柴油发动机电控喷射系统简介

§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介
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时间控制式电控喷油系统控制特点：
依靠传统的脉动泵产生高压； 喷油量控制和喷油脉宽完全由电磁阀控制，使传统喷油
系统的机械装置发生了较大变化，喷油控制方式进一步 变革 ； 电磁阀关闭时刻决定喷射定时； 油泵的凸轮转速仍然受到发动机转速的影响 ；
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与第一代的差别： 采用电磁阀实现对喷射过程的直接数字控制，不但可以控制喷油量，
而且可以控制喷射定时，实现高频和更加灵活的控制功能；而且可以 实现分缸独立控制。 第二代电控系统的缺点： （1）仍然依赖于传统的脉动高压系统，使得高压喷射的区间受到凸轮型 线的限制，无法实现大范围的喷射定时控制； （2）喷射压力的大小只和凸轮型线以及发动机转速等结构参数有关，不 能根据发动机的工况灵活调节； （3）无法实现灵活的预喷射和多次喷射。
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二、位置控制式系统 1、直列泵的位置控制式系统
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2、分配泵的位置控制式系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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第一代电控系统特点： 间接控制喷油量——位置饲服 间接控制喷油定时——液力系统饲服控制 喷射压力大小控制——取决于原有机械系统的性能 喷油速率控制——取决于原有机械系统的性能 优点：技术难度小，改动工作量小，成本低，可以 实现机械混合运行，安全可靠； 缺点：间接控制，响应慢，对发动机性能改善有限
不仅成为各类中型和重型汽车的主导动力装置，也日益成 为轻型汽车和轿车的重要动力装置。
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g / kW.hr
g / k W . h r * PM scale x10 *
2）存在的问题 （1）微粒排放较高 （2）噪声较大 （3）不能满足日益严格的排
放标准
（4）动力性（比功率）不断 提升的要求
8 7 6 5 4 3 2 1 0
NOx
Euro I Euro 2 Euro 3 - October 2001（1999） Euro 4 - October 2006（2004） Euro 5 - October 2008（2007）
CO
HC
PM (x10)
16 14 12 10
8 6 4 2
Eur
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5、电控共轨喷油系统的特点
1）喷油压力柔性可调。对不同工况可采用最佳喷射压力，从而可以优化柴 油机的综合性能，由于喷油压力不随转速改变，解决了传统喷射系统(包括泵 一喷嘴系统)因低速时喷油压力下降而导致的低速转矩差和低速烟度大的缺陷。
2）喷射压力高。由于系统紧凑、刚度大，可实现较高的喷射压力(120— 170MPa)，比普通的柱塞泵高出一倍。加上可独立柔性控制喷油定时和喷油量， 可将NOx排放和微粒控制在较小范围内。
0 o0
43 %
12 %-
56
Eur o1
%Eur o2
NOx 1886
ye%ars
3-2%39
Eur
% o3
Year
PM -
1935 ye%ars
-
-30 8E0%ur %o 4
-
43 % Eur
o5
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2.解决方案 1）理想喷射特性 预喷射、初始喷射速率低，主喷速率高，后喷停止速度快 2）缸内高压喷射 1300bar～2000bar以上 3）增压中冷，废气再循环(EGR) 提高升功率、经济性和降低排放 4）排气后处理 微粒捕捉器，氧化催化器，NOx催化器
(3)改善柴油机的冷起动性，柴油机控制单元通过监测冷却液温 度或机油温度，判定柴油机起动时的热状态，一方面可以控制冷起动 预热或其他辅助措施(如自动喷人冷起动液等)，另一方面可以自动优 化喷油量和喷油定时，使冷起动变得较为容易，并减少冷起动时的白 烟排放。
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(4)降低柴油机的微粒和有害气体排放，柴油机控制单元根据节气门位 置、冷却液或机油温度和涡轮增压压力可以精确地控制喷油定时和喷油量， 能够显著降低柴油机在稳态和瞬态工况下的微粒及有害气体排放。
§2-5 柴油发动机电控喷射系统简介 3）单体泵和泵喷嘴系统
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电控单体式喷油泵
1 电磁阀针行程止动座；2 发动机 缸体；3 泵体；4 泵柱塞； 5 回 位弹簧； 6 滚轮挺杆； 7 衔铁；8
定子； 9 电磁阀阀针；10 滤清 器； 11 进油；12 回油；13 支撑 座； 14安装孔
▪ 电磁阀通电时，量孔A打开，液压活塞上方卸压，喷油 ▪ 电磁阀断电时，量孔A关闭，液压活塞上方加压，喷油停止
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4、压电式喷油器 压电效应
当离子构成的晶体（电气石、石英、酒石酸钾钠）发生 变形时，在它的某些相应的晶面上会产生异号电荷（产 生一个电势）—正压电效应。若在这类晶体施加上电场 时，不仅会产生极化还会产生应变或应力——逆压电效 应（也称电致伸缩效应），此时晶体会被拉长。
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系统组成
•供油泵建立高压 •ECU控制电磁喷
油器控制喷油正 时、喷油速率、 循环喷油量；
•每循环最多达6
次喷射；
•全面改善柴油机
性能；
3、电磁喷油器
带二位二通电磁阀的共轨喷油器
1-高压供油泵；2-供油压力调节器；3-ECU；4-共轨压力传感器；5-共轨；6-二 位二通电磁阀；7-量孔A；8-控制室；9-液压活塞；10-喷嘴；11-量孔B
(8)防止发动机非授权起动，起到汽车防盗作用。
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4、电控柴油机的分类 1）按产生高压燃油的机构不同分：直列泵、分配泵、喷油 泵—喷油器、共轨式。 2）按直接控制的喷油量控制方式不同分： （1）位置控制：对传统供油系统中的齿条或滑套的运动位置 由原来的机械调速器控制改为微机控制。第一代电控系统 （2）时间控制：保留原来的喷油泵一高压油管一喷油器系统， 也可以采用高速电磁阀直接控制高压燃油的喷射。第二代电控 系统 （3）时间－压力控制：在系统中有一条具有可以独立控制的 燃油压力共用油轨（相当于蓄压器）。第三代电控系统
3)可柔性控制喷油规律。可实现灵活多样的喷油规律，喷油速率柔性化。如 预喷射、多段喷射、“靴形”喷射等，以及配合排气后处理使用的排气行程中 的喷射，从而既保证优良的动力性、经济性，又可降低NOx排放。
4)控制精度高。电磁阀控制喷油，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现 象，因此在柴油机运转范围内，喷油量变动小，各缸的不均匀可得以改善，并 减小柴油机的振动与有害排放，对于车用柴油机来说还可改善驱动性能。
压电效应开关阀中一般采用石英晶体，结构采用多层技 术，由20~200um陶瓷层烧结而成，层与层之间有电极。 压电晶体式喷油器主要由带弹簧的多孔油嘴、控制活塞、 进出油节流孔、二位二通阀、压电晶体部件等组成。
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高压燃油从共轨中进入喷油器后，一路由通道 进入喷油器盛油槽，作用于针阀锥面上；一路通 过节流孔进入活塞顶部油腔1。 a.当压电晶体不通电时，单向阀1关闭，油阀中的燃油 通过推动活塞杆，关闭喷油嘴，喷油器不喷油。 b.当压电晶体通电后，压电晶体伸长，推动大活塞压 缩油腔2中的燃油，再推动小活塞，将单向阀1中 的钢球推离锥面，从而使油腔1中的燃油经过通道 1、单向阀1及通道2回流到油箱。活塞杆上部卸压， 针阀在盛油槽中的燃油压力作用下，克服复位弹 簧的作用力，向上运动，从而开启喷油嘴，开始 喷油。由于大、小活塞的面积比大于1，因此小活 塞位移被放大了。 c.若压电晶体断电，单向阀落座，活塞杆向下运动， 关闭喷油嘴。
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三、时间控制式电控喷油系统
第二代控制系统的包括：电控分配泵、 直列泵、泵喷嘴、单体泵等多种类型。
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1）基于分配泵的电控系统
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2）基于直列泵的电控系统
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(5)降低柴油机的运转噪声，柴油机控制单元通过优化喷油定时和喷油 过程，在不牺牲动力性和燃油经济性的前提下，能够降低燃烧噪声。
(6)实现功率分级设定，对于型号既定的发动机，可以通过改变程序中 的相关数据重新设定柴油机的额定功率。
(7)实现自诊断和安全保护，便于维修，通过自诊断判定故障状态，通 过故障安全措施保护柴油机，以防故障扩大，并为排除故障提供指导。
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3、柴油机控制目标
(1)改善柴油机的调速控制，由电控调速器取代机械调速器，消除 机械调速器中的机械滞后和误差，而且，控制单元可以通过调整喷油 量和喷油定时等，使转速控制更加精确。
(2)改善柴油机的燃油经济性，控制单元通过传感器实时监测柴 油机的工况，及时调整喷油量、喷油定时、冷却液温度、增压压力等， 使柴油机的燃油经济性得到进一步提高。
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一、概述 1、传统柴油机的优点和存在的问题 1）优点 （1）低油耗。柴油机热效率高(达30%--45%，而汽油机仅 25%--30%)，，同功率的汽油车相比，可节省25％-30％的燃 油。 （2）低排放。HC和CO排放低于汽油车，CO2排放量比汽油车 低30％左右排放少，NOx排放和汽油机基本相当。 （3）功率大、转矩高。 （4）故障率低、寿命长。
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