、直列泵、泵喷嘴、单体泵； 共有的控制特点： 依靠传统的脉动泵产生高压； 喷油量控制和喷油脉宽完全由电磁阀控制； 电磁阀关闭时刻决定喷射定时； 电磁阀关闭持续时间决定喷油量；,第35页,第二代电控系统总结,(2)与第一代的差别： 采用电磁阀实现对喷射过程的直接数字控制，不但可以控制喷油量，而且可以控制喷射定时，实现高频和更加灵活的控制功能；而且可以实现分缸独立控制。,第36页,第二代电控系统总结,(3)第二代电控系统的缺点： （1）仍然依赖于传统的脉动高压系统，使得高压喷射的区间受到凸轮型线的限制，无法实现大范围的喷射定时控制； （2）喷射压力的大小只和凸轮型线以及发动机转速等结

7、构参数有关，不能根据发动机的工况灵活调节； （3）无法实现灵活的预喷射和多次喷射。,第37页,2.3 第三代高压共轨系统,1 共轨压力的反馈控制 2 喷油量控制 3 喷油定时控制 4 预喷射控制,第38页,2.3.1 共轨控制系统的类型,1 中压共轨HEUI系统 2 高压共轨线圈电磁阀喷油器 3 高压共轨压电晶体喷油器 4 共轨系统的控制特点,第39页,2.3.2 液力活塞增压喷射系统HEUI,第40页,HEUI的含义,第41页,HEUI系统组成,第42页,HEUI的预喷射功能,第43页,HEUI的主喷射,第44页,HEUI的机油压力控制,第45页,HEUI的燃油供油泵,第46页,HEUI的控

8、制系统,第47页,HEUI的控制特点,机油压力和增压活塞配合完成喷射压力控制，以较低的共轨压力来实现高压喷射； 需要活塞增压，增压过程响应慢；30ms 可以实现预喷射，但是预喷射不能灵活调节； 电磁阀采用高电压驱动，实现电磁阀的快速闭合控制。 整个控制系统的复杂程度较高。,第48页,2.3.3 BOSCH高压共轨系统,第49页,高压共轨系统在BMW轿车柴油上,第50页,BOSCH的高压共轨系统,第51页,系统框图,第52页,共轨系统在轿车上的应用,第53页,燃油输油泵,第54页,燃油输油泵,第55页,燃油高压泵,第56页,燃油高压泵,第57页,PCV阀,第58页,PCV阀,第59页,喷油器,第

9、60页,喷油器,第61页,共轨系统的组成,第62页,2.3.4 共轨系统的总结,共轨压力反馈控制PCV/高压传感器； 喷油量、喷射定时、喷射压力和喷油速率的综合控制； 燃烧噪声、排放、动力性和经济性的综合优化控制； 系统最复杂、制造成本最高、技术水平最高,第63页,附：五十铃共轨系统,第64页,附：五十铃共轨系统,第65页,附：五十铃共轨系统,第66页,2.3.5 压电晶体喷油器共轨2,第67页,压电晶体相对线圈执行器的优点（1）,第68页,压电晶体相对线圈执行器的优点（2）,第69页,由压力控制模式向体积控制模式过渡,第70页,体积控制模式和压力控制模式的功率损失,第71页,空气和燃油集成模

10、块,第72页,柴油机的理想喷油速率,第73页,共轨系统的预喷、主喷和后喷,第74页,喷油量和共轨压力、喷油脉宽的对应关系,第75页,三种典型的喷射系统的喷射压力比较,第76页,6 关于共轨系统的基本问题,问题1：共轨多大的功率范围？ 轿车、轻卡、重卡、机车、船舶均可30Kw200Kw/缸的功率范围 问题2：最高压力能够到达多少？ 五十铃：1350Bar，Bosch：1400Bar；压力通过安全阀来限制。,第77页,6 关于共轨系统的基本问题（续）,问题3：共轨发动机一共有几个子系统？ （1）共轨压力控制系统； （2）喷油量/喷射定时控制系统 （3）增压压力控制系统（VNT） （4）EGR控制系

11、统 问题4：预喷油量和角度？ 14mm3，35%的总油量，角度可以达到TDC前90。,第78页,6 关于共轨系统的基本问题（续）,问题5：后喷的作用和角度？ 用来形成较浓的空燃比实现降NOx的功能。可以在TDC后200220进行喷射，所喷的油量不会在缸内正常燃烧，一部分通过EGR重新进入气缸，其它的油量经排气管到达NOx催化器，达到降NOx的目的。通过EGR循环的燃油相当于大提前角预喷射作用。 后喷会影响经济性（3%5%），同时也会影响机油消耗。,第79页,6 关于共轨系统的基本问题（续）,问题6：共轨系统中，哪些关键参数是新的？ 和传统的时间控制式燃油喷射系统相比，增加了共轨压力传感器，实现

12、了共轨压力的闭环控制，从而大大增加了喷射控制的灵活性，增加了喷射压力控制、预喷油量控制、预喷定时控制，后喷油量控制、后喷定时控制。由于这些新的功能的增加，共轨发动机的标定技术就显得非常重要，因为变量增加之后，虽然给性能的优化提供了更加的广阔的空间，同时也意味着增加了试验匹配的工作量。 “最佳状态一直是追求的目标，但是没有最好，只有可以接受”的标订规则。,第80页,6 关于共轨系统的基本问题（续）,问题7：共轨压力控制是如何实现的？ 通过PCV（压力控制阀）开关来实现的。提高共轨压力：加大PCV的关闭时间；降低共轨压力：一个方面PCV打开（不再向共轨压油），另外一个方面利用各缸喷嘴向缸内喷射来降

13、低共轨压力。 在发动机不运转的时候，即使PCV阀全开共轨压力也不会下降。应尽量避免发动机在高速或者大负荷的压力条件下突然停机，因为除了会对发动机本身有损坏外，由于共轨压力很高，来不及下降就停机，会造成发动机再次启动时困难，因为起动时的需要共轨压力较低（约330350Bar）。,第81页,6 关于共轨系统的基本问题（续）,问题8：共轨安全阀（限压阀）的压力是多大？ 大约是1500Bar左右。安全阀打开一次后，共轨压力降到很低的水平（200Bar左右），从而实现安全停机。 问题9：高压油管的要求：可以持续承受较高的静态压力和动态压力波动。油缸内径2.4mm时外径为6mm。 问题10：高压泵的驱动功

14、率？ 由于高压泵有三套柱塞系统，每120供油一次，因此需要的峰值转矩比较小，2升的轿车发动机的高压泵在标定转速和1350bar压力的条件下，需要3.8Kw的驱动功率。,第82页,6 关于共轨系统的基本问题（续）,问题11：高压泵能否实现的省功率运行？ 首先是很有必要，因为从PCV泄压的燃油已经被加压，油温会升高而且能量损失加大。利用高压泵的单个柱塞关断阀，可以进一步降低高压泵的能量损失。 问题12：PCV的回位弹簧力如何考虑？ 由于PCV阀工作方式：当PCV阀打开（断电）时，燃油泄流到低压；当PCV阀关闭（通电）时，燃油进入共轨。断电时，因为弹簧预紧力决定了共轨系统的最小压力值，该值一般为10

15、0bar左右。,第83页,6 关于共轨系统的基本问题（续）,问题13：PCV阀的响应？ 五十铃的共轨系统在1ms左右，在电磁阀关闭之后，利用电流的脉宽调制保持PCV阀的关闭状态，其中的调制频率在1KHz以上。和各缸的喷油电磁阀相比，PCV阀的响应底一些没有关系，而且可以利用DC-DC变换将其驱动电压提高到120V150V左右，以实现较短的时间给电磁阀较大的充能。 问题14：共轨压力波动峰值有多大？ 一般在共轨的平均压力的百分之几的水平以内，例如怠速时的共轨平均压力一般在350巴左右，其压力,第84页,6 关于共轨系统的基本问题（续）,波动在几巴到十几巴的水平。在大负荷供况下，波动幅值在100巴

16、以内。 问题15：共轨到各缸之间要有限流器，为什么？ 主要是为了保证发动机的安全，使得从共轨到喷嘴之间的流量受到限制，从而保护发动机过载，这是当某缸电磁阀失效以后，从机械上保证发动机不受损坏的装置。 问题16：喷油器的响应时间：一般要实现1mm34mm3的喷油量，电磁阀响应在0.2ms0.3ms之间，才能实现。例如五十铃的电磁阀由125V电压驱动，响应约为0.22ms。,第85页,6 关于共轨系统的基本问题（续）,问题17：共轨发动机在国内要开发或者生产，应该如何突破？ 首先明确：共轨系统的主要难度在于机械部分：高压泵、PCV阀，限流器、安全阀、喷油器和共轨压力传感器是其关键，而其它传感器例如曲轴的位置传感器、流量、压力或者温度量的测量都和以前的控制系统一样，没有太多的难度。 其次：共轨系统的喷射控制算法包括了主喷、预喷和后喷，虽然增加了一些难度，但是控制的软件不难，利用32位控制系统还是比较容易的，而且国内完全有能力设计这样的控制系统。,第86页,感谢各位的支持！祝大家春节愉快！,The End：,第87页,车用柴油机的理想喷射特性,返回,第88页,柴油机电控进排气门