柴油机燃油喷射技术及其发展讲解Word文件下载.docx
- 文档编号:22363496
- 上传时间:2023-02-03
- 格式:DOCX
- 页数:43
- 大小:937.89KB
柴油机燃油喷射技术及其发展讲解Word文件下载.docx
《柴油机燃油喷射技术及其发展讲解Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《柴油机燃油喷射技术及其发展讲解Word文件下载.docx(43页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
杨亚军学号:
1438236
专业:
指导单位或教研室:
汽车电子教研室
指导教师:
田平职称:
讲师
2017年6月10日
毕业设计(论文)进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师签字
2016.09.10至2016.10.27
确定毕业设计(论文)题目
完成
2016.10.28至2016.12.04
查找和搜集与论文相关的资料
2016.12.05至2017.02.22
阅读相关资料及文献并开始着手撰写
2017.02.23至2017.04.10
基本完成毕业论文等要求并让老师给予指导
2017.04.11至2017.05.14
及时的修改指导老师所指出的问题
2017.05.15至2017.05.18
毕业设计(论文)完成并交与老师
2017.06.10
完成论文答辩环节
教师对进度计划实施情况总评
签名:
年月日
摘要
21世纪是绿色柴油机的时代,传统的燃油系统已经不能适应柴油机技术发展的需要,机械技术与电子技术的结合使得汽车技术发生了一系列深刻的变化。
柴油机电控系统,是必然之选。
到目前为止,世界上许多发达国家已经研究并生产了很多功能各异的柴油机电控系统。
柴油机电子控制的内容已由当初的燃油喷射系统单一控制,逐步发展到了各个系统控制,如可变气门驱动系统、可变进气涡轮控制系统以及废气再循环等。
21世纪柴油机电子控制系统将进入发展的鼎盛时期。
目前我国生产的宝来、奥迪轿车以及长城哈弗、华泰圣达菲等一些SUV都已采用了柴油机电控技术,其中很多技术处于世界先进水平,如高压共轨喷射技术、泵喷嘴技术等。
本篇突出了柴油机电控部分的构原理和目前先进的柴油机电控技术。
关键词:
绿色、环保、鼎盛
目录
第1章概述1
1.1电控柴油机发展情况1
1.2电控柴油共轨系统的主要特点1
1.2.1.改善柴油机的经济性1
1.2.2.提高柴油机燃油经济性的措施1
1.2.3提高控制精度4
1.3控制策略灵活5
3.1柴油机电控系统的功能5
3.2工作原理折叠优点5
3.3折叠位置控制式系统6
3.4系统技术特征与系统特点6
3.5折叠时间控制式系统6
3.6折叠共轨系统6
3.7系统技术特征7
1.4柴油机电控燃油喷射系统的类型8
1.4.1.位置控制式系统8
1.4.2.时间控制式系统9
1.4.3.共轨系统9
第2章电控柴油机喷油系统10
2.1柴油机电控喷油系统的组成10
2.2电控燃油共轨系统的组成10
2.2.1.电控共轨系统组成10
2.2.2电控系统10
2.2.3燃料供给系统11
2.3喷油器12
2.3.1博世公司电控喷油器12
2.3.2电装公司的喷油器14
2.3.3电控喷油器的工作原理21
2.3.4压电晶体式喷油器23
2.4油泵23
2.4.1低压油泵23
2.4.2高压油泵24
第3章柴油机电控系统中的传感器24
3.1曲轴位置传感器(CKPS:
CrankshaftPointSensor)25
3.2凸轮轴位置传感器(CMPS:
CamshaftPointSensor)25
3.3共轨压力传感器(CRPS:
CommonRailPressureSensor)26
3.4水温温度传感器(CTS:
CoolantTemperatureSensor)26
3.5加速踏板位置传感器(APPS:
AcceleratePointSensor)27
3.6空气流量计(MAF:
MassAirFlowSensor)27
3.7大气压力传感器(APS:
AirPressureSensor)27
3.8燃油含水率传感器27
3.9EGR位置传感器28
第4章柴油机其他电控系统28
4.1废气在循环系统(EGR)28
4.2可变截面增压器(VGT)29
4.2.1、高压油泵31
4.2.2、高压油轨(共轨管)32
结论34
致谢35
参考文献36
第1章概述
1.1电控柴油机发展情况
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,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电控柴油共轨系统的主要特点
1.2.1.改善柴油机的经济性
由于柴油机具有优异的节油特性,行驶成本远远低于汽油轿车。
在原油价格不断上涨的情况下,它的经济性无论是对社会还是个人,都显示出巨大的价值。
1.2.2.提高柴油机燃油经济性的措施
①选用结构合理的燃烧
提高柴油机燃料使用经济性首要的技术措施是,选用燃烧室结构合理的柴油机。
分割形(预室式及涡流室式)燃烧室的柴油机,其燃料消耗巫一般为230~290g/(kW•h)。
而统一形(ω形、球形、U形、四角形等)燃烧室,因其燃烧室集中在一个空间里,面容比小,散热面积小,热量损失少,热效率高,其燃料消耗率一般为210~270g/(kW•h)。
两者相差20g/(kW•h)。
因此,运输机械及工程机械一般优选统一形燃烧室柴油机。
在此基础上,根据使用条件,选择性能符合要求、质量一乘的柴油机。
近年来,国内外已研制出陶瓷发动机,利用耐高温高强度的工上陶瓷烧结在气缸盖燃烧室的表面上,减少散热损失,提高热效率(达45%),降低燃料消耗率,明显地提高了燃料使用经济性。
②.控制转速
由柴油机速度特性可知,柴油机的工作转速偏高和偏低时,其燃料消耗率均增入,因此应该使柴油机在略高于中等转速下运转。
这样不仅使柴油机具有良好的燃料使用经济性,而且也兼顾了柴油机的动力性及机械效率。
这就要求驾驶员根据路况及机械运行情况,及时换挡并掌握油门,控制柴油机以合适的转速运转。
③.在一定范围的负荷下运转
根据柴油机负荷特性,使柴油机在中等偏大的负荷下运转,柴油机动力性、燃料使用经济性好,而机械损失也不大。
驾驶员应根据机械的承载及运行条件,通过合适挡位的选择和油门开度的控制,使柴油机在一定的负荷范围内运转。
④.合适的供油提前角
由供油提前角调整试验得知,在最佳供油提前角下,柴油机能达到最大功率、最低燃料消耗率。
在转速、负荷变化的情况下,也应该使柴油机始终具有最佳供油提前角。
因此,对转速变化比较敏感的直接喷射式燃烧室柴油机,特别是球形燃烧室柴油机应设置供油提前角自动调节器。
利用同侧双斜槽柱塞的喷油泵及负荷调节机构,使柴油机随负荷变化而自动调节供油提前角。
⑤.提高作功气体的膨胀程度
在柴油机上采取长行程或增压等技术措施,提高作功冲程中的气体膨胀程度,不仅改善柴油机的动力性、燃料使用经济性,还可以使压缩比适当减小、柴油机工作平稳。
例如,柴油机采取废气涡轮增压技术措施后,可以使燃料消耗率降低3%~10%。
⑥.保持正常工作温度
保持柴油机正常工作温度(冷却水温80~95℃),可保证柴油机可燃混合气的质量和正常燃烧;
保证零件间的正常间隙,稳定润滑油的黏度,减少机械损失。
因此,只有保持正常工作温度,柴油机才能具有良好的动力性和燃料使用经济性,并延长其使用寿命。
否则,柴油机的各种性能均要下降,例如,柴油机工作温度为75℃时,其燃油消耗率将增加3.6%,45℃时将增加10%左右。
⑦.保证气缸密封性
良好的气缸密封性,可保证柴油机在压缩冲程终了气缸内气体的压力和温度,进而可提高可燃混合气燃烧的最高温度,即提高柴油机动力性及燃料使用经济性。
⑧.减少机械损失
(1)加大柴油机的气缸直径或增加气缸数,即增加柴油机排量,使柴油机功率显著提高。
但其附属装置,如冷却风扇及水泵、机油泵、喷油泵等消耗功率增加得较少,因此柴油机的机械损失相对减少、机械效率提高。
(2)选用钻度合适的润滑油。
应根据柴油机的具体使用条件(如冬季和夏季)选择合适牌号的润滑油。
(3)控制最高燃烧压力。
在不影响柴油机循环热效率的前提下,适当降低最高燃烧压力,以减少零件间的相互作用及摩擦力。
为此,必须在燃烧室结构及压缩比,喷油规律和燃烧规律,可燃烧混合气的形成和燃烧过程等方面予以配合。
(4)减少运动副的摩擦。
通过减少活塞环数目、采用活塞销座偏置等结构以及柴油机正式投入生产性运转前充分磨合等技术措施,以减少相对运动件的摩擦损l失,提高其机械效率。
(5)减少运动零件的质量及惯性力。
像活塞这类高速运动、加速度大的零件,一采用轻金属铝合金制造,并在其不直接承受侧压力的裙部切除一部分,以减少其质量和惯性力。
活塞销所以采用管状及轴向变截面结构,其目的之一也在于此。
(6)提高大尺寸零件的刚度。
提高曲轴、凸轮轴、气缸体等大尺寸零件的刚度,减少其变形程度;
适当提高其加工及装配精度;
保证热处理质量等,不仅可减少磨损、延长使用寿命,还可减少机械损失。
(7)改进进排气系统。
改进柴油机的进排气系统,减少排气损失,提高充气效率。
这样既可减少机械损失,又可通过平均指示压力的提高,使柴油机的机械效率提高。
(8)采用风扇离合器。
风扇约消耗5-10%的柴油机功率,但是,在大多数时间内机械传动的风扇会造成柴油机过分冷却。
在风扇的传动系统中设置离合器,不仅能自动调节冷却强度,提高冷却系统对柴油机转速、负荷变化的适应性,保持柴油机正常工作温度,而且能显著地减少柴油机的机械损失。
(9)采用增压技术措施。
柴油机采用废气涡轮增压技术措施,不仅充分利用废气能量以增加循环充气量和供油量,使柴油机升功率(动力性)增大,而且使可燃混合气成分变稀,燃油充分燃烧,降低燃油消耗率,改善燃油使用经济性。
与此同时,可以缩短着火落后期,适当降低压缩比,进而控制燃烧最高压力不致过大,使柴油机的机械损失减少、机械效率提高。
⑨.采取预热措施
柴油的喷射雾化质量与其黏度有关。
柴油黏度增大时其喷射雾化的均匀度、细微度降低,进而影响可燃混合气的质量及燃烧。
冬季及寒冷地区,柴油黏度会明显增大,因此应采用排气管式预热装置、循环水式预热装置、冷却水预热器及JDV型电加热器等技术措施,适当提高柴油温度,提高其喷射雾化质量及可燃混合气质量,改善燃烧过程,提高柴油机的燃料使用经济性。
⑩.采用电控喷油技术
降低柴油机燃油消耗率和减少废气中有害气体排放量,必须改进柴油机可燃混合气形成与燃烧过程。
为此,柴油机由机械操纵向电子技术控制方向发展过程中,经历了模拟电路控制喷油、计算机控制喷油、喷油定时的电子技术控制、综合电子技术控制系统和电控共轨式燃油系统等6个阶段。
前5个可视为过渡阶段,最终发展为现阶段的技术最先进、适用范围最厂泛的电控共轨系统。
采用电控共轨系统的柴油机,在理论分析的指导下,针对柴油机实际运转条件,可以自由控制喷油压力、自由控制每循环的喷油量、自由控制喷油时间、自由控制喷油率和多次喷射(预喷射、主喷射和后喷射),不仅达到了节省燃料、减少废气有害成分排放的目的,并且全面提高了柴油机的技术性能。
1.2.3提高控制精度
控制系统的控制精度越高,被控对象的功能指标就越容易接近最优值。
计算机控制的精度主要体现在三个方面:
输入信号的高保真、信号均以数字形式传输,只要计算机的位数够高,就能保证足够的精度、高分辨率的输出信号。
电控柴油机燃油喷射的控制精度高能够有效地抑制和减少尾气排放物中的有害成分根据燃油高压形成的机理可把柴油机电控共轨喷油系统分为两大类型.BCECDU2高压
1.3控制策略灵活
电控柴油机控制策略主要是指柴油机的喷射技术,现在主流的技术是:
电控泵喷嘴技术和高压共轨技术。
高压共轨(CommonRail)电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系统中,将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。
它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管(Rail),通过公共供油管内的油压实现精确控制,使高压油管压力(Pressure)大小与发动机的转速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度.
共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中,将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式,由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管,通过对公共供油管内的油压实现精确控制,使高压油管压力大小与发动机的转速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化,因此也就减少了传统柴油机的缺陷。
ECU控制喷油器的喷油量,喷油量大小取决于燃油轨(公共供油管)压力和电磁阀开启时间的长短。
3.1柴油机电控系统的功能
柴油机电控系统以柴油机转速和负荷作为反映柴油机实际工况的基本信号,参照由试验得出的柴油机各工况相对应的喷油量和喷油定时MAP来确定基本的喷油量和喷油定时,然后根据各种因素(如水温、油温、、大气压力等)对其进行各种补偿,从而得到最佳的喷油量和喷油正时,然后通过执行器进行控制输出。
3.2工作原理折叠优点
a.提供更大的控制自由度
电控燃油喷射系统可按照运行工况的不同,对喷油参数(如喷油量、喷油定时、喷油压力、喷油速率等)进行最优的综合控制。
并可考虑各种因素对柴油机性能的影响。
b.控制功能齐全
c.控制精度高,动态响应快
d.可以提高发动机动力性、经济性及排放性能
e.提供故障诊断功能,使可靠性得以提高
折叠难点a.系统执行器要求高
b.控制策略需要仔细研究
c.系统优化标定工作难度高、工作量大系统的类型折叠
3.3折叠位置控制式系统
保留传统喷射系统的基本结构,只是将原有的机械控制机构用电控元件取代,在原机械控制循环喷油量和喷油定时的基础上,改进更新机构功能,使用直线比例式和旋转式电磁执行机构控制油量调节齿杆(或拉杆)位移和提前器运动装置的位移,实现循环喷油量和喷油定时的控制,使控制精度和响应速度较机械式控制方式得以提高。
3.4系统技术特征与系统特点
(1)数字控制器通过执行机构的连续式位置伺服控制,对喷射过程实现间接调节,故相对其它电控燃油喷射系统,执行响应较慢、控制频率较低和控制精度不太稳定。
(2)不能改变传统喷射系统固有的喷射特性,电控可变预行程直列泵虽能对喷油速率起到一定的调节作用,但却使直列泵机构复杂性加大。
(3)柴油机的结构几乎无须改动即可改造成位
置控制式喷射系统,故生产继承性好,便于对现有机器进行升级改造。
(4)由于燃油泵输送和计量机构基本不变,
喷油系统参数受柴油机转速影响大,很难实现喷油规律控制,凸轮机构、柱塞套的应力和变形限制了喷油压力的进一步提高。
3.5折叠时间控制式系统
时间控制系统有许多比纯机械式或第一代系统优越的地方,但其燃油喷射压力仍然与发动机转速有关,喷射后残余压力不恒定。
另外电磁阀的响应直接影响喷射特性,特别是在转速较高或瞬态转速变化很大的情况下尤为严重,而且电磁阀必须承受高压,因此对电磁阀提出了很高的要求。
3.6折叠共轨系统
共轨控制式电控燃油喷射系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理。
共轨式电控喷射系统具有公共控制油道(共轨管),高压油泵只是向公共油道供油以保持所需的共轨压力,通过连续调节共轨压力来控制喷射压力,采用压力时间式燃油计量原理,用电磁阀控制喷射过程。
该系统根据柴油机运行工况的不同,不仅可以适时地控制喷油量与喷油定时,使其达到与工况相适应的最优数值,而且还使得喷油压力和喷油速率的控制成为可能。
且系统的控制自由度及精度得到了大幅度提高。
3.7系统技术特征
(1)不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理,采用高压油泵+共轨油管。
(2)采用压力时间式燃油计量原理,用电磁阀控制喷射过程。
(3)可以柔性控制喷油压力、喷油量、和喷油定时,喷油速率的控制也成为可能。
折叠系统控制策略,折叠喷油量控制策略供油量主要由油门踏板行程和柴油机转速来确定,除此之外,还要根据环境条件和柴油机工作条件进行修正。
1)全负荷油量控制
2)部分负荷油量控制
3)油量修正(冷却水温、进气压力等)
4)断油控制
5)其他控制(怠速控制等)
根据传感器的信号,通过查取喷油定时MAP获得基准喷油定时,然后进行冷却水温等的修正、最后计算出所需的喷油定时,输出到驱动电路电磁阀根据控制器发出的控制信号,控制燃油的喷射。
为了实现柴油机的最佳燃烧,应根据运行状态和环境条件等因素来控制最佳的喷射时刻。
折叠喷油压力控制策略
共轨压力控制主要是通过调节供油泵供油时刻,来使轨中的压力达到设定值并稳定。
控制策略采用PID算法,根据工况得到的目标轨压和共轨压力传感器反馈回的实际压力比较计算出最终的供油时刻。
最佳喷油压力(目标喷油压力)是柴油机转速和扭矩的二元函数,并应进行进气压力、进气温度和冷却水温度补偿。
喷油率是柴油机燃烧过程控制的重要参数之一。
为了同时改善柴油机的动力性和经济性,降低污染物和噪声排放,理想的喷油率曲线形状是与理想的燃烧过程相适应的,据此喷油可以形成最佳的混合气,实现理想的燃烧过程。
系统故障诊断
故障诊断是柴油机电控单元的一个重要组成部分,是柴油机电控系统投入产品化的可靠性与安全性的重要保障。
目前各种柴油机电控喷油系统均具有故障诊断系统。
故障诊断通常由控制软件完成,一般在仪表板上设故障指示灯,并可以输出故障代码。
电控喷油系统一般在故障诊断的同时提供支撑功能。
故障诊断监测柴油机运行状况,采集其运行参数以确定柴油机电控系统是否发生故障,如果发生故障,则利用故障处理策略使发动机能继续运行下去。
如果没有故障自诊断,电控系统一旦发生故障而又无法诊断出故障并加以相应的处理,则此时柴油机的运行必偏离正常运行状况,造成排放恶化,经济性、动力性下降,甚至根本不能运行。
(1)实时检测输入信号,包括传感器信号、操作人员控制开关信号等,根据工作状态判断信号是否有效。
(2)实时检测输出信号及执行器的工作状态。
(3)记录故障信号的故障代码,以及故障发生前后信号随时间变化的特征采样值。
(4)使控制软件在故障发生时执行安全保护模式下的控制子程序。
(5)接收故障诊断仪与维修人员的通讯控制,能够向故障诊断仪发送故障信号及系统信息,并能在故障指示灯上显示故障代码。
当ECU中微处理器出现故障时,接通备用集成电路,用固定信号控制发动机进入强制运转。
注意:
备用系统只能维持基本功能,而不能保证正常的运行性能。
1.4柴油机电控燃油喷射系统的类型
1.4.1.位置控制式系统
系统技术特征与系统特点:
(3)柴油机的结构几乎无须改动即可改造成位置控制式喷射系统,故生产继承性好,便于对现有机器进行升级改造。
(4)由于燃油泵输送和计量机构基本不变,喷油系统参数受柴油机转速影响大,很难实现喷油规律控制,凸轮机构、柱塞套的应力和变形限制了喷油压力的进一步提高。
1.4.2.时间控制式系统
时间控制系统有许多比纯机械式或第一代系统优越的地方,但其燃油喷射压力仍然与发动机转速关,喷射后残余压力不恒定。
1.4.3.共轨系统
系统技术特征
(1)不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理,高压油泵+共轨油管。
对于不同的柴油机,其控制策略往往不同,当需要改进或与其他机型匹配时,传统的办法是改变机械控制系统,周期长成本高。
计算机控制系统需要改变的仅仅是EPROM中的软件程序。
有些情况下,甚至不需要变更便能用于不同的柴油机。
整个系统有传感器、电控单元和执行器三大部分组成。
最明显的特点是柴油电控喷射系统的多样化,具有高压、高频、脉动等特点喷射压力高达60-150MPa,甚至200MPa。
第2章电控柴油机喷油系统
2.1柴油机电控喷油系统的组成
柴油机电控系统由传感器、执行器和电控单元组成。
传感器检测出发动机或喷油泵的运行状态,ECU根据个传感器信息,控制发动机的最佳喷油量、最佳喷油时间,执行器根据计算机的指令,准确的控制喷油量和喷油时间。
2.2电控燃油共轨系统的组成
2.2.1.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。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 柴油机 燃油 喷射 技术 及其 发展 讲解