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1、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开展 学生： 工作单位： 销 售联系： 指导教师： 柴油机电子控制系统的开展 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，逐步开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

2、。21世纪柴油机电子控制系统将进入开展的鼎盛时期。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局部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CKPS9二、凸轮轴位置传感器

3、CMPS10三、共轨压力传感器CRPS10四、水温温度传感器CTS10五、加速踏板位置传感器APPS10六、空气流量计MAF10七、大气压力传感器APS11八、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EGR11二、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、位置控制式系统保存传统喷射系统的根本构造，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根底上，改良更新机构功能，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，

4、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柴油机的构造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,便于对现有机器进展升级改造。 4由于燃油泵输送和计量机构根本不变，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

5、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，喷射后剩余压力不恒定。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

6、喷油定时,使其到达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，当需要改良或与其他机型匹配时，传统的方法是改变机械控制系统，周期长本钱高。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局部组

7、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，控制发动机的最正确喷油量、最正确喷油时间，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局部：电控系统和燃油供应系统。 一 电控系统电控系统可分为三大局部：传感器、执行器和ECU。ECU是电控燃油共轨的核心局部。根据各个传感器的信息，发动机电控单元计算出最

8、正确喷油时间和最正确和最适宜的喷油量，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，从而准确控制发动机的工作过程。二 燃料供应系统 燃料供应系统的组成局部如图2-1所示。燃油供应系的主要构成是供油泵、共轨和喷油器。燃油供应系的根本工作原理是：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翻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

9、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，翻开回油节流孔，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，开场喷油。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喷油器翻开，开场喷油。3喷油器完全翻开。4喷油器关闭。 二 喷油器的工作原理 1喷油器关闭如图2-2 a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

10、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喷油器开启喷油开场如图2-2 b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。随着回油节流孔的翻开，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，开场喷油。针阀开启速度决定于进、回

11、油节流孔之间的流量差。控制柱塞到达上限位置，并定位在进、回油节流孔之间。此时，喷油嘴完全翻开，燃油一近乎共轨压力喷入燃烧室。 3) 喷油器关闭喷油完毕。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。电枢设计成两局部组合式，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一样的压力。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电控喷油器的构造 电装公司电控喷油器主要由喷油嘴、调压弹簧、控制喷油率

12、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构造相近。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构造。2电控喷油器的工作原理 电装公司的喷油器分为三通阀构造和二通阀构造。最初采用的是三通阀构造。在设计初期阶段，从理论上分析构造具有很多优越性，但实际试验和使用过程中发现，该三通阀构造并不如想象的好，因为燃油泄漏量较大。但是，燃

13、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。改用了二通阀构造。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，喷油完毕。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。否那么不能进展上述工作。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。这些根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场和喷油的终了。量孔大小既控制喷油嘴针阀的开启速度，

14、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，切换十分迅速而且准确，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根本要求如下：环 境温度在-40- +150；高强度；大约100-200V的低压；压电晶体作用升程为其厚度的1/1000；开关迅速，全升程动作时间约30S。1构造 喷油器的主要组成包括：带弹簧的多空喷油嘴，控制活塞，进出油节流孔，二位二通阀，压电晶体部件。用于喷油器的压电晶体的构造采用多层技术。多层压电执行器由瓷层烧制而成，层

15、与层之间有电极，生产技术与多层电容器相似。 图2-4压电式喷油器的构造2工作原理 在中低速围，喷射的机动灵活性特别重要，最理想的情况式，在2500转/分一下的转速围每个工作循环喷射达5次，在中等转速围每个工作循环喷射2-3次，在标定转速每个工作循环喷射1次。压电式执行原件像一个在点压下立即就能充电的电容器，其关键原件式瓷压电薄膜，它在加上电压以后的0.1ms以就会发生晶体晶格的畸变。为了使执行器到达足够的位移，必须将许多层瓷薄膜烧结成一块长方六面体。喷油器30mm长的执行器由300多层薄膜组成，每层的厚度只有80m。压电原件加上电压后会膨胀大约40m，通过杠杆比为1：1.5的杠杆，使得控制腔回

16、油道中的阀开启。于是，控制阀的压力下降，喷油嘴针阀开启。四 油泵一 低压油泵低压油泵可以是带有前置过滤器的电动燃油泵，也可以是齿轮式燃油泵。泵从油箱抽取燃油，然后不但地向高压泵输送定量的燃油。 二 高压油泵高压油泵将燃油增至最高1350bar的系统压力。加压燃油然后经过高压管路并进入管状的共轨。圣达菲车D4EA发动机的高压油泵安装在气缸盖的后端面上，由凸轮轴驱动。通过一个带有油水别离器的燃油滤清器，低压油泵从油箱抽取燃油，进入高压泵。燃油是由高压油泵3个相互呈120径向布置的柱塞压缩的，带偏心凸轮的驱动轴，根据凸轮形状相位的变化而将泵柱塞推上或压下。当柱塞到达下止点后而上行时，那么进油阀被关闭

17、，柱塞腔的燃油被压缩，只要到达共轨压力就立即翻开出油阀，被压缩的燃油进入高压回路，到上止点前，柱塞一直泵送燃油供油行程，到达上止点后，压力下降，出油阀关闭；柱塞向下运动时，由于容积的增大，剩下的燃油降压，直到柱塞腔中的压力低于低压油泵的供油压力时，进油阀再次被翻开，重复进入下一工作循环。 第三章 柴油机电控系统中的传感器传感器是柴油机实现电控的关键技术之一，它的作用是进展信号变换，把被测的非电量信号转换成电信号，输入到电控单元，用于在整个工作围控制最优燃油喷射量、喷射时间，以减少废气排放并提高发动机功率和经济性。目前柴油机电控系统应用了很多各种不同类型、不同功能的传感器，如曲轴位置传感器、凸轮

18、轴位置传感器、加速踏板位置传感器、冷却液温度传感器、共轨压力传感器、空气流量计等。本文结合长城哈弗GW2.8TC型柴油机加以描述各个传感器的工作原理。一、曲轴位置传感器CKPS：Crankshaft Point SensorGW2.8TC型柴油机的曲轴位置传感器安装在飞轮壳上，曲轴位置传感器为电磁感应式，由57个短齿槽和1个长齿槽的信号轮和传感器组成。如图3-1所示，信号轮安装在飞轮起动用齿圈的前方，它有57个短齿槽齿间角度为6、1个长齿槽齿间角度为18。当发动机工作时，曲轴每转过一圈，曲轴位置传感器的电磁感应线圈会输出57个规那么的交流脉冲电压信号和一个畸变的交变电压。如图3-2所示。图3-

19、1 信号轮的长、短齿槽 图3-2 曲轴位置传感器输出的波形ECU根据曲轴位置传感器输入的信号，计算曲轴的转速以及确定一缸上止点的位置。二、凸轮轴位置传感器CMPS：Camshaft Point Sensor GW2.8TC型柴油机的凸轮轴位于缸体上下置式，凸轮轴位置传感器安装在正时齿轮室盖的前端。 凸轮轴位置传感器利用霍尔效应原理，感应凸轮轴正时齿轮上感应铁导磁性材料制成的位置，以此判定一缸压缩上止点。该传感器由永久磁铁和霍尔元件组成，当发动机运转时，感应铁与传感器的位置发生相对运动，这种变化会引起磁场变化，由于磁场变化，传感器的输出电压也会发生变化，输出方波电压信号，ECU根据此信号的变化来

20、判定凸轮轴的实际运行位置。三、共轨压力传感器CRPS：mon Rail Pressure Sensor共轨压力传感器安装在共轨上。如图3-4所示，共轨压力传感器由：焊接在压力装置上的集成的传感器部件、装有电子检测回路的印刷电路板、装有电子插入式连线的传感器外壳等组成。燃油通过共轨上的一个小孔流向共轨压力传感器，有压力的燃油通过一个盲孔到达传感器膜片。一个将压力信号转换为电信号的传感器部件半导体装置别安装在此膜片上，传感器产生的信号被输入一个用于放大拾取信号并将它送入ECU的检测回路。共轨压力传感器的工作过程如下：当膜片形状变化时，连接于膜片的电阻值也将改变。系统压力的建立，导致膜片形状变化，改

21、变的电阻值将引起通过5V电桥的电压变化。电压变化围为070mv(依赖于应用压力)，并且被放大电路增幅至0.54.5V。通过设置共轨压力传感器，可以实现对燃油压力的闭环控制。ECU根据发动机当前工况下相关传感器输入的信号，计算出的理论所需要的轨压，通过调节进油计量比例阀的开度来实现轨压控制，并依靠共轨压力传感器检测当前实际轨压，将其与理论轨压进展比照修正，实现闭环控制。四、水温温度传感器CTS：Coolant Temperature Sensor水温传感器安装于节温器下壳体处。水温传感器由NTC负温度系数热敏电阻构成，冷却液温度的变化引起电阻值的变化，当水温越低电阻值越大，水温越高电阻值越小，E

22、CU依据接收到的电压值来计算出当前的水温。五、加速踏板位置传感器APPS：Accelerate Point Sensor加速踏板位置传感器的安装位于加速踏板轴上。电位计型加速踏板位置传感器以分压电路原理工作，ECU供应传感器电路5V电压。电子油门踏板通过转轴与传感器部的滑动变阻器的电刷连接，加速踏板位置传感器的位置改变时，电刷与接地端的电压发生改变，ECU将该电压转变成加速踏板的位置信号。加速踏板位置传感器同时输出两组信号给ECU，保证输出信号的可靠性。六、空气流量计MAF：Mass Air Flow SensorGW2.8TC型柴油机的进气流量计为HFM6型热膜式，可同时输出空气流量及温度信

23、号，其工作原理与电控汽油机的完全一样。空气流量计的简单工作原理：为了获得空气流量，传感器元件上的传感器膜片发热金属铂丝固定在薄树脂上构成被中间安装的加热电阻加热，膜片上的温度分配被与加热电阻平行安装的2个温度电阻测量；通过传感器的气流改变了膜片上的温度分配，从而使得两个温度电阻的电阻值产生差异，由此对ECU输出一个变化的电压信号；在传感器部安装有进气温度传感器，用以测量进气温度。七、大气压力传感器APS：Air Pressure Sensor大气压力传感器位于ECU，其允许的测量误差为3 kPa，在海平面上大气压力设定值为100 kPa，相应的大气压力传感器的信号电压为4 V左右。八、燃油含水

24、率传感器如图3-5所示，燃油含水率传感器安装在油水别离器下方，当燃油中的水分在油水别离器到达传感器两电极的高度时，利用水的可导电性将两电极短路，此时水位报警灯点亮，提示驾驶员放水。九、EGR位置传感器电位计式，3个接线端子，分别接5V电源线、信号线、搭铁线。GW2.8TC型柴油机上装有EGR位置传感器，但是不知何故，并没有导线与ECU相连接，实际上是无效的。由于无EGR阀开度位置信号反响给ECU，所以，无法实现废气再循环的闭环控制。第四章 柴油机其他电控系统一、废气在循环系统EGR柴油机与汽油机一样也有大量的废气生成，废气在循环就是通过回引局部废气与新鲜空气共同参与燃烧反响，利用废气中含有大量

25、的惰性气体CO2、N2、H2O具有较高的比热容这一特性来降低NOX的生成。EGR阀及真空执行器安装在进气歧管上，用EGR阀通气管将EGR阀和进、排气歧管接通。排气歧管中的废气通过EGR阀进入进气歧管，再进入气缸，实现废气再循环。这种使废气重新进入燃烧室并与新鲜空气一起再次燃烧的方法，是一种有效降低排气中所含NOx的措施。再循环废气由于具有惰性，燃烧速度将会放慢，从而导致燃烧室中火焰温度降低，从而使NOx的生成量减少。废气再循环中引入的废气量必须适当。假设引入的废气量过少，对降低NOx生成量的效果不明显；假设引入废气量过多，不仅混合气着火性能变差，发动机的输出功率下降，而且还会使发动机的排放性能

26、恶化。对于废气再循环过程引入的废气量，常用EGR率来表示，EGR率的定义如下：EGR率=EGR气体流量/进入汽缸的空气量+ EGR气体流量100%一般的废气再循环EGR率控制在30%以，同时为减少再循环废气对发动机进气量的影响，有的装有EGR冷却器 ，采用了水冷却的方式。EGR率与发动机的转速、进气量等参数的对应关系经计算、试验确定后，将数据存入到发动机ECU中。发动机工作时，发动机控制模块根据各种传感器送来的信号，并经过与其部数据对照和计算修正，输出适当的指令，控制真空调节器来控制EGR阀的开度，以调节废气再循环的EGR率 。ECU根据空气流量传感器、曲轴位置传感器、冷却液温度传感器等信号给

27、废气再循环EGR电磁阀提供不同占空比控制信号，使EGR电磁阀具有不同的翻开、关闭频率，从而得到控制EGR阀不同开度时所需的各种真空度，从而获得适合发动机工况的不同的EGR率。脉冲电压信号的占空比越大，电磁阀翻开时间越长，那么真空度越大，EGR阀开度越大，EGR率越大；反之，脉冲电压信号的占空比越小，EGR率越小，当小至某一值时，EGR控制阀关闭，废气再循环系统停顿工作。二、可变截面增压器VGT)柴油机功率的大小，与发动机的进气量有很大的关系，在发动机配置不变的前提下，提高了进气量，才能增大喷油量，从而提高发动机的功率。在普通的废气涡轮增压器中，涡轮机转子叶片与壳体之间的截面积是固定不变的，在废

28、气冲击下其转速与发动的转速有关。当发动机低转速工作时，废气的动能小，涡轮机的转子转速较低，同轴带动压气机的充气量相对较少，增压后的进气压力较低；而发动机高速旋转时，废气的动能大，同轴带动压气机的充气量相对较多，增压后的进气压力高。这种充气量的差异，限制了发动机中低时速功率的提高。可变截面废气涡轮增压器VGT-Variable Geometry Turbocharger正是针对此改良设计的。 VGT可变截面涡轮增压技术是在普通的废气涡轮增压器的根底上，在涡轮侧增加了涡轮转动叶片及调整机构，ECU通过控制VGT电磁阀、膜盒式真空执行器来控制转动叶片的角度。当发动机处于低速运转时，废气的动能较小，膜

29、盒式真空执行器使活动叶片组处于关闭位置，叶片间通道通道截面变小，废气进入涡轮机的速度加大，涡轮机的转速提高，同轴带动压气机使充气量较普通的增压器增多；在高速时让活动叶片组逐步翻开，最终至全开位置，使涡轮机转速限制在规定之围。如此，可实现发动机在任何的转速下，维持所需要的增压值，消除了传统涡轮增压器低转速时的涡轮迟滞现象，保证强劲的动力稳定输出。国产华泰圣达菲已经采用了VGT技术。华泰现代圣达菲2.0L VGT车的百公里油耗仅为6.3L，比同等排量的汽油车省油30%-40%，与1.6升排量轿车相当，并率先到达欧III接近欧IV排放标准，D4EA柴油机在4000r/min时输出的最大功率为92.6KW，最大扭矩在2000r/min时为290N.m，动力强劲可见一斑。下面依华泰现代圣达菲2.0车的D4EA发动机为例简单介绍可变截面增压器VGT的工作原理。VGT涡轮侧的构造示意图如图4-1所示。在涡轮机转子一侧的圆形固定盘上，装有转动叶片组，它的几何位置由ECU通过控制VGT电磁阀、膜盒式真空执行器来控制。如图4-2b所示，当发动机处于中低速时，废气的动能较小，膜盒式真空执