电控单体泵系统教案

电控单体泵系统
一、电控单体泵系统概述
1、电控单体泵系统
单体泵UPS（Unit Pump System），与泵喷嘴UIS（Unit Injector System）同属于单柱塞泵系统（独立喷射系统），每一缸对应一个柱塞式喷油泵，因此能够精确控制喷入每一气缸的喷油量。

与泵喷嘴系统不同的是，单体泵的高压泵和喷油器总成之间，通过一根很短的高压油管连接在一起。

由于主要部件彼此分离，所以在发动机上的安装布置更加自由，并且对结构紧凑化的要求可有所降低，因此单体泵主要适用于中、重型柴油车，其最大喷油压力可达200Mpa。

2、电控单体泵系统的组成
图1 单体泵喷油系统的组成
1-凸轮轴2-单体泵喷油泵3-高压油管4-喷油器5-滚轮挺柱
二、电控单体泵系统的特点
1、电控单体泵系统的优点
（1）技术先进
现在，欧洲大部分欧Ⅲ、欧Ⅳ商用车采用电控单体泵系统。

（2）技术成本低
电控单体泵技术加上机械喷油器即可达到欧Ⅲ排放标准。

电控单体泵系统价格比电控共轨系统低1/3，国产化进度快。

（3）易于升级
从欧Ⅲ升级到欧Ⅳ，可通过更换电控喷油器来实现。

通过凸轮轴设计和采用电控喷油器可实现多次喷射。

（4）继承性好
对原有机械喷油系统发动机改动小。

（5）喷油压力高
喷射压力可达到250MPa，可满足欧Ⅲ、欧Ⅳ排放所需的高压喷射压力，大大改善了燃油经济性，提高了排气净化性。

（6）排气净化性好
达到欧Ⅲ排放，加上电控喷油器可以达到欧Ⅳ。

（7）喷油规律好
喷油规律先缓后急，符合理想柴油机放热规律要求，有利于降低NOx的排放，有利于降低排放和燃烧噪声。

（8）供油能力强
可进行各缸独立控制，特别适用于大功率的中、重型柴油机。

（9）适应能力强
相对于电控共轨系统来说，电控单体泵系统对燃油品质的要求较低。

（10）安全可靠性高
没有持续的喷射高压源带来的安全隐患，排放稳定性好。

对于中、重型柴油机来说，系统零部件比电控共轨系统成熟，使用寿命长。

（11）一致性控制好
各缸平衡控制策略提供了较好的各缸供油一致性，单体泵自校正策略确保了生产一致性控制，电控系统自学习、自诊断策略确保了使用期内各缸性能一致性控制。

（12）使用维修方便，维修成本低
2、电控单体泵系统的不足之处
（1）属于“时间”控制式，无法控制喷油压力
采用凸轮轴驱动产生喷射压力，决定了喷射压力与发动机转速和喷油量有关，它不能保持恒定的高压喷射压力，在低速小负荷时燃油压力必然会受到影响。

（2）工作性能上存在劣势
电控共轨系统采用“时间-压力”控制式，工作性能更完善，是目前柴油机技术的重点发展方向。

（3）技术研发上跟不上电控共轨系统
电控共轨系统技术更成熟，各国投入的研发精力更多，是目前柴油机技术的重点发展方向。

3、电控单体泵系统的应用
电控单体泵的适用以中、重型车用柴油机为主，也可用于轻型车、皮卡等，单缸功率范围：20～70kW。

图2 奔驰重卡Actros应用了单体泵燃油喷射技术目前，电控单体泵系统的主要国外生产商是德国Bosch和美国Delphi。

图3 Delphi EUP系统
图4 Bosch EUP系统
三、电控单体泵系统的技术发展及应用
1、国外电控单体泵技术的发展
上世纪90年代末能够达到180MPa喷油压力的单体泵柴油喷射系统开始在轿车和商用车上应用。

在2010年之前，欧洲和北美的重型车生产商绝大多数采用单体泵系统和泵喷嘴技术。

从欧Ⅱ到欧Ⅲ的过程中，电控单体泵和电控共轨一直是两条平行的技术路线，但电控共轨已经是成熟的技术，而相对来说，电控单体泵使用和研发都在较少。

2、我国电控单体泵技术的发展
对于中国市场来说，单体泵在目前状况下，却几乎是个完美的选择。

它对发
动机的改动非常少，只在油路系统做些变化。

而且，单体泵对油品质量的要求比共轨系统低。

从各企业国Ⅲ标准柴油机的产销统计数据来看，已经形成了以电控高压共轨、EGR“非典”、电控单体泵三足鼎立，以电控组合泵等为补充的格局。

从国Ⅲ排放标准的技术路线看，玉柴柴油机包含了电控高压共轨、电控单体泵、电控组合泵、EGR非典等技术路线，是实际采用国Ⅲ技术路线最多的企业之一。

目前，东风康明斯的国Ⅲ技术既有电控高压共轨，也有电控单体泵和EGR。

天津雷沃公司国Ⅲ标准柴油机主要采用电控高压共轨和电控单体泵技术路线，由统计数字可以看出，天津雷沃的电控单体泵柴油机销量要比高压共轨的高出许多。

一汽解放锡柴国Ⅲ柴油机采用的是电控单体泵、电控高压共轨、电控VE泵＋EGR这三种技术路线。

道依茨一汽大连柴油机公司的国Ⅲ标准柴油机分别采用电控单体泵和EGR 两种技术。

潍柴主要采用的是博世电控高压共轨技术。

中国重汽是最早推出EGR“非典”国Ⅲ柴油机的企业，2008年因此在重卡市场上引起国Ⅲ技术路线的大讨论。

2009年以来，中国重汽EGR重卡的销量下降很大，电控高压共轨车型迅速上升。

四、电控单体泵系统的结构
1、电控单体泵系统的结构形式
单体泵柴油喷射系统在结构上可分为两种形式，一种是泵喷嘴系统UIS （Unit Injector System），主要应用在轿车上，尤其以大众品牌轿车最为常见，在结构上高压油泵和喷油嘴做成了一体，可直接安装在发动机缸盖上，泵喷嘴由发动机顶置凸轮轴驱动。

另一种是单体泵系统UPS（Unit Pump System），主要应用在商用车上，在重型卡车上最为常见，单体泵与喷油嘴由一根很短的高压油管连接，分别安装在缸体和缸盖上，单体泵同样由凸轮轴驱动。

图电控泵喷嘴系统和电控单体泵系统
图电控泵喷嘴和电控单体泵2、单体泵的基本结构
图3-2单体泵外形示意图
a-电控式单体泵b-机械式单体泵
Bosch单体泵
道依茨BFM013柴油机单体泵
电控单体泵分解图
五、电控单体泵系统电控系统的基本组成及工作原理
1、电控单体泵系统电控系统的基本组成
电控单体泵系统电控系统主要由传感器、ECU、执行器三部分组成。

（1）传感器——采集、监测柴油机及车辆运行状态，向ECU提供必要的控制信号。

主要有发动机转速传感器、油门踏板位置传感器、进气温度温度传感器、冷却液温度、增压压力传感器、燃油温度传感器等。

部分传感器及其功能
（2）ECU——处理来自整车不同部位的传感器数据，判断发动机的工作状况，再通过执行器对发动机进行准确的控制。

最重要控制指令：喷油量和喷油定时。

（3）执行器——执行ECU发出的各种控制指令。

包括电磁线圈，电磁控制阀、电控喷油器等。

2、电控单体泵系统基本工作原理
3、电控单体泵系统主要控制功能
（1）油门油量控制
根据油门开度与柴油机转速计算出油门油量，从而司机可以控制柴油机转速与车辆运行速度。

（2）目标喷油定时控制
根据排放、油耗、功率和其他性能，如冷起动、噪声等多方面综合要求确定最优喷油定时。

（3）油量及喷油定时的补偿控制
根据环境参数、运行参数的变化，如大气压力，大气温度，冷却水温，机油。

（4）冷起动及怠速稳定性的控制
油门踏板及发动机转速决定基本启动油量和定时，通过水温补偿与喷油定时调节快速实现冷起动——暖机——怠速全过程。

通过各缸爆发转速与平均转速比较，并对各缸进行油量调节，实现稳定怠速。

（5）智能动力控制
短期超载，即短期增大输出扭矩的限制值，以方便司机不换挡爬坡。

（6）可变怠速控制
根据各种温度、蓄电池电压与空调请求调节怠速运行速度。

ECU控制系统可识别控制值与实际值的偏差，系统的自适应功能就利用监测到的这些偏差，对电脑原始数据不断修正，使电控系统具有更好的适应能力。

（7）最高转速控制
在高转速运行或冷机状态下限制喷油量，避免柴油机因过大的机械应力或热负荷。

（8）最大供油量控制
根据柴油机转速与其他车辆运行参数，对指令油量进行限制，从而保证柴油机免受因过大的机械应力与热负荷而导致的损害。

（9）单体泵校正
对每个单体泵进行修正，以提高各缸均匀性和一致性。

（10）自动监控、安全保护与自适应控制
ECU可以监测和发现电控系统故障，并向使用、维修人员及时显示。

若传感器出现故障，可直接利用储存在ECU中不经修正的目标值或用传感器继续工作。

若ECU本身出现故障，则切换到备用回路继续工作。

（11）其它控制
怠速微调、长怠速停机和CAN通讯等。

六、典型电控单体泵系统工作原理
——DEUTZ电控单体泵系统-Bosch
1、DEUTZ电控单体泵柴油机
2、电控单体泵燃油喷射系统的工作原理
电控系统在发动机上布置（图2）：。