柴油机电控技术全解-共61张课件.ppt
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- 柴油 机电 技术 61 课件
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1、 长安大学工程机械发动机构造课教学制作:展朝勇第六章 柴油机电控技术第六章 柴油机电控技术第一节 柴油机电控技术概述第二节 柴油机供(喷)油量控制第三节 柴油机供(喷)油正时控制第四节 柴油机电控燃油喷射系统实例第一节 柴油机电控技术概述一、柴油机电控技术的发展v柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下,在飞速发展的电子控制技术平台上发难题的背景下,在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术展起来的。汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。的发展提供了宝贵经验。v柴油机电控系统的开
2、发研究从柴油机电控系统的开发研究从2020世纪世纪7070年代开始,年代开始,共经历了三代:共经历了三代:v第一代第一代位置控制位置控制v第二代第二代时间控制时间控制v第三代第三代时间压力控制时间压力控制位置控制v保留传统的基本结构,只是将原有的机保留传统的基本结构,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,控制循环喷油量和喷油定时的基础上,控制油量调节拉杆位移和提前器运动装控制油量调节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置的位移,实现循环喷油量和喷油定时的控制。的控制。时间控制时间控制v时间控制系统
3、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有关。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。共轨系统共轨系统v共轨系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理。电控喷射系统具有公共控制油道(共轨管),高压油泵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。v根据柴油机的工况,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,使得喷油压力和喷油速率的控制成为可能,系统的控制自由度及精度得到了大幅度提高。二、电控柴油机控制系统组成位置控制电喷系统工作示
4、意图(二)时间控制方式v在分配泵上实施时间控制的有:日本电装公在分配泵上实施时间控制的有:日本电装公司的司的ECD-V3ECD-V3系统;美国系统;美国StanadyneStanadyne公司的公司的DSDS型和型和RSRS型(型(DSDS型已用于型已用于GMGM公司公司19941994年的增压柴油机年的增压柴油机上,上,RSRS型已用于型已用于GMGM公司的客货两用车和越野公司的客货两用车和越野车);日本丰田公司的车);日本丰田公司的ECD-2ECD-2系统等。系统等。v电控泵喷嘴系统有:德国波许公司的电控泵喷嘴系统有:德国波许公司的PDE27/PDE28PDE27/PDE28系统等。系统等
5、。时间控制电喷系统工作示意图(三)时间-压力控制方式(共轨式)v优点:可实现高压喷射(最高达优点:可实现高压喷射(最高达200Mpa200Mpa),),喷射压力独立于发动机转速,可实现理想喷油喷射压力独立于发动机转速,可实现理想喷油规律,具有良好的喷射特性。规律,具有良好的喷射特性。v国外典型共轨喷射系统有:日本电装公司的国外典型共轨喷射系统有:日本电装公司的ECD-U2ECD-U2系统;美国系统;美国BKMBKM公司的公司的servojetservojet系统;美国卡特匹勒系统;美国卡特匹勒(CaterpillerCaterpiller)公司的)公司的HEUIHEUI系统,等等。系统,等等。
6、v国外于国外于2020世纪世纪9090年代中期研制的一种新年代中期研制的一种新型柴油机电控技术。型柴油机电控技术。四、柴油机电控燃油喷射系统的优点 1.改善发动机低温起动性v电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作,使柴油机低温起动更容易。的起动操作,使柴油机低温起动更容易。2.降低发动机氮氧化物的排放v采用柴油机电控技术,可精确地将喷油量控制在不超过冒采用柴油机电控技术,可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内,同时根据发动机工况调节喷油时刻,烟界限的适当范围内,同时根据发动机工况调节喷油时刻,从而有效地抑制排烟。
7、从而有效地抑制排烟。3.提高发动机运转稳定性v采用柴油机电控系统,无论负荷怎样增减都能保证发动机采用柴油机电控系统,无论负荷怎样增减都能保证发动机怠速工况下以最低转速稳定运转,有利于提高其经济性怠速工况下以最低转速稳定运转,有利于提高其经济性。四、柴油机电控燃油喷射系统的优点 4.提高发动机动力性和经济性v柴油机电控系统中,柴油机电控系统中,ECUECU根据传感器信号精确计算喷油量根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时。从而提高发动机的动力性和经济性。和喷油正时。从而提高发动机的动力性和经济性。5.控制涡轮增压v采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。采用电子控制技术可以对增压装置进行精
8、确的控制。6.适应范围广v只要改变只要改变ECUECU的控制程序和数据,一种喷油泵就能广泛用的控制程序和数据,一种喷油泵就能广泛用在各种柴油机上,而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控在各种柴油机上,而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制,有制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制,有利于缩短柴油机电控系统开发周期,并降低成本,从而扩利于缩短柴油机电控系统开发周期,并降低成本,从而扩大柴油机电控系统的应用范围。大柴油机电控系统的应用范围。五、柴油机电控系统的功能与组成(一)柴油机电控系统的功能 燃油喷射控制v主要包括:供(喷)油量控制、供(喷)油正时
9、控制、供主要包括: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。(喷)油速率控制和喷油压力控制等。怠速控制v主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。进气控制v主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正时控制。时控制。(一)柴油机电控系统的功能 增压控制v根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等,通过各根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等,通过各种措施,实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制。种措施,实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制。
10、排放控制v主要是废气再循环(主要是废气再循环(EGREGR)控制。)控制。起动控制v包括供(喷)油量、正时控制和预热装置控制。包括供(喷)油量、正时控制和预热装置控制。巡航控制vECUECU根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。故障自诊断v包含故障自诊断和失效保护两个子系统。包含故障自诊断和失效保护两个子系统。柴油机与自动变速器的综合控制(二)柴油机电控系统的组成v柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外,对柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外,对喷油正时和喷油的压力都有很高的要求(柴油机电喷油正时和喷油的压力都有很高的要求(柴油机电控燃油喷射系统
11、的喷油压力较高约控燃油喷射系统的喷油压力较高约19.6MPa19.6MPa)。v柴油机电控燃油喷射系统柴油机电控燃油喷射系统主要由主要由传感器传感器、电控单电控单元(元(ECUECU)、执行元件执行元件三部分组成三部分组成。(二)柴油机电控系统的组成 2.电控单元ECUv根据各传感器输入信号和内存程序,计算出供根据各传感器输入信号和内存程序,计算出供(喷)油量和供(喷)油开始时刻,并向执行元(喷)油量和供(喷)油开始时刻,并向执行元件发出执行令信号。件发出执行令信号。3.执行元件v执行执行ECUECU的指令,调节柴油机的供(喷)油量和的指令,调节柴油机的供(喷)油量和供(喷)油正时。供(喷)油
12、正时。1.传感器v包括加速踏板位置传感器、反馈信号传感器、包括加速踏板位置传感器、反馈信号传感器、燃油温度传感器等和信号开关燃油温度传感器等和信号开关一、位置控制方式第二节 柴油机供(喷)油量控制位置控制系统不仅保留了传统的泵管嘴系统,还保留了位置控制系统不仅保留了传统的泵管嘴系统,还保留了原喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的机械原喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的机械传动机构,只是对齿条或者滑套的运动位置予以电子控制。传动机构,只是对齿条或者滑套的运动位置予以电子控制。供(喷)油量控制特点v用电子调速器取代传统机械离心式调速器。用电子调速器取代传统机械离心式调速器。v
13、用发动机转速传感器和加速踏板位置传感器代替原有用发动机转速传感器和加速踏板位置传感器代替原有的转速和负荷传感机构(如离心飞块、真空室等);的转速和负荷传感机构(如离心飞块、真空室等);v用用ECUECU控制的电子执行元件来代替机械离心式调速执行控制的电子执行元件来代替机械离心式调速执行机构和加速踏板传动机构。机构和加速踏板传动机构。(一)直列式柱塞泵位置控制方式v执行元件:控制型电磁阀控制型电磁阀v反馈元件:齿条位置传感器齿条位置传感器 v工作中工作中ECUECU控制电磁阀线圈的控制电磁阀线圈的占空比占空比铁芯产生电磁力铁芯产生电磁力铁铁芯推动供油齿条移动至与回位芯推动供油齿条移动至与回位弹簧
14、平衡弹簧平衡改变供油量改变供油量v通过齿条位置传感器的反馈信通过齿条位置传感器的反馈信号,得到齿条的实际位置,以号,得到齿条的实际位置,以此进行反馈控制。此进行反馈控制。(一)直列式柱塞泵位置控制方式位置控制过程v通过滑套位置传感器的反馈信号得到通过滑套位置传感器的反馈信号得到滑套的实际位置,以此进行反馈控制。滑套的实际位置,以此进行反馈控制。(二)转子分配泵位置控制方式vECUECU控制电磁阀线圈控制电磁阀线圈的占空比的占空比线圈的输入线圈的输入电流变化电流变化转子轴转动转子轴转动的电磁力矩变化的电磁力矩变化偏心偏心钢球绕转子轴中心线左钢球绕转子轴中心线左右转动右转动滑套左右移动滑套左右移动
15、改变柱塞的回油时间改变柱塞的回油时间改变供油量。改变供油量。二、时间控制方式(以VE泵为例)v在回油通道中安装一个由在回油通道中安装一个由ECUECU控制的高速强力电磁控制的高速强力电磁阀来取代滑套控制回油通道的开闭。阀来取代滑套控制回油通道的开闭。二、时间控制方式(以VE泵为例)v一般情况下,电磁阀关闭开始喷油;电磁阀打开一般情况下,电磁阀关闭开始喷油;电磁阀打开喷油结束。喷油结束。v喷油始点取决于电磁阀关闭时刻,喷油量取决于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。电磁阀关闭的持续时间。v可取消油量控制滑套,还可取消泵油柱塞上的可取消油量控制滑套,还可取消泵油柱塞上的
16、回油槽。回油槽。三、时间压力控制方式v第三代柴油机电控系统中最典型的是电控共轨式第三代柴油机电控系统中最典型的是电控共轨式燃油喷射系统。在电控共轨式燃油喷射系统中,各燃油喷射系统。在电控共轨式燃油喷射系统中,各缸喷油器共用一个高压油轨(即高压油管)。对喷缸喷油器共用一个高压油轨(即高压油管)。对喷油量的控制采用时间压力控制或压力控制,用的油量的控制采用时间压力控制或压力控制,用的最多的是时间压力控制方式。最多的是时间压力控制方式。三、时间压力控制方式三、时间压力控制方式高压供油泵高速电磁阀喷油器共轨(Common-rail)燃油压力传感器三、时间压力控制方式四、压力控制方式v在后期开发的柴油机
17、电控共轨式燃油喷射系统中,为降低在后期开发的柴油机电控共轨式燃油喷射系统中,为降低对供油压力的要求,喷油量的控制采用控制喷油压力的方法对供油压力的要求,喷油量的控制采用控制喷油压力的方法实现,即喷油量的实现,即喷油量的“压力控制压力控制”方式。方式。v喷油器喷孔尺寸一定,喷油时间一定,控制喷油压力即可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(即增压压力)取决于共轨中的油压,共轨中的油压是由ECUECU根据各种传感器信号通过燃油压力调节阀
18、来控制的,所以将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此种喷油量控制方式称为“压力控制压力控制”方式。在系统中,方式。在系统中,ECUECU根据实际的共轨压力信号对共轨压力进行闭环控制。根据实际的共轨压力信号对共轨压力进行闭环控制。v共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理,共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理,通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压。采用压力时间式燃油计量原理,用电磁阀控制喷射成高压。采用压力时间式燃油计量原理,用电磁阀控制喷射过程,可以实现对喷
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