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1、1论柴油机电控燃油喷射系统 摘要 ：（自己写.）关键词：柴油机;工作原理；优缺点；类型；特征；控制策略；故障诊断一.什么是柴油机电控燃油喷射系统 柴油机电控燃油喷射系统由传感器、ECU(计算机) 和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、油门踏板位置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器，将实时检测的参数同时输入计算机(ECU)，与已储存的设定参数值或参数图谱(MAP 图)进行比较，经过处理计算按照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据 ECU 指令控制喷油量(供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间
2、)和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点 )，同时对废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运行状态达到最佳。 二.柴油机电控系统工作原理以柴油机转速和负荷作为反映柴油机实际工况的基本信号，参照由试验得出的柴油机各工况相对应的喷油量和喷油定时 MAP 来确定基本的喷油量和喷油定时，然后根据各种因素（如水温、油温、 、大气压力等）对其进行各种补偿，从而得到最佳的喷油量和喷油正时，然后通过执行器进行控制输出。三.柴油机电控燃油喷射系统的优点和难点优点1 高的喷射压力2为满足排放法规的要求，柴油喷射压力从 10MPa 提高到 200MPa。如此高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，
3、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传统柴油机的供油系统的喷射压力与柴油机的转速负荷有关。这种特性对于低转速、部分负荷条件下的燃油经济性和排放不利。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、着火延迟期最佳，使柴油机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。3 改善柴油机燃油经济性用户对柴油机的燃油消耗率非常关注。高喷射压力、独立的喷射压力控制、小喷孔、高平均喷油压力等措施都能降低燃油消耗率，从而提高了柴油机的燃油使用经济性。4 独立的燃油喷射正时控制喷射正时直接影响到柴油机活塞上止点前喷入汽
4、缸的油量，决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度。高的汽缸压力和温度可以改善燃油使用经济性，但导致 NOX 增加。而不依赖于转速和负荷的喷射正时控制能力，是在燃油消耗率和排放之间实现最佳平衡的关键措施。5 可变的预喷射控制能力预喷射可以降低颗粒排放，又不增加 NOX 排放，还可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。但是预喷射量、预喷射与主喷射之间的时间间隔在不同工况下的要求是不一样的。因此具有可变的预喷射控制能力对柴油机的性能和排放十分有利。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发生矛盾。当供油系统具有预喷射能力后将会
5、使控制小油量的能力进一步降低。由于工程机械用柴油机的工况很复杂，怠速工况经常出现，而电喷柴油机容易实现最小油量控制。7 快速断油能力喷射结束时必须快速断油，如果不能快速断油，在低压力下喷射的柴油就会因燃烧不充分而冒黑烟，增加 HC 排放。电喷柴油机喷油器上采用的高速电磁开关阀很容易实现快速断油。38 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。而电喷柴油机技术中的高压共轨技术则大大降低了驱动扭矩冲击载荷。缺点a.系统执行器要求高b.控制策略需要仔细研究c.系统优化标
6、定工作难度高、工作量大四.柴油机电控燃油喷射系统的类型1. 位置控制式系统保留传统喷射系统的基本结构，只是将原有的机械控制机构用电控元件取代，在原机械控制循环喷油量和喷油定时的基础上，改进更新机构功能，使用直线比例式和旋转式电磁执行机构控制油量调节齿杆（或拉杆）位移和提前器运动装置的位移，实现循环喷油量和喷油定时的控制，使控制精度和响应速度较机械式控制方式得以提高。系统技术特征与系统特点:（1）数字控制器通过执行机构的连续式位置伺服控制,对喷射过程实现间接调节,故相对其它电控燃油喷射系统,执行响应较慢、控制频率较低和控制精度不太稳定。（2）不能改变传统喷射系统固有的喷射特性,电控可变预行程直列
7、泵虽能对喷油速率起到一定的调节作用,但却使直列泵机构复杂性加大。（3）柴油机的结构几乎无须改动即可改造成位 置控制式喷射系统,故生产继承性好,便于对现有机 器进行升级改造。（4）由于燃油泵输送和计量机构基本不变，喷油系统参数受柴油机转速影响大，很难实现喷油规律控制，凸轮机构、柱塞套的应力和变形限制了喷油压力的进一步提高。2. 时间控制式系统时间控制系统有许多比纯机械式或第一代系统优越的地方，但其燃油喷射压力仍然与发动机转速关，喷射后残余压力不恒定。另外电磁阀的响应直接影响喷射特性，特别是在转速较高或瞬态转速变化很大的情况下尤为严重，而且电磁阀必须承受高压，因此对电磁阀提出了很高的要求。3. 共
8、轨系统4共轨控制式电控燃油喷射系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理。共轨式电控喷射系统具有公共控制油道(共轨管), 高压油泵只是向公共油道供油以保持所需的共轨压力,通过连续调节共轨压力来控制喷射压力,采用压力时间式燃油计量原理,用电磁阀控制喷射过程。该系统根据柴油机运行工况的不同,不仅可以适时地控制喷油量与喷油定时,使其达到与工况相适应的最优数值,而且还使得喷油压力和喷油速率的控制成为可能。且系统的控制自由度及精度得到了大幅度提高。五.系统技术特征（1）不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理,高压油泵+共轨油管。（2）采用压力时间式燃油计量原理,用电磁阀控制喷射过程。（3）可以柔性控制喷油压力、喷油
9、量、和喷油定时, 喷油速率的控制也成为可能。六.柴油机电控喷射系统控制策略喷油量控制策略供油量主要由油门踏板行程和柴油机转速来确定，除此之外，还要根据环境条件和柴油机工作条件进行修正。1）全负荷油量控制2）部分负荷油量控制3）油量修正(冷却水温、进气压力等）4）断油控制5）其他控制（怠速控制等） 根据传感器的信号，通过查取喷油定时 MAP 获得基准喷油定时，然后进行冷却水温等的修正、最后计算出所需的喷油定时，输出到驱动电路电磁阀根据控制器发出的控制信号，控制燃油的喷射。为了实现柴油机的最佳燃烧，应根据运行状态和环境条件等因素来控制最佳的喷射时刻。喷油压力控制策略共轨压力控制主要是通过调节供油泵
10、供油时刻，来使轨中的压力达到设定值并稳定。控制策略采用 PID 算法，根据工况得到的目标轨压和共轨压力传感器反馈回的实际压力比较计算出最终的供油时刻。最佳喷油压力(目标喷油压力 )是柴油机转速和扭矩的二元函数，并应进行进气压力、进气温度和冷却水温度补偿。喷油率控制策略喷油率是柴油机燃烧过程控制的重要参数之一。为了同时改善柴油机的动力性和经济性，降低污染物和噪声排放，理想的喷油率曲线形状是与理想的燃烧过程相适应的据此喷油可以形成最佳的混合气，实现理想的燃烧过程。5七.柴油机电控喷射系统故障诊断故障诊断是柴油机电控单元的一个重要组成部分，是柴油机电控系统投入产品化的可靠性与安全性的重要保障。目前各
11、种柴油机电控喷油系统均具有故障诊断系统。故障诊断通常由控制软件完成，一般在仪表板上设故障指示灯，并可以输出故障代码。电控喷油系统一般在故障诊断的同时提供支撑功能。故障诊断监测柴油机运行状况，采集其运行参数以确定柴油机电控系统是否发生故障，如果发生故障，则利用故障处理策略使发动机能继续运行下去。如果没有故障自诊断，电控系统一旦发生故障而又无法诊断出故障并加以相应的处理，则此时柴油机的运行必偏离正常运行状况，造成排放恶化，经济性、动力性下降，甚至根本不能运行。（1）实时检测输入信号，包括传感器信号、操作人员控制开关信号等，根据工作状态判断信号是否有效。（2）实时检测输出信号及执行器的工作状态。（3）记录故障信号的故障代码，以及故障发生前后信号随时间变化的特征采样值。（4）使控制软件在故障发生时执行安全保护模式下的控制子程序。（5）接收故障诊断仪与维修人员的通讯控制，能够向故障诊断仪发送故障信号及系统信息，并能在故障指示灯上显示故障代码。当 ECU 中微处理器出现故障时，接通备用集成电路，用固定信号控制发动机进入强制运转。注意：备用系统只能维持基本功能，而不能保证正常的运行性能。
