范文一：柴油机电控系统发展概述

广西轻工业

GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY

2007年 7月 第 7期 (总第 104期 )

机械与电气

【作 者 简 介】

蒋晶 (1978-) , 男 , 广西职业技术学院汽车专业教师 , 在读动力机械及工程专业硕士研究生 , 研究方向 :内燃机电控技术。 1前言

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置。 各国政府从 20世纪 70年代开始就陆续出台了越来越严格的排放法规。如 U

￥98、 EUROI 、 EURO Ⅲ 等等。因此人们也一直在不断地致力于

完善柴油机的性能 , 以期得到好的排放性、 经济性、 动力性及低 噪声 , 保持一个人类赖于生存的良好环境。

影响柴油机排放性、 经济性的因素很多 , 而且相当复杂。 改 善柴油机的排放性能、经济性能最主要的手段是改善燃烧性 能 , 这在实践中也得到了证实。控制燃烧性能的最主要的方法 有两种 :一是合理组织燃烧室内的涡流 ; 二是采取燃烧室内燃 油高压喷射。 如 Robert Bosch 公司的高压泵喷嘴 ; 卡特设勒公 司的 HEUI 喷射系统、 MEUI 喷射系统 , 日本电装公司 ECD-U2高压共轨喷油系统 2, 喷射压力可达 120MPa ; 德国 Daimler -

Benz 公司开发的共轨式喷油系统 , 喷射压力可达 135MPa 。喷

射压力有逐年增加的趋势。如 HEUI 系统 1993年时的喷射压 力为 132MPa , 到 1995年 提 高 到 147MPa , 2000年 , 新 一 代

HEUI 系统喷射压力将提高到 171MPa , 而且不同工况下要求

的喷射压力也不同。

另外 , 还可以通过控制燃油喷射率以改善燃烧性能。因为 燃油喷射率对 NOx 、 黑烟、 噪声的影响也很大 。 在低负荷时 , 降 低平均喷射率可以降低 NOx 的排放 ; 而在高负荷时 , 相对提高 平均喷射率则有助于减少黑烟。 喷射初期的喷射率是决定预混 合气量的重要因素之一 , 为了降低 NOx 和噪声 , 喷射初期希望 喷射率低一些。喷射中期 , 为了降低黑烟 , 则希望喷射率高一 些 , 而喷射后期则希望尽量短。喷油提前角对柴油机的排放性 和经济性影响也较大 , 而且影响结果有时是相互矛盾的。 比如 , 喷油提前角增大 , HC 排放量减少 , 但又增加了 NOx 的排放量。 所以 , 现代直喷式柴油机燃油喷射系统必须具备以下要求 :

a. 具有高的喷射压力 , 且压力灵活可调 ; b. 能够精确控制喷油定时和喷油量 ; C. 能够最优控制燃油喷射率 ;

d. 断油干脆。

而要同时达到以上要求 , 传统的依靠凸轮机构组成的喷油 系统是无法达到的。因此必须采用电子控制式柴油机喷油系

统。

2直喷式柴油机电控燃油喷射系统的发展和现状

1967年 , 德国 Bosch 公司开始批量生产用进气管绝对压

力 控 制 空 燃 比 的 D-Jetronic 模 拟 式 电 子 控 制 汽 油 喷 射 系 统 , 装备在大众汽车公司生产的 Vw-l600型轿车上 , 开创了汽油 喷射系统电子控制新时代。在短短的 20年内汽油机电控技术 已相当成熟。 柴油机电子控制的研究比汽油机晚 20年的时间 , 进入 80年代后 , 柴油机电控技术得到迅速的发展。

迄今柴油机电控燃油系统的发展已历经两代 , 即位置控制 系统和时间控制系统。第一代 (位置控制系统 ) 是利用原有的喷 射装置 , 以电子调速器去取代原有的机械 /液压式调速器 , 亦 即喷油量是用电子控制伺服机构推动原有齿条。 喷油定时是用 电子控制伺服机构推动原有调节机构。 第二代直喷式柴油机电 子控制燃油喷射系统 (时间控制系统 ) 进一步提高了喷油系统与 柴油机匹配的灵活性和适应能力。 把调节机理直接引人到喷油 器中 , 喷油量和喷油定时分开计量 , 喷油定时是由电磁阀通电 时刻决定的 , 喷油量是由电磁阀通电持续时间决定的。现已发 展到第三代 , 即压力一时间控制系统 (或共轨系统 ) 。 第三代喷油 系统摆脱了凸轮的束缚 , 它除了具有第二代的优点 (1lp 喷油定 时、 喷油量可以灵活控制 , 喷射压力高 ) 外 , 喷油压力 还 可 以 根 据柴油机的不同工况进行柔性控制 , 并且喷抽规律的控制更灵 活。 另外 , 还可以进行补充喷油 , 补充喷油对未来的排气后处理 系统具有巨大的重要性 。 这类喷油系统的构思和设计早在 191

3年 Vicbers 就已经开发了一种共轨系统 , 但当时的喷油器是

由机械控制的。第一台共轨系统发动机是由美国 AtlasImperia 公司于 1919年研制成功的 , 谈系统在设定的范围内能够自由 调节喷油 , 日本柴油机公司与日本钢管公司 (NKK) 于 80年代中 期 也 共 同 研 制 开 发 电 控 喷 油 系 统 (ECFI 系 统 )El1, 在

NKK-SEMTPA6柴油机上进行实机试验 , 结果性能良好。目

前 , 研究共轨喷油系统的国外公司主要有 :美国卡特彼勒公司

(HEUI 系统 ) , 德国 Daimler-Benz 公司 , 德国 Robert Boschgong

公 司 (CR 系 统 ) , 意 大 利 Fiat 集 团 (Unijet 系 统 ) , 日 本 电 装 公 司

【 摘

要 】 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。

【关键词】 柴油机 ; 电控 ; 喷射系统 【中图分类号】

TK421

【文献标识码】 A 【文章编号】 1003-2673(2007)07-0044-02

柴油机电控系统发展概述

蒋晶

(广西职业技术学院 , 广西 南宁 530226)

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(ECD-U2系统 ) , 美国的 BKM 公司 (伺服电控系统 ) , 美国 Stan-adyne 公 司 , 英 国 Lucas 公 司 (Diesel System) 国 内 研 究 单 位 主 要有 :天津大学、 北京理工大学 (蓄压式喷油系统 ) 、 武汉交通科 技大学、 上海交通大学等。

3高压共轨电控喷射系统

3.1高压共轨电控喷射系统的特点

高压共轨电控喷射系统的特点可以归纳为自由调节喷油 压力 (共轨压力控制 ) , 自由调节喷油量 , 自由调节喷油率形状 , 自由调节喷油时间等。在电控共轨系统中 , 各种传感器实时检 测出柴油机的实际运行状态 , 由 ECU 根据预先设定的计算程 序进行计算 , 给出适合于该状态下的喷油量 , 喷油时间等参数 , 使柴油机始终都能在最佳状态下工作。在高压电控共轨系统 中 , 喷油压力 (共轨压力 ) 与柴油机的转速 , 负荷无关 , 是可以独 立控制的。由共轨压力传感器测出燃油压力 , 并与设定的目标 喷油压力进行比较后 , 可组成闭环回路进行反馈控制。

3.2高压共轨电控喷射系统的结构和组成

电控喷射系统主要由电控喷油器、 供油泵、 各种传感器和 ECU 组成 , 如下图 1所示。

图 1柴油机共轨电控喷射系统示意图

ECU 根据各种传感器实时检测的柴油机运行参数 , 与 E-CU 中预先已经存储的特性曲线谱 (称为 MAP 图 ) 相比较 , 根据 预定的控制策略 , 按计算后的目标值把指令输送到执行器高压 电磁阀 , 高压电磁阀根据 ECU 指令控制喷油量和喷油正时。 同 时 ECU 根据共轨压力传感器送来的参数和目标喷油压力比较 形成闭环控制 , 通过调压阀来保持共轨油压的稳定。该共轨系 统的控制结构图如下图 2所示。

图 2控制系统结构图

经分析可知 , 此系统是一个闭环的自动控制系统 , 其控制 原理如下图 3所示。

图 3控制原理图

在对共轨油压进行控制时 , 控制目标策略采用智能 PID 控 制 , 该控制算法具有以下特点 :

1) 学习功能 系统具有自行改善自身性能的能力。

2) 适应能力 系统具有适应受控对象环境变化 (在整车实 验中经历了春、 夏、 秋、 冬四季不同的气温环境 ) 和运 行 条 件 变 化的能力。

3) 容错性 系统对各类故障具有屏蔽和自修复功能。

4) 实时性 这对于该系统也是至关重要的一个特性。采 用此算法 , 使系统具有相当的在线实时响应能力。

3.3电控单元硬件的选择

由于系统除了要完成常规的数据采样和 PID 控制以外 , 还 要采用混合优化算法进行 PID 控制参数的在线寻优。 常规的 8位或 16位单片机系统很难完成如此复杂的工作。因此采用了 双控制器的结构 , 同时也可提高其可靠性。组成柴油机电控系 统的元器件必须选择满足车用要求的可靠性高、 工作温度范围 适于车用的元器件。根据系统需求分析以及成本估算 , 控制系 统从控制器采用了基于 ARM 核的 S3CA510B , 主控制器采用 了 Intel 公司的 80C31单片机。双 CPU 之间的通信通过双口 RAM IDT7140来实现 , 以达到实时数据交换的目的。

4结束语

柴油机具有低油耗、 低排放、 高功效的特性 , 特别是采用电 子控制喷油过程 , 大大提高了柴油机的性能 , 并且可以在当前 国内工艺条件下达到实用化。 现在柴油机电子控制系统己具有 功能多样化、 体积小型化 , 并朝着自适应控制特别是学习控制 的人工智能化方向发展。同时 , 双机控制及 UClinux 操作系统 在柴油车上的应用将使其动力性、 操作稳定性、 安全性、 燃油经 济性都上升到新的高度 , 给柴油车电控技术的发展注入新的活 力。这必将对中国柴油车的发展水平有很大地推动作用 , 我国 柴油机领域会出现更好的竟相发展的喜人景象。

参 考 文 献

[1]徐家龙 . 柴油机电控喷油技术 [M]. 北京 :人民通出版杜 ,2004.

[2]陶永华 , 尹怡欣 , 葛芦生 . 新型 PID 控制及其应用 [M]. 北京 :机械工业 出版社 ,1999.

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45

范文二：《柴油机电控系统检修》教案

柳 州 职 业 技 术 学 院

教 案

学期

课程名称： 柴油机电控系统检修

授课教师： 熊炳福

课程所属系（部）： 汽车工程系

课程名称:柴油机电控系统检修

授课班级：2011汽车检测与维修技术1、2、3、4、5班

课程类型： □理论课 □实践课

总学时：72

学分：5

使用教材：张西振 田有为 主编 汽车柴油机电控技术

人民交通出版社

教学方法、手段：理论教学、多媒体教学、实验教学

考核方式：闭卷考试

主要参考书目：

1、 德国BOSCH 公司编《BOSCH 柴油机管理系统》 北京

理工大学出版社

2、 （美）汤姆逊学习公司 编 《发动机机械和发动机性能

修理训练》 机械工业出版社出版

3、 宋福昌 主编 《电子控制高压共轨柴油机故障检修》

国防工业出版社

标题: 概述

教学目标与要求：1、了解柴油机的发展史。

2、熟悉柴油机应用领域。

3、了解柴油机匹配标准、性能参数、。

4、了解国内外柴油机发展状况

授课时数：2课时

教学重点：1、柴油机的匹配标准。

教学内容及过程:

※1、绪论

一、柴油机的发展史

二、柴油机的应用领域

1、固定设备的发动机

2、轿车及轻型商用车

3、载重货车

4、工程建筑及农用机械

5、火车机车

6、船舶

三、匹配标准

发动机功率、单位功率输出、运行安全性、产品成本、运行经济性、可靠性

环保性能、用户友好性、便利性

四、发动机性能参数

转速

压缩比

平均压力

输出升功率（KW/L）

质量与功率比

油耗比

四、发动机构造

两大机构、五大系统。

思考题:

1、比较汽油发动机与柴油发动机的组成有哪些区别？

2、四配套指的是什么？

课后小记:

标题:柴油发动机基本理论

教学目标与要求：1、柴油机的基本原理

2 、柴油燃料

3、气缸进气控制

4、柴油机燃油喷射基本原理

授课时数：4课时

教学重点：1、柴油机混合气的燃烧过程、运行条件。

2、混合气形成方法。

3、柴油燃料。

4、燃油喷射基本概念。

教学内容及过程:

一、柴油机的基本原理

1、工作原理

四冲程循环：进气、压缩（24、900）、做功（着火）、排气

配气定时：重叠角—有助于扫除残余废气和冷却气缸

压缩比：冷启动特性、转矩、油耗、噪声、污染物的排放。自然温度

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柴油机的燃烧过程：

a. 发火延迟期（备燃期）

A→B 燃烧前准备

b. 速燃期

B→C 急剧燃烧

c. 缓燃期

C→D 喷油结束

d. 后燃期

D→E 燃烧停止

2、转矩和动力输出

转矩：定义，取决于？，设计决定的因素有气缸容积、进气方式等。运行

工况决定因素燃油量、空气量、混合比。最大转矩的设计转速低于2000r/min.

功率输出：P 、M 、n 。标定转速，

3、发动机效率

定义：输入能量（燃料）与有用功的比值。取决于理想工作过程的热效率

（绝热过程）和实际过程的损失的百分比。

有效效率：有效功/燃油的放热量

热效率：压缩比和过量空气系数

循环因素效率：工质、热量传递、传热位置、缸壁热量损失、换气流动损失。

燃油燃烧效率：

机械效率：

4、工作状态

起动：转动-着火-高速运转-自运转，着火的最低温度，影响因素：转速

过低-压缩终了压力低、冷机-热量损失大-机油黏度大摩擦损失-电池电压低。措施：燃料加热、起动辅助系统、喷射调整。

空载：所有发动机状态下发动机运行仅用于克服内部摩擦，不输出转矩。 怠速：

全负荷：

部分负荷：

滑行：

稳态运行：加速踏板决定输出扭矩（即输出扭矩等于阻力矩），转速不变。 非稳定状态：输出扭矩不等于阻力矩，转速变化。

5、运行条件

恰当的燃料数量

恰当的时刻

正确的压力

适当的喷射随时间的变化过程和正确的燃烧室内的位置

6、燃油喷射系统及燃烧室

空间雾化混合：燃油大部分喷在燃烧室空间，与涡流空气混合。

表面蒸发混合：燃油大部分喷在燃烧室壁面，逐渐蒸发与空气混合

二、柴油燃料

发火性：自燃能力，用十六烷值评定。十六烷值大，发火性好。将十六烷

（自燃性好）与α-甲基奈（自燃性差）按一定比例混合，构成不同体积百分比的十六烷和α-甲基奈的标准柴油，其中十六烷含量

的百分数叫做十六烷值。十六烷值要求高于50，影响着火质量的还有燃油密度和沸腾曲线。

蒸发性：蒸发汽化的能力，用馏程（馏出某一百分比的温度范围）和闪点表示。馏程：50%(300℃) 、90%(355℃) 、95%(365℃) 馏出温度。沸点，沸点低适合寒冷气候，但十六烷值低，润滑性差。增加磨损。沸点高，碳烟产物增加和喷嘴结焦，一般在350.

闪点：一定试验条件下，当柴油蒸气于周围空气形成的混合气接近火焰时，

开始出现闪火的温度。闪点低，蒸发性好。

低温流动性：用凝点和冷滤点评定。

凝点：柴油失去流动性，开始凝固时的温度。冷滤点：在特定试验条件下，在一分钟内柴油开始不能流过过滤器20mL 时的最高温度。

按凝点分为六个牌号：

10、0，－10，－20，－35，－50

三、气缸进气控制

缸内充量：进气门关闭后留在缸内的混合气，包括进入的空气和残余废气。 缸内氧气越多，可喷入的燃油就越多，缸内的充气量直接影响最大功率。

充量控制系统有：空气滤清器、废气涡轮增压系统、EGR 系统、进气涡流

阀。

容积效率：无增压系统情况下，气缸的实际充气量与标准条件下的理论充

气量之比,0.85-3

增压空气冷却：柴油机热效率高，油耗低排放低。 汽油机减少敲缸倾

向，燃烧温度降低，？排放降低。

四、柴油机燃油喷射基本原理

决定混合气质量的燃油喷射参数： 开始喷射时刻、喷速率曲线

和喷射持续时间、喷射压力、喷孔数量。

开始喷射时刻：决定这混合气开始燃烧的时刻，同时决定着排放水平、燃

油消耗、燃烧噪声。

影响开始喷油时刻的因素：负荷、速度、温度。

标准的开始喷油时刻为：上止点前0-8度。

开始供油时刻：喷射滞后是由燃油压力波从高压泵传到喷嘴需要的时间。

高速下发动机存在这较大的着火滞后期，

喷油量：效率不变的情况下，功率跟喷油量成正比关系，

决定因素：喷嘴的横截面积、喷油持续时间、喷射压力和燃烧室压力差随

时间的变化规律，燃油密度。柴油是可压缩的。

喷油率：

作业：

1、原油蒸溜后的产物（180--370）碳氢化合物平均着火温度？汽油的着火温度？

课后小记:

范文三：柴油机电控喷射系统简介

柴油机电控燃油喷射系统及其发展前景

1 前言

柴油机具有效率高、经济性好、功率强大等特点，在交通运输和工程车辆领域有着广泛的应用。在可以预见的未来，柴油机在动力机械领域将继续占有重要的地位。实际上，在汽油机占主导地位的家用轿车领域，柴油机由于其节能的优势，正越来越受到汽车研究人员们的重视。然而，噪声大、NOx 和颗粒物排放高等痼疾也一直困扰着柴油机的应用。前不久，欧盟正式制订了欧VI 排放标准，颗粒物排放要求减半，氮氧化物排放必须降低77%，并将于2013年底实施[1].

面对日益严苛的柴油机排放标准，研究各种排放控制技术成为内燃机工作者的重要课题。这些控制技术总体上可分为3个方面：提高燃油品质、改善燃烧过程和采用先进的排气后处理技术，其中以改善燃烧过程为最根本的措施。就国外的经验来看，采用电控高压燃油喷射系统以改善柴油机的燃烧过程是普遍的发展趋势[2 ,3 ].

电控喷油技术是柴油机技术三大飞跃的最近一项（另外两项是机械燃油技术和增压中冷技术）[4]，也是内燃机行业20世纪的三大突破之一（另外两项是汽油直喷技术和DME 待用燃料）[5]，为柴油机的喷油控制，以及噪声和排放的改善做出的巨大贡献。本文将从技术历程、技术现状及发展前景的角度简略阐述电控喷油技术。

2 电控喷油系统的技术历程

电子技术的迅猛发展使20世纪后半叶的技术领域发生了翻天覆地的变化。汽车行业也不例外。在汽油机中采用喷油器代替化油器，导致燃油系统发生巨大改善，这一转型比较顺利，所用时间也比较短，在21世纪初就已全面完成。但在柴油机中要求高精度地控制高压燃油喷射是非常困难的，而且由于传统的机械式柴油机燃油喷射系统具有非常优越的控制性能，所以，像汽油机那样在柴油机中采用电子控制的喷射系统的发展直到20世纪90年代才到来。

虽然大规模发展较晚，柴油机电控喷射系统却迅速地经历了三代发展。如表2-1所示[6]。

表2-1 三代柴油机电控燃油系统特点

2.1 第一代电控燃油控制很大程度上仍然是基于机械式燃油系统的，将机械式调速器和提前器换成电子控制的机构。燃油压送机构和机械式燃油系统相同。

在第一代电控燃油系统中：

喷油量的控制：根据ECU 的指令由齿杆或溢油环的位置进行控制；

喷油时刻的控制：根据ECU 的指令由发动机的驱动轴和凸轮轴的相位差进行控制。 ECU 根据各种传感器发出的发动机状态和环境条件（主要是负荷与转速），通过所储存MAP 数据，计算出适合发动机状态的最佳控制量，并向执行器发出指令。

第一代电控喷油系统主要的改革是采用了机械式燃油系统中没有的微型计算系统，将最

佳调速特性曲线图事先输入计算机的存储器中，可以对目标伺服位置进行非常精确细致的计算处理，使之前不可能实现的精确控制特性成为可能。使得柴油机燃油系统第一次跨入了电控时代。

表2-1所列的三种第一代代表产品分别是电控分配泵系统、电控直列泵系统（电子调速器式）、电控直列泵系统（可变预行程式）。

2.2 第二代：凸轮压油+电磁阀时间控制

在第一代电控燃油系统中，使用的位置控制机构仍然是机械燃油系统中的齿杆、溢油环等机构，采用相位差原理，虽然ECU 可以精确得出喷油状态，执行器的执行却不能尽善尽美。于是工程师们采用了高速电磁阀，对喷油时间和喷油量进行精确控制，使得控制自由度较第一代有了阶跃式的提高。

第二代电控喷油系统的特征是：燃油升压是通过喷油泵或者发动机的凸轮实现的。而升压开始时间和升压终了时间则是由高速电磁阀实现，也就是说，喷油量和喷油正时都是有电磁阀的通断来实现，大大提高了控制的精度，配合ECU 信号的完善，可以更加准确地控制喷油。

2.3 第三代：燃油蓄压+电磁阀时间控制

第三代电控燃油系统即人们常说的共轨燃油喷射系统（个人见解，不知是否准确）。图

2.1和图2.1分别是康明斯和博世公司的共轨燃油系统，简略显示共了其原理[7]。共轨系统将燃油的升压系统独立出来，即燃油的压力与发动机转速和负荷无关。使用可以独立控制压力的蓄压器——共轨。这样，以前一直非常困难的燃油喷射压力可以按照人们的意志进行自由控制。再通过计算机单独控制的各喷油器，将共轨中的压力高达130Mpa —160Mpa[8]的燃油喷入燃烧室。

图2.1 康明斯共轨燃油系统

图2.2 博世公司电控共轨燃油系统

第三代电控喷油系统的最大进步就是使用了共轨，使得高压的产生和喷油控制可以分别进行。由此，可以根据发动机的负荷、转速等各种运行工况，在20—140Mpa 的广大范围内改变喷油压力，可以实现预喷射、主喷射以及多段喷射等，根据需要改变喷油率的形状。为了改善柴油机的排放，可以自由自在地改变喷油参数和喷油形态。向着洁净的柴油机时代，可以高自由度地控制喷油策略，在一次工作循环中可以实现多次喷油，可以实现标定转速4000r/min——相当于4.2μs 的高速控制，将柴油机的排放性能大大提高一步。

可以总结出三代电控燃油系统的特点，如表2.2所示。

表2.2 三代电控燃油系统技术沿革

共轨燃油系统的基本原理早就广为知晓。但是，技术上的难度限制了该项技术的发展。直到上世纪90年代，共轨燃油系统才获得了突飞猛进式的发展。

3.1 共轨技术简史

共轨喷射系统因其高的喷射压力、可灵活控制的喷射过程以及驱动性能，被公认为能解决柴油机许多不足的法宝。共轨喷射系统的基本原理是由意大利菲亚特公司在上世纪80年代为了应对用户对Croma 型柴油机缺乏精确优化的批评而设计的。之后, 该公司将该技术的生产特许权卖给德国博世公司以求发展。后者则花了三年时间进行生产准备。博世公司于 1997年6月Bari 工厂开始大批量生产共轨用高压泵，其它零部件分别在奥地利的Bamberg ，法国Mondeville ，德国的Homburg ，Reutlinge 和Salzgitter 等地的工厂中生产。在1999年底以前博世公司就已生产出了第一百万套共轨喷油系统[9]。

80年代戴姆勒—奔驰公司详尽地分析了当时尚比较陌生的电控共轨式燃油系统，得出以下优点：

——它取消了限制喷油的供油凸轮，从而大大增加了自由选择预喷射和主喷射的喷油始点的灵活性；

——驱动转矩峰值低；

——喷油压力可以自由选定，因此，即使在低转速和小负荷时燃油也能很好地雾化； ——在喷油嘴开启时，以恒定的电控共轨压力进行喷油；

3.2 共轨系统特点

高压共轨燃油喷射系统是建立在直喷技术、预喷射技术和电控技术基础之上的一种全新概念的燃油喷射系统。其主要由高压泵、带调压阀的共轨管、带电磁阀的喷油器、燃油喷射系统控制单元ECU 和各种传感器组成。共轨管油压由高压泵、压力传感器和ECU 组成的闭环来调控。高压共轨系统不再采用喷油系统的柱塞泵分缸脉动供油原理，而是用一个设置在喷油泵和喷油器之间的具有较大容积的共轨管把高压油泵输出的燃油蓄积起来并平抑压力波动，再通过各高压油管输送到每个喷油器上，由喷油器上电磁阀的动作控制喷射的开始和终止；电磁阀起作用的时刻决定喷油定时，起作用的持续时间和共轨压力共同决定喷油量。由于这种系统采用压力时间式燃油计量原理，因此又可称为压力时间控制式电控喷射系统

[10].

高压共轨喷油系统的特点是：喷油压力的建立与喷油过程无关；喷油压力、喷油过程和喷油持续期不受负荷和转速的影响；喷油定时与嫩油计量完全分开，可以自由调整每缸的喷油量和喷油始点能实现预喷射、?喷射、靴型喷射、快速停喷、后喷射、多段喷射。 4 电控燃油系统的发展前景

电控燃油系统在不远未来的发展方向应该还是在共轨系统方向，共轨燃油系统还有很大的潜力可挖。第二代共轨——压电式喷油器共轨系统就是很好的发展方向。

传统的共轨喷油器的执行器是电磁阀，其响应速度没有压电式执行器的响应速度快。压电晶体在加电压后的0.1ms 内就能发生迅速的晶格畸变。压电式喷油器如图4.1所示。其优点是：具有快速响应性，可以得到更柔性的喷油策略；很小的预喷油量；更灵活的喷油开始与暂停；设计更紧凑。采用压电效应喷油器的共轨喷油系统，使燃油得到更好的雾化，形成极细的小颗粒油滴，使燃烧更加彻底，功率可以提高5%，柴油机排气有害物降低20%，燃油消化率降低3%，噪声降低3dB[11].压电式喷油器的尺寸和质量又比电磁式明显减小，柴油机整体设计更加紧凑；压电式喷油器还可以实现多次喷射，且对喷油量的分配、喷油时间点及喷油压力都可以进行更好的柔性控制。

图4.1 压电式共轨喷油器

博世公司的第三代电控共轨燃油系统的喷射压力将达到180Mpa ，可以满足柴油机2008年的欧V 排放标准。随着欧VI 标准的提出，共轨燃油系统还会进一步得到发展。也许将来的某天也会出现完全颠覆性的革命性设计，但有一点是毋庸置疑的：那就是，

电控燃油喷射

系统为柴油机性能的优化和环境的保护做出了卓越的贡献，而且在将来的内燃机领域还会继续发挥它的作用。

参考文献

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范文四：船用柴油机电控系统

第32卷第8期 2010年8月

舰船科学技术

SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY

V01.32,No.8 Aug.,2010

船 用柴油机电控系统

金江善1,杨 林2,陈自强2,凌励逊1,周海涛1,曹 健1,姜春宇1,周志勇1 (1.中国船舶重工集团公司第七一一研究所,上海201108;2.上海交通大学,上海200030)

摘 要:为适应船用柴油机电控技术发展,本文提出了一种船用柴油机电控系统架构方案,采用先进的“V” 字型开发模式及开发工具平台开发系统应用层软件,对关键电路进行仿真与试验优化设计,对系统关键可靠性技术 如凸轮轴和曲轴信号传感器物理冗余技术等进行研究,并进行了样机研制。对研制出的样机开展硬件在环仿真试验 和环境适应性试验,试验表明样机能满足船用柴油机电控系统需求,通过功能扩展,还可以支持高压共轨技术以外的 柴油机电控技术。

关键词:船用柴油机;电控系统;ECU;高压共轨

中图分类号:TK422文献标识码:A

文章编号:1672—7649(2010)08—0070—05DOI:10.3404/j.issn.1672—7649.2010.08.014

The researche of electrically controlled system of marine diesel engine

JIN Jiang.shanl,YANG Lin2,CHEN Zi.qian92,LING Li.xunl,ZHOU Hai.ta01,

CAO Jianl,JIANG Chun.yul,ZHOU Zhi.yon91

(1.The 711Research Institute of CSIC,Shanghai 201108,China;

2.Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200030,China)

Abstract:In order to adapt the electronic technology development of marine diesel engine,a control framework is proposed in the paper.The software is developed by the advanced V—type model.The accordingly platform is used during the process of software developing.The hardware is optimized by digital simulation and bench testing.And the core reliability technology has also been researched.One of the most important reliability technologies in the paper is the redundancy of the crank sensor and cam sensor.The prototype

of the control framework has been developed.The prototype has been tested on the hardware in loop test bench.Some reliability test has also been carried out for the prototype.The test result proved that the system can well satisfy the requirement of marine diesel engine electrical control system.After expanding extra functions,this framework can be used in other diesel engine electrical control area beside high—pressure common rail system.

Key words:marine diesel engine;electrically controlled system;ECU;high—pressure common rail

0引 言

随着对船用柴油机环保与节能要求的日益严格, 电控高压共轨柴油机已经成为当前船用,柴油机技术 的发展方向。电控系统是其核心关键技术。在国外, 船用柴油机电控系统已经成为世界各国船用柴油机 公司的研发重点,一些国外的著名公司如MTU, wartsila,MAN B&W等联合相关单位已相继完成了各 自的产品开发,并随其整机正进行市场推广¨4。。在 我国,尚缺乏具有自主知识产权的电控系统技术,这 将严重制约我国船用柴油机技术的发展。本文介绍 一种船用柴油机电控系统。

1船用柴油机电控系统总体架构

1.1国外船用柴油机电控系统典型架构

MTU船用柴油机电控系统是典型的“分布式”控

收稿日期:2010—04—20

作者简介:金江善(1979一),男,工程师,主要研究方向为柴油机电控技术。 万方数据

第8期 金江善,等:船用柴油机电控系统 ?7l?

制系统(见图1)。整个电控系统由10类模块组成, 每个模块有相对独立的功能。如柴油机及共轨系统 控制单元ECU、柴油机机旁操纵面板LOP及齿轮箱 控制单元GCU等。各模块之间通过含冗余机制的 CAN总线相互连接,完成信息交互。

MAN公司的SaCoS系统是集柴油机安全控制、 监测和速度控制功能于一体的系统(见图2)。SaCoS 系统含有4个标准功能模块,分别是共轨系统喷射控 制模块、柴油机运行控制模块、本地操纵面板及辅助 机柜。4个标准功能模块之间通过CAN总线进行连 接。辅助机柜中提供MODBUS或以太网总线接口与 其他系统联接。SaCoS是功能构成十分灵活的系统, 通过功能扩展,可支持共轨技术,可变气阀正时等节 能减排新技术。

图1MTU电控系统总体架构

Fig.1Structure of electrically controlled system of MTU

图2MAN SaCoS系统总体架构

Fig.2S,tructure of MAN SaCoS

1.2新柴油机电控系统总体架构

根据船用柴油机电控系统、机舱自动化系统发展 现状以及船级社规范要求,本文提出一种新的船用柴 油机电控系统总体架构。

新柴油机电控系统由发动机控制单元(ECU)、机 旁操纵面板(LOP)、人机交互界面(HMI)、独立安全系 统、独立报警系统及其他机舱自动化设备等构成。其 中主要开发模块为发动机控制单元(ECU)、机旁操纵 面板(LOP)及人机交互界面(HMI)3个功能模块。安 全系统、报警系统和机舱自动化设备均可采用成熟的 现有技术和产品,只要考虑相应的接口即可。

ECU,LOP和HMI处于机舱集控室、驾驶室操控 系统与船舶发动机之间。一方面,ECU,LOP和HMI 接收各种来自集控室和驾驶室操控系统的操控指令, 同时向集控室、驾驶室操控系统返回柴油机工况参 数。另一方面,ECU,LOP和HMI从柴油机上的各种 传感器获取柴油机运行数据,对各类操控指令和柴油 机运行数据综合分析处理后向执行器部件发送控制 信号,控制高压共轨等柴油机电控系统运行。总体架 构中设有2个电控单元(ECU),互为备份,提高系统 的安全性,满足船级社规范要求。

电控系统各功能模块之间可以通过线束或总线 信号交互信息。

柴油机电控系统中,电控单元ECU是系统的重 点。电控单元ECU是典型的嵌入式控制设备。ECU 由输入信号调理电路,输出信号驱动电路,系统电源 电路,系统配置电路,底层驱动程序,嵌入式实时操作 系统,通讯协议栈和应用软件共同组成。

柴油机电控系统模块主要功能定义见表1。

表1模块主要功能定义

Tab.1The main funotion definition

模块 主要功能定义

…. 柴油机起动、停车过程控制;主机及辅机转速控制;电控 …

燃油系统控制;柴油机安全及报警;故障检测及处理

HMI 显示、查询、设置柴油机运行参数

LOP 柴油机机旁操纵,常规传感器执行器处理功能

1.3新电控系统主要技术特点

新电控系统主要技术特点如下:

1)系统配置灵活。可以满足多缸发动机共轨燃 油系统控制需求。系统含CAN等总线接口,兼容最 新通讯技术,具备较强的适应能力。

2)系统可靠性强。系统采用了总线冗余、双 ECU备份等增强系统可靠性的措施。

3)丰富的系统控制及管理功能。电控系统具备 船用发动机转速控制,喷射过程控制,系统故障检测 与处理,共轨压力控制,实时在线标定等多种功能。 电控系统还预留丰富的硬件接口和软件资源,可满足 船用柴油机发展高压共轨,电控单体泵,电控增压系

统等电控技术的需要。 万方数据

?72? 舰船科学技术 第32卷

4)良好的环境适应能力。电控单元在结构设

计、元器件选型等方面按相关标准要求优化设计,保

证系统良好的现场环境适应能力。

1.4柴油机电控单元ECU开发

在开发柴油机电控单元ECU时采用目前最先进

的“V”字形开发模式和开发工具(见图3)。

完成ECU功能定义后搭建系统控制模型,进行

离线仿真并修改控制模型,保证控制模型基本正确。

运用自动代码生成工具将系统控制模型转化为控制

程序源代码。控制程序源代码经过编译、调试后生成

目标代码。目标代码下载到开发的ECU硬件后形成 电控系统电控单元样件。电控单元ECU样件经过硬 件在回路仿真验证无误后可以在台架上进行ECU标 定试验,最终形成定型的电控单元ECU。

图3先进的“V”字形开发模式

Fig.3Advanced V-model

2电控单元ECU关键电路

对于高压共轨船用柴油机来说,为了实现高压共 轨系统的灵活性,通常要求电控喷油器的响应时间小 于0.4m8。因此,对电磁阀的驱动电路提出了实现 快速响应的能力要求。

电磁阀升压电路经过电路仿真和试验研究,对升 压电源中的关键设计参数进行优化,优化试验随线见 图4。

对电磁阀电流控制电路的MOS开关驱动时序, 电流控制逻辑电路等电路进行优化设计,电磁阀电流 控制电路在匹配目标电磁阀的情况下,达到了设计指 标要求。电磁阀驱动电流试验曲线见图5。

3电控单元ECU关键应用软件

3.1柴油机运行控制

柴油机运行控制模块针对柴油机用途在全工况

图4升压电源优化试验曲线

Fig.4Test curve of high voltage power source

图5电磁阀驱动电流试验曲线

Fig.5Current of electronic valve

范围内进行管理,如起动过程,怠速运行,加载/卸载 过程,超速飞车异常处理,紧急停车处理,降速降功率 运行处理等,以及对异常情况的处置。

在MATLAB环境下设计柴油机运行控制模块。 在MATLAB/simulink环境下仿真测试柴油机运行控 制模块,测试结果见图6。仿真结果表明,设计的柴 油机运行控制模块满足设计要求。

图6柴油机运行控制模块仿真测试结果

Fig.6Simulation result of engine control

model 万方数据

第8期 金江善,等:船用柴油机电控系统 ?73?

3.2柴油机转速控制

转速控制是船用柴油机电控单元的核心控制功 能之一。由于柴油机是一个复杂非线性系统,为了满 足船舶主机和辅机应用中对转速控制精度的要求,针 对不同的船用柴油机工况都设计了专门的转速控制 程序以提高全工况范围内的转速控制精度。典型船 用柴油机转速控制程序及技术特点见表2。

在MATLAB/simulink环境下建立转速控制程序 模型。转速控制程序仿真测试结果见第5节。

表2典型柴油机转速控制程序主要技术特点

Tab.2The main feature of engine speed control program 柴油机工况 转速控制程序主要技术特点

起动过程 ①根据环境条件自动设定起动油量;②冒烟限制 加载/卸载 ①差翥霎蓁率控制;②多转速给定,满足并车并网 3.3高压共轨系统控制

喷油速率曲线对柴油机燃油经济性、尾气排放、 燃烧噪声和性能等均具有显著影响,需要根据柴油机 运行环境参数、运行工况对共轨系统进行柔性控制。 共轨系统控制主要包含3部分控制功能,分别是共轨 压力控制,喷射正时控制,喷射脉宽控制。

共轨压力控制程序模块根据柴油机当前的运行 参数确定目标喷射压力,并通过标定获得最优喷射压 力。轨压控制算法以目标喷射压力为调节目标控制 高压油泵的PCV阀。

喷射正时控制程序根据柴油机运行参数如进气 温度,进气压力等确定最优喷射正时,换算成最终的 电磁阀起始激励角度,ECU底层程序根据发动机的 瞬时相位和转速信息换算成喷油器电磁阀激励脉冲 的起始时刻。

喷射脉宽控制模块根据转速控制程序计算的喷 射油量和当前实际轨压,确定电控喷油器的电磁阀激 励脉宽。

高压共轨控制程序主要功能模块及主要技术特 点见表3。

在MATLAB/sirnulink环境下建立燃油系统控制 模型。部分高压共轨控制程序测试结果见第5节。 表3高压共轨系统控制程序主要技术特点

Tab.3The main feature of common rail system control

program 控制功能 高压共轨系统控制程序主要技术特点

共轨压力控制①开环与闭环相结合,调节速度快,精度高

喷射正时控制①萋磊慧黯皴舶撇忆够褂憎 喷射脉宽控制①多种补偿措施,油量计量精确 4电控单元ECU关键可靠性技术研究

4.1双ECU备份技术

为满足船级社相关规定要求,采用先进的双 ECU“热备份”工作模式,即双ECU同时工作,但只有 获得系统控制权的ECU能驱动执行器。

4.2关键传感器冗余

高压共轨柴油机很多控制参数是基于转角进行 控制,如喷油正时。准确获得柴油机转角信息对于控 制的准确性乃至柴油机安全至关重要。

ECU中使用的凸轮轴或曲轴信号传感器采用冗 余设置。设计了多种工作模式,以保证传感器在不同 的工作状态下ECU能最准确获取柴油机角度信息。 开发了柴油机相位和转角计算程序并进行了试验 测试。图7是模式1下的处理结果。图8是模式2下 的处理结果。试验结果表明,开发的程序能正确计算 各种模式下柴油机转角信息,满足实时性和冗余要求。

图7模式1试验测试结果

Fig.7Test result of model 1

。燕趱黧藏躲麓剽畿滋麓渤

i :1

l 。 .。。。。。.。。。。。一.。。。。。.。i . .。。。。。。。。。。.。。.。。。..。一 图8模式2试验测试结果

Fig.8Test result of model 2

5电控单元ECU平台试验

硬件在环(HIL)仿真和标定是ECU开发流程中 的重要环节,是确保系统功能、性能、可靠性的重要措 妇鹕 1

2

9

万方数据

?74? 舰船科学技术 第32卷

施。为此,研制了船用柴油机高压共轨电控系统HIL

平台,并完成相应的标定系统开发。在HIL平台和

燃油系统平台上进行了ECU验证试验。

5.1ECU平台试验

将ECU样件和HIL系统连接并运行系统仿真,

测试ECU转速控制功能,结果见图9。测试结果表

明,柴油机转速调节稳定时间小于3s、转速波动率小

于0.25%。

在燃油系统平台上对喷油器和高压油泵进行标

定测试,喷油器标定结果见图lO,共轨压力标定结果 见图11。

图9转速闭环控制测试曲线

Fig.9Test curve of speed closed-loop control program

图lO喷油器标定MAP

Fig.10Calibration MAP of injector

在燃油系统平台上对电控单元ECU的共轨系统 控制功能进行试验,共轨压力控制功能试验曲线见图 12。试验结果表明,轨压能快速跟随目标值,轨压控 制偏差在某工况下小于5MPa,超调4-5%以内。 HIL及平台试验表明,开发的船用柴油机电控系 统ECU运行可靠,实现了预定的设计功能,具有较好 的控制效果。

5.2可靠性与环境适应性试验

根据相关标准和技术规范,对ECU进行了老化 试验、高低温湿热试验、高低温冲击试验、振动试验、

图11轨压标定MAP

Fig.11Calibration MAP of common rail pressure

图12轨压闭环控制试验曲线

Fig.12Test curve of rail pressure closed-loop control

防水/雾试验、防尘试验等环境适应性试验测试。测 试结果表明:开发的ECU样件在可靠性和环境适应 性方面满足相关标准要求。

6结 语

1)本文开发的柴油机电控系统,通过在系统架 构、电控单元等方面的创新设计,功能先进,系统资源 丰富,配置灵活,系统可靠性强,能满足多缸船用柴油 机电控系统的需求。

2)HIL及燃油系统平台试验表明,开发的电控 系统具有较高的控制精度和实时性,转速波动率绝对 值小于0.25%,轨压控制偏差小于5MPa。

3)可靠性及环境适应性试验表明,ECU具有良 好的船载环境适应性,工作可靠。

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译.国外内燃机车,2008,(6):17—21. 万方数据

船用柴油机电控系统

作者:金江善 , 杨林 , 陈自强 , 凌励逊 , 周海涛 , 曹健 , 姜春宇 , 周志勇

作者单位:金江善,凌励逊,周海涛,曹健,姜春宇,周志勇(中国船舶重工集团公司第七一一研究所,上海 ,201108) , 杨林,陈自强(上海交通大学,上海,200030) 刊名:舰船科学技术

英文刊名:SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY年,卷(期):2010,32(8)被引用次数:

0次

参考文献(4条)

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本文针对船用柴油机电控系统的特点和电磁环境,研究了各种电磁噪声源及噪声信号的频谱、波形、出现度等特征,运用线性叠加方法,有效地解决了 因噪声源复杂,而导致的信号融合难度大的难题。
　　

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2.采用模块化建模技术,建立了具有完整模型体系的多参数、多输入输出通道的柴油机仿真模型和船舶动力传动系统模型。该模型以C代码的方式运行 在dSPACE实时仿真平台中。建模中针对柴油机控制系统研究的需求,采取适当简化、实验参数配置、功能模块划分、多缸数据处理等技术,使所建立的 模型即能真实地反映柴油机的运行状态,又具有较好的实时性和通用性。
　　

3.针对典型柴油机控制系统,开展了柴油机控制系统建模仿真及性能优化研究。研究了起动智能控制,燃油系统和增压系统的匹配优化控制,稳态调速 率对瞬态调速特性变差的影响,采用线性递减、累加的方式来消除影响,并进行了仿真和试验验证。达到了改善起动性能、改善全工况调速性能、节约 能源及改善排放的目的。
　　

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5.针对船用柴油机非线性、时变性和各系统之间相互影响、相互制约和相互耦合等特点,进行了柴油机智能调速控制研究;为解决柴油机全工况调速问 题,利用开发的半物理仿真平台,对模糊控制和人工神经网络等智能控制理论在船用柴油机上的应用进行了研究,设计了满足船用柴油机全工况调速要 求的模糊-PID控制器和BP神经网络调速控制器,利用柴油机多参数仿真模型进行了验证,仿真结果与传统的PID调速控制进行了比较分析,结果表明模糊 -PID复合调速控制器和BP神经网络调速控制器均优于传统的PID控制器。为开发船用柴油机智能调速控制系统打下了坚实的基础。
　　

本文研究的柴油机控制系统半物理仿真技术可以替代配机试验,缩短控制系统的开发周期、降低开发成本;同时,本文也开展了快速控制原型的研究 ,为柴油机控制系统从功能设计到产品的转化奠定了坚实的基础。

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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jckxjs201008014.aspx

授权使用:哈尔滨工程大学(hebgcdx),授权号:42e97666-30a6-4dde-ae20-9e3600bc38c0

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范文五：柴油机电控系统维修

柴油机电控系统

柴油机电控技术的发展

在柴油机的电子控制系统中，最早研究并实现产业化的是电子控制柴油喷射系统，到目前为止已经经历了三代变化： 1. 第一代电控柴油喷射系统：位置控制式。 2. 第二代电控柴油喷射系统：时间控制式。 3. 第三代电控柴油喷射系统：高压共轨式系统。 柴油机电控燃油喷射系统的特点

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1. 燃油喷射控制 2. 怠速控制 3. 进气控制 4. 增压控制 5. 排放控制 6. 起动控制7. 巡航控制 8. 故障自诊断和失效保护9. 柴油机与自动变速器的综合控制 柴油机电控燃油喷射系统的基本组成

传感器

传感器是柴油机实现电控的关键技术之一，其作用是感知和检测发动机与车辆的运行状态，并将检测结果转换成电信号输送给ECU。柴油机电控燃油喷射系统所用的传感器多数与汽油机电控系统相同。在柴油机电控系统中常用的传感器有压力传感器、温度传感器、位置传感器、转速传感器、空气流量传感器及氧传感器等。此外，在电控系统中还有开关量采集电路，用于检测空调、离合器、挡位、制动、巡航控制等开关量的状态信息。所有的信息经过电控单元的信号采集模块处理后送到发动机电控单元，作为发动机控制的依据。 柴油机电控单元

执行器

执行器主要是接收ECU传来的指令，并完成所需调控任务。不同柴油机电控燃油喷射系统的执行元件有很大差异，如电控直列泵[b1] 和分配泵中的线性螺线管，电控单体泵和泵喷嘴中的电磁阀，电控共轨系统中的PCV阀和喷油器电磁阀，以及空气系统控制中的各种阀门控制器等。执行器的水平决定了最终柴油机能够达到的性能。 第一代位置控制式电控燃油喷射系统 位置控制式直列柱塞泵 位置控制式电控分配泵系统

第一代位置控制式电控燃油喷射系统的控制特点 位置控制式直列柱塞泵

ECU根据加速踏板位置传感器信号（即负荷信号）和柴油机转速信号，并参考供油齿条位置、冷却液温度、进气压力等传感器信号，按内存控制程序计算供油量和喷油提前角控制参数值，再通过ECU中行程或位置伺服电路，使电子调速器内的线性螺线管控制喷油泵供油齿条的行程或位置。 1. 喷油量的控制

线性螺线管安装在原喷油泵供油齿条的一端，螺线管中的铁心与喷油泵的供油齿条连成一体。当控制电流通过螺线管时，产生一个作用在铁芯上的与螺线管中电流成正比的电磁力，推动油量调节齿杆移动，当推力与复位弹簧力平衡时，齿杆就停留在某一位置上。齿杆位置传感器将信号传给ECU，ECU根据齿杆的实际位置和预定位置间的偏差量，发出改变输入螺线管电流的驱动信号就能精确控制齿杆的位置，从而改变喷油量 位置控制式直列柱塞泵电子调速器结构

2. 喷油正时的控制

图6-5 电控直列柱塞泵供油正时系统组成

1 – 转速表 2 – 故障指示灯 3 – 供油齿条位置传感器 4 – 柴油机 5 – 喷油泵8 – 转速传感器 9 – 正时控制电磁阀 10 – 冷却液温度传感器 正时控制阀工作原理图

6 – 正时传感器7 – 正时控制阀

正时控制阀工作原理

1 – 凸轮轴 2 – 液压腔 3 – 液压活塞 4 – 大偏心轮 5 – 小偏心轮 6 – 驱动轴 7 – 驱动盘 8 – 滑块销滑块 10 – 电磁阀

位置控制式电控分配泵系统

ECD型电控分配泵结构

1. 喷油量的控制

位置控制式电控分配泵电子调速器结构

喷油量的控制

喷油量的控制方式

2. 供油正时的控制

9 –

正时控制阀结构示意图

第一代位置控制式电控燃油喷射系统的控制特点 1. 保留了传统的喷油泵-高压油管-喷油器系统，只取消机械调速器，改用电子执行器来完成分配转子与滑套或柱塞和柱塞套之间的相对位置控制。

2. 增加反馈位置的传感器、转速传感器以及燃油温度传感器等，从而实现对油泵的精确控制。

3. 电子控制系统的优点在于，不同转速与负荷下的喷油量可以灵活标定，因此在发动机的整个稳态工况范围，发动机的工作特性可以按照性能最佳的方式来确定，且响应速度快。 第二代时间控制式电控燃油喷射系统 电控分配泵喷射系统 电控泵喷嘴系统

第二代时间控制式电控燃油喷射系统的控制特点

1. 喷油量控制

时间控制式电控燃油喷射系统

(1)时间控制式转子分配泵结构

(2)转子分配泵的供油量控制系统

控制ECU根据各种传感器信号计算出供油量后，向控制器发出指令和相关信息控制器则根据ECU的指令和相关信息，并参考燃油温度传感器信号对分配给各缸的供油量进行平衡（均匀性控制），并通过驱动器（放大电路）直接控制高速电磁溢流阀工作。

喷油量控制原理图

(3)高速电磁溢流阀结构

电磁溢流阀结构示意图 1 – 电枢 2 – 电磁线圈 3 – 辅助阀 4 – 主阀 电磁溢流阀工作原理

2. 喷油正时控制

喷油正时控制机构与位置控制式电控分配泵一样，即通过正时活塞的移动来改变端面凸轮与滚轮的相对位置来实现喷油提前角的控制的，而正时活塞的位置则由加在上面的液压大小所决定。ECU通过控制正时控制电磁阀线圈电流的通断来控制作用在正时活塞上的油压，从而实现对喷油提前角控制，但取消了定时活塞位置传感器，反馈信号来自于曲轴位置信号和喷油泵转角传感器的无齿段信号间的相位差。在油泵驱动轴上装有泵角脉冲发生器，泵角传感器向ECU输入燃油何时开始喷射的信号，曲轴位置传感器向ECU输入曲轴基准位置的参考信号。ECU根据这两个信号才能确定喷油提前角。 电控泵喷嘴系统

1. 电控泵喷嘴系统的组成

2. 泵喷嘴

Bosch公司电子控制泵喷嘴结构

泵喷嘴工作原理

1-凸轮 2-柱塞 3-回位弹簧 4-高压腔 5-电

磁阀针阀 6-电磁阀阀腔 7-进油通道 8-回油通道 9-线圈 10-低压腔 第二代时间控制式电控燃油喷射系统的控制特点

1. 产生高压的装置与机械式喷油系统、第一代位置控制式系统相同，都需要用凸轮轴来驱动柱塞，用压缩燃油来产生喷射需要的力。

2. 油量控制和调节装置与第一代位置控制式系统已经完全不同。第一代的位置电控中，油量调节装置是油量控制套筒，而第二代时间控制式的电控系统中，控制油量的执行器是电磁阀，直接由电磁阀的动作完成每个喷射过程。

3. 喷射过程更加直接和精确。喷射过程中，电磁阀关闭的时间决定喷油正时，电磁阀关闭的持续时间决定喷油量和喷射压力，电磁阀直接调整发动机的工况。

4. 由于仍需要凸轮型线的驱动来产生喷射所需的高压，其喷射压力严重依赖于凸轮型线的设计，使得喷油压力控制、喷油速率控制和喷油定时控制都没有得到充分发挥，从而也限制了发动机性能的进一步改善。 第三代共轨式电控燃油喷射系统

从功能方面分析，电控共轨系统可分为两部分：电控系统和燃油供给系统。

1. 电控系统 2. 燃油供给系统

燃油供给系统的组成

共轨式电控燃油喷射系统工作原理 1. 高压供油泵

高压供油泵结构示意图

1 – 出油阀 2 – 密封件 3 – 调压阀 4 – 球阀 5 – 安全阀 6 – 低压油路 7 – 驱动轴 8 – 偏心凸轮 泵油元件 10 – 柱塞腔 11 – 进油阀 12 – 柱塞单向阀 2. 调压阀（PCV）

调压阀结构

3. 共轨组件

9 – 柱塞

（1）限压阀 （压力限制阀）

（2）流量限制阀

（3）共轨压力传感器

4. 喷油器

共轨式喷器结构示意图a 喷油器关闭状态 b 喷油器喷射状态

高压共轨系统的特点

1. 可实现高压喷射，喷射压力比一般喷油泵高出一倍，最高已达200MPa。

2. 可改善发动机低速及低负荷性能。

3. 可优化燃烧过程，使发动机油耗、烟度、噪声及排放等性能指标得到明显改善，并有利于改进发动机转矩特性。

4. 可实现共轨压力的闭环控制。共轨上的压力传感器实时反馈共轨中的压力，通过控制PCV的电流来调整进入共轨的燃油量和轨道压力，形成独立的共轨压力闭环子系统。

5. 共轨沿发动机纵向布置，高压泵、共轨和喷油器各自的位置相互独立，便于在发动机安装和布置。

6. 从技术总体实现难度上看，共轨系统组成较复杂，机械、液力和电子、电磁阀耦合程度高，加工制造、控制匹配要求的水平高，与第二代时间控制式相比，具有性能好的同时，开发难度也加大。

柴油机电控燃油喷射系统实例

SDI柴油发动机电子控制轴向压缩式分配泵系统

1. 电子控制轴向压缩式分配泵系统的组成

SDI柴油发动机电子控制轴向压缩式分配泵系统

1 – 加速踏板位置传感器 2 – 制动灯开关 3 – 离合器开关 4 – 车速信号 5 – 转速信号 6 – 电子节气门 7 – 针阀升程传感器 8 – 冷却液温度传感器 9 – 进气温度传感器 10 – 燃油温度传感器 11 – 喷油泵 12 – EGR阀 13 – 故障指示灯

2. 电子控制单元

电控单元实物

2. 轴向压缩分配泵

SDI轴向分配泵零件图

1 – 燃油分配泵驱动轮固定螺栓 2 – 燃油分配泵驱动轮 3 – 轮毂螺母 4 – 进油管 5 – 密封环 6 – 燃油切断控制阀 7 – 连接管 8– 回油管 9 – 压紧螺母 10 – 高压油管 11 – 连接管 12、22 – 螺栓 13 – 喷油器 14 、18 – 紧固螺栓 15 – 支架 16 – 底座 17 – 隔热密封环 19 – 喷油正时控制阀 20 – O型环 21 – 滤网 23 – 轴套 24 – 分配泵支架 25 – 固定螺栓

3. 油量调节机构

4. 供油提前角自动调节机构

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