柴油機(jī)電控技術(shù)總結(jié)

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柴油機(jī)電控技術(shù)總結(jié)

第一章

1.進(jìn)入20世紀(jì)70年代以后，由于發(fā)動機(jī)排放物對大氣的污染和能源危機(jī)，柴油機(jī)面臨新的挑戰(zhàn)。

2.1922年，博世公司開始著手開發(fā)噴油泵和噴油嘴。1927年，開發(fā)成功直列式噴油泵。從此，制約狄塞爾發(fā)動機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵被攻克。柴油機(jī)開始了第二歷史階段蓬勃發(fā)展的階段。

3.柴油機(jī)技術(shù)的三次飛躍：機(jī)械式燃油系統(tǒng)，增壓和中冷技術(shù)，電控噴油技術(shù)

4.哪些技術(shù)革新使經(jīng)濟(jì)性提高：直噴，渦輪增壓技，進(jìn)氣冷卻，高噴油率，電子控制，EGR

5．電控技術(shù)三代變化：(1)第一代：凸輪壓油、位置控制。(2)第二代：凸輪壓油、時間控制。(3)第三代：共軌蓄壓、電磁閥時間控制。

6.柴油機(jī)的排放問題中最成問題的是浮游粒子（PM）和氮氧化物（NOx）；到目前為小，還沒有一種有效的技術(shù)措施可以使柴油機(jī)的顆粒排放(PM)和氮氧化物(NOx)同時降低。

7.含硫量對柴油機(jī)顆粒排放有密切關(guān)系，如圖1-31所示。要求柴油中硫含量盡可能低。目前歐洲柴油含硫量控制在500×10之內(nèi)。在未來幾年內(nèi)，將要采用含硫量為50×10和10×10的柴油。

8．為了滿足歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)需要排氣后處理技術(shù)，采用顆粒濾清器及采用NOx催化劑(DeNOx)等。9.降低排放從燃燒方面考慮：(1)減少預(yù)混合燃燒。(2)促進(jìn)擴(kuò)散燃燒。

因此，對燃油系統(tǒng)的要求是：(1)最佳的噴油定時。(2)減少初期噴油量。(3)高壓化、良好霧化。(4)噴油結(jié)束干脆。(5)電子控制。10.降低排放的技術(shù)措施第二章

1．Theworkingcycleincludesfourstrokes:inductionstroke,compressionstroke,powerstrokeandexhauststroke.2.燃燒產(chǎn)物：Inthefirstplace，water(H2O)andcarbondioxide(CO2)aregenerated.Andinrelativelylowconcentrations。thefollowingsubstancesarealsoproduced:

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

燃燒最主要的產(chǎn)物是水和CO2，同時也會產(chǎn)生以下濃度相對較低的物質(zhì)：一氧化碳（CO），未燃碳?xì)洌℉C），氮氧化物（NOx），二氧化硫（SO2）和硫酸（H2SO4），碳煙顆粒（Soot）

3.五個正時：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．發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越低，最終壓縮壓力和壓縮溫度越低，這種現(xiàn)象的原因是：開始時活塞與氣缸壁之間的油膜尚未形成導(dǎo)致漏氣損失；發(fā)動機(jī)冷態(tài)時，壓縮期間熱損失仍存在；另外，低溫時摩擦力更大，因為發(fā)動機(jī)部件的機(jī)械間隙減小，機(jī)油粘度更高。此外，由于冷態(tài)下電池電壓降低，起動轉(zhuǎn)速特別低。必須采取措施克服冷起動困難。6.影響發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)混合氣形成和燃燒過程的燃油噴射系統(tǒng)參數(shù)有：供油始點（進(jìn)油孔關(guān)閉）和噴射始點；噴油持續(xù)期和噴油速率曲線；噴油方向和噴束數(shù)目。過量空氣

7.油始點更為簡單，柴油機(jī)噴油泵對發(fā)動機(jī)的正時即為供油始點8.為什么噴油始點要控制在最小允許范圍內(nèi)？

噴油始點對油氣混合氣的燃燒始點有顯著的影響。最高壓縮溫度發(fā)生在上止點。燃燒壓力陡增還導(dǎo)致發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)粗暴。燃燒必須在排氣門打開前完成。燃燒始點提前，燃燒室內(nèi)溫度升高，導(dǎo)致NOx排放升高。燃燒始點太遲，會導(dǎo)致不完全燃燒和未燃HC排放（圖2-12）。噴油始點還影響碳煙排放和不完全燃燒產(chǎn)物。噴油始點對比油耗與HC排放的影響是相反的，對黑煙排放與NOx排放的影響也是相反的。

9.Theterm“rateofdischarge”describesthecharacteristiccurveofthefuelquantityinjectedintothecombustionchamberasafunctionofcrankshaftorcamshaftangle(degreescrankshaftanddegreescamshaftrespectively).噴油速率:噴入燃燒室的燃油量隨曲軸轉(zhuǎn)角或凸輪角變化的特性曲線.

10.計算正時：直噴式柴油機(jī)的噴油持續(xù)期在額定轉(zhuǎn)速下約為25~30CA。若噴

油持續(xù)期為30CA，則對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角為15，噴油泵轉(zhuǎn)速為201*r/min時噴油持續(xù)期為1.25ms。

-6-6

-11.提高噴油壓力可顯著改善混合氣：燃油壓力大使燃油速度高。燃油與空氣間的相對速度越高，燃燒室內(nèi)空氣密度越大，柴油霧化越好。

12.Theregulationscontaintestmethodsforenginesand/orvehicles,measurementtechniques,andlimits.這些法規(guī)包括發(fā)動機(jī)（車輛）的測試方法、測量技術(shù)和限值

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

這些必須不能超過的限值針對以下排氣成分：未燃或部分燃燒碳?xì)洌℉C）一氧化碳(CO)，氮氧化物(NOx)，顆粒物(PM)，煙度（PM中影響視覺的成分）14

15.當(dāng)噴油壓力超過1000bar時，碳煙排放可以大幅度降低，尤其在低速工況下。16.是，對碳煙和顆粒排放有利的措施大多數(shù)對油耗、NOx排放和噪聲有負(fù)面影響Ch3

1.柱塞行程不變，有效供油行程變化2.正時裝置控制的是噴油始點3.轉(zhuǎn)速增加時，

4.對二沖程機(jī)，噴油泵轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速是一致的，對四沖程機(jī)，噴油泵轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速一樣，是曲軸轉(zhuǎn)速

的一半。

5.燃油噴射系統(tǒng)部件：完整的燃油噴射系統(tǒng)由以下部件組成：噴油泵；機(jī)械或電子調(diào)速器，用于控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速

和噴油量；正時裝置（若需要），使供油始點隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化；供油泵，將燃油從油箱經(jīng)燃油過濾器、油管供給給噴油泵；與氣缸數(shù)一樣多的高壓油管，連接噴油泵和噴嘴；噴嘴。6.一些專業(yè)名詞：Ch4

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

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的增加與負(fù)荷的變化是成比例的，即負(fù)荷下降越大，轉(zhuǎn)速增加越大。這種現(xiàn)象稱為“速度陡降”，也稱為調(diào)速器的調(diào)速特性。2.

3.調(diào)速器的調(diào)速率通常以最大全負(fù)荷轉(zhuǎn)速（標(biāo)定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速）為參考，并按下式計算：4.調(diào)速器的基本作用是限制發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)速。

5.Thebasicjobofeverygovernoristolimittheengine’smaximumspeed.6.機(jī)械調(diào)速器包括以下幾類：

最大轉(zhuǎn)速調(diào)速器（單極調(diào)速器）：只控制發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速最小-最大轉(zhuǎn)速調(diào)速器（兩極調(diào)速器）：控制最高轉(zhuǎn)速和怠速全程調(diào)速器：能控制從怠速到最高轉(zhuǎn)速的任何轉(zhuǎn)速全程兩極組合式調(diào)速器用于固定電站柴油機(jī)調(diào)速器7.兩級調(diào)速器特性圖：

圖中A點為冷起動油量位置。駕駛員將加速踏板踩到底，再松開，控制齒桿返回怠速位置（B）。暖機(jī)過程中，圍繞怠速控制曲線波動后，怠速最終穩(wěn)定在L點。一般來說，暖機(jī)后重新起動發(fā)動機(jī)不再需要最大供油量。

Ch5.

1.TheVEdistributorfuel-injectionpumpfulfillsthesestipulationsbycombiningFuel-supplypump，High-pressurepump，Governor，andTimingdevice，VE泵將結(jié)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．軸針式噴嘴，用于非直噴發(fā)動機(jī)，孔式噴嘴，用于直噴發(fā)動機(jī)，

標(biāo)準(zhǔn)噴油器體（單彈簧），帶或不帶針閥運動傳感器，雙彈簧噴油器，帶或不帶針閥運動傳感器，雙彈簧噴油器

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

Thehole-typenozzlesalsovaryaccordingtotheirsizeTypePwith4mmneedlediameterandTypeSwith5and6mmneedlediameters．

孔式噴嘴用于直噴式發(fā)動機(jī)的直列噴油泵。分為：

根據(jù)尺寸大小分為P型（針閥直徑4mm）和S型（針閥直徑5～6mm）。\\Ch6.

1.柴油機(jī)ECU要處理信號的三種類型。

模擬輸入信號Analoginputsignals；數(shù)字輸入信號Digitalinputsignals；為了抑制干擾脈沖，由感應(yīng)型傳感器來的脈沖輸入信號Inordertosuppressinterferencepulses,thepulse-shapedinputsignalsfrominductivesensors2.為汽車應(yīng)用專門設(shè)計的通訊系統(tǒng)接口可分為兩類(***)傳統(tǒng)接口

串行接口，如控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）。

車輛中傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c是：每個信號都分配有屬于自己的獨立連接線（圖7-2）。二進(jìn)制信號只能用兩種狀態(tài)“1”或“0”來傳送，例如空調(diào)壓縮機(jī)“開”與“關(guān)”。On/Off可用于傳送連續(xù)變化的參數(shù)，如加速踏板位移傳感器的狀態(tài)。汽車電子部件之間數(shù)據(jù)交換的增加如今已達(dá)到這樣的程度，試圖通過傳統(tǒng)的配線和插件連接

器來處理這個問題不再是明智的選擇。它不僅使費用增加，而且這些配線的復(fù)雜程度已達(dá)到失控的程度。另外，ECU之間的數(shù)據(jù)交換也非常慢。

通過傳統(tǒng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的問題可采用總線系統(tǒng)（數(shù)據(jù)高速公路）來解決。例如CAN，它是專門用于為汽車應(yīng)用開發(fā)的總線系統(tǒng)。只要電控單元有串行CAN接口，上述信號就可通過CAN傳送。

3.CAN總線系統(tǒng)中，標(biāo)識符標(biāo)記要發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容和信息的優(yōu)先權(quán)。變化很快的信號，如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，必須及時傳送，因此比變化相對慢的信號（如發(fā)動機(jī)溫度）分配了較高的優(yōu)先權(quán)。4.EDC

防抱死系統(tǒng)（ABS）：Antilockbrakingsystem(ABS),電子穩(wěn)定程序（ESP）：Electronicstabilityprogram(ESP),Ch7.

1.EDC系統(tǒng)由三系統(tǒng)模塊組成：1.傳感器與目標(biāo)設(shè)定值傳感器，用于檢測運行工況，產(chǎn)生目標(biāo)設(shè)定值。它們將不同的物理量轉(zhuǎn)換成電信號。2.電控單元（ECU）采用一定的控制算法將以上信息加工處理成合適的電輸出信號。3.電磁執(zhí)行器：將ECU的電輸出信號轉(zhuǎn)換成控制齒桿的機(jī)械運動。執(zhí)行器固定在噴油泵上，并通過線性螺線管移動控制齒桿。它代替了機(jī)械調(diào)速器2.齒桿位置的移動來改變噴油量3.一些傳感器

1.油泵速度傳感器一種感應(yīng)型傳感器，在直列噴油泵執(zhí)行器內(nèi)部，檢測油泵轉(zhuǎn)速。2.齒桿行程傳感器該傳感器也集成在油泵執(zhí)行器中，記錄油泵齒桿位置。3.增壓壓力傳感器渦輪增壓器的增壓壓力由一種壓阻式傳感器測量。4.溫度傳感器溫度傳感器用于測量進(jìn)氣溫度、冷卻劑溫度、燃油溫度。5.車速傳感器行程記錄信號或車速傳感器信號用于確定車速。

6.加速踏板傳感器加速踏板設(shè)置，即駕駛員的轉(zhuǎn)矩輸入或發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速輸入，由一個電位計記錄，它代替了機(jī)械式加速踏板的連接桿。

7.操作面板駕駛員可以輸入或取消車速和中間轉(zhuǎn)速的目標(biāo)設(shè)定值。

8.制動、排氣制動、離合器開關(guān)每次需要執(zhí)行制動、排氣制動或離合器時，這些開關(guān)將相關(guān)信號發(fā)送到ECU。4.ECU可以適應(yīng)發(fā)動機(jī)和汽車要求。

發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)在制造后立即存儲在ECU程序中。ECU采用這種形式使得ECU可用于許多不同的發(fā)動機(jī)和汽車型式而不用改造硬件。

ECU設(shè)計可在典型汽車應(yīng)用的溫度中工作。因此ECU可安裝在駕駛室中或在發(fā)動機(jī)部件中的適當(dāng)位置。對ECU的抗干擾提了很高的要求。根據(jù)這些要求，ECU配備了防短路輸入和輸出。它們也可以防護(hù)汽車電器系統(tǒng)的寄生脈沖。

通過過濾和屏蔽，ECU對外部干擾有很強(qiáng)的電磁兼容性（EMC）。Ch9

1.VR泵用于高速直噴式柴油機(jī)，特點是：高度動態(tài)的供油控制和噴油始點控制，噴嘴處噴油壓力高達(dá)1600bar。2.VR徑向活塞分配泵柴油噴射系統(tǒng)為電子控制EDC裝備了2個ECU：發(fā)動機(jī)ECU和噴油泵ECU。一方面是為了防止某些電子部件過熱，另一方面是為了防止在有些情況下為控制電磁閥需要很大的電流（達(dá)20A）時引起的干擾信號。

3．徑向分配泵噴油系統(tǒng)的燃油系統(tǒng)由低壓回路（低壓供油）、高壓回路（高壓供油）和ECU組成。4．噴油泵高壓部件

Radial-pistonhigh-pressurepump徑向活塞高壓泵High-pressuresolenoidvalve高壓電磁閥

Distributorshaftwithdistributorhead帶分配頭的分配軸Return-flowthrottlevalves回流節(jié)流閥Ch10

1.共軌和傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的比較：

在共軌蓄壓式噴油系統(tǒng)中，壓力產(chǎn)生與燃油噴射是完全相互分開的。噴油壓力的產(chǎn)生與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量無關(guān)。燃油加壓貯存在高壓蓄壓器（油軌）準(zhǔn)備噴射。噴油量由駕駛員決定，噴油始點和噴油壓力由ECU依據(jù)存儲的Map圖計算。然后ECU觸發(fā)電磁閥，每個缸的噴油器（噴射單元）相應(yīng)噴油。2.

3.與噴油特性有關(guān)的部件：

4，“共軌”噴油系統(tǒng)由用于低壓供油的低壓回路和用于高壓供油的高壓回路、ECU組成。共軌系統(tǒng)的低壓回路組成如下：油箱，帶預(yù)過濾器；預(yù)輸油泵；燃油濾清器；低壓油管。

共軌系統(tǒng)的高壓回路組成如下：高壓泵，帶壓力調(diào)節(jié)閥；高壓油管；高壓蓄壓器（油軌），帶油軌壓力傳感器、限壓閥、限流閥；噴油器；回油管。

5.高壓回路的組成和最重要部件：最重要的部件有：高壓泵，帶油量控制閥，壓力調(diào)節(jié)閥，蓄壓器（油軌）油軌壓力傳感器，限壓閥，限流閥，噴油器6.一些部件的作用：蓄壓器貯存高壓燃油。壓力傳感器：

壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷設(shè)置正確的油軌壓力，并維持不變。

限壓閥的作用與過壓閥一樣，在超壓情況下，限壓閥通過開啟溢流通道，限制油軌壓力限流器：限流器的作用是在有一個噴油器始終開啟時防止連續(xù)噴射7.重要的傳感器：曲軸轉(zhuǎn)速傳感器，溫度傳感器，熱線空氣質(zhì)量流量計

8.為什么必須對怠速轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制：在怠速工況，油耗絕大部分取決于發(fā)動機(jī)效率和怠速轉(zhuǎn)速。由于交通密集情況下的汽車油耗相當(dāng)一部分是由于怠速工況引起的，顯然怠速速度必須保持最低。

然而怠速轉(zhuǎn)速必須設(shè)置，以便無論在什么運行工況，轉(zhuǎn)速不會在負(fù)荷下下降至發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)不穩(wěn)甚至停轉(zhuǎn)。補(bǔ)充：

1.電控共軌系統(tǒng)分類壓力范圍及代表。按共軌壓力分：高壓共軌系統(tǒng)、中壓共軌系統(tǒng)

高壓共軌系統(tǒng)共軌內(nèi)的壓力等于噴油器噴油壓力，噴油壓力通常較高（一般120～160MPa，目前達(dá)到300MPa），典型代表：Bosch共軌系統(tǒng)和日本電裝ECD-U2系統(tǒng)

中壓共軌系統(tǒng)共軌中的壓力較低（4～25MPa），在噴油器中有增壓裝置，以便實現(xiàn)高壓噴射（增壓后噴射壓力可達(dá)150MPa），典型代表：美國Caterpillar公司的HEUI共軌系統(tǒng)（共軌液壓式燃油噴射系統(tǒng)）

2，采用電控共軌系統(tǒng)的柴油機(jī)的突出優(yōu)點是，在理論分析、大量實驗的基礎(chǔ)上，綜合柴油機(jī)實際運行狀況，能夠自由控制噴油量、噴油壓力、噴射正時、噴油(速)率和多次噴射(預(yù)噴射、主噴射和后噴射)，不僅實現(xiàn)了節(jié)省燃料、減少廢氣有害成分的排放目標(biāo)，并且給柴油機(jī)帶來了技術(shù)性能的全面提高。3，Bosch公司四代用于轎車柴油機(jī)的共軌噴射系統(tǒng)：

Bosch公司第一代用于轎車柴油機(jī)的共軌噴射系統(tǒng)及其特點：1350bar，靈活的預(yù)噴射；通過零件集成來減小零件尺寸；可滿足歐3排放要求；噴油量、噴油始點、噴油壓力和噴油速率能自由控制；噴射壓力較高，驅(qū)動扭矩較低

Bosch公司第二代共軌噴射系統(tǒng)：使用壓電石英作為執(zhí)行器替代高速電磁閥；噴油壓力提高到1600bar；可滿足歐4排放；預(yù)噴油量可控制在1mm3/st；每個噴射循環(huán)可以由預(yù)噴射、主噴射和多級后噴射等4～5次噴射組成；通過預(yù)噴射技術(shù)降低發(fā)動機(jī)噪聲，通過后噴射技術(shù)，降低發(fā)動機(jī)NOx和顆粒排放。

201*年，Bosch公司推出第三代共軌系統(tǒng)，噴油壓力達(dá)1800bar，用于排量達(dá)7升的輕型和中型商務(wù)車；（201*年Bosch公司發(fā)布的消息）第三代共軌系統(tǒng)帶有壓電直列式噴油器。壓電式（piezo）共軌系統(tǒng)的壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，噴射控制更加精確的。省去了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡單。壓力從20～200MPa彈性調(diào)節(jié)。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOX的排放。最高噴射壓力達(dá)到180MPa。

201*年，Bosch公司推出第四代共軌系統(tǒng)，噴油壓力達(dá)2500bar，用于排量可達(dá)16升的重型車；4，預(yù)噴，主噴，后噴的作用

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