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柴油机电子控制系统的发展论文

汽车维修技术负责人

毕业论文

题目：

柴油机电子控制系统的发展

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柴油机电子控制系统的发展

[摘要]:

汽车的时代是动感、环保的电控柴油机的时代，传统的燃油系统已经不能适应当今社会对汽车动力及其环保方面的追求，从而使汽车机械和汽车电子擦碰出技术环保的火花。

柴油机电子控制系统，革新了汽车发动机。

到今天为止，世界各国为了动力和环保的双需求，研发生产了多型柴油电喷系统。

柴油机电子控制的容已由当初的燃油喷射系统单一控制，逐步发展到了多个系统控制，如电控喷射技术、电控高压共轨技术、电控增压中冷技术、可变进气涡轮控制系统以及废气再循环等。

21世纪柴油机电子控制系统将进入发展的鼎盛时期。

目前我国生产的宝来、奥迪轿车以及长城哈弗、江铃等一些SUV都已采用了柴油机电控技术，其中很多技术处于世界先进水平，如高压共轨喷射技术、泵喷嘴技术等。

本篇突出了柴油机电控部分的构原理和目前先进的柴油机电控技术。

关键词：

电控、环保、电子控制

摘要……………………………………………………………………………………1

目录……………………………………………………………………………………2

第一章柴油机电控燃油喷射系统的类型…………………………………………3

一、位置控制式系统……………………………………………………………………3

二、时间控制式系统……………………………………………………………………3

三、共轨系统…………………………………………………………………………3

四、电子控制…………………………………………………………………………4

第二章电控柴油机喷油系统………………………………………………………4

一、柴油机电控喷油系统的组成……………………………………………………4

二、电控燃油共轨系统的组成………………………………………………………4

三、喷油器……………………………………………………………………………5

四、油泵………………………………………………………………………………8

第三章柴油机电控系统中的传感器………………………………………………8

一、曲轴位置传感器（CKPS）………………………………………………………9

二、凸轮轴位置传感器（CMPS）……………………………………………………10

三、共轨压力传感器（CRPS）………………………………………………………10

四、水温温度传感器（CTS）………………………………………………………10

五、加速踏板位置传感器（APPS）…………………………………………………10

六、空气流量计（MAF）……………………………………………………………10

七、大气压力传感器（APS）………………………………………………………11

八、燃油含水率传感器………………………………………………………………11

九、EGR位置传感器…………………………………………………………………11

第四章柴油机其他电控系统……………………………………………………11

一、废气在循环系统（EGR）………………………………………………………11

二、可变截面增压器（VGT）………………………………………………………12

第五章结语………………………………………………………………………14

掺考文献……………………………………………………………………………14

致…………………………………………………………………………………14

第一章柴油机电控燃油喷射系统的类型

一、位置控制式系统

　　保留传统喷射系统的基本结构，只是将原有的机械控制机构用电控元件取代，在原机械控制循环喷油量和喷油定时的基础上，改进更新机构功能，使用直线比例式和旋转式电磁执行机构控制油量调节齿杆（或拉杆）位移和提前器运动装置的位移，实现循环喷油量和喷油定时的控制，使控制精度和响应速度较机械式控制方式得以提高。

　　系统技术特征与系统特点:

（1）数字控制器通过执行机构的连续式位置伺服控制,对喷射过程实现间接调节,故相对其它电控燃油喷射系统,执行响应较慢、控制频率较低和控制精度不太稳定。

（2）不能改变传统喷射系统固有的喷射特性,电控可变预行程直列泵虽能对喷油速率起到一定的调节作用,但却使直列泵机构复杂性加大。

　　（3）柴油机的结构几乎无须改动即可改造成位置控制式喷射系统,故生产继承性好,便于对现有机器进行升级改造。

　　（4）由于燃油泵输送和计量机构基本不变，喷油系统参数受柴油机转速影响大，很难实现喷油规律控制，凸轮机构、柱塞套的应力和变形限制了喷油压力的进一步提高。

二、时间控制式系统

时间控制系统有许多比纯机械式或第一代系统优越的地方，但其燃油喷射压力仍然与发动机转速关，喷射后残余压力不恒定。

另外电磁阀的响应直接影响喷射特性，特别是在转速较高或瞬态转速变化很大的情况下尤为严重，而且电磁阀必须承受高压，因此对电磁阀提出了很高的要求。

三、共轨系统

　共轨控制式电控燃油喷射系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理。

共轨式电控喷射系统具有公共控制油道（共轨管）,高压油泵只是向公共油道供油以保持所需的共轨压力,通过连续调节共轨压力来控制喷射压力,采用压力时间式燃油计量原理,用电磁阀控制喷射过程。

该系统根据柴油机运行工况的不同,不仅可以适时地控制喷油量与喷油定时,使其达到与工况相适应的最优数值,而且还使得喷油压力和喷油速率的控制成为可能。

且系统的控制自由度及精度得到了大幅度提高。

系统技术特征

（1）不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理，高压油泵+共轨油管。

（2）采用压力时间式燃油计量原理,用电磁阀　　控制喷射过程。

（3）可以柔性控制喷油压力、喷油量、和喷油定时,喷油速率的控制也成为可能。

对于不同的柴油机，其控制策略往往不同，当需要改进或与其他机型匹配时，传统的办法是改变机械控制系统，周期长成本高。

计算机控制系统需要改变的仅仅是EPROM中的软件程序。

有些情况下，甚至不需要变更便能用于不同的柴油机。

四电子控制

整个系统有传感器、电控单元和执行器三大部分组成。

最明显的特点是柴油电控喷射系统的多样化，具有高压、高频、脉动等特点喷射压力高达60-150MPa，甚至200MPa。

第二章电控柴油机喷油系统

一、柴油机电控喷油系统的组成

柴油机电控系统由传感器、执行器和电控单元组成。

传感器检测出发动机或喷油泵的运行状态，ECU根据个传感器信息，控制发动机的最佳喷油量、最佳喷油时间，执行器根据计算机的指令，准确的控制喷油量和喷油时间。

二、电控燃油共轨系统的组成

电控高压共轨燃油系统可分成两大部分：

电控系统和燃油供给系统。

（一）电控系统

电控系统可分为三大部分：

传感器、执行器和ECU。

ECU是电控燃油共轨的核心部分。

根据各个传感器的信息，发动机电控单元计算出最佳喷油时间和最佳和最合适的喷油量，并计算出什么时刻、多长时间的围向喷油器发出开启电磁阀或关闭电磁阀的指令，从而精确控制发动机的工作过程。

（二）燃料供给系统

燃料供给系统的组成部分如图2-1所示。

燃油供给系的主要构成是供油泵、共轨和喷油器。

燃油供给系的基本工作原理是：

供油泵将燃油加压成高压，供入共轨。

共轨实际是一种燃油分配管。

储存在共轨的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机气缸。

三喷油器

（一）博世公司电控喷油器

喷油器主要由控制柱塞、喷油嘴针阀和电磁阀等组成。

燃油从高压接头经进油通道送往喷油嘴，经进油节流孔送人控制室。

控制室通过由电磁阀打开的回油节流孔与回油孔连接。

回油节流孔在关闭时，作用在控制活塞上的液压力大于作用在喷油嘴针阀承压面上的力，因此喷油嘴针阀被压在座面上，燃油没有进入燃烧室。

电磁阀动作时，打开回油节流孔，控制室的压力下降，当作用在控制活塞上的液压力低于作用在针阀承压面上的作用力时，针阀立即开启，开始喷油。

由于电磁阀不能直接产生迅速关闭针阀的所需的力，因此，经过一个液压力放大系统实现针阀的这种间接控制。

在发动机和油泵工作时，喷油器的工作可分为四个工作状态：

1）喷油器关闭，以存有的高压。

2）喷油器打开，开始喷油。

3）喷油器完全打开。

4）喷油器关闭。

（二）喷油器的工作原理

1）喷油器关闭如图2-2a所示。

电磁阀在静止状态不受控制，因此是关闭的。

回油节流孔关闭时，电枢的钢球通过弹簧压在回油节流孔的座面上。

控制室建立公共的高压，同样的压力也存在与喷油嘴的腔容积中。

共轨压力在控制柱塞端面上施加的力及喷油器调压弹簧的力大于作用在针阀承压面上的夜压力，针阀处于关闭状态。

2）喷油器开启（喷油开始）如图2-2b所示。

当电磁阀通电后，在吸动电流的作用下迅速开启当电磁铁的作用力大于弹簧作用力时，回油节流孔开启，在极短的时间，升高的吸动电流成为较小的电磁阀保持电流。

随着回油节流孔的打开，燃油从控制室流入上面的空腔，并经回油通道回到油箱控制室的压力下降，于是控制室的压力小于喷油嘴腔容积的压力。

控制室中减小了的作用力引起作用在控制柱塞上的作用力减小，从而针阀开启，开始喷油。

针阀开启速度决定于进、回油节流孔之间的流量差。

控制柱塞达到上限位置，并定位在进、回油节流孔之间。

此时，喷油嘴完全打开，燃油一近乎共轨压力喷入燃烧室。

3）喷油器关闭（喷油结束）。

如果不控制电磁阀，电枢在弹簧的作用力下向下压，关闭回油节流孔。

电枢设计成两部分组合式，电枢板经一拨杆向下引动。

但它可用复位弹簧向下回弹，从而没有向下的力作用在电枢和钢球上。

回油节流孔关闭，进油节流孔进的油使控制室中建立起与共轨中相同的压力。

这种升高了的压力使作用在控制柱塞上端的压力增加。

这个来自控制室的作用力和弹簧力超过了针阀下方的液压力，于是针阀关闭。

（三）电装公司的喷油器

1）电控喷油器的结构

电装公司电控喷油器主要由喷油嘴、调压弹簧、控制喷油率的量孔、控制活塞和二通阀等组成。

电控喷油器中由电磁阀直接控制喷油始点、喷油间隔、喷油终点，从而直接控制喷油量、喷油时间和喷油率。

电控喷油器实际上完成了传统喷油器装置中的喷油器、调速器和提前器的功能。

与直喷柴油机中的机械式喷油器相似，喷油器可用压板等安装在气缸盖。

设计良好的电控喷油器和传统的的机械式喷油器结构相近。

因此，共轨式喷油器在直喷式柴油机中的安装不需要改变汽缸盖结构。

2）电控喷油器的工作原理

电装公司的喷油器分为三通阀结构和二通阀结构。

最初采用的是三通阀结构。

在设计初期阶段，从理论上分析结构具有很多优越性，但实际试验和使用过程中发现，该三通阀结构并不如想象的好，因为燃油泄漏量较大。

但是，燃油从何处泄漏，如何减少燃油泄漏又没有有效措施。

因此，使用不久就废止了。

改用了二通阀结构。

当二通阀开启时，控制腔的高压燃油经量孔2流入低压腔中，控制腔中的燃油压力降低，但是，喷油嘴压力室中的燃油压力仍然很高。

压力室中的高压使针阀开启，向汽缸喷射燃油。

当二通阀关闭不同电时，通过量孔1，控制腔中的燃油压力升高，使针阀下降，喷油结束。

这里有一个重要条件：

量孔2的直径必须小于其左下方量孔1的直径。

否则不能进行上述工作。

二通阀的通电时刻确定了喷油始点，二通阀的通电时间长短确定喷油量。

这些基本参数都是电子脉冲控制的。

通过控制喷油控制腔的压力来控制喷油的开始和喷油的终了。

量孔大小既控制喷油嘴针阀的开启速度，也控制喷油率形状。

（四）压电晶体式喷油器

与电磁阀相比，压电执行器具有：

没有滞后时间，切换十分迅速而且精确，可重现性非常好，没有因设计造成的以气隙之类的形式出现的偏差，寿命长，工作非常稳定等优点。

压电式喷油器推出之后，立即受到个大公司的推崇。

如图2-4

汽车对共轨系统压电晶体基本要求如下：

环境温度在-40℃-+150℃；高强度；大约100-200V