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电控柴油机技术基础

电控柴油机技术基础. 吕旭 lvxu1987@gmail.com. 电控柴油机的发展. 分泵. 调速器. 驱动轴. 泵体. 输油泵. 传统柴油机喷油泵. 出油阀偶件. 柱塞偶件. 油量调节机构. 驱动机构. 传统柴油机分泵. 传统柴油机柱塞副工作原理. 柴油机的第二次技术突破. 涡轮增压技术

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电控柴油机技术基础

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Presentation Transcript

  1. 电控柴油机技术基础 吕旭 lvxu1987@gmail.com

  2. 电控柴油机的发展

  3. 分泵 调速器 驱动轴 泵体 输油泵 传统柴油机喷油泵

  4. 出油阀偶件 柱塞偶件 油量调节机构 驱动机构 传统柴油机分泵

  5. 传统柴油机柱塞副工作原理

  6. 柴油机的第二次技术突破 • 涡轮增压技术 涡轮增压，是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。

  7. 柴油机的第二次技术突破 • 增压中冷技术 　　柴油机中间冷却技术的类型分为两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也就是用外界空气冷却。小型柴油机大都采用空气冷却式中冷器。 空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到个散热器中，利用风扇提供的冷却空气强行冷却，可将增压空气的温度冷却到50至60摄氏度。

  8. 电控柴油机的发展 第一代电控柴油机缺点：控制精度低；自由度差 第二代类型：电控分配转子泵、电控泵喷嘴、电控单体泵

  9. 电喷发动机的特点

  10. 共轨系统工作原理简图

  11. 共轨系统工作过程

  12. 电喷系统的调节特点 • 喷油量 • 驾驶员通过电子油门提供驾驶意图 • 控制器ECU控制整个运行范围内的喷油量 • 可以有几十种喷油量控制模式（瞬态与稳态） • 喷油规律 • 在系统设计时考虑了适当的喷油规律 • 喷油提前角 • 完全由控制器ECU自动控制 • 喷油压力 • 完全由控制器ECU自动控制 • 怠速 • 可根据水温实时修正 • 可根据附件功率进行实时修正

  13. 电喷系统的其他重要功能 • 电控还能： • 提供附加的控制（各缸平衡、可变怠速和闭环控制、减速断油和启动控制等等） • 与车辆有更多的联系，提供更多的功能（A/T、停缸、排气制动，A/C、P/S、ABS、仪表指示等等） • 提高柴油机本身的一致性和可靠性（故障诊断、失效安全策说、自学习与自适应等等） • 结论 • 更好的燃烧导致低排放和高性能 • 实现各种灵活控制 • 与车辆更好的匹配

  14. 博世共轨系统及其构成

  15. 博世共轨燃油系统示意图(CP3.3油泵)

  16. 博世共轨燃油系统示意图(CP2.2油泵)

  17. 博世共轨电气系统结构示意图

  18. 高压共轨系统工作描述

  19. 博世燃油喷射系统燃油油路示意图(CP3.3油泵)

  20. CP3.3油泵低压管路技术要求

  21. 博世燃油喷射系统燃油油路示意图(CP2.2油泵)

  22. CP2.2油泵低压管路技术要求

  23. 高压泵CP3.3+ZP18简述 • 3缸径向柱塞高压油泵； • 集成燃油计量单元MeUN，并由之控制轨压; • 集成ZP18齿轮输油泵； • 燃油滤清器位于齿轮泵压力端； • 采用燃油润滑； • 不允许承受轴向力； • 驱动速比（增速）： • 高压油泵理论供油速率： 1.087cm3/rev； • 最大允许轨压：1600bar； • 泵额定转速：3800r/min； • 逆时针旋转（从驱动端看）。

  24. 高压泵CP3.3外形及接口

  25. 高压泵CP2.2+ZP5简述 • 直列双柱塞高压油泵； • 集成燃油计量单元MeUN，并由之控制轨压; • 集成ZP5齿轮输油泵； • 燃油滤清器位于齿轮泵压力端； • 采用机油润滑； • 驱动速比（减速）： • 高压油泵理论供油速率： 4.524cm3/rev； • 最大允许轨压：1600bar； • 泵额定转速：1400r/min； • 逆时针旋转（从驱动端看）。

  26. 高压泵CP2.2外形及接口

  27. 高压泵CP2.2外形及接口

  28. 供油特性图 Q（l/h） 最大供油量 零供油量 I （A） 燃油计量阀(MeUN) • 控制进入柱塞的燃油量，从而控制共轨管压力 • 比例电磁阀 • PWM信号频率:(165～195Hz) • 线圈电阻：2.6~3.15欧姆 • 最大电流：1.8A • 缺省状态：全开(limp home)

  29. 齿轮输油泵ZP18 • 由高压泵CP3.3轴驱动 • 齿轮泵供油速率 • 240 l/h（进油压力0.5bar 绝对压力时） • 367 l/h（进油压力1.0bar 绝对压力时） • 齿轮泵允许进油温度：－25℃～75℃； 出油 进油

  30. 齿轮输油泵ZP18的结构

  31. 高压泵系统初始充油与排空 • 共轨高压油泵因其制造精密工作中需要保证良好润滑，油路中空气的进入会导致油泵快速磨损 • 在更换柴滤、油箱燃油被抽空或更换高压油泵等可能导致燃油管路进空气的情况下应该采用柴滤上附加的手油泵对油路充分排空 • 排空建议：松开柴滤出口油管，压动手油泵直到柴滤出口有燃油流出至无明显气泡状态，上紧柴滤出口油管后再压几下手油泵至感觉有一定压力时止。

  32. BOSCH 喷油器

  33. 回油孔 进油孔 电接口 标识 内部参考结构 回油孔 进油孔 BOSCH 喷油器 最大喷油压力：1600 bar

  34. 喷嘴置位 喷嘴开启 喷嘴关闭 回油 线圈 衔铁 球阀 高压连接管 释放控制孔 充油控制孔 针阀杆 喷嘴针阀压力环 喷孔 低压 高压 BOSCH 喷油器工作原理

  35. BOSCH 喷油器的电器参数

  36. 高压共轨管LWRN3（以4缸机所用油轨示列）

  37. 高压共轨管LWRN3（以4缸机所用油轨示列）

  38. 控制器、传感器、执行器

  39. 接插件2 (传感器) 接插件3 (执行器) 接插件1 (整车功能) 电子控制单元(ECU) • EDC7UC31

  40. 电子控制单元（ECU） • EDCI6UC40

  41. ECU特性 • 型号： EDC7UC31 • 特性参数： • 工作环境： -40～105 ºC • 工作电压：24V（9～32V ） • 接插件：141Pins（16＋36＋89） • 尺寸：248×206×54mm3 • ECU的8个固定螺栓扭矩：10±2Nm • 优点 • 结构紧凑、兼容性好 • 低功耗，稳定的I/O • 功能强大的微处理器，容量大 • 采用发动机安装方式，便于配套 • 经过热冲击、低温、防水、化学、盐腐蚀、振动、机械冲击、EMC试验

  42. ECU功能（发动机部分） • 喷油方式控制 • 高达4次喷射（现只用2次） • 喷油量控制 • 预喷油量自学习控制 • 减速断油控制 • 喷油正时控制 • 主喷正时 • 预喷正时 • 正时补偿 • 轨压控制 • 正常和快速轨压控制 • 轨压建立和超压保护 • 轨压Limp home控制 • 扭矩控制 • 瞬态扭矩 • 加速扭矩 • 低速扭矩补偿 • 最大扭矩控制 • 瞬态冒烟控制 • 增压器保护控制 • 过热保护 • 各缸平衡控制 • EGR 控制 • VGT 控制 • 辅助起动控制(电机和预热塞) • 系统状态管理 • 电源管理

  43. ECU功能（整车部分） • 车速计算及输出——供仪表和最高车速限制使用 • 档位计算 • 根据车速和发动机转速计算档位 • 用于挂档怠速控制，改善驾驶性 • 起动电机控制 • 排气制动控制 • 怠速和驱动怠速控制 • 挂档时发动机负载加大，采用驱动怠速控制可以实现分档控制 • 此时PID参数和指令怠速转速均发生变化 • 怠速微调——对发动机怠速转速进行细微调整 • PTO控制——用于各种需要进行转速调整的场合(如：水泥搅拌机) • 巡航控制——自动维持恒定的车速，减轻驾驶员的疲劳 • 防抖(ASD)控制——改善车辆在挂档起步、急加速和急减速过程的平顺性 • 空调控制 • 根据空调负载调节发动机怠速转速 • 根据车辆对动力性的需求和发动机的工作状况对空调压缩机进行开/关控制 • 燃油水含量超标报警——油水分离器中的蓄水杯水位超过一定高度是会报警 • CAN通讯——整车其它控制器和仪表之间的通讯

  44. ECU安装注意事项 • 避免不利的外部条件

  45. 线束连接 连接得当、避免振动、温度适宜、环境干燥、避免接触化学物质

  46. BOSCH共轨系统传感器列表

  47. 曲轴/凸轮轴传感器DG6 • 二者同型号，以后只叙述其中之一。 • 可变磁阻式(VR)，安装于飞轮壳上或齿轮室处 • 空气间隙：0.5～1.5mm • 输出电压：≥1650 mV@1.8mm，416 rpm • 静态电阻值： Rw = 860Ω ± 10% @ 20℃ • 工作环境：-40～120ºC • 安装螺栓：M6×12 扭矩：8±2N.m

  48. DG6传感器工作原理

  49. 原理：电磁感应 • 功能： • 1、曲轴（发动机）转速 • 2、曲轴上止点位置 1、永磁铁2、传感器壳体 3、发动机外盖4、软铁芯 5、线圈6、传感线圈

  50. 曲轴/凸轮轴传感器相位关系示例（玉柴4缸机）曲轴/凸轮轴传感器相位关系示例（玉柴4缸机） • 发动机处在一缸压缩上止点时： • 凸轮轴相位传感器应该指示到凸轮轴信号盘多齿后27°（凸轮转角）的位置； • 曲轴传感器应该指示到曲轴信号盘缺齿后的第19个齿（参见图中齿的编号），或缺齿后108°(曲轴转角)的位置

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