1、江苏省交通技师学院毕 业 设 计 (论 文)电控柴油机发展研究系 名： 车辆工程系 专业班级： 21511011 学生姓名： 学 号： （四号宋体） 指导教师姓名： 2015 年 4 月1目 录摘 要 .1引 言 .3第一章 电控柴油机的发展概述 .41.1 柴油机电控技术的发展 .41.2 国外柴油机技术的现状与发展 .41.3 柴油机电控系统的功能 .6第二章 柴油机电控系统的新技术 .82.1 电控柴油机的结构 .92.2 高压共轨燃油喷射系统工作原理 .102.3 高压共轨燃油喷射系统结构特点 .102.4 共轨式电控燃油喷射技术的优势 .11第三章 电控柴油机新技术应用 .123.1
2、 电控柴油机新技术的分析 .133.2 新型喷油系统的研发及应用 .16第四章 电控柴油机的发展方向 .174.1 共轨式电喷是柴油机发展的必然趋势 .184.2 高压共轨系统中存在的问题 .19结 论 .20致 谢 .22参考文献 .212摘 要：柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。随着世界各国城市交通运输车辆的急剧增加，柴油机排放的尾气已经成为对地球环境的主要污染源。世界各国业已开始寻找和采取有效的技术措施主动地减少和控制污染物的排放。柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一项
3、较为成功的控制污染排放的新技术。近年来，柴油机电控技术得到了快速发展和应用，大大促进了柴油机性能的提高。这篇论文介绍了电控柴油机的结构和工作原理以及国外柴油机电控技术的发展情况和我国柴油机电控技术的研究现状，指出我国在柴油机电控技术发展过程中存在的问题，分析了今后柴油机电控技术的发展方向。关键词：柴油机 电控技术 发展3引 言如今柴油机发展越来越完善,以它的高效、功率范围宽广,已广泛应用于工业、农业、军用和民用等领域。在今后相当长的时间内,柴油机还将占有极重要的地位。随着柴油机数量的不断增多,也引起了人们对柴油机燃油经济性和排放性能的关注，特别是当今排放性能已经被提到首要位。柴油机电控技术还面
4、临着许多课题需要解决，特别是当采用高压电控喷油时，柴油机电控系统的成本几乎占发动机成本的一半。尽管如此,只有在汽车柴油机上广泛采用电控技术,才能面对越来越严格的排放法规的挑战。近年来柴油机电控系统的发展势头是令人瞩目的。以柴油汽车用得最多的欧洲为例,由于欧洲道路车辆用多缸柴油机从 2000 年开始执行欧 3 排放标准，电控技术已在需满足欧 3 标准的柴油机上普遍使用,一些研究机构和大的厂商则早已着手研制满足欧 4 排放标准的电控柴油机,现在电控共轨系统和电控单体泵系统在多缸柴油机上的应用已明显增多。 柴油机电控是汽车发动机技术领域的一个重要研究方向。作为电控柴油机的核心部分,电控燃油喷射系统有
5、多种多样的结构形式,分别应用于不同的领域,本文简述了柴油机电控的发展及现状,并根据高压共轨电控喷射系统的结构和工作原理分析了高压共轨电控喷射系统的特点和优势,指出了柴油机发展前景。4第一章 电控柴油机的发展概述1.1 柴油机电控技术的发展柴油机电控技术的发展过程与汽油机电控系统相似。自 80 年代开始进入市场的现代汽车柴油机电控系统也是随着控制项目的不断增多，控制任务从简单到复杂，直至全方位控制。例如,早期的电控燃油喷射系统都采用了“位置控制”,保持了传统的脉冲高压供油原理,只是通过以微机为核心的控制单元对位置伺服机构进行控制，改变油量调节齿条(直列泵)或油量调节滑套(VE 型分配泵)等的位置
6、，用以调节喷油泵的循环供(喷)油量。但由于位置伺服机构执行频率响应慢，控制频率低，控制精度不稳定，经过了近十年的发展,到 90 年代初,“时间控制”式电控燃油喷射系统开发成功,采用了新型高速强力电磁阀代替传统的油量调节齿条(直列泵)或油量调节滑套(VE 型分配泵)等,直接对高压燃油进行数字式的高频调节，由电磁阀的关闭时刻和闭合持续时间决定循环供(喷)油量和供(喷)油正时。尽管如此,这种“时间控制”式电控燃油喷射系统仍保持了传统的脉冲高压供油原理。直到 90 年代中期，一种新型的电控共轨式燃油喷射系统问世，抛弃了传统的脉冲高压供油原理，采用“时间-压力控制”式燃油计量原理，通过对公共油轨中油压的
7、连续控制和各缸喷油过程的电磁阀控制相结合的方式实现对循环供油量的控制,才使柴油机的电控燃油喷射技术进入了一个新的发展阶段。 1.2 国外柴油机技术的现状与发展现代的调整高性能柴油机由于热效率比汽油机高污染排放比汽油机少，作为汽车动力应用日益广泛。经过多年研究大量新技术的应用，柴油机最大的问题烟度和噪声取得重大突破，达到了汽油机的水平。下面是国外柴油机应有的一些先进技术：1.2.1 共轨四气门技术国外柴油机一般采用共轨新技术四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合，是发动机在性能和排放值方面取得较好的成效。能满足欧 3 排放限值法规的要求。四气门结构（二进气二排气）不仅可以提高充气效率，由于喷油嘴可以
8、居5中布置，是多孔油束均匀分布，可为燃油和空气的良好混合创造条件；同时，可以在四气门缸盖上将进气道设计成两个独立的具有相同形状的结构，以实现可变涡流。这些因素的协调配合，可大大提高混合气的形成质量，有效降低烟颗粒 HC 和 NOx 排放并提高热效率。1.2.2 时间控制的柴油电喷技术柴油发动机的新一代电喷系统采用时间控制，用高速电磁阀取代传统的机械喷油阀，对高压燃油实现数字调节。现在这种喷射系统逐渐向高压化迈进，高压喷射可使柴油雾化得非常细，发动机的燃烧过程进行得相当完善，而且速度快，同时又不明显提高燃烧温度。提高了直喷式柴油发动机压力，全面降低HC、CO、NOx、微粒物和碳烟的排放，还能显著
9、的降低油耗。 1.2.3 共轨式电喷系统它是柴油发动机高压喷射系统的一种，最高压力可达到 220MPa。该系统不再采用通用的脉动原理，而是采用压力时间计量原理。这种喷油系统可保证喷油压力不随发动机转数变化，可降低颗粒物的排放，电控共轨喷射又称为压力时间喷射或第三代喷射，它可分为中压共轨和高压共轨两大类。ECU 产生的电脉冲按顺序触发喷油器电磁阀，确定发动机每次喷油的起始和关闭时刻，电控共轨喷射还可采用多次喷射的方式来灵活控制喷油的速率。1.2.4 涡轮增压中冷技术柴油发动机采用废气涡轮增压技术后，燃料能够完全燃烧，可降低 CO 和HC 的生成量。但因进气温度升高,使 NOx 的排放量有所增加,
10、若采用增压并附带中间冷却器可同时降低 HC、CO、NOx 的排放量采用涡轮增压中冷技术还可提高柴油发动机的功率，一台装有涡轮增压器的柴油发动机功率输出比未装增压器可增加 20%30%。而采用增压中冷技术甚至可增加 50%的功率新型涡轮增压器的使用，意味着可以用小排量的发动机替代大排量发动机，减轻发动机和整车质量，提高经济性和排放性。 1.3 柴油机电控系统的功能1.3.1 燃油喷射控制燃油喷射控制主要包括：供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制、供6（喷）油速率控制和喷油压力控制等。1.3.2 怠速控制柴油机的怠速控制主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。1.3.3 进气控制柴油机的进气
11、控制主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正时控制。1.3.4 增压控制柴油机的增压控制主要是由 ECU 根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面大小等措施，实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制，以改善柴油机的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪声。1.3.5 排放控制柴油机的排放控制主要是废气再循环（EGR）控制。ECU 主要根据柴油机转速和负荷信号，按内存程序控制 EGR 阀开度，以调节 EGR 率。1.3.6 起动控制柴油机起动控制主要包括供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制和预热装置控制，其中供
12、（喷）油量控制和供（喷）油正时控制与其他工况相同。1.3.7 巡航控制带有巡航控制功能的柴油机电控系统，当通过巡航控制开关选定巡航控制模式后，ECU 即可根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。1.3.8 故障自诊断和失效保护柴油机电控系统中也包含故障自诊断和失效保护两个子系统。柴油机电控系统出现故障时，自诊断系统将点亮仪表盘上的“故障指示灯” ，提醒驾驶员注意，并储存故障码，检修时可通过一定的操作程序调取故障码等信息；同时失效保护系统启动相应保护程序，使柴油能够继续保持运转或强制熄火。1.3.9 柴油机与自动变速器的综合控制在装用电控自动变速器的柴油车上，将柴油机控制 ECU 和自动变速器
13、控制7供油量ECU 合为一体，实现柴油机与自动变速器的综合控制，以改善汽车的变速性能。第二章 柴油机电控系统的新技术2.1 电控柴油机的结构1.电控共轨系统组成电控高压共轨式燃油系统的基本组成如图 2-1 所示。从功能方面分析，电控共轨系统可分为两大部分：电控系统和燃料供给系统。电子控制 油箱 供油泵 共轨 喷油器2-1 燃油供给系统构成框图（1）电控系统电控系统可以分为三大部分：传感器电控单元和执行元件。ECU 是电控共轨燃油系统的核心部分。ECU 的输入是安装在车辆和发动机上的各种传感器和开关，ECU 的输出是送往各个执行机构的电子信息。电子系统的控制框图如图 2-2 所示。 电磁阀控制曲
14、轴转角传感器加速踏板位置传感器气缸判别传感器其他传感器和信号喷油器供油泵控制喷油量控制喷油时间控制喷油率调节喷油压力电控单元82-2 柴油机电子系统的控制框图（2）燃料供给系统燃料供给系统主要构成是供油泵、共轨和喷油器。柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外，对喷油正时和喷油的压力都有很高的要求。 （柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约 19.6MPa）2.2 高压共轨燃油喷射系统工作原理电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构等组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与巳储
15、存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对喷油泵、废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。 2.3 高压共轨燃油喷射系统结构特点共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油的原理，通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压。采用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程，可以实现对喷射油量和喷射定时的灵活控制。高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除燃油中的压力波动，然后再输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止，燃油喷射系统结构如图 2-3 所示。高压共轨系统由五个部分组成，即高压油
16、泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器，供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。92-3 高压共轨燃油喷射系统图其主要特点如下：共轨腔内的高压直接用于喷射，可以省去喷油器内的增压机构；而且共轨腔内是持续高压，高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。通过高压油泵上的压力调节电磁阀，可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨 腔内的油压进行灵活调节，尤其优化了发动机的低速性能。 通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时，喷射油量以及喷射速率，还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔。 预喷射在主喷射之前，将小部分燃油喷入气缸，在缸内发生预混合或者部分燃烧，缩短主喷射的着火延迟期。这样缸内压力升高率和峰值压力都会下降，发动机工作比较缓和，同时缸内温度降低使得 NOx 排放减小。预喷射还可以降低失火的可能性，改善高压共轨系统的冷起动性能。 主喷射初期降低喷射速率，也可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量。提高主喷射中期的喷射速率，可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期，使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成，提高输出功率，减少燃油消耗，降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油，降低污染。
