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1、第一节 概述第二节柴油机电控燃油喷射系统 的功能与组成第三节共轨柴油喷射系统第四节柴油发动机集中管理系统柴油机电控技术简介柴油机电控技术简介第1页/共101页第一节 概述 一、柴油机电控技术的发展二、柴油机电控燃油喷射系统的优点 第2页/共101页柴油机和汽油机有哪些区别？燃烧方式不同功率不同排放不同油耗不同燃料不同第3页/共101页传统的柴油给你留下什么印象？NVH（Noise,Viberation,Harshness)Exhaust（PM、NOx、）第4页/共101页事实上，1991年，西欧柴油小汽车占总销量的14%2001年，销量增加到27%2003年，德国柴油小客车占有率达44.9%奥
2、地利新车销量中，柴油车占72.2%法国67.3%VW柴油车占51%而在我国，柴油小客车占有率不足10%！p BUT WHY？第5页/共101页Because环保意识欧洲柴油补贴政策德国柴油、汽油价格比约为0.6：10.7：1，河南，93#G/5.91;0#D/5.78 元/升严格的排放要求2011年，EU6，PM允许值几乎为0油品的差异先进的柴油机电控系统第6页/共101页第7页/共101页第8页/共101页针对传统柴油机突出问题，现代电控柴油机所作的改变NVH（噪声、振动、粗糙）引导喷射提高发动机结构刚度其他技术：如采用平衡轴、剪式齿轮、进气消声、飞轮减振排放CO2：DI/IDI，中冷增压N
3、Ox：连续EGR，中冷式EGRPM：高压燃油喷射，如第9页/共101页第10页/共101页第11页/共101页第12页/共101页其他控制措施氧化型催化转化器还原型催化转化器可变喷嘴截面涡轮增压器第13页/共101页连续再生式柴油颗粒过滤器第14页/共101页碳烟烧除过滤器第15页/共101页SCR法（Selective Catalytic Reduction)第16页/共101页一、柴油机电控技术的发展 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。柴油机电控技术发展的三个阶段：位
4、置控制、时间控制、时间压力控制（压力控制）第17页/共101页燃油喷射系统是影响燃烧过程的重要因素，高压直喷系统和共轨系统都使柴油机的燃油经济性和排放性能有很大改善。废气再循环和催化器改善了柴油机的各项排放。发动机管理系统对喷油和进气过程进行综合控制，保证发动机能够在保持良好的动力性基础上，燃油经济性和排放性能都能达到最优，同时降低振动和噪音。第18页/共101页（常规压力电控喷油系统）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传动机构，只是对齿条或者滑套的运动位置予以电子控制。优点：结构不需改动，生产继承性好，便于对现有柴油机进行升级换代。缺点：
5、系统响应慢、控制频率低、控制自由度小、控制精度不够高，喷油压力无法独立控制。第一代 位置控制系统第19页/共101页日本Denso公司的ECDV1，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。第20页/共101页第二代 时间控制系统时间控制系统是用高速强力电磁阀直接控制高压燃油，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。传统喷油泵
6、中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽和提前期等全部取消，对喷射定时和喷射油量控制的自由度更大。第21页/共101页日本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。我国专家欧阳明高和丹麦Sorenson研制的“泵管阀嘴（Pump/Pipe/Valve/InjectorPPVI）”电控燃油喷射系统也属于第二代电控喷射系统。第22页/共101页第三代 共轨电控喷射系统 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，将成为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Lu
7、cas公司都研制出了电控高压共轨系统，并广泛应用。改变了传统燃油供给系统的组成和结构，主要以电控共轨（各缸喷油器共用一个高压油管）式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行“时间压力控制”或“压力控制”。第23页/共101页第三代 共轨电控喷射系统的基本特点 高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除燃油中的压力波动，然后再输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。共轨腔内的高压直接用于喷射，可以省去喷油器内的增压机构；而且共轨腔内是持续高压，高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。第24页/共101页通
8、过高压油泵上的压力调节电磁阀，可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨 腔内的油压进行灵活调节，尤其优化了发动机的低速性能。通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时，喷射油量以及喷射速率，还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔。第25页/共101页Bosch 第四代共轨柴油喷射系统系统压力不变采用变几何喷油器喷孔，喷射压力达200MPa双油路，双段动作。怠速、小负荷，第一段第一油路打开，精密控制喷油，降低油耗和污染需要大功率时，第二段动作打开所有喷孔第26页/共101页二、柴油机电控燃油喷射系统的优点1、改善低温起动性2、降低氮氧化物和烟度的排放3、提高发动机运
9、转稳定性4、提高发动机的动力性和经济性5、控制涡轮增压6、适应性广第27页/共101页现代电控柴油机比汽油机有哪些优势？燃烧效率高，热转换率高达40%左右，因为它的压缩比高出汽油机一倍，所以利用率比较高。与汽油机相比，柴油机节能可达30%。柴油机跟汽油机相比，它的扭矩大。柴油比汽油便宜！并且能量密度大！耐久性佳，总维护成本低。低排放，尤其是CO2第28页/共101页第29页/共101页第二节柴油机电控燃油喷射系统的 功能与组成 一、柴油机电控系统的功能二、柴油机电控燃油喷射系统的组成第30页/共101页一、柴油机电控系统的功能1.燃油喷射控制2.怠速控制3.进气控制4.增压控制5.排放控制6.
10、起动控制7.巡航控制8.故障自诊断和失效保护9.柴油机与自动变速器的综合控制第31页/共101页1.燃油喷射控制燃油喷射控制主要包括：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。第32页/共101页2.怠速控制柴油机的怠速控制主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。第33页/共101页3.进气控制柴油机的进气控制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。第34页/共101页4.增压控制柴油机的增压控制主要是由ECU根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面大小等措施，实
11、现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制，以改善柴油机的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪声。第35页/共101页5.排放控制柴油机的排放控制主要是废气再循环（EGR）控制。ECU主要根据柴油机转速和负荷信号，按内存程序控制EGR阀开度，以调节EGR率。第36页/共101页 6.起动控制柴油机起动控制主要包括供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制和预热装置控制，其中供（喷）油量控制和供（喷）油正时控制与其他工况相同。第37页/共101页7.巡航控制带有巡航控制功能的柴油机电控系统，当通过巡航控制开关选定巡航控制模式后，ECU即可根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。第38页/共101页 8
12、.故障自诊断和失效保护柴油机电控系统中也包含故障自诊断和失效保护两个子系统。柴油机电控系统出现故障时，自诊断系统将点亮仪表盘上的“故障指示灯”，提醒驾驶员注意，并储存故障码，检修时可通过一定的操作程序调取故障码等信息；同时失效保护系统启动相应保护程序，使柴油能够继续保持运转或强制熄火。第39页/共101页9.柴油机与自动变速器的综合控制 在装用电控自动变速器的柴油车上，将柴油机控制ECU和自动变速器控制ECU合为一体，实现柴油机与自动变速器的综合控制，以改善汽车的变速性能。第40页/共101页二、柴油机电控燃油喷射系统的组成 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
13、高的要求。（柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约19.6MPa19.6MPa）各种柴油电控系统的区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，基本组成与其他电子控制系统一致，也由传感器ECU执行元件三部分组成。第41页/共101页1.传感器(1)加速踏板位置传感器(2)反馈信号传感器(3)燃油温度传感器(4)其他传感器和信号开关第42页/共101页2.柴油机控制ECU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，并向执行元件发出执行令信号。3.执行元件执行ECU的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。第4
14、3页/共101页第三节 共轨柴油喷射系统第44页/共101页第45页/共101页第46页/共101页第47页/共101页第48页/共101页第49页/共101页第50页/共101页第51页/共101页第52页/共101页第53页/共101页第54页/共101页第55页/共101页第56页/共101页第57页/共101页第58页/共101页第59页/共101页Denso 共轨式柴油喷射系统第60页/共101页第61页/共101页第62页/共101页第63页/共101页第64页/共101页Isuzu Common Rail 第65页/共101页第66页/共101页第67页/共101页第68页/共1
15、01页Caterpillar CRFI第69页/共101页第70页/共101页第71页/共101页第72页/共101页第73页/共101页第74页/共101页第75页/共101页第76页/共101页第77页/共101页第78页/共101页第79页/共101页第80页/共101页 预喷射在主喷射之前，将小部分燃油喷入气缸，在缸内发生预混合或者部分燃烧，缩短主喷射的着火延迟期。这样缸内压力升高率和峰值压力都会下降，发动机工作比较缓和，同时缸内温度降低使得NOX排放减小。预喷射还可以降低失火的可能性，改善高压共轨系统的冷起动性能。主喷射初期降低喷射速率，也可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量。提高主
16、喷射中期的喷射速率，可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期，使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成，提高输出功率，减少燃油消耗，降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油，降低烟度和碳氢排放。下一页第81页/共101页第82页/共101页第83页/共101页第四节 柴油发动机管理系统发动机管理系统的核心功能由电控单元来实现。传感器为EDC电控单元提供发动机的当前工况信息，电控单元对传感器的信号进行分析以后，根据预定的控制策略对执行器发出控制信号，控制喷油量、喷油始点、增压压力、废气再循环和电热塞系统。第84页/共101页发动机管理系统总图第85页/共101页一、喷油量控制系统 EDC电
17、控单元分析发动机转速、加速踏板位置和冷却水温等传感器的信号，确定所需喷油量，并发相应控制信号给喷油泵中的油量调节器。通过安装在油量调节器上的活塞位移传感器的反馈，实现油量的闭环控制。在空气量不够的情况下为了避免黑烟，要根据烟度限制MAP图限制油量。第86页/共101页第87页/共101页二、喷油定时控制系统 喷油始点影响发动机起动性能、燃油经济性和排放性能。EDC电控单元通过喷油量、发动机转速和冷却水温等信号确定最优喷油始点，给喷油泵中的喷油始点控制阀发出相应的控制信号。针阀升程传感器喷油始点控制阀第88页/共101页三、增压压力控制系统 第89页/共101页四、废气再循环控制系统 废气再循环
18、（EGR）是为了减少排气中的氮氧化物。直喷系统的缸内温度相对较高，而且柴油机工作在富氧的环境下，因此排气中产生大量的氮氧化物。部分的排气通过EGR阀与新鲜空气混合进入发动机，这样缸内混合气的含氧量就降低，从而降低氮氧化物排放。废气再循环率要受到限制，因为过多的废气会使碳氢、一氧化碳和微粒排放恶化。第90页/共101页第91页/共101页五、电热塞控制系统 电热塞控制集成在EDC电控单元中，控制分为两部分：预热和后热。预热：由于直喷柴油机的启动性能好，预热只需在温度低于+9以下进行，冷却水温传感器为电控单元提供准确的温度信号，驾驶员通过仪表盘上的预热报警灯了解预热情况。后热：发动机启动以后，就要
19、进入后热阶段，后热可以减少发动机的噪音，改善怠速工况的发动机性能，并且降低碳氢排放。发动机转速达到2500rpm时后热阶段停止。第92页/共101页第93页/共101页六、废气后处理装置柴油机的排放主要由氮氧化物、碳氢、一氧化碳和微粒组成。氧催化转化器可以降低碳氢、一氧化碳以及部分微粒，氮氧化物排放要通过废气再循环等方式进行控制，而微粒则由微粒捕捉器处理。第94页/共101页1.氧催化转化器 柴油机工作在富氧的环境下，不适宜采用三元催化器，这里采用氧催化转化器。氧催化转化器是一个圆筒形的陶瓷载体，中间有许多细长的通道，可以大大增加陶瓷载体内部的表面积。活性催化材料是用真空金属化的方法加到陶瓷表
20、面的，有害物质与催化材料接触时就会被转化。在氧催化转化器中，大约80%未燃烧或部分燃烧的HC被转化成水蒸气和CO2，有害的CO被转化成CO2，氮氧化物NOx不能被氧传感器转化，因此采用废气再循环的方法减少NOx排放。第95页/共101页第96页/共101页第97页/共101页2.微粒捕捉器（DPF）微粒捕捉器主要用来净化柴油机排气中的颗粒物，是现代柴油机满足欧以上排放法规的有效手段。柴油机微粒捕捉器的核心是过滤体和过滤体再生装置。过滤体由多孔陶瓷过滤材料或多孔金属材料制成，目前的过滤体的过滤效率可达90以上而不会引起过高的排气阻力。再生装置一般是通过直接加热微粒，同时利用催化剂降低微粒着火点，
21、使微粒氧化达到过滤体再生的目的。第98页/共101页第99页/共101页小 结柴油机的电子控制包括燃油控制、进排气的控制以及对废气的后处理。其中的燃油喷射控制是关键，也是柴油机电子控制中的难点。高压喷射可以有效地改善柴油机的经济性和排放，而灵活的喷油速率控制（例如预喷射）是解决柴油机的排放和噪声的有效措施。废气涡轮增压则不仅能改善柴油机的动力性、经济性，而且还可以有效地降低柴油机的微粒排放。通过废气再循环（EGR），柴油机的氮氧化物排放也可大大降低。最后，通过后处理装置可以进一步降低柴油机的排放。所有这些控制功能只有利用电子控制系统，实现系统综合与优化匹配，才能获得柴油机的最佳性能。第100页/共101页感谢您的观看。第101页/共101页