畢業(yè)設(shè)計(jì)-柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的發(fā)展-在線(xiàn)瀏覽
2025-02-05 18:39本頁(yè)面
【正文】 統(tǒng)的依靠凸輪機(jī)構(gòu)組成的噴油系統(tǒng)是無(wú)法達(dá)到的。 4 2 電子控制柴油機(jī)概述 何謂電噴柴油機(jī) 采用 電子控制燃油噴射及排放的柴油機(jī)即為電噴柴油機(jī)。 圖 21 柴油機(jī)電控系統(tǒng)的組成 其任務(wù)是對(duì)噴油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。執(zhí)行器根據(jù) ECU 指令控制噴油量 (供油齒條位置或電磁閥關(guān)閉持續(xù)時(shí)間 )和噴油正時(shí) (正時(shí)控制閥開(kāi)閉或電磁閥關(guān)閉始點(diǎn) )，同時(shí)對(duì)廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控 制，使柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到最佳 [1] 。 由于柴油機(jī)具備高扭矩、高壽命、低油耗、低排放等特點(diǎn)，柴油機(jī)成為解決汽車(chē)及工程機(jī)械能源問(wèn)題最現(xiàn)實(shí)和最可靠的手段。同時(shí)對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性 能、控制廢氣排放和噪聲污染的要求也越來(lái)越高。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)及信息技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子產(chǎn)品的可靠性、成本、體積等各方面都能滿(mǎn)足柴油機(jī)進(jìn)行電子控制的要求，并且電子控制燃油噴射很容易實(shí)現(xiàn)。柴油機(jī)是一種非均質(zhì)燃燒，可燃混合氣形成時(shí)間很短，而且可燃混合氣形成與燃燒過(guò)程交錯(cuò)在 一起。提高噴油壓力和柴油霧化效果、使用預(yù)噴射、分段噴射等可以有效的改善排放。現(xiàn)代先進(jìn)的柴油機(jī)一般采用電控噴射、高壓共軌、渦輪增壓中冷等技術(shù)，在重量、噪音、煙度等方面已取得重大突破，達(dá)到了汽油機(jī)的水平?，F(xiàn)在，柴油機(jī)電子控制技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用率已達(dá)到 60%以上。 柴油機(jī)電子控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) （ 1）具有多功能的自動(dòng)調(diào)節(jié)性能 工程機(jī)械用柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況是多變的，而且對(duì)油耗、排放和可靠性等要求較高。 （ 2）減輕質(zhì)量、縮小尺寸、提高柴油機(jī)的緊湊性 對(duì)于現(xiàn)代高速柴油機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)噴油泵的扭矩較大，要設(shè)計(jì)一個(gè)緊湊和可靠的供油提前自動(dòng)調(diào)節(jié)器很復(fù)雜，而且在柴油機(jī)總體布置上也比較困難。 （ 3）部件安裝連接方便，提高了維修性 采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，相關(guān)部件尺寸減小 (特別是燃油供給系統(tǒng) )，安裝部位免受空間位置的約束，連接簡(jiǎn)便，有利于柴油機(jī)日常維護(hù)及修理。 （ 5）使柴油機(jī)的動(dòng)力輸出和負(fù)荷得到更精確的匹配 隨著工程機(jī)械制造技術(shù)高速發(fā)展，為了提高自行式工程機(jī)械的作業(yè)效能，采用了電噴柴油機(jī)，電控自動(dòng)變速器等自動(dòng)控制裝置，使自行式工程機(jī)械在作業(yè)時(shí)， 7 能隨著負(fù)荷的變化在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)整動(dòng)力輸出、動(dòng)力傳遞，柴油機(jī)的動(dòng)力輸出和負(fù)荷得到更精確的匹配，充分發(fā)揮工程機(jī)械作業(yè)效能。在電控噴射方面柴油機(jī)與汽油機(jī)的主要差別是，汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比 (汽油與空氣的比例 )，柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)則是通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出油量的大小，且柴油機(jī)噴油控制是由發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置 (油門(mén)、供油拉桿位置 )來(lái)決定的。 柴油機(jī)是一種熱效率比較高的動(dòng)力機(jī)械 柴油機(jī)燃油噴射具有高壓、高 頻、脈動(dòng)等特點(diǎn)。對(duì)燃油高壓噴射系統(tǒng)實(shí)施噴油量的電子控制，困難大得多。 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)。 電控柴 油噴射系統(tǒng)分類(lèi) 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)。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(wèn)題。 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(chēng)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。使控制精度和響應(yīng)速度得以提高。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(wú)法獨(dú)立控制。 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(lái)控制執(zhí)行元件工作，通過(guò)對(duì)噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)的定位來(lái)得到所需的供油量。 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)。 在該系統(tǒng)中， ECU 通過(guò)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。 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(guò)燃油壓力調(diào)節(jié)閥來(lái)控制的，所以將此種噴油量控制方式稱(chēng)為“壓力控制”方式。 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(chē)，但早期柴油車(chē)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(chǎng)上的佼佼者。 但隨著柴油技術(shù)日益發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)的無(wú)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(chē)能源問(wèn)題最現(xiàn)實(shí)和最可靠的手段。但一個(gè)不爭(zhēng)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(chē)的解決方案不足以解決這些問(wèn)題。瑞風(fēng)柴油車(chē)所搭載的 升柴油機(jī)是引進(jìn)韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)公司 D4BH 發(fā)動(dòng)機(jī)，而一汽 大眾的 4 款柴油乘用車(chē)均采用德國(guó)大眾與博世公司合作的柴油機(jī)，這 5 款柴油乘用車(chē)全部是柱塞泵、泵噴嘴技術(shù)。實(shí)現(xiàn)柴油控制有三條技術(shù)路線(xiàn)圖，分別是單體泵、泵噴嘴和高壓共軌。下面分別介紹三種技術(shù)：?jiǎn)误w泵技術(shù)，泵噴嘴技術(shù)，高壓共軌技術(shù)。從成本上講，國(guó)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。 圖 32 電控單體泵 (EUP) 單體泵控制油路 在性能方面，目前在國(guó)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。在供油控制方面，如果使用雙電磁閥單體泵系統(tǒng)，不僅可以對(duì)壓力進(jìn)行控制，還可以對(duì)噴射進(jìn)行控制，而且還可以采用多次噴射。目前，德?tīng)柛５碾p電磁閥單體泵系統(tǒng)在 歐洲大批量生產(chǎn)，主要供應(yīng)給歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)正在做開(kāi)發(fā)工作。單體泵系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中，可以保證排放和燃油消耗率低。所以，從德?tīng)柛５挠^(guān)點(diǎn)來(lái)看，在技術(shù)方面，相信在 2021 年之前，所有歐洲和北美的重型車(chē)生產(chǎn)商絕 13 大多數(shù)會(huì)采用單體泵系統(tǒng)和
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