柴油机电子控制技术

第二代 时间控制系统
• 保留传统柴油机喷油系统，用高速强力电 磁阀直接控制高压燃油喷射。一般电磁阀 关闭开始喷油，电磁阀打开喷油结束，所 以由电磁阀关闭时间决定喷油始点，电磁 阀关闭的持续时间决定喷油量。从而对喷 油定时和定量的控制更为灵活。日本Zexel 公司的Model-1电控分配泵，美国Detroit公 司的DDEC电控泵喷嘴、德国Bosch公司的 EUP13电控单体泵都属于时间控制系统。
博世高压共轨燃油系统
主滤清器
<7.4 bar
轨压传wenku.baidu.com器
轨
<1.8 bar 压差
带水分离器 的预滤器
CP3.3 传感器
执行器 喷油器
带过滤器的 油箱 高压
<1.2bar abs
低压
1、低压进油部分－齿轮泵 2、持续高压部分－CP3.3 3、低压回油－润滑、冷却
EDC7 ECU
0~1bar rel
4、ECU输出轨压控制－闭环，PWM 5、ECU输出喷油控制－MV高速脉冲 6、安全保护－高压泄油
第三代 共轨电控喷射系统
• 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 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，可以实现对喷射 油量和喷射定时的灵活控制。
高压共轨系统被世界内燃机行业公认 为20世纪三大突破之一，已成为21世纪柴 油机燃油系统的主流。德国Bosch公司、日 本Denso公司和英国Lucas公司都研制出了电 控高压共轨系统，并开始向市场供货。
一、柴油机有害排放物及其产生
• 柴油机的有害排放物主要有CO、HC、NOx 以及 微粒（碳烟）等。其中CO和HC由燃烧过程产生。 如前所述，由于柴油机总是在平均空燃比A/F>14 7（过量空气系数大于1）的稀混合气浓度下运 行，所以CO排放量相对点燃式发动机（汽油机） 低得多；而且柴油机是在接近压缩上止点附近开 始喷油压燃，燃油停留在燃烧室中的时间比较短， 因而受气缸壁面冷激效应、[JP+1]狭隙效应、油膜 吸附、沉积物吸附等作用小，HC排放也比较低。
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图7-3 碳烟随温度的变化关系
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图7-4 柴油机排放物浓度随曲轴转角位置的变化规律
二、柴油机排放控制策略
• 从图7-5所示柴油机燃烧过程中NO和碳烟的 生成领域可知，控制NO和碳烟的基本原则 就是如何控制火焰温度及其火焰领域内的 混合气浓度，以避开NO和碳烟的生成领域。
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图7-5 柴油机NOx 和微粒的生成领域
喷油正时控制 ➢主喷正时 ➢预喷正时 ➢正时补偿
轨压控制 ➢正常和快速轨压控制 ➢轨压建立和超压保护 ➢喷油器泄压控制 ➢轨压Limp home控制
扭矩控制 ➢瞬态扭矩 ➢加速扭矩 ➢低速扭矩补偿 ➢最大扭矩控制 ➢瞬态冒烟控制 ➢增压器保护控制
过热保护
各缸平衡控制
EGR 控制
辅助起动控制(电机和预热塞)
1 NOx 的生成
• 在发动机有害排放物中的NOx ，一般是指 NO和NO2。在发动机燃烧过程中主要形成 NO（约占总量的95%），而在膨胀过程中 的低温条件下部分NO被氧化而形成少量的 NO2
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图7-2 不同喷射时间NOx的变化规律
2
• 微粒状物质（碳烟）可分为可溶性有机成 分（SOF）和不可溶成分两种，主要由燃烧 时生成的含碳粒子（碳烟）及其表面上吸 附的多种有机物组成。在高温环境下，由 于热分解而形成的低级碳氢化合物中，没 有与空气再接触的部分最终变成微粒。
共轨高压油泵各接口说明
高压油泵回油
输油泵进油
输油泵出 油(至滤清
器)
高压油泵进 油
油量控制单元
高压油出口
控制器ECU
接插件2 （传感器）
接插件1 （整车功能）
接插件3 （执行器）
控制器ECU功能（发动机部分）
喷油方式控制 ➢高达4次喷射（现只用2次）
喷油量控制 ➢预喷油量自学习控制 ➢减速断油控制
位置控制喷油系统2
位置控制系统特点
• 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 制油量的机械传动机构．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为电子控制， 使控制精度和响应速度得以提高。柴油机的结构 几乎无需改动，故生产继承性好，便于对现有机 器进行升级改造。其缺点是控制自由度小，控制 精度差，喷油率和喷射压力难于控制，而且不能 改变传统喷射系统固有的喷射特性，也很难大幅 度地根高喷射压力。位置控制式喷油主要是在直 列泵和分配泵上进行改进。
时间控制喷油系统1
电控单体泵系统工作原理
时间控制喷 油系统2
时间控制喷油系统3
时间控制喷油系统特点
• 时间控制系统既可以实现喷油量控制又可 以实现喷油时间控制，所以控制自由度更 大。
• 但是这种喷油系统喷油压力依旧利用脉动 柱塞供油，因此其对转速的依赖性很大。 在低速、低负荷时，其喷油压力不高，而 且难以实现多次喷射，极不利于降低柴油 机的噪声和振动。
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图7-6 放热规律的控制策略
]
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图7-7 a）传统型 b）理想型
四、柴油机电控系统的特征及分类
• （一）特征 • 1）控制自由度宽，喷油量、喷射时刻、喷射规律
• 2）控制精度高，直接检测控制对象进行反馈控制。
• 3）增设自诊断系统和故障应急机能，以提高维修
•4 • 5）通过改变ECU的程序，易开发各种控制机能。
（二）分类
• １、位置控制系统（第一代）： • 主要有直列泵和分配泵两种； • ２、时间控制系统（第二代）： • 主要有直列泵、单体泵、分配泵和泵喷嘴
等； • ３、共轨喷油系统（第三代）： • 有高压共轨和中压共轨两种。
第一代 位置控制系统
• 即将传统的柴油机燃油系统绝大部分保留 下来，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为微机控制。
• 日本Denso公司的ECD－V1，德国Bosch公司 的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都属于位 置控制的电控分配泵系统。日本Zexel公司 的COPEC，德国Bosch公司的EDR系统和美国 Caterpillar公司的PEEC系统等都属于位置控 制的电控直列泵系统。
位置控制喷油系统1
系统状态管理