1、1.柴油机电控技术的发展历程2.柴油机与汽油机比较3.现代柴油机先进技术4.柴油机电控燃油喷射系统的功能5.柴油机电控燃油喷射系统的类型6.共轨式电控燃油喷射系统,柴油机电控燃油喷射系统,1.柴油机电控技术的发展历程,20世纪80年代电控技术在柴油机上的应用，形成了现代汽车柴油机电控系统。20世纪90年代，电控技术在柴油机上应用日益增多，控制精度不断提高，控制功能不断扩大，提高了柴油机的竞争力。2000年欧洲轿车的柴油化率达到27%，到2005年增加到30%。2003年西欧柴油轿车产量达到400万辆。一向对发展柴油轿车保持低姿态的美国，2000年也有10%的轿车装用了柴油机。,技术发展经历了三
2、个阶段：第一代柴油机电控系统：采用“位置控制”和“时间控制”，供（喷）油压力与传统柴油机相同，称为常规压力电控系统。以电控泵为代表。第二代柴油机电控系统：采用“时间-压力控制”或“压力控制”，喷油压力较高，称为高压电控系统。以共轨系统为代表的。第三代柴油机电控系统：集“共轨”技术、“时间控制”燃油喷射技术、涡轮增压中冷技术、多气门技术、废气再循环技术、选择性催化还原、过滤器再生技术、压电技术等于一体，以压电式高压共轨系统为代表。,2.柴油机与汽油机比较,对混合气浓度的控制方式不同：汽油机在理论混合气浓度附近工作，柴油机对混合气浓度没有相对固定的要求。对喷油压力的要求不同：汽油机多点系统压力0.
3、250.35MPa，单点系统压力0.070.10MPa，而柴油机喷油压力高达100200MPa，建立更高的喷油压力是重点和难点。对燃烧过程的控制途径不同：汽油机通过控制点火正时和点火能量来控制，柴油机通过控制喷油正时、喷油持续时间和喷油速率来控制。柴油喷射的电控执行器复杂：柴油机具有高压、高频、脉动等特点，而且对喷油正时的精度要求很高，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。柴油机电控燃油喷射系统形式多样：传统的柴油机具有结构完全不同的系统，形成了柴油喷射系统的多样化。,3.现代柴油机先进技术,“共轨”技术指利用一个“公共油轨”向各缸喷油器供油，油压可独立控制。“时间控制”燃油喷射技术 由E
4、CU控制的高速电磁阀来直接控制供（喷）油的开始与结束时刻。涡轮增压中冷技术 废气涡轮增压，中冷却器冷却（50以下）。多气门技术每个气缸2个以上气门。废气再循环技术降低NOx的排放量。,4.柴油机电控燃油喷射系统的功能,供（喷）油量控制：ECU根据转速、加速踏板位置确定基本供（喷）油量；根据水温、进气温度、起动开关、空调开关、反馈信号等对供（喷）油量进行修正。供（喷）油正时控制：ECU根据转速、负荷信号来确定基本的供（喷）油提前角；再根据反馈信号进行修正。,供（喷）油速率和供（喷）油规律 ECU根据转速和负荷信号作为主控信号，按预设的程序确定最佳的供（喷）油速率和规律。喷油压力的控制ECU以转速
5、和负荷信号作为主控信号，按预设的程序确定最佳的喷油压力，并对喷油压力进行闭环控制。柴油机低油压保护ECU根据机油压力传感器信号，当机油压力低时减少供油量，降低转速并报警；当机油压力降到一定值时，切断燃油供给，强制熄火。增压器工作保护ECU根据增压压力信号适当调节供（喷）油量，并在增压压力过高或过低时报警。,5、共轨式电控燃油喷射系统,1共轨式电控系统类型高压共轨系统：由高压输油泵（压力在120MPa以上）直接产生高压燃油输送至共轨中，一般采用“时间-压力控制”方式，又称第一代共轨式电控燃油喷射系统。中压共轨系统：由中压输油泵（1013MPa）将中压燃油输送到共轨中，采用带有增压作用的喷油器使喷
6、油压力达到120-150MPa。一般采用“压力控制”方式，也是第二代共轨式电控燃油喷射系统。压电式共轨系统：上述均属电磁阀式共轨系统，压电式共轨系统利用压电晶体作为执行元件，通过控制喷油器针阀的升程（或喷油开始与结束）来实现燃油喷射控制。为第三代共轨式电控燃油喷射系统。,2高压共轨系统由油箱、高压输油泵、共轨、喷油器和各种电子元件组成。,1-ECU2-三通电磁阀3-油箱4-节流孔5-控制室6-控制活塞7-喷油器针阀偶件；8-喷油器9-共轨10-高压输油泵11-曲轴位置传感器12-凸轮轴位置传感器13-加速踏板位置传感器14-调压阀15-燃油压力传感器,3中压共轨系统,4压电式共轨系统对现代柴油
7、机电控燃油喷射系统的要求实现预喷射、后喷射甚至多次喷射功能，关键就是要求电控系统的执行元件必须有很好的灵敏性。,预喷射是指主喷射前百万分之一秒内向缸内喷射少量柴油。通过对预喷射量的控制来实现对着火延迟期内混合气形成数量的控制，从而达到防止柴油机工作粗暴、减小噪声的目的。后喷射是指在膨胀过程中进行的喷射。后喷射的柴油燃烧放出的热量，可提高柴油机在缓燃期和补燃期的温度，从而降低HC和CO的排放量。多次喷射是指在柴油机的1个工作循环内进行若干次（一般多于3次）喷射，可以根据柴油机工况对喷油速率和喷油规律进行精确控制。,压电共轨系统的特点 压电式共轨系统是指采用了压电技术的共轨系统，主要是控制喷油器的
8、执行元件用压电元件取代了电磁阀，称为压电式喷油器。喷射压力高：20200MPa弹性调节，最高喷射压力达到180MPa。控制精度高、切换频率高：压电式喷油器每个工作循环喷射次数可达5次（电磁阀式喷油器为3次），最小喷射间隔时间可达0.1ms，最小喷射量可控制在0.5mm3以下。响应速度快：压电元件施加电压以后的0.1ms内就会发生形变。节能、寿命长，可使喷油速率、喷射规律以及精确度达到最优。,陶瓷是天然或人工合成的粉状化合物，经过成形和高温烧结制成的，由金属和非金属元素的无机化合物构成的多晶固体材料。压电陶瓷是在一定的工艺下，将压电材料经过高温烧结，然后进行机械加工，按照需要的方式烧上银电极，并
9、用直流电压电场进行极化处理后得到的多晶体材料，即一种具有压电效应的功能型材料。它的生产工艺与陶瓷生产工艺相似，所以称其为压电陶瓷。,压电陶瓷在通电的情况下，其晶粒会产生极性重组，这使得晶体的长度会产生变换，极化过程。,4压电式共轨系统,奥迪V6轿车装用的3.0L TDI柴油机压电式共轨系统,4压电式共轨系统压电式喷油器（分两类）用压电元件控制油道的喷油器：此类喷油器的结构原理与前述采用电磁阀控制的喷油器基本相同，只是用压电元件取代了电磁阀。用压电元件控制针阀升程的喷油器：无增压功能，只适用高压柴油共轨系统。此类喷油器在直喷式的汽油机和柴油机上均已得到应用。,博世压电式喷油器（案例）,2005年
10、末推出的第三代共轨系统的改进型采用了压电陶瓷执行器，其运动部件由原来的4个减少为1个，运动质量减少75%，开关时间比电磁阀少50%。该系统的喷射压力为160MPa，喷油器响应时间为0.lms，每次循环可实现5次喷射。,柴油机电控系统用传感器,1.加速踏板位置传感器功用：又称负荷传感器，用来检测加速踏板被驾驶员踩下的位置及位置变化。类型：电位计式、差动电感式和霍尔式。,电位计式加速踏板位置传感器）传感器外形；）内部电路,差动电感式加速踏板位置传感器：推杆与加速踏板联动，衔铁与推杆做成一体。当加速踏板的位置发生变化时，在两个线圈中移动，使两个线圈内的自感电动势发生一增一减的变化，根据输出端线圈的电
11、压信号即可确定加速踏板的位置。,差动电感式加速踏板位置传感器a）传感器外形；b）内部结构1-加速踏板；2-推杆；3-加速踏板位置传感器；4-线束连接器；5-线圈；6-衔铁,霍尔式加速踏板位置传感器：传感器永久磁铁安装在与加速踏板联动的轴上，霍尔元件则是固定的；当加速踏板位置变化时，与加速踏板联动的轴就会带动永久磁铁转动，从而改变永久磁铁与霍尔元件之间的相对位置，使作用在霍尔元件上的磁场强度发生变化，结果导致霍尔元件输出的电压发生变化。,霍尔式式加速踏板位置传感器,2.凸轮轴/曲轴位置传感器凸轮轴位置传感器：检测曲轴转角基准（G信号）。曲轴位置传感器：检测曲轴转角（Ne信号）。功用：产生的信号用
12、于供（喷）油正时控制。安装位置：曲轴、凸轮轴或飞轮处；安装在直列柱塞泵中的正时传感器，安装在分配泵内的泵角传感器，均是用来检测泵轴转角及其转角基准位置的传感器，与凸轮轴/曲轴位置传感器结构原理相同。类型：电磁感应式、霍尔式两种。,与汽油机完全相同!,3.供（喷）油量传感器功用：用来检测柴油机的实际供（喷）油量，产生的信号用来实现供（喷）油量的闭环控制。类型：直列柱塞泵供油齿条（或拉杆）位置传感器分配泵油量控制滑套位置传感器无压力室喷油器针阀升程传感器。供油齿条（或拉杆）和滑套位置传感器通常采用差动电感式。针阀升程传感器通常采用霍尔式。,4.供（喷）油正时传感器功用：用来检测柴油机的实际供（喷）
13、油正时，产生的信号用来实现供（喷）油正时的闭环控制。类型：检测供（喷）油正时的方法不同，所采用的传感器也不同。直列柱塞泵位置控制方式中的正时传感器分配泵位置控制方式中的正时活塞位置传感器分配泵时间控制方式和共轨系统中的喷油器针阀开启始点传感器高速电磁阀关闭始点传感器燃烧室着火始点传感器,5.压力传感器柴油机电控系统中的压力传感器包括：进气管绝对压力传感器、增压压力传感器、大气压力传感器、排气压力传感器、压差传感器、燃油压力传感器。常用类型：压敏电阻式、压电式和电容式三种。,5.压力传感器压电式压力传感器：压电式压力传感器主要由压电元件和电极引线等组成，当压电零件受压变形时，会在压电零件的两端产
14、生电压，此电压与压电元件承受的压力成正比，ECU根据这一电压信号确定被测压力。,压电式压力传感器1-压电元件组合；2-单片压电元件；3-接线板；4-电极引线,5.压力传感器压差传感器：压差传感器的结构原理与压力传感器基本相同，只是压差传感器的硅片两侧均为压力气室，一侧为低压气室，另一侧为高压气室。信号用以判断滤清器或过滤器堵塞情况。,压差传感器1-压差传感器；2-线束连接器；3-低压侧接管；4-高压侧接管,6.温度传感器功用:检测进气温度传感器、冷却液温度传感器、燃油温度传感器、排气温度。类型：检测进气温度、冷却液温度、燃油温度通常用热敏电阻式，检测排气温度传感器有热敏电阻式、热电偶式、熔丝式
15、。进气温度传感器安装在进气管中，其功用是检测进气温度。冷却液温度传感器一般安装在气缸体水道上或冷却水出口处，其功用是检测发动机冷却液温度信号。燃油温度传感器通常安装在燃油箱中，其功用是检测燃油温度。排气温度传感器安装在排气管中，其功用是检测排气温度，主要用于排放控制。,6.温度传感器热电偶式温度传感器是利用热电效应制成的温度传感器；热电偶亦称温差电偶，由端点彼此紧密接触的两种不同材料金属丝组成，当两种不同材料金属丝的两个接点处于不同温度时，在回路中就有直流电动势产生，该电动势称温差电动势或热电动势。当组成热电偶的材料一定时，温差电动势仅与两接点处的温度有关。主要缺点是灵敏度比较低，抗干扰能力差，不适合测量微小的温度变化。,6.温度传感器熔丝式温度传感器是利用金属材料受热为熔解特性制成的温度传感器；主要用来控制高温报警装置。主要缺点是一旦熔丝熔断，传感器不能继续使用。,7.空气流量传感器功用：测量进气量，用于进气控制和废气再循环控制 类型：叶片式、热式和卡门旋涡式三种。,与汽油机完全相同!,
