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1、鲁植雄 博士电控柴油机(EDC)理论教学规范与实践基本内容n n一、柴油机电子控制技术基础 （发 展、特点、分类、组成）n n二、电子控制柴油机的控制功能n n三、电子控制直列泵燃油系统n n四、电子控制分配泵燃油系统n n五、电子控制泵喷嘴燃油系统n n六、电子控制共轨燃油系统1.柴油机电子控制技术的发展国际上受日益严格的排放法规限止，目前国际上受日益严格的排放法规限止，目前柴油机电子控制技术在国外达到柴油机电子控制技术在国外达到60%-90%60%-90%优点：改善柴油机动力性、经济性、降低排放优点：改善柴油机动力性、经济性、降低排放 和噪音。和噪音。一、柴油机电子控制技术基础 （发（发
2、展、特点、分类、组成展、特点、分类、组成）图图 柴油机中的电子控制技术柴油机中的电子控制技术图图 电子控制技术在柴油机中的应用电子控制技术在柴油机中的应用n n柴油机电子控制燃油系统的开发研究从20世纪70年代开始，已经经历了三代。n n1.第一代电子控制燃油系统n n第一代电子控制燃油系统是位置控制式。位置控制系统的特点是不仅保留了传统的喷油泵高压油管喷油嘴系统，而且还保留了喷油泵中齿条、齿圈、滑套、柱塞上控油螺旋槽等控制油量的机械传统机构，只是对齿条或滑套的运动位置，由原来的机械调速器控制改变为电子控制，使控制精度和响应速度得以提高。 n n第二代电子控制燃油系统n n第二代电子控制燃油系
3、统是时间控制式。所谓时间控制，就是用高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。这种系统可以是保留原来的喷油泵高压油管喷油嘴系统。也可以采用新型的产生高压的燃油系统。 n n第三代电子控制燃油系统n n第三代电子控制燃油系统是时间压力控制式，即电子控制共轨式燃油系统。 2.电控柴油机的分类柴油机燃油喷射系统凸轮驱动型液压(或电/液)驱动型泵-管-嘴泵喷嘴分配泵直列泵 单体泵轴向柱塞径向柱塞单柱塞双浮动柱塞无液压放大的高压共轨系统有液压放大的增压(蓄压)共轨系统类型n n电子控制直列泵燃油系统n n电子控制分配泵燃油系统n n电子控制泵喷嘴燃油系统n n电子控制共轨燃油系统3.柴油机电子控制系统内容及
4、功能8)进气涡流强度控制9)起动预热控制10)故障自诊断及故障保护功能2)喷油正时控制3)怠速控制4)各缸喷油量不均匀修正5)排气再循环控制7)增压控制6)进气节流控制1)喷油量控制1)喷油量控制 发动机转速信号发动机转速信号 （基本喷油量）（基本喷油量） 节气门位置节气门位置/ /加速踏板信号加速踏板信号 （基本喷油量）（基本喷油量） 进气温度信号进气温度信号 （修正喷油量）（修正喷油量） 进气压力信号进气压力信号 （修正喷油量）（修正喷油量） 冷却液温度信号冷却液温度信号 （修正喷油量）（修正喷油量）燃油特性修正、低温起动后修正、急减速修燃油特性修正、低温起动后修正、急减速修正以适应不同工
5、况不同工作条件变化的需要。正以适应不同工况不同工作条件变化的需要。通过通过电磁溢流阀电磁溢流阀对喷油量进行精确控制对喷油量进行精确控制2)喷油正时控制喷油正时是由发动机转速和加速踏板位置决喷油正时是由发动机转速和加速踏板位置决定的，并由冷却液温度、进气温度、进气压力等信定的，并由冷却液温度、进气温度、进气压力等信号进行修正。号进行修正。通过着火正时传感器检测实际燃烧开始时刻通过着火正时传感器检测实际燃烧开始时刻实现对喷油正时的闭环控制。实现对喷油正时的闭环控制。排除燃油十六烷值、大气条件变化引起喷油排除燃油十六烷值、大气条件变化引起喷油正时差异，实现对喷油正时的最佳控制。正时差异，实现对喷油正
6、时的最佳控制。3)怠速控制由于发电机、空调动力转向等辅助装置工作状态的变化引起柴油机负荷变化导致发动机转速变化。柴油机控制系统通过反馈控制系统控制怠速喷油量，使怠速控制在目标转速。4)各缸喷油量不均匀修正由于各缸喷油泵的性能差异导致各缸喷油由于各缸喷油泵的性能差异导致各缸喷油量的差异，引起发动机转速波动即所谓：怠速量的差异，引起发动机转速波动即所谓：怠速颤振。颤振。电控系统通过作工冲程时的曲轴转速变化电控系统通过作工冲程时的曲轴转速变化判断各缸喷油量的差异。判断各缸喷油量的差异。利用电磁溢流阀快速响应，及时修正各缸利用电磁溢流阀快速响应，及时修正各缸的喷油量来降低发动机转速波动，按各缸转速的喷
7、油量来降低发动机转速波动，按各缸转速无波动偏差来控制各缸喷油量。无波动偏差来控制各缸喷油量。5)排气再循环控制减少排气中的减少排气中的NONOX X排放量，与汽油机电排放量，与汽油机电控系统相同。控系统相同。7)增压控制电控系统控制增压压力和进气量、空燃比。6)进气节流控制系统通过控制节气门的开度，控制进气量，降低怠速时的振动和噪声，停车时系统关闭节气门中断进气，减轻发动机的振动。8)8)进气涡流强度控制进气涡流强度控制系统通过控制进气通道的变化，以便在不同转系统通过控制进气通道的变化，以便在不同转速负荷下更好地组织进气涡流，改善燃烧质量，提速负荷下更好地组织进气涡流，改善燃烧质量，提高动力性
8、、经济性、降低排放和污染。高动力性、经济性、降低排放和污染。9)9)起动预热控制起动预热控制在不同的起动条件下系统通过控制起动预热塞在不同的起动条件下系统通过控制起动预热塞的通电时间改善柴油机低温起动和低温怠速运转。的通电时间改善柴油机低温起动和低温怠速运转。10)10)故障自诊断及故障保护功能故障自诊断及故障保护功能此项与汽油机电控系统的故障自诊断失效保护功能此项与汽油机电控系统的故障自诊断失效保护功能基本相同。基本相同。4.柴油机电了控制系统的控制方式控制方式可分为三大类：1)开环控制、2)闭环控制、3)开环闭环综合控制1)1)开环控制开环控制特点：用电子控制装置取代喷油提前调节装置。特点
9、：用电子控制装置取代喷油提前调节装置。结构：分配泵凸轮滚环结构：分配泵凸轮滚环液压正时活塞液压正时活塞电磁阀控制（燃电磁阀控制（燃油反馈压力）油反馈压力）电磁阀电磁阀控制单元控制单元转速、冷却水温、总供油量由电控单转速、冷却水温、总供油量由电控单元贮存的最佳供油提前角发出指令。元贮存的最佳供油提前角发出指令。2)闭环控制电控单元根据喷油传感器着火正时传感器反馈电控单元根据喷油传感器着火正时传感器反馈信号通过电磁阀控制正时活塞达到最佳正时供信号通过电磁阀控制正时活塞达到最佳正时供油提前角。油提前角。3)开环闭环综合控制电控单元把开环闭环综合起来，调整实际喷油正时出现误差。进行误差补偿。通常在相邻
10、两次喷油间就能达到调整点。5.柴油机电子控制的优点1)提高柴油机的经济性降低排放污染确定最佳喷油提前角，和精确的喷油量。发动机转速、负荷、冷却水温、进气温度、燃油温度、压力等。2)提高发动机工作可靠性防止齿条卡死“飞车”减油复位同时迅速切断高压泵时油，关闭进气通道。3)对柴油机运行工况进行实际高精度控制微机对各种运行参数信息，进行监测处理迅速调节控制。实现柴油机运行工况实时高精度控制。4)较强的适应性对于不同用途不同机型的柴油机，柴油机电子控制系统应有较强的适应性。主要是电控单元EPROM的软件程序调整产品匹配适应能力。柴油机电控系统4.柴油机电子控系统组成与汽油机一样仍然有信号输入装置、电控
11、单元、与汽油机一样仍然有信号输入装置、电控单元、执行器三部分。执行器三部分。传感器信号输入传感器信号输入1 1、油门踏板位置传感器、油门踏板位置传感器反应发动机的负荷信号及怠速确认，主控信号。反应发动机的负荷信号及怠速确认，主控信号。2 2、转速传感器、曲轴位置传感器、转速传感器、曲轴位置传感器主控信号与加速踏板位置传感器共同决定喷油主控信号与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和喷油提前角。量和喷油提前角。3 3、泵角传感器、泵角传感器检测泵转角与曲轴位置传感器共同控制喷油量检测泵转角与曲轴位置传感器共同控制喷油量保证喷油正时改变时不影响喷油量。保证喷油正时改变时不影响喷油量。4 4、着火正时传
12、感器、着火正时传感器检测燃烧室开始燃烧时刻修正喷油正时检测燃烧室开始燃烧时刻修正喷油正时5 5、冷却液温度传感器、冷却液温度传感器控制发动机工作温度，修正喷油量与喷油正时。控制发动机工作温度，修正喷油量与喷油正时。6 6、进气温度传感器、进气温度传感器检测进气温度、修正喷油量与喷油正时。检测进气温度、修正喷油量与喷油正时。7 7、进气压力传感器、进气压力传感器检测进气压力、修正喷油量与喷油正时。检测进气压力、修正喷油量与喷油正时。8 8、溢流环位置传感器、溢流环位置传感器检测溢流控制电磁铁的电枢位置，以反馈控制溢检测溢流控制电磁铁的电枢位置，以反馈控制溢流环位置。流环位置。9、正时活塞位置传感
13、器检测电子控制定时器正时活塞位置，将喷油正时提前量信号输入ECU。10、控制杆位置传感器检测电子控制柱塞式喷油泵调速器中控制杆位置将喷射量的增减信号反馈给ECU11、控制套筒位置传感器检测电控分配式喷油泵调整器中控制筒位置将喷油量增减信号反馈给ECU电子控制单元 ECU功能与组成汽油机电控单元基本相同。执行器电动调速器、溢流控制电磁铁、电子控制正时控制阀、电子控制正时器、电磁溢流阀、高速电磁阀、电子液力控制喷油器等。二、电子控制直列泵燃油系统 n n电子控制直列泵燃油系统中，由调速器执行机构控制调节齿杆的位置，从而控制供油量；由提前器执行机构控制发动机驱动轴和喷油器凸轮轴间的相位差，从而控制喷
14、油时间。调速器执行机构和提前器执行机构是电子控制机构是电子控制直列泵燃油燃油系统中的两个特殊机构。图1-5 电子控制直列子控制直列泵燃油系燃油系统的的组成成图1-6 Bosch电子控制直列子控制直列泵燃油系燃油系统图1-7 电子控制直列子控制直列泵燃油系燃油系统的控制框的控制框图图1-8 电子子调速器的速器的结构构三、电子控制分配泵燃油系统 n n进入20世纪80年代以后，各种电子控制式分配泵相继问世。电子控制分配泵都是在VE型分配泵的基础上实现电子控制的。图2-1 博世电控分配泵燃油系统中传感器与执行器图4-1 捷达捷达SDI发动机机电子控制系子控制系统的的组成成图1-14 电子控制分配子控
15、制分配泵燃油系燃油系统的的结构原理构原理主要控制n n1）喷油量控制；n n2）喷油时间控制；n n3）怠速转速控制；n n4）故障诊断功能；n n5）故障应急功能。叶片式输油泵转子高压泵 图4-2 分配分配泵的的结构构油量调节器N146调节活塞位置传感器G149燃油温度传感器G81供油提前角自动调节供油提前角自动调节机构机构供油提前角调节阀 N108供油提前角调节油缸 弹簧提前滚轮传力销压力腔与输油泵吸入端相通供油提前角调节阀 N108燃油切断电磁阀N109弹簧电磁铁供油孔压缩室停停机机断断油油示示意意图图四、电子控制泵喷嘴燃油系统 n n泵喷嘴就是将泵油柱塞和喷油嘴合成一体，安装泵喷嘴就是
16、将泵油柱塞和喷油嘴合成一体，安装在缸盖上。喷油嘴由于无高压油管，所以可以消在缸盖上。喷油嘴由于无高压油管，所以可以消除长的高压油管中压力波和燃油压缩的影响，高除长的高压油管中压力波和燃油压缩的影响，高压容积大大减少，因此喷射压力可很高。电子控压容积大大减少，因此喷射压力可很高。电子控制泵喷嘴压力目前可达制泵喷嘴压力目前可达200MPa200MPa。它的驱动机构。它的驱动机构比较特殊，必须是顶置式凸轮驱动机构。比较特殊，必须是顶置式凸轮驱动机构。n n电子控制泵喷嘴系统主要由泵喷嘴、驱动摇臂机电子控制泵喷嘴系统主要由泵喷嘴、驱动摇臂机构、电子控制单元（构、电子控制单元（ECUECU）、各种传感器
17、等组成）、各种传感器等组成 图2-2 博世电控泵喷嘴燃油系统中传感器和执行器图图 柴油喷射系统的组成柴油喷射系统的组成a）图3-2 油油泵的位置与构造的位置与构造图3-3 分配管分配管泵喷嘴泵喷嘴泵喷嘴必须安装到位。若泵喷嘴与缸盖不垂直，禁固螺栓会松动，引起泵喷嘴或缸盖的损坏。泵喷嘴结构与传动机构泵喷嘴结构与传动机构图3-5 泵喷嘴的嘴的驱动图3-6 燃油冷却器的安装位置燃油冷却器的安装位置图3-7 燃油冷却循燃油冷却循环路路图图3-8 预热塞系塞系统的的组成成预热塞系统使发动机在低温条件下容易起动。当冷却液温度低于+9时，发动机控制单元将起动预热塞系统。 图1-20 电子控制子控制泵喷嘴燃油系嘴燃油系统组成成五、高压共轨图 高压共轨燃油系统中的传感器和执行器六、主要传感器a） b）图2-5 加速踏板位置传感器的安装位置图2-7 加速踏板位置传感器与怠速开关组合为一体图2-16 差动式喷油器针阀升程传感器图2-17 差动式喷油器针阀升程传感器的工作原理图2-49 大众柴油机中的热线式空气流量传感器图2-57 共轨压力传感器的安装位置图2-60 进气歧管压力传感器的安装位置图2-68 燃油温度传感器的安装位置 图2-75 进气温度传感器谢谢
