1.7 电控柴油机的控制原理分析

1. 1.7 电控柴油机的控制原理分析 淮安信息职业技术学院 汽车工程系 2011年4月

2. 引言——柴油机电控系统的基本理论 • 柴油机电控燃油系统的主要控制功能

3. 1、喷油量控制 • ECU分析发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、冷却液温度传感器等传感器的信号，确定所需喷油量，发出信号给相应的喷油量控制执行器，确定不同工况下的喷油量。

4. 柴油机电控系统喷油量控制

5. 2、喷油时间控制 • 电控柴油喷射系统喷油时间的控制原理： • 在发动机的不同工况下，ECU根据发动机转速传感器决定基本喷油时间，根据加速踏板位置传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器等信号对基本喷油时间进行修正，确定目标喷油时间，向控制喷油时间执行器发出控制指令，实现最佳喷油时间控制。

6. 目标喷油时间计算框图

7. 最佳喷油时间计算框图

8. 第一代喷油时间控制

9. 第二代喷油时间控制

10. 第三代喷油时间控制

11. 3、喷油压力控制 • （1）几种类型柴油机电控系统喷油压力控制方法 • 1）位置控制式、时间控制式柴油机电控系统的喷油压力直接由喷油泵通过机械控制，随柴油机转速和负荷的变化而变化。 • 2）时间-压力控制式柴油机电控系统（电控高压共轨系统）的喷油压力由ECU实现独立控制。

12. （2）电控高压共轨系统喷油压力控制原理 • ECU根据各种传感器的信息，计算出目标喷油压力。根据装在共轨上的轨道压力传感器的信号，计算出实际喷油压力。将实际喷油压力和目标喷油压力进行比较、反馈，发出控制指令，通过高压油泵上的电磁压力控制阀控制高压油泵的压力，控制共轨内的油压，从而控制喷油器的喷油压力。

13. 电控高压共轨系统喷油压力控制工作原理

14. 电控高压共轨系统喷油压力控制框图

15. 4、喷油率控制 • ECU根据各种传感器的信息，计算出喷油参数，确定预喷射油量和预喷射时间间隔，以此作为目标最佳预喷射油量和目标最佳预喷射时间，即可实现喷油率的最佳控制。

16. 喷油率控制框图

17. 5、附加功能 • （1）故障自诊断功能 • ——由ECU检测、发现电控系统中故障点，记录、储存在ECU中，向驾驶员或维修人员提供故障信息。 • （2）故障应急功能 • ——当柴油机发生故障时，ECU启动事先设定的应急程序，将其故障部分控制在安全范围内，维持柴油机继续工作，使驾驶员能够将汽车开到就近的修理厂。

18. 电控喷油装置故障诊断装置

19. 一、喷油压力控制 • （一）喷油压力对柴油机工作性能的影响 • 1、影响柴油燃烧质量的因素 • （1）可燃混合气浓度。 • （2）进气扰动。 • （3）燃烧室的形状。 • （4）喷油压力。 • （5）喷油器结构。 • （6）喷油率。

20. 2、各种柴油机燃油系统的最高喷油压力 • 最高喷油压力对发动机性能的影响：喷油压力越高，雾化性能越好，燃烧质量越高，可有效提高柴油机的动力性、经济性、排气净化性。

21. 各种柴油机燃油系统最高喷油压力的变化

22. 各种柴油机燃油系统喷油压力不断升高

23. 喷油压力和平均喷雾粒径的关系

24. 注意点： • （1）喷油压力直接影响柴油机PM、NOx的排放量，提高喷油压力是改善柴油机排放的有效措施之一。 • （2）在传统的柴油喷射系统中，喷油压力取决于柴油机转速和负荷，在起动、低速大负荷、加速、高速大负荷等非正常工况下，不能达到燃烧所需的理想喷油压力。 • （3）在高压喷射系统中，喷油压力达到120-140Mpa时，平均雾滴直径几乎已达极限。

25. 3、不同柴油机燃油系统喷油压力比较 • 机械式柴油机燃油系统的最高喷油压力和平均喷油压力差别很大，电控高压共轨系统的最高喷油压力和平均喷油压力差别不大，系统喷油压力高，接近于常数，波动小。

26. 不同系统喷油压力比较

27. （三）电控高压共轨系统喷油压力的控制 • 1、喷油压力控制原理 • ECU根据各种传感器的信息，计算出目标喷油压力。根据装在共轨上的轨道压力传感器的信号，计算出实际喷油压力。将实际喷油压力和目标喷油压力进行比较、反馈，发出控制指令，通过高压油泵上的电磁压力控制阀控制高压油泵的压力，控制共轨内的油压，从而控制喷油器的喷油压力。

28. 电控高压共轨系统喷油压力控制工作原理

29. 电控高压共轨系统喷油压力控制框图

30. 2、喷油压力控制特点 • 电控高压共轨系统喷油压力由ECU实现独立控制。

31. 3、共轨压力的控制元件 • 通过装在高压泵上的压力控制阀和安装在高压蓄压器上的限压阀调整和控制共轨内的燃油压力。 • （1）压力控制阀的功用——接收ECU发出的电磁压力电磁阀通电、断电指令，控制高压泵供入共轨内的燃油量，调整供油压力，以调整喷油压力。 • （2）限压阀的功用——限制共轨内的燃油压力，防止油压波动。

32. 4、共轨压力的控制过程 • 电控高压共轨系统对共轨压力进行闭环控制，共轨压力控制共有三项功能：共轨压力设定、共轨压力监控和共轨压力调节。

33. 共轨压力控制框图

34. 控制过程: • （1）共轨压力设定 • ECU根据发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、大气压力传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器的信息，确定共轨压力设定值。 • （2）共轨压力监控 • ECU根据轨道压力传感器的信息，将当前实际共轨压力和共轨压力设定值进行比较，向共轨压力控制执行器发出共轨压力控制信号。 • （3）共轨压力调节 • 压力控制阀接收ECU的控制指令，调整共轨压力。

35. 二、喷油量的控制 • 注意点： • （1）如果不考虑节流效应，柴油机的进气量与柴油机的转速和负荷无关，一般为常量。 • （2）柴油机的输出功率取决于喷油器的喷油量。

36. （一）每循环喷油量 • 1、每循环喷油量对发动机性能的影响 • 当柴油机的转速和喷油时间保持不变，柴油机的输出功率和每循环喷油量基本成正比。所以，根据加速踏板位置决定喷油量，从而可以控制发动机的的输出功率。

37. 每循环喷油量的影响

38. 2、柴油机对每循环喷油量的要求 • 在各种工况下，每循环喷油量必须充分利用，完全燃烧，排气中的有害气体成分必须符合排放法规。

39. 3、每循环喷油量的计算方法 • 柴油机标定工况喷油量的计算： • 或

40. （二）喷油量调节 • 1、喷油量的调节依据 • 根据柴油机的实际工况，按照驾驶员的意志，自由调节每循环喷油量，以满足不同工况对柴油机转矩的要求。

41. 喷油量控制的基本功能

42. 2、影响柴油机转矩的因素 • （1）调速器的调速控制。 • （2）考虑排放法法规要求的控制。 • （3）满足车辆安全的控制。 • （4）满足各种工况的多次喷射。

43. （三）喷油量的影响因素 • 1、转速

44. 2、柱塞直径、齿杆位移

45. 3、柱塞供油导槽形状

46. （四）喷油量的控制机构 • 在各种柴油机燃油系统中，喷油量的控制原理不同，喷油量的控制机构也有所不同。

47. 喷油量控制机构

48. （五）各种工况下喷油量控制 • 1、基本喷油量控制 • 不同的发动机要求不同的转矩特性，不同的转矩特性通常是通过控制喷油量来实现的。

49. 基本喷油量特性图

50. 2、怠速喷油量控制 • 在怠速工况下，发动机产生的转矩和发动机自身的摩擦转矩相平衡，以维持稳定的怠速转速。当发动机在怠速时负荷发生变化，必须对怠速喷油量进行控制，以维持目标怠速转速，保证怠速时发动机运转的平稳性。