柴油機電控技術(shù)的發(fā)展

在柴油機的電子控制系統中，最早研究并實(shí)現產(chǎn)業(yè)化的是電子控制柴油噴射系統，到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了三代變化：

1. 第一代電控柴油噴射系統：位置控制式。

2. 第二代電控柴油噴射系統：時(shí)間控制式。

3. 第三代電控柴油噴射系統：高壓共軌式系統。

柴油機電控燃油噴射系統的特點(diǎn)

提高發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性和經(jīng)濟性  降低氮氧化物和微粒的排放 提高發(fā)動(dòng)機運轉穩定性 改善低溫起動(dòng)性 控制渦輪增壓  適應性廣 控制精度高、響應快

柴油機電控系統的功能

 1. 燃油噴射控制 2. 怠速控制 3. 進(jìn)氣控制 4. 增壓控制 5. 排放控制 6. 起動(dòng)控制7. 巡航控制  8. 故障自診斷和失效保護9. 柴油機與自動(dòng)變速器的綜合控制

柴油機電控燃油噴射系統的基本組成

傳感器

傳感器是柴油機實(shí)現電控的關(guān)鍵技術(shù)之一，其作用是感知和檢測發(fā)動(dòng)機與車(chē)輛的運行狀態(tài)，并將檢測結果轉換成電信號輸送給ECU。柴油機電控燃油噴射系統所用的傳感器多數與汽油機電控系統相同。在柴油機電控系統中常用的傳感器有壓力傳感器、溫度傳感器、位置傳感器、轉速傳感器、空氣流量傳感器及氧傳感器等。此外，柴油發(fā)動(dòng)機電控維修，柴油發(fā)動(dòng)機發(fā)電機組電控維修保養，柴油發(fā)動(dòng)機電控維修保養供應商，柴油發(fā)動(dòng)機電控維修保養價(jià)格，柴油發(fā)動(dòng)機電控維修保養報價(jià)，在電控系統中還有開(kāi)關(guān)量采集電路，用于檢測空調、離合器、擋位、制動(dòng)、巡航控制等開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)信息。所有的信息經(jīng)過(guò)電控單元的信號采集模塊處理后送到發(fā)動(dòng)機電控單元，作為發(fā)動(dòng)機控制的依據。

柴油機電控單元

執行器

執行器主要是接收ECU傳來(lái)的指令，并完成所需調控任務(wù)。不同柴油機電控燃油噴射系統的執行元件有很大差異，如電控直列泵[b1] 和分配泵中的線(xiàn)性螺線(xiàn)管，電控單體泵和泵噴嘴中的電磁閥，電控共軌系統中的PCV閥和噴油器電磁閥，以及空氣系統控制中的各種閥門(mén)控制器等。執行器的水平?jīng)Q定了最終柴油機能夠達到的性能。

第一代位置控制式電控燃油噴射系統

位置控制式直列柱塞泵

位置控制式電控分配泵系統

第一代位置控制式電控燃油噴射系統的控制特點(diǎn)

位置控制式直列柱塞泵

ECU根據加速踏板位置傳感器信號（即負荷信號）和柴油機轉速信號，并參考供油齒條位置、冷卻液溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器信號，按內存控制程序計算供油量和噴油提前角控制參數值，再通過(guò)ECU中行程或位置伺服電路，使電子調速器內的線(xiàn)性螺線(xiàn)管控制噴油泵供油齒條的行程或位置。

1. 噴油量的控制

線(xiàn)性螺線(xiàn)管安裝在原噴油泵供油齒條的一端，螺線(xiàn)管中的鐵心與噴油泵的供油齒條連成一體。當控制電流通過(guò)螺線(xiàn)管時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)作用在鐵芯上的與螺線(xiàn)管中電流成正比的電磁力，推動(dòng)油量調節齒桿移動(dòng)，當推力與復位彈簧力平衡時(shí)，齒桿就停留在某一位置上。齒桿位置傳感器將信號傳給ECU，ECU根據齒桿的實(shí)際位置和預定位置間的偏差量，發(fā)出改變輸入螺線(xiàn)管電流的驅動(dòng)信號就能精確控制齒桿的位置，從而改變噴油量

位置控制式直列柱塞泵電子調速器結構

2. 噴油正時(shí)的控制

圖6-5 電控直列柱塞泵供油正時(shí)系統組成

1 – 轉速表  2 – 故障指示燈  3 – 供油齒條位置傳感器  4 – 柴油機  5 – 噴油泵  6 – 正時(shí)傳感器  7 – 正時(shí)控制閥  8 – 轉速傳感器  9 – 正時(shí)控制電磁閥  10 – 冷卻液溫度傳感器

正時(shí)控制閥工作原理圖

正時(shí)控制閥工作原理

1 – 凸輪軸  2 – 液壓腔  3 – 液壓活塞  4 – 大偏心輪  5 – 小偏心輪  6 – 驅動(dòng)軸 7 – 驅動(dòng)盤(pán)   8 – 滑塊銷(xiāo)  9 – 滑塊  10 – 電磁閥

位置控制式電控分配泵系統

ECD型電控分配泵結構

1. 噴油量的控制

位置控制式電控分配泵電子調速器結構

噴油量的控制

噴油量的控制方式

2. 供油正時(shí)的控制

正時(shí)控制閥結構示意圖

第一代位置控制式電控燃油噴射系統的控制特點(diǎn)

1. 保留了傳統的噴油泵-高壓油管-噴油器系統，只取消機械調速器，改用電子執行器來(lái)完成分配轉子與滑套或柱塞和柱塞套之間的相對位置控制。

2. 增加反饋位置的傳感器、轉速傳感器以及燃油溫度傳感器等，從而實(shí)現對油泵的精確控制。

3. 電子控制系統的優(yōu)點(diǎn)在于，不同轉速與負荷下的噴油量可以靈活標定，因此在發(fā)動(dòng)機的整個(gè)穩態(tài)工況范圍，發(fā)動(dòng)機的工作特性可以按照性能最佳的方式來(lái)確定，且響應速度快。

第二代時(shí)間控制式電控燃油噴射系統

電控分配泵噴射系統

電控泵噴嘴系統

第二代時(shí)間控制式電控燃油噴射系統的控制特點(diǎn)

1. 噴油量控制

時(shí)間控制式電控燃油噴射系統

(1)時(shí)間控制式轉子分配泵結構

(2)轉子分配泵的供油量控制系統

控制ECU根據各種傳感器信號計算出供油量后，向控制器發(fā)出指令和相關(guān)信息控制器則根據ECU的指令和相關(guān)信息，并參考燃油溫度傳感器信號對分配給各缸的供油量進(jìn)行平衡（均勻性控制），并通過(guò)驅動(dòng)器（放大電路）直接控制高速電磁溢流閥工作。

噴油量控制原理圖

(3)高速電磁溢流閥結構

電磁溢流閥結構示意圖  1 – 電樞  2 – 電磁線(xiàn)圈  3 – 輔助閥  4 – 主閥

電磁溢流閥工作原理

 

2. 噴油正時(shí)控制

        噴油正時(shí)控制機構與位置控制式電控分配泵一樣，即通過(guò)正時(shí)活塞的移動(dòng)來(lái)改變端面凸輪與滾輪的相對位置來(lái)實(shí)現噴油提前角的控制的，而正時(shí)活塞的位置則由加在上面的液壓大小所決定。ECU通過(guò)控制正時(shí)控制電磁閥線(xiàn)圈電流的通斷來(lái)控制作用在正時(shí)活塞上的油壓，從而實(shí)現對噴油提前角控制，但取消了定時(shí)活塞位置傳感器，反饋信號來(lái)自于曲軸位置信號和噴油泵轉角傳感器的無(wú)齒段信號間的相位差。在油泵驅動(dòng)軸上裝有泵角脈沖發(fā)生器，泵角傳感器向ECU輸入燃油何時(shí)開(kāi)始噴射的信號，曲軸位置傳感器向ECU輸入曲軸基準位置的參考信號。ECU根據這兩個(gè)信號才能確定噴油提前角。

電控泵噴嘴系統

1. 電控泵噴嘴系統的組成

2. 泵噴嘴

Bosch公司電子控制泵噴嘴結構

泵噴嘴工作原理

 1-凸輪 2-柱塞 3-回位彈簧 4-高壓腔 5-電磁閥針閥  6-電磁閥閥腔 7-進(jìn)油通道 8-回油通道 9-線(xiàn)圈 10-低壓腔

第二代時(shí)間控制式電控燃油噴射系統的控制特點(diǎn)

1. 產(chǎn)生高壓的裝置與機械式噴油系統、第一代位置控制式系統相同，都需要用凸輪軸來(lái)驅動(dòng)柱塞，用壓縮燃油來(lái)產(chǎn)生噴射需要的力。

2. 油量控制和調節裝置與第一代位置控制式系統已經(jīng)完全不同。第一代的位置電控中，油量調節裝置是油量控制套筒，而第二代時(shí)間控制式的電控系統中，控制油量的執行器是電磁閥，直接由電磁閥的動(dòng)作完成每個(gè)噴射過(guò)程。

3. 噴射過(guò)程更加直接和精確。噴射過(guò)程中，電磁閥關(guān)閉的時(shí)間決定噴油正時(shí)，電磁閥關(guān)閉的持續時(shí)間決定噴油量和噴射壓力，電磁閥直接調整發(fā)動(dòng)機的工況。

4. 由于仍需要凸輪型線(xiàn)的驅動(dòng)來(lái)產(chǎn)生噴射所需的高壓，其噴射壓力嚴重依賴(lài)于凸輪型線(xiàn)的設計，使得噴油壓力控制、噴油速率控制和噴油定時(shí)控制都沒(méi)有得到充分發(fā)揮，從而也限制了發(fā)動(dòng)機性能的進(jìn)一步改善。

第三代共軌式電控燃油噴射系統

從功能方面分析，電控共軌系統可分為兩部分：電控系統和燃油供給系統。

1. 電控系統

2. 燃油供給系統

燃油供給系統的組成

共軌式電控燃油噴射系統工作原理

1. 高壓供油泵

高壓供油泵結構示意圖

1 – 出油閥  2 – 密封件  3 – 調壓閥  4 – 球閥  5 – 安全閥  6 – 低壓油路  7 – 驅動(dòng)軸  8 – 偏心凸輪  9 – 柱塞泵油元件  10 – 柱塞腔  11 – 進(jìn)油閥  12 – 柱塞單向閥

2. 調壓閥（PCV）

調壓閥結構

3. 共軌組件

（1）限壓閥 （壓力限制閥）

（2）流量限制閥

（3）共軌壓力傳感器

4. 噴油器

共軌式噴器結構示意圖a 噴油器關(guān)閉狀態(tài)  b 噴油器噴射狀態(tài)

高壓共軌系統的特點(diǎn)

1. 可實(shí)現高壓噴射，噴射壓力比一般噴油泵高出一倍，最高已達200MPa。

2. 可改善發(fā)動(dòng)機低速及低負荷性能。

3. 可優(yōu)化燃燒過(guò)程，使發(fā)動(dòng)機油耗、煙度、噪聲及排放等性能指標得到明顯改善，并有利于改進(jìn)發(fā)動(dòng)機轉矩特性。

4. 可實(shí)現共軌壓力的閉環(huán)控制。共軌上的壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋共軌中的壓力，通過(guò)控制PCV的電流來(lái)調整進(jìn)入共軌的燃油量和軌道壓力，形成獨立的共軌壓力閉環(huán)子系統。

5. 共軌沿發(fā)動(dòng)機縱向布置，高壓泵、共軌和噴油器各自的位置相互獨立，便于在發(fā)動(dòng)機安裝和布置。

6. 從技術(shù)總體實(shí)現難度上看，共軌系統組成較復雜，機械、液力和電子、電磁閥耦合程度高，加工制造、控制匹配要求的水平高，與第二代時(shí)間控制式相比，具有性能好的同時(shí)，開(kāi)發(fā)難度也加大。

柴油機電控燃油噴射系統實(shí)例

SDI柴油發(fā)動(dòng)機電子控制軸向壓縮式分配泵系統

1. 電子控制軸向壓縮式分配泵系統的組成

 SDI柴油發(fā)動(dòng)機電子控制軸向壓縮式分配泵系統

1 – 加速踏板位置傳感器  2 – 制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)  3 – 離合器開(kāi)關(guān)  4 – 車(chē)速信號  5 – 轉速信號  6 – 電子節氣門(mén)  7 – 針閥升程傳感器  8 – 冷卻液溫度傳感器  9 – 進(jìn)氣溫度傳感器  10 – 燃油溫度傳感器  11 – 噴油泵  12 – EGR閥  13 – 故障指示燈

2. 電子控制單元

電控單元實(shí)物

2. 軸向壓縮分配泵

 SDI軸向分配泵零件圖

1 – 燃油分配泵驅動(dòng)輪固定螺栓  2 – 燃油分配泵驅動(dòng)輪  3 – 輪轂螺母  4 – 進(jìn)油管  5 – 密封環(huán)  6 – 燃油切斷控制閥  7 – 連接管 8– 回油管  9 – 壓緊螺母  10 – 高壓油管  11 – 連接管  12、22 – 螺栓  13 – 噴油器  14 、18 – 緊固螺栓  15 – 支架  16 – 底座  17 – 隔熱密封環(huán)  19 – 噴油正時(shí)控制閥  20 – O型環(huán)  21 – 濾網(wǎng)  23 – 軸套  24 – 分配泵支架  25 – 固定螺栓