柴油机电控技术总结

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柴油机电控技术总结

第一章

1.进入20世纪70年代以后，由于发动机排放物对大气的污染和能源危机，柴油机面临新的挑战。

2.1922年，博世公司开始着手开发喷油泵和喷油嘴。1927年，开发成功直列式喷油泵。从此，制约狄塞尔发动机的技术关键被攻克。柴油机开始了第二历史阶段蓬勃发展的阶段。

3.柴油机技术的三次飞跃：机械式燃油系统，增压和中冷技术，电控喷油技术

4.哪些技术革新使经济性提高：直喷，涡轮增压技，进气冷却，高喷油率，电子控制，EGR

5．电控技术三代变化：(1)第一代：凸轮压油、位置控制。(2)第二代：凸轮压油、时间控制。(3)第三代：共轨蓄压、电磁阀时间控制。

6.柴油机的排放问题中最成问题的是浮游粒子（PM）和氮氧化物（NOx）；到目前为小，还没有一种有效的技术措施可以使柴油机的颗粒排放(PM)和氮氧化物(NOx)同时降低。

7.含硫量对柴油机颗粒排放有密切关系，如图1-31所示。要求柴油中硫含量尽可能低。目前欧洲柴油含硫量控制在500×10之内。在未来几年内，将要采用含硫量为50×10和10×10的柴油。

8．为了满足欧Ⅳ排放标准需要排气后处理技术，采用颗粒滤清器及采用NOx催化剂(DeNOx)等。9.降低排放从燃烧方面考虑：(1)减少预混合燃烧。(2)促进扩散燃烧。

因此，对燃油系统的要求是：(1)最佳的喷油定时。(2)减少初期喷油量。(3)高压化、良好雾化。(4)喷油结束干脆。(5)电子控制。10.降低排放的技术措施第二章

1．Theworkingcycleincludesfourstrokes:inductionstroke,compressionstroke,powerstrokeandexhauststroke.2.燃烧产物：Inthefirstplace，water(H2O)andcarbondioxide(CO2)aregenerated.Andinrelativelylowconcentrations。thefollowingsubstancesarealsoproduced:

-Carbonmonoxide(CO),-Unburnthydrocarbons(HC),-Nitrogenoxides(NOx),-Sulphurdioxide(SO2)andsulphuricacid(H2SO4),aswellasSootparticles.

燃烧最主要的产物是水和CO2，同时也会产生以下浓度相对较低的物质：一氧化碳（CO），未燃碳氢（HC），氮氧化物（NOx），二氧化硫（SO2）和硫酸（H2SO4），碳烟颗粒（Soot）

3.五个正时：Eachengineoperatingpointthusrequires：Thecorrectinjectedfuelquantity，Atthecorrecttime，Atthecorrectpressure，Atthecorrecttimesequence

AndAtthecorrectpointinthecombustionchamber

4.限制：Inadditiontotherequirementsforoptimummixtureformation,otherengine-specificandvehicle-specificoperatinglimitsmustbetakenintoaccountfor

fuelmeteringsuchas：-Smokelimit-Combustion-pressurelimit-Exhaust-gastemperaturelimit-Engine-speedandtorquelimitsand-Vehicle-specificandhousing-specificloadinglimits

5．发动机转速越低，最终压缩压力和压缩温度越低，这种现象的原因是：开始时活塞与气缸壁之间的油膜尚未形成导致漏气损失；发动机冷态时，压缩期间热损失仍存在；另外，低温时摩擦力更大，因为发动机部件的机械间隙减小，机油粘度更高。此外，由于冷态下电池电压降低，起动转速特别低。必须采取措施克服冷起动困难。6.影响发动机燃烧室内混合气形成和燃烧过程的燃油喷射系统参数有：供油始点（进油孔关闭）和喷射始点；喷油持续期和喷油速率曲线；喷油方向和喷束数目。过量空气

7.油始点更为简单，柴油机喷油泵对发动机的正时即为供油始点8.为什么喷油始点要控制在最小允许范围内？

喷油始点对油气混合气的燃烧始点有显著的影响。最高压缩温度发生在上止点。燃烧压力陡增还导致发动机运转粗暴。燃烧必须在排气门打开前完成。燃烧始点提前，燃烧室内温度升高，导致NOx排放升高。燃烧始点太迟，会导致不完全燃烧和未燃HC排放（图2-12）。喷油始点还影响碳烟排放和不完全燃烧产物。喷油始点对比油耗与HC排放的影响是相反的，对黑烟排放与NOx排放的影响也是相反的。

9.Theterm“rateofdischarge”describesthecharacteristiccurveofthefuelquantityinjectedintothecombustionchamberasafunctionofcrankshaftorcamshaftangle(degreescrankshaftanddegreescamshaftrespectively).喷油速率:喷入燃烧室的燃油量随曲轴转角或凸轮角变化的特性曲线.

10.计算正时：直喷式柴油机的喷油持续期在额定转速下约为25~30CA。若喷

油持续期为30CA，则对应的凸轮转角为15，喷油泵转速为201*r/min时喷油持续期为1.25ms。

-6-6

-11.提高喷油压力可显著改善混合气：燃油压力大使燃油速度高。燃油与空气间的相对速度越高，燃烧室内空气密度越大，柴油雾化越好。

12.Theregulationscontaintestmethodsforenginesand/orvehicles,measurementtechniques,andlimits.这些法规包括发动机（车辆）的测试方法、测量技术和限值

13.Limitswhichmustnotbeexceededapplytothefollowingexhaust-gascomponents:Unburnedorpartiallyburnedhydrocarbons(HC).Carbonmonoxide(CO)，Nitrogenoxides(NOx)．ParticulatematterandSmoke(vision-impairingcomponentofparticulatematter)

这些必须不能超过的限值针对以下排气成分：未燃或部分燃烧碳氢（HC）一氧化碳(CO)，氮氧化物(NOx)，颗粒物(PM)，烟度（PM中影响视觉的成分）14

15.当喷油压力超过1000bar时，碳烟排放可以大幅度降低，尤其在低速工况下。16.是，对碳烟和颗粒排放有利的措施大多数对油耗、NOx排放和噪声有负面影响Ch3

1.柱塞行程不变，有效供油行程变化2.正时装置控制的是喷油始点3.转速增加时，

4.对二冲程机，喷油泵转速与曲轴转速是一致的，对四冲程机，喷油泵转速与发动机凸轮轴转速一样，是曲轴转速

的一半。

5.燃油喷射系统部件：完整的燃油喷射系统由以下部件组成：喷油泵；机械或电子调速器，用于控制发动机转速

和喷油量；正时装置（若需要），使供油始点随发动机转速变化；供油泵，将燃油从油箱经燃油过滤器、油管供给给喷油泵；与气缸数一样多的高压油管，连接喷油泵和喷嘴；喷嘴。6.一些专业名词：Ch4

1.Theincreaseinenginespeedisproportionaltotheloadchange,i.e.thegreatertheengine-loadreduction,thegreatertheengine-speedincrease.Theresultingphenomenonisknownas“speeddroop”,andonereferstogovernorswitha“speed-droop”characteristic.

发动机转速的增加与负荷的变化是成比例的，即负荷下降越大，转速增加越大。这种现象称为“速度陡降”，也称为调速器的调速特性。2.

3.调速器的调速率通常以最大全负荷转速（标定转速，额定转速）为参考，并按下式计算：4.调速器的基本作用是限制发动机最大转速。

5.Thebasicjobofeverygovernoristolimittheengine’smaximumspeed.6.机械调速器包括以下几类：

最大转速调速器（单极调速器）：只控制发动机最高转速最小-最大转速调速器（两极调速器）：控制最高转速和怠速全程调速器：能控制从怠速到最高转速的任何转速全程两极组合式调速器用于固定电站柴油机调速器7.两级调速器特性图：

图中A点为冷起动油量位置。驾驶员将加速踏板踩到底，再松开，控制齿杆返回怠速位置（B）。暖机过程中，围绕怠速控制曲线波动后，怠速最终稳定在L点。一般来说，暖机后重新起动发动机不再需要最大供油量。

Ch5.

1.TheVEdistributorfuel-injectionpumpfulfillsthesestipulationsbycombiningFuel-supplypump，High-pressurepump，Governor，andTimingdevice，VE泵将结合在一起2.

3.Thefollowingnozzlesandnozzleholdersareusedwithin-lineinjectionpumps：Pintlenozzles(DN..)forindirect-injection(IDI)engines，andHole-typenozzlesfordirect-injection(DI)engines，

Standardnozzleholders(single-springnozzleholders)，withandwith-outneedle-motionsensor,andTwo-springnozzleholders,withandwithoutneedle-motionsensor．轴针式喷嘴，用于非直喷发动机，孔式喷嘴，用于直喷发动机，

标准喷油器体（单弹簧），带或不带针阀运动传感器，双弹簧喷油器，带或不带针阀运动传感器，双弹簧喷油器

4.Hole-typenozzlesareusedwithin-lineinjectionpumpsondirect-injectionengines.OnedifferentiatesbetweenSac-holeandSeat-holenozzles.

Thehole-typenozzlesalsovaryaccordingtotheirsizeTypePwith4mmneedlediameterandTypeSwith5and6mmneedlediameters．

孔式喷嘴用于直喷式发动机的直列喷油泵。分为：

根据尺寸大小分为P型（针阀直径4mm）和S型（针阀直径5～6mm）。\\Ch6.

1.柴油机ECU要处理信号的三种类型。

模拟输入信号Analoginputsignals；数字输入信号Digitalinputsignals；为了抑制干扰脉冲，由感应型传感器来的脉冲输入信号Inordertosuppressinterferencepulses,thepulse-shapedinputsignalsfrominductivesensors2.为汽车应用专门设计的通讯系统接口可分为两类(***)传统接口

串行接口，如控制器局域网络（CAN）。

车辆中传统数据传输的特点是：每个信号都分配有属于自己的独立连接线（图7-2）。二进制信号只能用两种状态“1”或“0”来传送，例如空调压缩机“开”与“关”。On/Off可用于传送连续变化的参数，如加速踏板位移传感器的状态。汽车电子部件之间数据交换的增加如今已达到这样的程度，试图通过传统的配线和插件连接

器来处理这个问题不再是明智的选择。它不仅使费用增加，而且这些配线的复杂程度已达到失控的程度。另外，ECU之间的数据交换也非常慢。

通过传统接口进行数据传送的问题可采用总线系统（数据高速公路）来解决。例如CAN，它是专门用于为汽车应用开发的总线系统。只要电控单元有串行CAN接口，上述信号就可通过CAN传送。

3.CAN总线系统中，标识符标记要发送的数据内容和信息的优先权。变化很快的信号，如发动机转速信号，必须及时传送，因此比变化相对慢的信号（如发动机温度）分配了较高的优先权。4.EDC

防抱死系统（ABS）：Antilockbrakingsystem(ABS),电子稳定程序（ESP）：Electronicstabilityprogram(ESP),Ch7.

1.EDC系统由三系统模块组成：1.传感器与目标设定值传感器，用于检测运行工况，产生目标设定值。它们将不同的物理量转换成电信号。2.电控单元（ECU）采用一定的控制算法将以上信息加工处理成合适的电输出信号。3.电磁执行器：将ECU的电输出信号转换成控制齿杆的机械运动。执行器固定在喷油泵上，并通过线性螺线管移动控制齿杆。它代替了机械调速器2.齿杆位置的移动来改变喷油量3.一些传感器

1.油泵速度传感器一种感应型传感器，在直列喷油泵执行器内部，检测油泵转速。2.齿杆行程传感器该传感器也集成在油泵执行器中，记录油泵齿杆位置。3.增压压力传感器涡轮增压器的增压压力由一种压阻式传感器测量。4.温度传感器温度传感器用于测量进气温度、冷却剂温度、燃油温度。5.车速传感器行程记录信号或车速传感器信号用于确定车速。

6.加速踏板传感器加速踏板设置，即驾驶员的转矩输入或发动机转速输入，由一个电位计记录，它代替了机械式加速踏板的连接杆。

7.操作面板驾驶员可以输入或取消车速和中间转速的目标设定值。

8.制动、排气制动、离合器开关每次需要执行制动、排气制动或离合器时，这些开关将相关信号发送到ECU。4.ECU可以适应发动机和汽车要求。

发动机数据在制造后立即存储在ECU程序中。ECU采用这种形式使得ECU可用于许多不同的发动机和汽车型式而不用改造硬件。

ECU设计可在典型汽车应用的温度中工作。因此ECU可安装在驾驶室中或在发动机部件中的适当位置。对ECU的抗干扰提了很高的要求。根据这些要求，ECU配备了防短路输入和输出。它们也可以防护汽车电器系统的寄生脉冲。

通过过滤和屏蔽，ECU对外部干扰有很强的电磁兼容性（EMC）。Ch9

1.VR泵用于高速直喷式柴油机，特点是：高度动态的供油控制和喷油始点控制，喷嘴处喷油压力高达1600bar。2.VR径向活塞分配泵柴油喷射系统为电子控制EDC装备了2个ECU：发动机ECU和喷油泵ECU。一方面是为了防止某些电子部件过热，另一方面是为了防止在有些情况下为控制电磁阀需要很大的电流（达20A）时引起的干扰信号。

3．径向分配泵喷油系统的燃油系统由低压回路（低压供油）、高压回路（高压供油）和ECU组成。4．喷油泵高压部件

Radial-pistonhigh-pressurepump径向活塞高压泵High-pressuresolenoidvalve高压电磁阀

Distributorshaftwithdistributorhead带分配头的分配轴Return-flowthrottlevalves回流节流阀Ch10

1.共轨和传统喷油系统的比较：

在共轨蓄压式喷油系统中，压力产生与燃油喷射是完全相互分开的。喷油压力的产生与发动机转速和喷油量无关。燃油加压贮存在高压蓄压器（油轨）准备喷射。喷油量由驾驶员决定，喷油始点和喷油压力由ECU依据存储的Map图计算。然后ECU触发电磁阀，每个缸的喷油器（喷射单元）相应喷油。2.

3.与喷油特性有关的部件：

4，“共轨”喷油系统由用于低压供油的低压回路和用于高压供油的高压回路、ECU组成。共轨系统的低压回路组成如下：油箱，带预过滤器；预输油泵；燃油滤清器；低压油管。

共轨系统的高压回路组成如下：高压泵，带压力调节阀；高压油管；高压蓄压器（油轨），带油轨压力传感器、限压阀、限流阀；喷油器；回油管。

5.高压回路的组成和最重要部件：最重要的部件有：高压泵，带油量控制阀，压力调节阀，蓄压器（油轨）油轨压力传感器，限压阀，限流阀，喷油器6.一些部件的作用：蓄压器贮存高压燃油。压力传感器：

压力调节阀根据发动机负荷设置正确的油轨压力，并维持不变。

限压阀的作用与过压阀一样，在超压情况下，限压阀通过开启溢流通道，限制油轨压力限流器：限流器的作用是在有一个喷油器始终开启时防止连续喷射7.重要的传感器：曲轴转速传感器，温度传感器，热线空气质量流量计

8.为什么必须对怠速转速进行控制：在怠速工况，油耗绝大部分取决于发动机效率和怠速转速。由于交通密集情况下的汽车油耗相当一部分是由于怠速工况引起的，显然怠速速度必须保持最低。

然而怠速转速必须设置，以便无论在什么运行工况，转速不会在负荷下下降至发动机运转不稳甚至停转。补充：

1.电控共轨系统分类压力范围及代表。按共轨压力分：高压共轨系统、中压共轨系统

高压共轨系统共轨内的压力等于喷油器喷油压力，喷油压力通常较高（一般120～160MPa，目前达到300MPa），典型代表：Bosch共轨系统和日本电装ECD-U2系统

中压共轨系统共轨中的压力较低（4～25MPa），在喷油器中有增压装置，以便实现高压喷射（增压后喷射压力可达150MPa），典型代表：美国Caterpillar公司的HEUI共轨系统（共轨液压式燃油喷射系统）

2，采用电控共轨系统的柴油机的突出优点是，在理论分析、大量实验的基础上，综合柴油机实际运行状况，能够自由控制喷油量、喷油压力、喷射正时、喷油(速)率和多次喷射(预喷射、主喷射和后喷射)，不仅实现了节省燃料、减少废气有害成分的排放目标，并且给柴油机带来了技术性能的全面提高。3，Bosch公司四代用于轿车柴油机的共轨喷射系统：

Bosch公司第一代用于轿车柴油机的共轨喷射系统及其特点：1350bar，灵活的预喷射；通过零件集成来减小零件尺寸；可满足欧3排放要求；喷油量、喷油始点、喷油压力和喷油速率能自由控制；喷射压力较高，驱动扭矩较低

Bosch公司第二代共轨喷射系统：使用压电石英作为执行器替代高速电磁阀；喷油压力提高到1600bar；可满足欧4排放；预喷油量可控制在1mm3/st；每个喷射循环可以由预喷射、主喷射和多级后喷射等4～5次喷射组成；通过预喷射技术降低发动机噪声，通过后喷射技术，降低发动机NOx和颗粒排放。

201*年，Bosch公司推出第三代共轨系统，喷油压力达1800bar，用于排量达7升的轻型和中型商务车；（201*年Bosch公司发布的消息）第三代共轨系统带有压电直列式喷油器。压电式（piezo）共轨系统的压电执行器代替了电磁阀，喷射控制更加精确的。省去了回油管，在结构上更简单。压力从20～200MPa弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3，减小了烟度和NOX的排放。最高喷射压力达到180MPa。

201*年，Bosch公司推出第四代共轨系统，喷油压力达2500bar，用于排量可达16升的重型车；4，预喷，主喷，后喷的作用

扩展阅读：柴油机电控技术总结

第一章