汽车电液控制-柴油发动机电控喷射系统培训讲义

(5)降低柴油机的运转噪声，柴油机控制单元通过优化喷油 定时和喷油过程，在不牺牲动力性和燃油经济性的前提下， 能够降低燃烧噪声。
(6)实现功率分级设定，对于型号既定的发动机，可以通过 改变程序中的相关数据重新设定柴油机的额定功率。
(7)实现自诊断和安全保护，便于维修，通过自诊断判定故 障状态，通过故障安全措施保护柴油机，以防故障扩大，并 为排除故障提供指导。
不仅成为各类中型和重型汽车的主导动力装置，也日益成 为轻型汽车和轿车的重要动力装置。
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§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
g / kW.hr
g / k W . h r * PM scale x10 *
2）存在的问题 （1）微粒排放较高 （2）噪声较大 （3）不能满足日益严格的
排放标准
（4）动力性（比功率）不 断提升的要求
3)可柔性控制喷油规律。可实现灵活多样的喷油规律，喷油速率柔性化。如 预喷射、多段喷射、“靴形”喷射等，以及配合排气后处理使用的排气行程中 的喷射，从而既保证优良的动力性、经济性，又可降低NOx排放。
4)控制精度高。电磁阀控制喷油，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，喷油量变动小，各缸的不均匀可得以改善，并 减小柴油机的振动与有害排放，对于车用柴油机来说还可改善驱动性能。
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§2-6 复习题及答案
1.试比较电控汽油喷射系统与化油器并说明其优点? 化油器依靠气流经过喉管时产生的真空度吸出汽油，行成可燃混合气。不足之 处：①进气阻力大，雾化质量差②供油变化不及时③不能实现最佳空燃比控制。 汽油喷射系统采用喷油器将汽油喷到进气管中，并与进气流混合形成可燃混合 气。优点：④在发动机的负荷及转速变化时，及时调整喷油量，使发动机始终 保持最佳的空燃比状态⑤在发动机温度、进气温度等影响因素改变时，以及加 速、减速等行驶工况时，能对喷油量进行修正，以满足发动机在这些工况状态 心下得混合气空燃比的实际需要⑥能与其他电子控制系统实现协调控制。 2.电控汽油喷射系统如何分类? ⑴按喷油和供油量的控制方式不同分类：①机械控制方式 K型②机电混合控制 方式 KE型③电子控制方式； ⑵按喷油器的位置不同分类：①缸内喷射式 喷 油器安装在气缸盖上，汽油直接喷到缸内②缸外喷射式 喷油器安装在进气歧管 或节气门体处，汽油喷到气缸外面； ⑶按喷油器的数量和喷射位置不同分类： ①单点喷射SPI 喷油器安装在节气门体处②多点喷射MPI 喷油器安装在进气门 的进气歧管上；⑷按发动机进气量的检测方式不同分类：①流量型汽油喷射系 统 L型，直接用空气流量传感器检测进气流量确定发动机的进气量②压力型汽 油喷射系统 D型，用压力传感器检测进气管压力，再根据发动机转速推算出进 入发动机的进气量。
2
Eur
Eur
Eur
0 o0
o1
o2
NOx -86% 18 years
-29%
-33%
Eur o3
PM -95% 13 years
-30% -43%
-80%
Eur Eur o4 o5
Year
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2.解决方案 1）理想喷射特性 预喷射、初始喷射速率低，主喷速率高，后喷停止速度快 2）缸内高压喷射 1300bar～2000bar以上 3）增压中冷，废气再循环(EGR) 提高升功率、经济性和降低排放 4）排气后处理 微粒捕捉器，氧化催化器，NOx催化器
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2、电控共轨喷油系统的原理 系统采用的是压力—时间计量原理，ECU根据工况、油 温、空气温度等信号，由油压传感器测出压力值并输送给 ECU，并使所测得的压力与发动机工况所给定的油压脉谱图 (所设的最佳压力值)比较，ECU给出信号：控制电磁式柴油泵 控制阀(PCV)的启闭，来调整高压油泵的供油量，以改变共轨 油道中的油压，使油压为最佳值。因此，油压与发动机的转 速和负荷无关。
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§2-5 柴油发动Baidu Nhomakorabea电控喷射系统简介 三、时间控制式电控喷油系统
第二代控制系统的包括：电控分配泵、 直列泵、泵喷嘴、单体泵等多种类型。
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1）基于分配泵的电控系统
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§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
2）基于直列泵的电控系统
(8)防止发动机非授权起动，起到汽车防盗作用。
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4、电控柴油机的分类 1）按产生高压燃油的机构不同分：直列泵、分配泵、喷油 泵—喷油器、共轨式。 2）按直接控制的喷油量控制方式不同分： （1）位置控制：对传统供油系统中的齿条或滑套的运动位置 由原来的机械调速器控制改为微机控制。第一代电控系统 （2）时间控制：保留原来的喷油泵一高压油管一喷油器系统， 也可以采用高速电磁阀直接控制高压燃油的喷射。第二代电控 系统 （3）时间－压力控制：在系统中有一条具有可以独立控制的 燃油压力共用油轨（相当于蓄压器）。第三代电控系统
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§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介 3）单体泵和泵喷嘴系统
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电控单体式喷油泵 1 电磁阀针行程止动座；2 发 动机缸体；3 泵体；4 泵柱塞； 5 回位弹簧； 6 滚轮挺杆； 7
衔铁；8 定子； 9 电磁阀阀 针；10 滤清器； 11 进油；12
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系统组成
•供油泵建立高压 •ECU控制电磁喷油器控制喷油正时、喷油速率、循环喷油量； •每循环最多达6次喷射； •全面改善柴油机性能；
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§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
汽车电液控制-
柴油发动机电控喷射系统培训 讲义
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目录
• 一、概述 • 二、位置控制式系统 • 三、时间控制式电控喷油系统 • 四、压力－时间式电控喷油系统-共轨式
柴油喷射系统
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§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
一、概述 1、传统柴油机的优点和存在的问题 1）优点 （1）低油耗。柴油机热效率高(达30%--45%，而汽油机仅 25%--30%)，，同功率的汽油车相比，可节省25％-30％的燃油。 （2）低排放。HC和CO排放低于汽油车，CO2排放量比汽油车 低30％左右排放少，NOx排放和汽油机基本相当。 （3）功率大、转矩高。 （4）故障率低、寿命长。
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§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
二、位置控制式系统 1、直列泵的位置控制式系统
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2、分配泵的位置控制式系统
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第一代电控系统特点： 间接控制喷油量——位置饲服 间接控制喷油定时——液力系统饲服控制 喷射压力大小控制——取决于原有机械系统的性能 喷油速率控制——取决于原有机械系统的性能 优点：技术难度小，改动工作量小，成本低，可以 实现机械混合运行，安全可靠； 缺点：间接控制，响应慢，对发动机性能改善有限
8 7 6 5 4 3 2 1 0
NOx
Euro I Euro 2 Euro 3 - October 2001（1999） Euro 4 - October 2006（2004） Euro 5 - October 2008（2007）
CO
HC
PM (x10)
16
14
12
10
-43% -12%
8
6
4
-56%
5
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3、柴油机控制目标
(1)改善柴油机的调速控制，由电控调速器取代机械调速器， 消除机械调速器中的机械滞后和误差，而且，控制单元可以 通过调整喷油量和喷油定时等，使转速控制更加精确。
(2)改善柴油机的燃油经济性，控制单元通过传感器实时 监测柴油机的工况，及时调整喷油量、喷油定时、冷却液温 度、增压压力等，使柴油机的燃油经济性得到进一步提高。
(3)改善柴油机的冷起动性，柴油机控制单元通过监测冷 却液温度或机油温度，判定柴油机起动时的热状态，一方面 可以控制冷起动预热或其他辅助措施(如自动喷人冷起动液 等)，另一方面可以自动优化喷油量和喷油定时，使冷起动变 得较为容易，并减少冷起动时的白烟排放。
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§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
(4)降低柴油机的微粒和有害气体排放，柴油机控制单元根 据节气门位置、冷却液或机油温度和涡轮增压压力可以精确 地控制喷油定时和喷油量，能够显著降低柴油机在稳态和瞬 态工况下的微粒及有害气体排放。
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四、压力－时间式电控喷油系统-共轨式柴油喷射系统
1、电控共轨喷油系统的概念
电控共轨喷油系统是高压柴油喷射系统的一种，20世纪90 年代中期才开始推向市场的第3代电控喷射技术，它摒弃了传 统使用的直列泵系统，而代之以用一供油泵建立一定油压后 将柴油送到各缸共用的高压油管(简称共轨)内，再由共轨把柴 油送人各缸的喷油器。共轨式柴油喷射系统喷油压力与喷油 量无关，也不受发动机负荷和转速的影响，能根据要求任意 改变压力水平，使NOx和颗粒排放都大大降低。由于采用了 独立的高压油泵，可提供很高的喷油压力，最高可达200220MPa，即使连接各喷油器的高压油管很短也不会出现不可 控制的异常喷射情况。
回油；13 支撑座； 14安装孔
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时间控制式电控喷油系统控制特点：
• 依靠传统的脉动泵产生高压； • 喷油量控制和喷油脉宽完全由电磁阀控制，使传统喷油
系统的机械装置发生了较大变化，喷油控制方式进一步 变革 ； • 电磁阀关闭时刻决定喷射定时； • 油泵的凸轮转速仍然受到发动机转速的影响 ；
• 压电效应开关阀中一般采用石英晶体，结构采用多层技 术，由20~200um陶瓷层烧结而成，层与层之间有电极。 压电晶体式喷油器主要由带弹簧的多孔油嘴、控制活塞、 进出油节流孔、二位二通阀、压电晶体部件等组成。
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高压燃油从共轨中进入喷油器后，一路由 通道进入喷油器盛油槽，作用于针阀锥面上； 一路通过节流孔进入活塞顶部油腔1。 a.当压电晶体不通电时，单向阀1关闭，油阀中的 燃油通过推动活塞杆，关闭喷油嘴，喷油器不 喷油。 b.当压电晶体通电后，压电晶体伸长，推动大活塞 压缩油腔2中的燃油，再推动小活塞，将单向 阀1中的钢球推离锥面，从而使油腔1中的燃油 经过通道1、单向阀1及通道2回流到油箱。活 塞杆上部卸压，针阀在盛油槽中的燃油压力作 用下，克服复位弹簧的作用力，向上运动，从 而开启喷油嘴，开始喷油。由于大、小活塞的 面积比大于1，因此小活塞位移被放大了。 c.若压电晶体断电，单向阀落座，活塞杆向下运 动，关闭喷油嘴。
3、电磁喷油器
带二位二通电磁阀的共轨喷油器
1-高压供油泵；2-供油压力调节器；3-ECU；4-共轨压力传感器；5-共轨；6-二 位二通电磁阀；7-量孔A；8-控制室；9-液压活塞；10-喷嘴；11-量孔B
▪ 电磁阀通电时，量孔A打开，液压活塞上方卸压，喷油 ▪ 电磁阀断电时，量孔A关闭，液压活塞上方加压，喷油停止29
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与第一代的差别： 采用电磁阀实现对喷射过程的直接数字控制，不但可以控
制喷油量，而且可以控制喷射定时，实现高频和更加灵活的 控制功能；而且可以实现分缸独立控制。 第二代电控系统的缺点： （1）仍然依赖于传统的脉动高压系统，使得高压喷射的区间 受到凸轮型线的限制，无法实现大范围的喷射定时控制； （2）喷射压力的大小只和凸轮型线以及发动机转速等结构参 数有关，不能根据发动机的工况灵活调节； （3）无法实现灵活的预喷射和多次喷射。
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§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
5、电控共轨喷油系统的特点
1）喷油压力柔性可调。对不同工况可采用最佳喷射压力，从而可以优化柴 油机的综合性能，由于喷油压力不随转速改变，解决了传统喷射系统(包括泵一 喷嘴系统)因低速时喷油压力下降而导致的低速转矩差和低速烟度大的缺陷。
2）喷射压力高。由于系统紧凑、刚度大，可实现较高的喷射压力(120— 170MPa)，比普通的柱塞泵高出一倍。加上可独立柔性控制喷油定时和喷油量， 可将NOx排放和微粒控制在较小范围内。
§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
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§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
4、压电式喷油器 压电效应
• 当离子构成的晶体（电气石、石英、酒石酸钾钠）发生 变形时，在它的某些相应的晶面上会产生异号电荷（产 生一个电势）—正压电效应。若在这类晶体施加上电场 时，不仅会产生极化还会产生应变或应力——逆压电效 应（也称电致伸缩效应），此时晶体会被拉长。