1、柴油機電控技術的發展一、柴油機電控技術概述柴油機電控技術的發展 柴油機電控技術是在解決能源危機和排放污染兩大難題的背景下，在飛速發展的電子控制技術平臺上發展起來的。汽油機電控技術的發展為柴油機電控技術的發展提供了寶貴經驗。 柴油機電控系統的開發研究從20世紀70年代開始，經歷了三代： 位置控制時間壓力控制（壓力控制）柴油機電控技術的發展：第一代（位置控制方式） 保留了傳統柴油機供給系統的基本組成和結構，只是取消了機械控制部件（調速器等），增加了傳感器、ECU、執行器等組成的控制系統，使控制精度和響應速度得以提高。 優點：優點：柴油機的結構幾乎不需改動，便于對現有柴油機進行升級換代。 缺點：缺點

2、：響應慢，控制精度不高，供油壓力不能控制。 在直列柱塞泵上實施位置控制的有：日本電裝公司的ECD-P1、ECD-P2、ECD-P3系統；德國波許公司的EDR系統；美國的PEEC系統等。 在分配泵上實施位置控制的有：日本電裝公司的ECD-V1系統；德國波許的EDC系統；美國的PCF系統等。柴油機電控技術的發展：第二代（時間控制方式） 基本保留了傳統燃油供給系統的組成和結構，通過高速電磁閥直接控制高壓燃油的適時噴射。一般情況下，電磁閥關閉，執行噴油；電磁閥打開，噴油結束。因此可實現供油量控制，又可實現供油正時的控制。 優點：優點：控制自由度更大，供油加壓與供油調節在結構上相互獨立，使噴油泵結構得以

3、簡化，強度得到提高。高壓噴油能力大大加強。 缺點：缺點：供油壓力無法控制。 在分配泵上實施時間控制的有：日本電裝公司的ECD-V3系統；美國Stanadyne公司的DS型和RS型（DS型已用于GM公司1994年的增壓柴油機上，RS型已用于GM公司的客貨兩用車和越野車）；日本豐田公司的ECD-2系統，等等。 電控泵噴嘴系統有：德國波許公司的PDE27/PDE28系統，等等。柴油機電控技術的發展：第三代（時間-壓力方式） 這是國外于20世紀90年代中期研制的一種新型柴油機電控技術。 基本改變了傳統燃油供給系統的組成和結構，主要以電控共軌（各缸噴油器共用一個高壓油管）式噴油系統為特征，直接對噴油器的

4、噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油規律、噴油壓力等進行時間-壓力控制。 油壓油泵并部直接控制噴油，而僅僅向共軌供油以維持所需的共軌壓力，并通過連續調節共軌壓力來控制噴射壓力。 優點：優點：可實現高壓噴射（最高達200Mpa），噴射壓力獨立于發動機轉速，可實現理想噴油規律，具有良好的噴射特性。 共軌噴射系統是柴油機燃油系統的一個發展方向。目前在卡車和轎車柴油機上得到廣泛應用，發展速度十分驚人。 國外典型共軌噴射系統：日本電裝公司的ECD-U2系統；美國BKM公司的servojet系統；美國Caterpiller公司的HEUI系統，等等。柴油機電控燃油噴射系統的優點 改善低溫起動性改善低溫起動性 電

5、子控制系統能夠以最佳的程序替代駕駛員進行這種麻煩的起動操作，使柴油機低溫起動更容易。 降低氮氧化物和煙度的排放降低氮氧化物和煙度的排放 采用柴油機電控技術，可精確地將噴油量控制在不超過冒煙界限的適當范圍內，同時根據發動機工況調節噴油時刻，從而有效地抑制排煙。 提高發動機運轉穩定性提高發動機運轉穩定性 采用柴油機電控系統，無論負荷怎樣增減，都能保證發動機怠速工況下以最低的轉速穩定運轉，有利于提高其經濟性。柴油機電控燃油噴射系統的優點 提高發動機的動力性和經濟性提高發動機的動力性和經濟性 柴油機電控系統中，ECU根據傳感器信號精確計算噴油量和噴油正時。從而提高發動機的動力性和經濟性。 控制渦輪增壓

6、控制渦輪增壓 采用電子控制技術可以對增壓裝置進行精確的控制。 適應性廣適應性廣 只要改變ECU的控制程序和數據，一種噴油泵就能廣泛用在各種柴油機上，而且柴油機燃油噴射控制可與變速器控制、怠速控制等各種控制系統進行組合實現集中控制，有利于縮短柴油機電控系統開發周期，并降低成本，從而擴大柴油機電控系統的應用范圍。二、柴油機電控系統的功能與組成柴油機電控系統的功能 燃油噴射控制燃油噴射控制 主要包括：供（噴）油量控制、供（噴）油正時控制、供（噴）油速率控制和噴油壓力控制等。 怠速控制怠速控制 主要包括怠速轉速控制和怠速時各缸均勻性的控制。 進氣控制進氣控制 主要包括進氣節流控制、可變進氣渦流控制和可

7、變配氣正時控制。 增壓控制增壓控制根據柴油機轉速信號、負荷信號、增壓壓力信號等，通過各種措施，實現對廢氣渦增壓器工作狀態和增壓壓力的控制。柴油機電控系統的功能 排放控制排放控制 主要是廢氣再循環（EGR）控制。 起動控制起動控制 主要包括供（噴）油量控制、供（噴）油正時控制和預熱裝置控制。 巡航控制巡航控制 ECU根據車速信號等自動維持汽車以一定車速行駛。 故障自診斷故障自診斷 包含故障自診斷和失效保護兩個子系統。 柴油機與自動變速器的綜合控制柴油機與自動變速器的綜合控制柴油機電控系統的組成 柴油機電控燃油噴射系統除了控制噴油量外，對噴油正時和噴油的壓力都有很高的要求（柴油機電控燃油噴射系統的

8、噴油壓力較高約） 。 由傳感器、傳感器、ECU、執行元件、執行元件三部分組成。傳感器傳感器 加速踏板位置傳感器、反饋信號傳感器、燃油溫度傳感器等和信號開關柴油機控制柴油機控制ECU 根據各傳感器輸入信號和內存程序，計算出供（噴）油量和供（噴）油開始時刻，并向執行元件發出執行令信號。執行元件執行元件 執行ECU的指令，調節柴油機的供（噴）油量和供（噴）油正時。三、柴油機供（噴）油量控制本節內容：位置控制方式時間控制方式時間壓力控制方式壓力控制方式位置控制方式 位置控制系統位置控制系統不僅保留了傳統的泵管嘴系統，還保留了原噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的機械傳動機構，只是對齒條或者滑

9、套的運動位置予以電子控制。 供（噴）油量控制特點：供（噴）油量控制特點：用電子調速器取代傳統機械離心式調速器。 用發動機轉速傳感器和加速踏板位置傳感器代替原有的轉速和負荷傳感機構（如離心飛塊、真空室等）； 用ECU控制的電子執行元件來代替機械離心式調速執行機構和加速踏板傳動機構。直列式柱塞泵位置控制方式 執行元件：執行元件：占空比控制型電磁閥 反饋元件：反饋元件：齒條位置傳感器 ECU控制電磁閥線圈的占空比鐵芯產生電磁力鐵芯推動供油齒條移動至與回位彈簧平衡改變供油量改變供油量通過齒條位置傳感器的反饋信號，得到齒條的實際位置，以此進行反饋控制。各種傳感器ECU電子調速器占空比電磁閥轉速傳感器齒條

10、位置傳感器反饋控制電磁閥回位彈簧轉速傳感器供油拉桿電子調速器通過滑套位置傳感器的反饋信號，得到滑套的實際位置，以此進行反饋控制轉子分配泵位置控制方式 ECU控制電磁閥線圈的占空比線圈的輸入電流變化轉子軸轉動的電磁力矩變化偏心鋼球繞轉子軸中心線左右轉動滑套左右移動改變柱塞的回油時間改變供油量改變供油量偏心鋼球柱塞線圈滑套位置傳感器定子轉子軸偏心鋼球滑套定子偏心鋼球轉子軸時間控制方式發動機轉速傳感器溢流控制閥（高速電磁閥）著火正時傳感器正時控制電磁閥噴油器 在回油通道中安裝一個由ECU控制的高速強力電磁閥來取代滑套控制回油通道的開閉。 一般情況下，電磁閥關閉開始噴油；電磁閥打開噴油結束。 噴油始點

11、噴油始點取決于電磁閥關閉時刻，噴油量噴油量取決于電磁閥關閉的持續時間。 可取消油量控制滑套，還可取消泵油柱塞上的回油槽。時間壓力控制方式 第三代柴油機電控系統中最典型的是電控共軌式燃油噴射系統。在電控共軌式燃油噴射系統中，各缸噴油器共用一個高壓油軌（即高壓油管）。對噴油量的控制采用時間壓力控制或壓力控制，用的最多的是時間壓力控制方式。共軌（Common-rail）噴油器燃油壓力傳感器高壓供油泵高速電磁閥時間壓力控制方式ECU加速踏板位置傳感器發動機轉速傳感器凸輪軸位置傳感器高壓供油泵油泵壓力控制閥燃油壓力傳感器共軌管三通電磁閥單向節流閥控制室液壓活塞噴嘴針閥噴油器壓力控制方式 在后期開發的柴油

12、機電控共軌式燃油噴射系統中，為降低對供油壓力的要求，噴油量的控制采用控制噴油壓力的方法實現，即噴油量的“壓力控制”方式。 噴油器噴孔尺寸一定，噴油時間一定，控制噴油壓力即可控制噴油量；而在增壓活塞和柱塞尺寸一定時，噴油壓力（即增壓壓力）取決于共軌中的油壓，共軌中的油壓是由ECU根據各種傳感器信號通過燃油壓力調節閥來控制的，所以將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。在系統中，ECU根據實際的共軌壓力信號對共軌壓力進行閉環控制。 共軌式電控噴射系統改變了傳統的柱塞泵脈動供油的原理，通過油錘響應、液力增壓、共軌蓄壓或者高壓共軌等形式形成高壓。采用壓力時間式燃油計量原理，用電磁閥控制噴射過程，可以

13、實現對噴射油量和噴射定時的靈活控制。四、柴油機供（噴）油正時控制直列柱塞泵供油正時電控系統組成：組成：正時控制器、電磁閥、柴油機轉速傳感器、正時傳感器和ECU等。正時傳感器供油齒條位置傳感器正時控制器轉子分配泵供油正時電控系統 在原供油提前角自動調節器活塞兩側油腔之間增加一條液壓通道，并由ECU通過電磁閥控制該液壓通道來實現。 ECU控制電磁閥的占空比正時活塞兩端的壓力差變化正時活塞左右移動由滑銷帶動滾輪架轉動改變供油正時改變供油正時 通過正時傳感器的信號，得到實際的供油正時，以進行反饋控制。正時活塞 彈簧滾輪滑銷壓力腔正時傳感器供油提前角電磁閥ECU輸油泵吸油口供油提前角電磁閥FLASH動畫

14、 日本電裝公司ECD-V1系統 日本電裝公司ECD-V3系統 日本五十鈴公司I-TEC系統 直列柱塞泵電控系統 美國Caterpillar公司HEUI系統 日本電裝公司ECD-U系統五、柴油機電控燃油噴射系統實例日本電裝公司ECDV1系統 日本豐田公司柴油轎車最早裝的就是日本電裝公司開發的ECDV1系統。 該系統是在轉子分配式噴油泵的基礎上，加裝電子控制裝置而形成的。 主要傳感器主要傳感器包括：發動機轉速傳感器、加速踏板位置傳感器、滑套位置傳感器、正時活塞位置傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、車速傳感器、空檔開關、起動開關、空調開關等。 控制功能控制功能包括：燃油噴射控

15、制、進氣節流控制、預熱塞控制、自診斷和安全保護功能等。 ECU正時控制電磁閥TCV正時活塞位置傳感器滑套控制電磁閥滑套位置傳感器斷油電磁閥轉速傳感器日本電裝公司ECD-V1系統圖日本電裝公司ECDV3系統 日本電裝公司開發的ECDV3系統也是在轉子分配式噴油泵基礎上，增加電子控制裝置形成的柴油機電控燃油噴射系統。 與ECDV1系統相比，主要是噴油量控制方法不同，ECDV3系統是通過控制噴油時間來實現對噴油量控制的，即ECU在確定噴油器的噴油開始時刻后，再通過溢流控制電磁閥來控制柱塞泵回油的時刻（即停止噴油的時刻），以此來控制噴油量。 為控制噴油時間，在轉子分配式噴油泵內增設了泵角傳感器。泵角傳

16、感器采用電磁感應式，向ECU提供噴油泵凸輪軸位置和轉角信號。 ECDV3系統裝用光電式著火正時傳感器，對噴油正時實施反饋控制。發動機轉速傳感器安裝在曲軸上。正時控制電磁閥TCV溢流控制電磁閥SPV著火正時傳感器泵角傳感器日本電裝公司ECD-V3系統圖發動機轉速傳感器水溫傳感器加速踏板位置傳感器著火正時傳感器泵角位置傳感器燃油溫度傳感器燃油壓力傳感器 等ECUA/C開關點火開關加速踏板開關鼓風機開關 等自診斷失效保護EDUSPVTCV其它控制： 進氣節流 EGR 預熱塞 控制 等傳感器執行器控制單元噴油量噴油正時EDU=Electronic Driver Unit 電子驅動單元SPV=Spill

17、 Control Valve 溢流控制閥 TCV=Timing Control Valve 正時控制閥石英晶體棒光敏晶體管線束連接器光電式著火正時傳感器著火正時傳感器 著火正時傳感器著火正時傳感器用以檢測氣缸內混合氣燃燒的實際開始時刻，以此信號對供油正時進行反饋控制。 混合氣燃燒石英晶體棒檢測到光的變化光敏晶體管將光信號變成電壓信號信號輸出到ECU。噴射開始溢流控制閥開啟主溢流閥開啟溢流控制閥開啟指令信號主溢流閥溢流控制電磁閥高壓室控制閥線圈電磁溢流控制閥工作原理泵角脈沖發生器（泵角檢測齒輪）缺齒齒溢流控制閥高壓室泵角檢測齒輪ECU泵角傳感器柱塞行程對應的噴油量泵角信號溢流控制閥控制信號溢流角

18、缺齒部噴油量控制原理日本五十鈴公司ITEC系統 五十鈴公司LTEC（全電子控制式）是在轉子分配式噴油泵基礎上，增加電子控制裝置形成的全電子控制式柴油機電控燃油噴射系統。 系統的主要特點系統的主要特點：具有巡航控制功能，設有燃油溫度傳感器，不對噴油正時進行反饋控制。此外，加速踏板位置傳感器采用差動電感式；進氣節流（節氣門）不受ECU控制。 直列柱塞泵電控系統 裝用直流電動機式電子調速器的直列柱塞泵電控系統，用電子調速器取代原有的機械調速器，以實現對噴油量的控制； 用正時控制器取代原有的機構離心式供油提前角自動調節器，來對噴油正時進行控制； 設有油量調節拉桿（或齒條）位置傳感器和正時傳感器，對噴油

19、量和噴油正時的控制均采用閉環控制方式。 電磁閥回位彈簧轉速傳感器供油拉桿美國Caterpillar公司HEUI系統 HEUIHydraulic Electronic Unit Injector 該系統具有共軌式共軌式柴油機電控燃油噴射系統的基本組成和結構，屬第三代電控共軌式燃油噴射系統。 系統控制功能控制功能包括：燃油噴射控制、進氣控制、起動控制、故障自診斷、失效保護和應急備用，同時還具有與其他控制系統進行數據傳輸的功能。 噴油量控制采用了壓力控制壓力控制方式，通過由傳感器、ECU和執行元件等組成的控制系統，對循環噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力進行控制。高壓機油泵高壓機油共軌HEUI噴油

20、器燃油濾清器輸油泵燃油箱燃油回油管ECURPCV壓力控制閥機油泵機油箱機油冷卻器機油濾清器油壓300kPa油壓200kPa油壓423MPa噴射壓力可達150MPa低壓燃油共軌美國Caterpillar公司HEUI共軌式液壓噴油系統HEUI系統的特點 中壓共軌電控液壓式噴射系統； 系統共軌中采用燃油和柴油機潤滑油兩條共軌兩條共軌，因此系統中有潤滑油和燃油兩套油路兩套油路； 采用機油共軌油道驅動燃油增壓活塞，對燃油增壓，實現高壓噴油； 利用高速開關電磁閥控制共軌油道中機油進出增壓活塞，實現燃油壓力的上升與下降，從而實現噴油的定時控制； 通過采用預噴射量孔控制初期噴油率實現預噴； 噴油壓力與柴油機轉速和負荷無關。日本電裝公司ECDU2系統 系統主要用于載重汽車裝用的柴油機上，日本日野汽車公司、三菱汽車公司和日產