柴油发动机第5章柴油机电控系统.ppt
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1、项目五项目五 柴油机电控系统柴油机电控系统5.1概述概述5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理5.3柴油机电控系统的故障诊断柴油机电控系统的故障诊断返回5.1概述概述 传统的柴油喷射系统采用机械方式对喷油量和喷油时间进行调节和传统的柴油喷射系统采用机械方式对喷油量和喷油时间进行调节和控制。机械运动的滞后性、调节时间长、精度差、以及喷油速率、喷控制。机械运动的滞后性、调节时间长、精度差、以及喷油速率、喷油压力和喷油时间难以精确控制等，导致柴油机动力经济性不能充分油压力和喷油时间难以精确控制等，导致柴油机动力经济性不能充分发挥，且排气超标。研究表明，一般机械式喷油系统对
2、喷油定时的控发挥，且排气超标。研究表明，一般机械式喷油系统对喷油定时的控制精度为制精度为2(曲轴转角曲轴转角)左右，而喷油始点每改变左右，而喷油始点每改变10，燃油消耗率会增，燃油消耗率会增加加2%，HC排放量增加排放量增加16%，NOx排放量增加排放量增加6%。下一页返回5.1概述概述电控柴油喷射的优点电控柴油喷射的优点 与传统的机械方式比较，电控柴油喷射系统具有如下优点与传统的机械方式比较，电控柴油喷射系统具有如下优点:对喷油定时的控制精度高对喷油定时的控制精度高(高于高于0.5)，反应速度快，反应速度快;对喷油量的控制精确、灵活、快速，喷油量可调节，可实现预喷对喷油量的控制精确、灵活、快
3、速，喷油量可调节，可实现预喷射，可改变喷油规律射，可改变喷油规律;喷油压力高喷油压力高(高压共轨电控柴油系统的喷油压力高达高压共轨电控柴油系统的喷油压力高达200 MPa)，不受发动机转速影响，优化了燃烧过程不受发动机转速影响，优化了燃烧过程;无零部件磨损，长期工作稳定性好无零部件磨损，长期工作稳定性好;结构简单，可靠性好，适用性强，可以在新老发动机上应用。结构简单，可靠性好，适用性强，可以在新老发动机上应用。上一页 下一页返回5.1概述概述电控柴油喷射系统的类型电控柴油喷射系统的类型 柴油机电控喷射系统可分为两大类，即位置控制系统和时间控制系柴油机电控喷射系统可分为两大类，即位置控制系统和时
4、间控制系统。统。第一代柴油机电控喷射系统采用的是位置控制系统。它不改变传统第一代柴油机电控喷射系统采用的是位置控制系统。它不改变传统的喷油系统的工作原理和基本结构，只是采用电控组件，代替调速器的喷油系统的工作原理和基本结构，只是采用电控组件，代替调速器和供油提前器，对分配式喷油泵的油量调节套筒或柱塞式喷油泵的供和供油提前器，对分配式喷油泵的油量调节套筒或柱塞式喷油泵的供油齿杆的位置，以及油泵主动轴和从动轴的相对位置进行调节，以控油齿杆的位置，以及油泵主动轴和从动轴的相对位置进行调节，以控制喷油量和喷油定时。其优点制喷油量和喷油定时。其优点:无须对柴油机的结构进行较大改动，生无须对柴油机的结构进
5、行较大改动，生产继承性好，便于对现有机型进行技术改造产继承性好，便于对现有机型进行技术改造;缺点缺点:控制系统执行频率控制系统执行频率响应仍然较慢、控制频率低、控制精度不够稳定。由于喷油率和喷油响应仍然较慢、控制频率低、控制精度不够稳定。由于喷油率和喷油压力难于控制，而且不能改变传统喷油系统固有的喷射特性，因此很压力难于控制，而且不能改变传统喷油系统固有的喷射特性，因此很难较大幅度地提高喷射压力。难较大幅度地提高喷射压力。上一页 下一页返回5.1概述概述 第二代柴油机电控喷射系统采用的是时间控制方式，其特点是在高第二代柴油机电控喷射系统采用的是时间控制方式，其特点是在高压油路中，利用电磁阀直接
6、控制喷油开始时间和结束时间，以改变喷压油路中，利用电磁阀直接控制喷油开始时间和结束时间，以改变喷油量和喷油定时。它具有直接控制、响应快等特点。油量和喷油定时。它具有直接控制、响应快等特点。时间控制系统又有电控泵喷油器系统和共轨式电控燃油喷射系统两时间控制系统又有电控泵喷油器系统和共轨式电控燃油喷射系统两类。电控泵喷油器系统除了能自由控制喷油量和喷油定时外，喷射压类。电控泵喷油器系统除了能自由控制喷油量和喷油定时外，喷射压力还十分高力还十分高(峰值压力可达峰值压力可达240 MPa)，但它无法实现喷油压力的灵活，但它无法实现喷油压力的灵活调节，且较难实现预喷射或分段喷射。共轨式电控燃油喷射系统是
7、比调节，且较难实现预喷射或分段喷射。共轨式电控燃油喷射系统是比较理想的燃油喷射系统。它不再采用喷油系统柱塞泵分缸脉动供油原较理想的燃油喷射系统。它不再采用喷油系统柱塞泵分缸脉动供油原理，而是用一个设置在喷油泵和喷油器之间的、具有较大容积的共轨理，而是用一个设置在喷油泵和喷油器之间的、具有较大容积的共轨管，把高压油泵输出的燃油蓄积起来并稳定压力，再通过高压油管输管，把高压油泵输出的燃油蓄积起来并稳定压力，再通过高压油管输送到每个喷油器上，由喷油器上的电磁阀控制喷射的开始和终止。送到每个喷油器上，由喷油器上的电磁阀控制喷射的开始和终止。上一页 下一页返回5.1概述概述5.1.3电控柴油喷射的基本原
8、理电控柴油喷射的基本原理 电控柴油喷射系统由传感器、控制单元电控柴油喷射系统由传感器、控制单元(ECU)和执行机构和执行机构3部分组部分组成。传感器采集转速、温度、压力、流量和加速踏板位置等信号，并成。传感器采集转速、温度、压力、流量和加速踏板位置等信号，并将实时检测的参数输入计算机将实时检测的参数输入计算机;ECU是电控系统的是电控系统的“指挥中心指挥中心”，对，对来自传感器的信息同储存的参数值进行比较、运算，以确定最佳运行来自传感器的信息同储存的参数值进行比较、运算，以确定最佳运行参数参数;执行机构按照最佳参数对喷油压力、喷油量、喷油时间、喷油规执行机构按照最佳参数对喷油压力、喷油量、喷油
9、时间、喷油规律等进行控制驱动喷油系统，使柴油机工作状态达到最佳。律等进行控制驱动喷油系统，使柴油机工作状态达到最佳。上一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理5.2.1电子控制柱塞式喷油泵电子控制柱塞式喷油泵 柱塞式喷油泵的喷射压力对于可燃混合气的形成及燃烧质量影响柱塞式喷油泵的喷射压力对于可燃混合气的形成及燃烧质量影响很大，为了获得良好的燃烧性能，要求喷油压力较高。由于柱塞式喷很大，为了获得良好的燃烧性能，要求喷油压力较高。由于柱塞式喷油泵的高压油管的压力与喷油泵转速和静态供油速率油泵的高压油管的压力与喷油泵转速和静态供油速率(每度凸轮轴转角每度凸轮轴转角的
10、喷油量，简称供油速率的喷油量，简称供油速率)成正比，因此发动机在高速运转时，高压油成正比，因此发动机在高速运转时，高压油管内的压力随喷油泵转速的升高而提高。在低速运转时，高压油管内管内的压力随喷油泵转速的升高而提高。在低速运转时，高压油管内的压力将随喷油泵转速的下降而降低。的压力将随喷油泵转速的下降而降低。理想的喷油泵应保证发动机低速运转时增加供油速率，以便得到较理想的喷油泵应保证发动机低速运转时增加供油速率，以便得到较高的喷油压力。在发动机高速运转时应减低供油速率，以避免喷油压高的喷油压力。在发动机高速运转时应减低供油速率，以避免喷油压力过高。电控预行程可控式喷油泵，也称为电控供油速率可控式
11、喷油力过高。电控预行程可控式喷油泵，也称为电控供油速率可控式喷油泵，正是按这一要求设计的一种新型电控喷油泵。泵，正是按这一要求设计的一种新型电控喷油泵。下一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理5.2.1.1预行程可控式喷油泵的工作原理预行程可控式喷油泵的工作原理 预行程是指喷油泵柱塞从下止点开始上升至关闭进、出油孔，在预行程是指喷油泵柱塞从下止点开始上升至关闭进、出油孔，在开始压送燃油之前的凸轮行程。普通柱塞式喷油泵的进、出油孔设置开始压送燃油之前的凸轮行程。普通柱塞式喷油泵的进、出油孔设置在柱塞套筒上，当柱塞关闭进、出油孔时，开始泵油的预行程是不能在柱塞套
12、筒上，当柱塞关闭进、出油孔时，开始泵油的预行程是不能改变的，供油速率也是一定的改变的，供油速率也是一定的;但预行程可控式喷油泵的供油速率则可但预行程可控式喷油泵的供油速率则可自由调节。这样，在发动机低速运转时可增大预行程，提高柱塞速度，自由调节。这样，在发动机低速运转时可增大预行程，提高柱塞速度，从而增大供油速率，使高压油管内的压力升高从而增大供油速率，使高压油管内的压力升高;在发动机高速运转时，在发动机高速运转时，用常规的预行程保持原有供油速率，以防止高压油管内压力过高。随用常规的预行程保持原有供油速率，以防止高压油管内压力过高。随着预行程的增减，喷油开始的时刻也发生变化，可起到相当于普通喷
13、着预行程的增减，喷油开始的时刻也发生变化，可起到相当于普通喷油提前角调节器的作用。油提前角调节器的作用。上一页 下一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理5.2.1.2预行程可控式喷油泵的构造预行程可控式喷油泵的构造 预行程可控式喷油泵的构造如预行程可控式喷油泵的构造如图图5-1所示，其结构主要有以下两个所示，其结构主要有以下两个特点特点:一是在柱塞套筒下方设置有一个控制套筒，通过调节杆的上下移一是在柱塞套筒下方设置有一个控制套筒，通过调节杆的上下移动来控制预行程量的变化动来控制预行程量的变化;二是进油口设置在柱塞上，其燃油的喷射过二是进油口设置在柱塞上，其燃
14、油的喷射过程与普通喷油泵不同。预行程可控式喷油泵的工作过程如程与普通喷油泵不同。预行程可控式喷油泵的工作过程如图图5-2所示。所示。(1)进油过程进油过程 当凸轮升程处于低位置时当凸轮升程处于低位置时(如如图图5-2 (a)所示所示)，柱塞上的进油孔位，柱塞上的进油孔位于控制套筒的下边，储油室的燃油从柱塞上的进油孔进入压力室，此于控制套筒的下边，储油室的燃油从柱塞上的进油孔进入压力室，此时压力室与储油室连通，故压力室内的压力不会升高。时压力室与储油室连通，故压力室内的压力不会升高。上一页 下一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理 (2)开始压油开始压油 当柱
15、塞被凸轮顶起，开始上升直至柱塞上的进油孔被控制套筒关闭当柱塞被凸轮顶起，开始上升直至柱塞上的进油孔被控制套筒关闭为止，所对应的凸轮升程即预行程，此后压力室内的压力开始上升并为止，所对应的凸轮升程即预行程，此后压力室内的压力开始上升并开始压油，如开始压油，如图图5-2 (b)所示。所示。(3)喷油过程喷油过程 柱塞上有螺旋槽与柱塞中心的进油孔相通，从柱塞上行至进油孔被柱塞上有螺旋槽与柱塞中心的进油孔相通，从柱塞上行至进油孔被控制套筒关闭时起，到柱塞上的螺旋槽与控制套筒上的出油孔接通之控制套筒关闭时起，到柱塞上的螺旋槽与控制套筒上的出油孔接通之前，柱塞上的进油孔和螺旋槽均被关闭，如前，柱塞上的进油
16、孔和螺旋槽均被关闭，如图图5-2 (c)所示。随着柱塞所示。随着柱塞的上升，压力室的燃油被压送到喷油器的上升，压力室的燃油被压送到喷油器(即喷油过程即喷油过程)，柱塞的这段行，柱塞的这段行程即泵油有效行程。在柱塞总行程程即泵油有效行程。在柱塞总行程(由凸轮升程所决定由凸轮升程所决定)一定时，预行一定时，预行程越大，有效行程越小，泵油量越少程越大，有效行程越小，泵油量越少;反之，预行程越小，有效泵油行反之，预行程越小，有效泵油行程越大，泵油量越大，喷油量也越多。程越大，泵油量越大，喷油量也越多。上一页 下一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理 (4)停止喷油停
17、止喷油 当柱塞上的螺旋槽与控制套筒上的出油口连通时，压力室内的高压当柱塞上的螺旋槽与控制套筒上的出油口连通时，压力室内的高压燃油通过柱塞上的螺旋槽排至储油室，压力室内的油压急剧下降，从燃油通过柱塞上的螺旋槽排至储油室，压力室内的油压急剧下降，从而停止泵油，如而停止泵油，如图图5-2 (d)所示。所示。从上述工作过程看出，泵油量的大小决定于柱塞的有效行程，而泵从上述工作过程看出，泵油量的大小决定于柱塞的有效行程，而泵油有效行程又决定于开始泵油的时刻和停止泵油的时刻。开始泵油时油有效行程又决定于开始泵油的时刻和停止泵油的时刻。开始泵油时刻决定于预行程的大小刻决定于预行程的大小;而停止泵油时刻决定于
18、柱塞上的螺旋槽与控制而停止泵油时刻决定于柱塞上的螺旋槽与控制套筒上出油口的相对位置，即由调速器控制油量、控制齿条转动柱塞套筒上出油口的相对位置，即由调速器控制油量、控制齿条转动柱塞来实现。当柱塞与控制套筒圆周位置一定时，只要使控制套筒沿柱塞来实现。当柱塞与控制套筒圆周位置一定时，只要使控制套筒沿柱塞上下移动，即可改变预行程，从而改变开始泵油时刻，进而改变泵油上下移动，即可改变预行程，从而改变开始泵油时刻，进而改变泵油量，同时也改变厂喷油提前角。若预行程小，则泵油时刻提前，泵油量，同时也改变厂喷油提前角。若预行程小，则泵油时刻提前，泵油量大量大;而若预行程大，则泵油开始时刻晚，泵油量小。而若预行
19、程大，则泵油开始时刻晚，泵油量小。上一页 下一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理5.2.1.3预行程控制机构预行程控制机构 预行程控制机构，如预行程控制机构，如图图5-3所示。控制套筒在导向杆的引导下可上所示。控制套筒在导向杆的引导下可上下移动，而控制套筒的上下移动是由预行程执行机构下移动，而控制套筒的上下移动是由预行程执行机构(螺旋电磁线圈螺旋电磁线圈)通过通过U形接头转动定时杆，并由其上的销钉拨动控制套筒上下移动来形接头转动定时杆，并由其上的销钉拨动控制套筒上下移动来改变预行程的。改变预行程的。ECU根据发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度、进气压
20、力根据发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度、进气压力(增压压力增压压力)等有关信号，计算出最佳控制参数值，控制螺旋电磁阀执等有关信号，计算出最佳控制参数值，控制螺旋电磁阀执行机构动作，控制预行程，并根据预行程位置传感器的反馈信号进行行机构动作，控制预行程，并根据预行程位置传感器的反馈信号进行修正。修正。上一页 下一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理5.2.1.4预行程可控式喷油泵电控系统预行程可控式喷油泵电控系统 预行程可控式喷油泵电控系统的组成，如预行程可控式喷油泵电控系统的组成，如图图5-4所示。控制系统的所示。控制系统的输入信号由发动机转速传感器
21、、加速踏板位置传感器、水温传感器、输入信号由发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、水温传感器、增压压力传感器增压压力传感器(进气压力传感器进气压力传感器)、车速传感器、控制套筒位置传感、车速传感器、控制套筒位置传感器、齿条位置传感器等传感器产生的信号组成。执行器主要有控制套器、齿条位置传感器等传感器产生的信号组成。执行器主要有控制套筒执行机构筒执行机构(螺旋电磁阀螺旋电磁阀)、电动调速器、故障诊断指示灯、经济行驶、电动调速器、故障诊断指示灯、经济行驶灯及蜂鸣器等。系统控制功能主要有预行程控制灯及蜂鸣器等。系统控制功能主要有预行程控制(供油速率及喷油提前供油速率及喷油提前角控制角控制)、喷油量控
22、制、故障自诊断、经济行驶监控、自动控制车辆经、喷油量控制、故障自诊断、经济行驶监控、自动控制车辆经济速度行驶等功能。济速度行驶等功能。上一页 下一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理 电子控制系统根据发动机的转速、负荷和冷却水温度等信号，由电子控制系统根据发动机的转速、负荷和冷却水温度等信号，由ECU计算并发出指令，通过螺旋电磁线圈移动控制套筒，实现对预行计算并发出指令，通过螺旋电磁线圈移动控制套筒，实现对预行程的控制。程的控制。对喷油量的控制是根据发动机转速、负荷、冷却水温度、增压压力对喷油量的控制是根据发动机转速、负荷、冷却水温度、增压压力等信号，由等信
23、号，由ECU计算出最佳喷油量的控制参数值，并控制电动调速器计算出最佳喷油量的控制参数值，并控制电动调速器改变油量控制齿条的位置来实现的。改变油量控制齿条的位置来实现的。由于改变预行程的同时也改变了喷油提前角，故系统不再单独设喷由于改变预行程的同时也改变了喷油提前角，故系统不再单独设喷油提前角控制装置。这样能大大改善喷油提前角的响应性，提高发动油提前角控制装置。这样能大大改善喷油提前角的响应性，提高发动机过度运转时的喷油提前角控制精度，改善低温启动性能。机过度运转时的喷油提前角控制精度，改善低温启动性能。上一页 下一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理5.2.
24、2电子控制分配式喷油泵电子控制分配式喷油泵 电子控制分配式喷油泵的组成，如电子控制分配式喷油泵的组成，如图图5-5所示，主要由电磁溢流阀所示，主要由电磁溢流阀控制柱塞溢流通路，以及直接控制高压燃油的溢油通路来控制喷油器。控制柱塞溢流通路，以及直接控制高压燃油的溢油通路来控制喷油器。它将曲轴位置传感器和泵角传感器的信号，以及点火正时传感器的修它将曲轴位置传感器和泵角传感器的信号，以及点火正时传感器的修正信号作为主信号，来驱动正时控制阀中活塞的位置，以实现控制喷正信号作为主信号，来驱动正时控制阀中活塞的位置，以实现控制喷油提前角的功能。输入信号还有加速踏板位置传感器、燃油温度传感油提前角的功能。输
25、入信号还有加速踏板位置传感器、燃油温度传感器、水温传感器、启动开关等。器、水温传感器、启动开关等。上一页 下一页返回5.2柴油机电控系统的组成及工作原理柴油机电控系统的组成及工作原理5.2.2.1喷油量的控制喷油量的控制 分配式喷油泵的燃油控制是通过柱塞在高压室加压，由高压油管送分配式喷油泵的燃油控制是通过柱塞在高压室加压，由高压油管送至喷油器，再喷入燃烧室。喷油量控制是通过柱塞控制柱塞泵高压室至喷油器，再喷入燃烧室。喷油量控制是通过柱塞控制柱塞泵高压室与低压室的通路，即溢流通路开启的时刻和改变柱塞的泵油行程与低压室的通路，即溢流通路开启的时刻和改变柱塞的泵油行程(有效有效行程行程)来实现的。
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