畢業(yè)設(shè)計(jì)-柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的發(fā)展(編輯修改稿)
2025-01-08 18:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 要求很高，相對(duì)于柴油機(jī)活塞上止點(diǎn)的角度位置遠(yuǎn)比汽油機(jī)要求準(zhǔn)確，這就導(dǎo)致了柴油噴射的電控執(zhí)行器要復(fù)雜得多。 柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)形式多樣 傳統(tǒng)的柴油機(jī)具有直列泵、分配泵、泵噴油器、單缸泵等結(jié)構(gòu)完全不同的系統(tǒng)。實(shí)施電控技術(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，形成了柴油噴射系統(tǒng)的多樣化；同時(shí)柴油機(jī)需要對(duì)油量、定時(shí)、噴油壓力等多參數(shù)進(jìn)行綜合控制，其軟件的難度也大于汽油機(jī)。 電控柴 油噴射系統(tǒng)分類 最先出現(xiàn)的是電控噴油泵技術(shù)，而后又發(fā)展了電控泵噴嘴技術(shù)和高壓共軌噴 8 射技術(shù)，后兩種技術(shù)是現(xiàn)在最主要的柴油機(jī)電控噴射技術(shù)。其中，電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力非常高，可以達(dá)到 200MPa，并且泵和噴嘴裝在一起，所以只需要很短的高壓油引導(dǎo)部分，泵噴嘴系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)很小的預(yù)噴量，其噴油特性是三角形的，并采用了分段式預(yù)噴射，這是很符合柴油機(jī)的要求 (大眾公司的 TDI 發(fā)動(dòng)機(jī)就是使用這種技術(shù) )。但電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速影響，使用蓄壓系統(tǒng)的高壓共軌技術(shù)可以解決這個(gè)問題。它的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng)，能 達(dá)到 160MPa。 位置控制系統(tǒng) 第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)也稱位置控制系統(tǒng)，它用電子伺服機(jī)構(gòu)代替機(jī)械調(diào)速器控制供油滑套位置以實(shí)現(xiàn)供油量的調(diào)整。其特點(diǎn)是保留了傳統(tǒng)的噴油泵 — 高壓油管 — 噴油器系統(tǒng)，只是對(duì)齒條或滑套的運(yùn)動(dòng)位置由原來的機(jī)械調(diào)速器控制改為計(jì)算機(jī)控制，如圖 22 所示。使控制精度和響應(yīng)速度得以提高。其優(yōu)點(diǎn)是柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)幾乎不需要改動(dòng)，生產(chǎn)繼承性好，便于對(duì)現(xiàn)有柴油機(jī)進(jìn)行升級(jí)換代。缺點(diǎn)是“位置控制”系統(tǒng)響應(yīng)慢、控制頻率低、控制自由度小、控制精度還不夠高，噴油壓力也無法獨(dú)立控制。這類技術(shù)已發(fā)展到了可以同時(shí) 控制定時(shí)和預(yù)噴射的 TICS 系統(tǒng)。 圖 22 第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)（常規(guī)壓力電控噴油系統(tǒng)） 9 時(shí)間控制方式 供油量的“位置控制”特點(diǎn)是用模擬量來控制執(zhí)行元件工作，通過對(duì)噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)的定位來得到所需的供油量。不論采用何種類型的電子調(diào)速器，總是需要由部分機(jī)械裝置來完成對(duì)噴油泵供油量的調(diào)節(jié)，也會(huì)降低控制精度和響應(yīng)速度，所以繼供油量“位置控制”之后出現(xiàn)了“時(shí)間控制”。 時(shí)間－壓力控制方式 第二代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)中最典型的是電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)。在電控共 軌式燃油噴射系統(tǒng)中，對(duì)噴油量的控制采用“時(shí)間－壓力控制”或“壓力控制”，用的最多的是“時(shí)間－壓力控制”方式，如圖 23 所示。 在該系統(tǒng)中， ECU 通過設(shè)置傳感器、電控單元、高速電磁閥和相關(guān)電 /液控制執(zhí)行元件等，組成數(shù)字式高頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有電磁閥的通、斷電時(shí)刻和通、斷電時(shí)間控制噴油泵的供油量和供油正時(shí)，如圖 24 所示。 1特許經(jīng)銷商高級(jí)技術(shù)培訓(xùn)系列教程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)培訓(xùn)Se r v ic e ● T ra in in g2 0 0 3 V e r s i o n 圖 23（高壓電控噴油系統(tǒng)） 10 共軌（ C o mmo n ra i l）噴油器燃油壓力傳感器高壓供油泵高速電磁閥共軌（ ）噴油器燃油壓力傳感器高壓供油泵高速電磁閥 圖 24 電 /液控柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng) 壓力控制方式 在后期開發(fā)的柴油機(jī)電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)中，為降低對(duì)供油壓力的要求，噴油量的控制采用控制噴油壓力的方法 實(shí)現(xiàn)，即噴油量的“壓力控制”方式。 噴油器噴孔尺寸一定，噴油時(shí)間一定，控制噴油壓力即可控制噴油量；而在增壓活塞和柱塞尺寸一定時(shí)，噴油壓力（即增壓壓力）取決于共軌中的油壓，共軌中的油壓是由 ECU 根據(jù)各種傳感器信號(hào)通過燃油壓力調(diào)節(jié)閥來控制的，所以將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。在系統(tǒng)中， ECU 根據(jù)實(shí)際的共軌壓力信號(hào)對(duì)共軌壓力進(jìn)行閉環(huán)控制 [2]。 3 電子控制柴油機(jī)技術(shù)介紹 20 世紀(jì) 30 年代就已經(jīng)有了柴油乘用車，但早期柴油車的發(fā)展源于二戰(zhàn)時(shí)期蘇軍 T34 坦克的獨(dú)特命運(yùn) —— 由于 T34 坦克采用柴油機(jī)，即使中 彈也不容易起火，成為戰(zhàn)場上的佼佼者?，F(xiàn)在的中國市場如同早期的國際市場，消費(fèi)者談到柴油車時(shí)，常常會(huì)笑言“柴油車最大的好處是不會(huì)著火”。 但隨著柴油技術(shù)日益發(fā)展，人們越來越發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)的無窮魅力：高扭矩、高壽命、低油耗、低排放，柴油機(jī)成為解決汽車能源問題最現(xiàn)實(shí)和最可靠的手段。如今歐洲每推出一款新車都會(huì)配有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車型。但一個(gè)不爭的現(xiàn)實(shí)擺在了 11 我們面前：隨著能源危機(jī)，溫室效應(yīng)的逐漸增加，人們對(duì)動(dòng)力性要求的提高，盡管電子燃油噴射已經(jīng)被廣泛使用，僅僅靠汽油車的解決方案不足以解決這些問題。所以在汽車工業(yè)的腹地 —— 德國一 刻也沒有停止對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。瑞風(fēng)柴油車所搭載的 升柴油機(jī)是引進(jìn)韓國現(xiàn)代汽車公司 D4BH 發(fā)動(dòng)機(jī)，而一汽 大眾的 4 款柴油乘用車均采用德國大眾與博世公司合作的柴油機(jī)，這 5 款柴油乘用車全部是柱塞泵、泵噴嘴技術(shù)。 柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：省油、環(huán)保、動(dòng)力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)、維修方便，只要解決缺點(diǎn)就具有更大的市場前景，而實(shí)現(xiàn)電控柴油機(jī)的方案現(xiàn)在看來是一個(gè)很好的解決措施。實(shí)現(xiàn)柴油控制有三條技術(shù)路線圖，分別是單體泵、泵噴嘴和高壓共軌。目前主要的國際汽車配件供應(yīng)商都在進(jìn)行著柴油共軌噴射系統(tǒng)的開發(fā)，如：博世、德爾福、西門子、電裝公司、 VDO 和瑪格納 馬瑞利公司，它們是全球主要的共軌噴射系統(tǒng)供應(yīng)商，而目前在國內(nèi)生產(chǎn)共軌柴油噴射系統(tǒng)的還只有博世一家。下面分別介紹三種技術(shù)：單體泵技術(shù)，泵噴嘴技術(shù)，高壓共軌技術(shù)。 單體泵技術(shù) 圖 31 單體泵的外形圖 德爾福在重型車上采用單體泵系統(tǒng)。從成本上講，國內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)從歐Ⅱ向歐Ⅲ升級(jí)時(shí)，如果采用單體泵，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)非常小，僅以外掛式的凸輪軸箱代替歐Ⅱ發(fā)動(dòng)機(jī)的直列泵就可。當(dāng)從歐Ⅲ向歐Ⅳ升級(jí)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身主體結(jié)構(gòu)仍然不變，只要把歐Ⅲ系統(tǒng)里機(jī)械式噴油器改成德爾福的電控噴油器，形成雙電磁閥單 12 體泵系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)整 體結(jié)構(gòu)不做大的調(diào)整下，就可以達(dá)到歐Ⅳ的排放水平，單體泵的外形如圖 31 所示，單體泵系統(tǒng)控制如圖 32 所示 。 圖 32 電控單體泵 (EUP) 單體泵控制油路 在性能方面，目前在國內(nèi)單體泵使用的壓力達(dá)到 200MPa，當(dāng)向歐Ⅳ升級(jí)，這個(gè)壓力可以達(dá)到 250 MPa。在單體泵上采用了類似于共軌 I2C 的系統(tǒng)一致性控制，來優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。在供油控制方面，如果使用雙電磁閥單體泵系統(tǒng)，不僅可以
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