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晋兵营讲座—柴油机电控技术2011.6.15
- 3. a. 柴油机喷油技术的发展概述 柴油机喷油技术经历了两个阶段： 传统的纯机械式喷油和现代的电控操纵式喷 油这两个发展阶段。 机械式喷油泵→ 每缸要求一个喷油器，一 个喷油泵→喷油器的开启由凸轮来控制。（完 全由油泵来控制喷油） 电子喷油泵→ 每缸要求一个喷油器，整机 只要一个喷油泵→喷油器的开启由电脑来控制 。
- 4. a. 柴油机喷油技术的发展概述 两个简单的问题 柴油与汽油的区别？ 柴油机与汽油机的区别？
- 5. 柴油与汽油的区别 1 ）发火性 2 ）蒸发性 3 ）粘度 4 ）低温流动性
- 6. 柴油 1 、发火性：指柴油的自燃能力。（十六烷值） 2 、蒸发性：指柴油蒸发汽化的能力。 3 、粘度：表示柴油稀稠程度和流动难易程度。 4 、凝点：指柴油失去流动性开始凝固时的温度。 10 号、 0 号、 -35 号
- 7. 1 ）燃油供给装置：柴油箱、输油泵、 柴油滤清器、喷油泵、喷油器、高压油 管、低压油管、回油管等。 2 ）空气供给装置：空气滤清器、进气 管道。 3 ）混合气形成装置：燃烧室。 柴油机供给系的组成
- 9. 1 、热效率高、经济性好、故障少。 2 、混合气形成、点火和燃烧方式不同 于汽油机。 3 、排气污染小。 4 、结构复杂，质量大，制造成本高。 5 、排气噪声大。 柴油机的特点
- 10. 电控柴油机发展过程 第一代：位置控制式（凸轮压油） 第二代：时间控制式（凸轮压油） 第三代：共轨 + 时间控制式（共轨蓄压、 电磁阀时间控制） 柴油机供（喷）油量控制： 1 、位置控制方式：柴油机供（喷）油量的 控制方法随供给系统的类型而异。 第一代柴油机电控燃油喷射系统主要以电 控直列柱塞泵或电控转子分配泵为特征 。
- 11. 电控柴油机发展过程 （ 1 ）直列柱塞泵的供油量控制 “ 位置控制”的直列柱塞泵供油量控制装置一般 采用占空比控制型电磁阀（简称占空比电 磁阀）式或直流电动机式电子调速器。 （ 2 ）转子分配泵的供油量控制 “ 位置控制”的转子分配泵供油量控制装置，一 般采用转子式或占空比电磁阀式电子调速 器。
- 13. 凸轮压油、位置控制
- 14. 第二代时间控制系统特点 第二代时间控制系统是用高速、强力电 磁阀直接控制喷油始点及喷油量。 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。
- 16. 第二代：凸轮压油、时间控制 1. 转子分配泵的供油量控制 在回油通道中安装一个有 ECU 控制的高 速电磁阀来控制回油通道的开闭，也就实现 供油量的“时间控制”。 “ 时间控制”的转子分配泵取消了油量控制 滑套和泵油柱塞上的回油槽（或孔）。
- 17. 第二代：凸轮压油、时间控制 2.P-T 喷油器的供油量控制 取消了原 P-T 燃油系统中结构复杂 的调速器和喷油器中的计量装置，使燃 油供给系统大为简化。 高速电磁阀关闭的时刻即是喷油开 始时刻，高速电磁阀关闭的持续时间决 定了喷油量。
- 19. 第三代：共轨 + 时间控制式 在该系统中， ECU 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。
- 20. 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 ECU 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， ECU 根据实际的共轨压力 信号对共轨压力进行闭环控制。
- 21. 柴油机电子控制技术的发展趋势 1. 高的喷射压力 为满足排放法规的要求，柴油喷射 压力从 10MPa 提高到 200MPa 。 可明显改善柴油和空气的混合质量 ，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。
- 24. 柴油机电子控制技术的发展趋势 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。
- 25. 柴油机电子控制技术的发展趋势 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。
- 27. 柴油机电子控制技术的发展趋势 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。
- 32. 二、柴油机电控燃油系统 2.1 柴油机电控燃油系统的功能 1. 燃油喷射控制：供（喷）油量控制、供（喷 ）油正时控制、供（喷）油速率控制和喷 油压力控制等。 2. 怠速控制：怠速转速控制和怠速时各缸均匀 性的控制。 3. 进气控制：进气节流控制、可变进气涡流控 制和可变配气正时控制。
- 33. 二、柴油机电控燃油系统 2.1 柴油机电控燃油系统的功能 4. 增压控制： 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。
- 34. 二、柴油机电控燃油系统 2.1 柴油机电控燃油系统的功能 5. 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。
- 35. 二、柴油机电控燃油系统 2.1 柴油机电控燃油系统的功能 6. 起动控制：主要包括供（喷）油量控制、供 （喷）油正时控制和预热装置控制，其中 供（喷）油量控制和供（喷）油正时控制 与其他工况相同。 7. 巡航控制：带有巡航控制功能的柴油机电控 系统，当通过巡航控制开关选定巡航控制 模式后， ECU 即可根据车速信号等自动维 持汽车以一定车速行驶。
- 37. 二、柴油机电控燃油系统 9. 柴油机与自动变速器的综合控制 在装用电控自动变速器的柴油车上，将柴油机 控制 ECU 和自动变速器控制 ECU 合为一 体，实现柴油机与自动变速器的综合控制 ，以改善汽车的变速性能。
- 38. 二、柴油机电控燃油系统 2.2 柴油机电控燃油系统的组成 1 、传感器 2 、电子控制单元 ECU 3 、执行器
- 39. 柴油机电控燃油系统的组成 传感器将发动机的各种状态信息送至 ECU 作 运算，经过运算后，会由 ECU 对各个执行 器 (Reactor) 发出控制信号来控制执行器 的动作。
- 40. 柴油机电控燃油系统的组成 1 、传感器 来检测柴油机与汽车的运行状况，并将检 测结果转换成电信号输送给 ECU 。 （ 1 ）加速踏板位置传感器：用来检测加速踏 板所处位置， ECU 根据此传感器信号间 接判断柴油机的负荷，作为控制柴油机喷 油量和喷油正时的主控制信号。有电位计 式和差动电感式两种类型。
- 41. 柴油机电控燃油系统的组成
- 42. 油门信号电压在 0 伏和 5 伏之间的电压变化 ； 单刀双掷开关的作用是向 ECM 提供怠速与 非怠速信号。
- 43. 柴油机电控燃油系统的组成 （ 2 ）温度传感器 燃油温度传感器：检测燃油温度， ECU 根 据此传感器信号对喷油量进行修正。一般 采用热敏电阻式，其结构原理与进气温度 传感器基本相同。 进气温度传感器：检测发动机的进气温度 ，给 ECU 提供吸入空气的密度信号，从而 用来计算进气量。将进气温度转变为电压 信号输入给 ECU 做为喷油修正的信号。进 气温度传感器是双线的传感器，安装在进 气管上或空气流量计内。
- 46. 柴油机电控燃油系统的组成 （ 3 压力传感器 机油压力传感器 ; 进气压力传感器 ; 燃油压力 传感 ; 大气压力传感器
- 47. 柴油机电控燃油系统的组成 氧传感器：在使用三元催化转换器以减少 排气污染的发动机上，氧传感器是必不可 少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离 理论空燃比，三元催化剂对 CO 、 HC 和 NOx 的净化能力将急剧下降，故在排气管 中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓 度，并向 ECU 发出反馈信号，再由 ECU 控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气 的空燃比控制在理论值附近。
- 49. 开关 分类： 单刀单掷开关 单刀双掷开关 双刀单掷开关 作用：用于将司机的操作输入 ECM 。
- 50. 曲轴位置传感器 (Crankshaft Position Sensor ， CPS) 又称 为发动机转速与曲轴转角传感器，其功用是 采集曲轴转动角度和发动机转速信号，并输 入电子控制单元 (ECU) ，以便确定喷油时刻 。
- 51. 2 、 ECU ECU 接受传感器的信号，得到发动机工 作状态，并利用内部存储的喷射持续时 间，怠速和故障诊断等数据，经过逻辑 运算，输出控制信号给执行器，通过执 行器控制发动机的工作。
- 52. 2 、 ECU
- 54. 3 、执行器 执行器作用：执行 ECU 的指令，调节柴油 机的供（喷）油量和供（喷）油正时。
- 55. 3 、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 调节喷油量 调节喷油正时
- 56. 3 、执行器 着火正时传感器 水温传感器 进气压力传感器 进气温度传感器 E/G 开关——点火开关 A/C 开关——空调开关 动力转向油压开关 怠速控制信号 空档启动开关 修正喷油正时
- 57. 电磁阀类型： 常开 / 常闭型（ ON/OFF ） 脉宽调制型（ PWM ） 执行器 - 电磁阀
- 58. 用于实现小电流对大电流的控制 或者一个电路对多个电路的控制 执行器 - 继电器
- 59. 故障指示灯 停机警告指示灯 等待启动指示灯 保养提醒指示灯 执行器 - 指示灯
- 61. 三、高压共轨电控燃油喷射系统
- 62. 三、高压共轨电控燃油喷射系统 高压共轨 (Common Rail) 电喷技术是 指在高压油泵、压力传感器和电子控制 单元 (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全分开的 一种供油方式。它是由高压油泵将高压 燃油输送到公共供油管 (Rail) ，通过公 共供油管内的油压实现精确控制，使高 压油管压力 (Pressure) 大小与发动机 的转速无关，可以大幅度减小柴油机供 油压力随发动机转速变化的程度。
- 64. 三、高压共轨电控燃油喷射系统 高压油轨内的燃油经过高压油管，根据 发动机的运行状态，由电控单元从预设 的 map 图中确定合适的喷油定时、喷 油持续期由电液控制的电子喷油器将燃 油喷入气缸。 比较成熟的系统有：德国 BOSCH 公司 的 CR 系统、日本电装公司的 ECD- U2 系统、意大利的 FIAT 集团的 unijet 系统、英国 DELPHI 公司的 LDCR 系统等。
- 65. 共轨电控喷射系统基本特点： 高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将 油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除 燃油中的压力波动，然后再输送给每个 喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实 现喷射的开始和终止。 a. 共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷 射压力，从而优化柴油机综合性能。 b. 可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力 （ 120MPa~200MPa ） , 可同时控制 NOx 和微粒在较小的数 值内，以满足排放要求。
- 66. 共轨电控喷射系统基本特点： c. 柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多 次喷射，既可降低柴油机 NOx ，又能保证优良的动力性和经济 性。 d. 由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和 残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小 ，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排 放。