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柴油机电控系统
2023-12-20 20:03:00 传统动力电控解决方案产品

  年代,柴油机电控技术已受到许多技术发达国家的重视,并着手开发柴油机电子控制技术。进入年代后,柴油机电子控制技术有了较快的发展,许多功能各异的柴油机电子控制装置和系统相继开发研制和生产投放市场。%,在逐步扩大应用的同时,很多新技术不断得到了发展,如直列泵和分配泵的可变预行程

  在柴油机的研制和生产的全部过程中,改善动力性、经济性,降低排放和噪声是主要目标。这些性能的改善在很大程度上取决于柴油机的燃油系统的结构和工作特点。传统的机械控制式喷油泵对喷油量及喷油时刻(正时)的调节是通过离心重块在转速变化时所引起的离心力的变化,使调节套筒(拉杆)移动来实现的,而中间还要通过一系列物理运动机构,因此从转速的变化到离心力的变化到调节机构的移动将产生滞后现象,而且调节的范围和精度也受到限制。同时影响供油量及喷油正时的因素不仅仅只是转速和负荷,进气温度、冷却液温度、进气压力等因素也影响喷油量及喷油正时,对这些影响因素的变化,普通机械控制式喷油泵是无能为力的。柴油机电子控制管理系统则是将上述影响柴油机的动力性、经济性和排放有关的因素通过相应的传感器向电控模块输入信号,经分析处理、计算后向执行器发出控制指令,由电动式执行器,如步进电机、电磁线圈等真接驱动控制套筒移动,实现对柴油机的电子控制。

  喷油量的控制是柴油机电子控制管理系统的一项主要控制内容。该系统由发动机转速信号和加速踏板位置传感器信号计算出基本喷油量,并由进气温度、进气压力、冷却水温度等修正信号对喷油量进行修正,通过电磁溢流阀的快速响应,对喷油量进行十分精确的控制。有些系统还具有燃油特性修正、低温起动后的修正、急减速时的修正等功能,以适应不一样工况及工作条件的变化需要。

  喷油正时是由发动机转速和加速踏板位置决定,并根据冷却水温度、进气温度、进气压力等修正信号进行修正,还通过着火正时传感器检验测试实际燃烧开始时刻,实现对喷油正时的闭环控制,从而排除了因燃油十六烷值和大气条件的变化引起的喷油正时的差

  柴油机怠速运转时,由于发电机、空调压缩机、动力转向液压油泵等装置工作状态

  的变化将引起柴油机怠速负荷的变化,因此导致发动机转速的变化,柴油机控制系统将

  在多缸柴油机工作时,即使喷油量控制指令值一定,但由于各缸喷油泵的性能差异将导致各缸的喷油量的差异,从而引起发动机转速的波动,即所谓怠速颤振。柴油机电控系统通过各缸在做功冲程时的曲轴转速变化判断各缸喷油量的差异,利用电磁溢流阀的快速响应性,及时修正各缸的喷油量,以降低发动机转速的波动,即按各缸间转速无波动偏差来控制各缸的喷油量。

  在怠速时,系统经过控制节气门的开度,控制进气量,以降低怠速时的振动和噪声。

  在不同的起动条件下,系统经过控制起动预热塞的通电时间,以改善柴油机的低温

  柴油机电控系统的控制模式可分为三大类:开环控制、闭环控制和开环—闭环综合(复合式)控制,如图7-2所示。三种控制模式对柱塞式喷油泵和分配泵均适用。

  开环控制管理系统的结构特点是用电子控制装置取代喷油提前角调节装置。在分配泵凸轮滚环上设置一个液压活塞,液压活塞由一电磁阀控制,凸轮滚环的实际位置由活塞位置传感器检验测试。电磁阀控制流人活塞或流出活塞的通路,使活塞到达所要求的位置,即调整点,该调整点由ECU根据发动机的转速、总供油量和冷却水温来确定。最佳喷油提前角在研制开发系统时确定,并存入ECU,即凸轮滚环位置与喷油提前角的关系是预先设定好的。此种控制方式会因为零件的磨损、喷孔的堵塞等原因,导致即使相同型号的不同发动机或同一台发动机在不同的使用阶段喷油提前角存在差异。

  闭环控制是通过测定实际喷油提前角和调节流人正时活塞的压力在发动机工况及工作条件变化时对喷油提前角做调整。当FCU根据反馈回来的信息发现实际喷油正时在调整点之外时,它就通过电磁阀控制正时活塞使之回到调整点。一般都会采用喷油传感器或着火正时传感器反馈实际喷油正时。

  此种控制方式是把闭环控制管理系统与凸轮滚环位置的定位控制结合起来,可克服传统闭环系统响应速度慢的缺点,当调整点与实际喷油正时出现误差时,控制管理系统就会知道活塞移动的距离,补偿误差。通常在相邻两次喷油间就能达到调整点。

  喷油提前角对柴油机的动力性、经济性及排放影响很大,使柴油机的动力性、经济性最好、排放最小的喷油提前角称为最佳喷油提前角。最佳喷油提前角受发动机转速、负荷、冷却水温度、燃油温度、进气温度及压力等多种因素的影响。柴油机电控系统应能在不同的工况及工作条件下精确地控制喷油提前角,并从始至终保持在最佳值,以降低燃油消耗和减少排放污染。

  除对喷油提前角的精确控制外,柴油机电控系统还必须对喷油量进行精确的控制,并能在不同工况及工作条件下对喷油量进行校正补偿,对喷射压力进行精确的控制。以上两点是传统的机械喷油系统很难做到的。

  在柴油机运转过程中,系统应能随时检测影响柴油机工作可靠性的主要参数,如机油压力、冷却液温度、排气温度、曲轴轴承温度、转速等,一旦某一项或几项参数异常,超出设定值,一方面系统应能立即报警显示,同时还应控制相应的执行器进行一定的调整,直至有关参数或状态正常为止。对于一些对柴油机可靠性影响很大的重要参数,系统还必须要提供双重或多重保护,以避免出现重大事故。如柴油机的最高转速,如果一旦柴油机出现“飞车”,转速达到最高转速时,系统应能一方面控制调节齿杆迅速减油回复零位,同时还应切断高压泵进油管路上的电磁阀,迅速切断油路或关闭进气通路,使发动机迅速停车。

  系统还一定要具有诊断和支撑功能。一方面便于诊断与排除一些故障,同时又保证当柴油

  机在某些非关键部位或环节发生故障,柴油机能在准正常状态下运转,即前面汽油机管

  3.对柴油机运行工况进行实时高精度控制由于柴油机电子控制管理系统是由电脑对各种运行参数和控制信息进行监测和处理,而电脑对信息的处理速度一般为毫秒级。其响应速度远高于机械控制装置,因此一旦柴油机及其系统的运行参数或状态偏离目标值,电控系统就能立即进行调节和控制,以此来实现对柴油机运行工况的实时高精度控制。

  对于不同用途、不同机型的柴油机,柴油机电子控制管理系统应有较强的适应性。这一点对于柴油机电子控制管理系统是很容易做到的。对各种不同的柴油机。只要通过改变控制模块(ECU)中EPROM的软件程序,就能实现改型匹配。如全能电动调速器在出厂前的软件编程中已预设有各种不同调速率的程序,并在控制盒上设有调速率的转换开关,用户可根据柴油机的用途和要求设定不同的调速率,大幅度的提升了电动调速器的匹配适应能力。

  柴油机电子控制管理系统由于其本身的结构和工作特点能很好地满足上述几点要求,故

  加速踏板位置传感器用以检测加速踏板的位置,即发动机的负荷信号,此信号输入

  ECU后,与转速信号共同决定柴油机的喷油量及喷油提前角,是柴油机电子控制管理系统的

  用以检测发动机转速或曲轴位置,与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和喷油提

  检测喷油泵轴转角,与曲轴位置传感器配合共同控制喷油量,并保证在喷油正时改变时不影响喷油量。

  检测溢流控制电磁铁的电枢位置,以反馈控制溢流环的位置。用于ECD—I控制系统。

  检测电子控制定时器正时活塞的位置,将喷油正时提前量信号输入ECU。用于ECD—I控制系统。

  检测电子控制柱塞式喷油泵调速器中控制杆的位置,将燃油喷射量的增减信号反馈给ECU。

  检测电子控制分配式喷油泵调速器中控制套筒的位置,将燃油喷射量的增减信号反馈给ECU。

  柴油机电子控制模块的功用和组成与汽油机电子控制模块基本相同,这里不再赘述。

  柴油机电子控制系统的执行器也是由执行电器和机械执行机构两部分所组成。柴油机执行器中所使用的执行电器主要有电磁铁、螺线管、直流电机、步进电机和力矩电机等。执行机构的形式则根据被调控对象与发动机上的布置而定。柴油机电子控制管理系统的执行器主要有电动调速器、溢流控制电磁铁、电子控制正时控制阀、电子控制正时器、电磁溢流阀、高速电磁阀、电子液力控制喷油器等。

  与汽油机电控系统一样,各种输入信号通过传感器及其他信号输入装置输入电子控制模块,经输入回路或模/数(A/D)转换器输入电脑。在电脑的存储器中,存有发动机的各有关调控参数或状态的目标数据,这些目标数据是柴油机的各种不同参数和最优运行结果的综合,一般是通过统计或实测得到。当由传感器检验测试到的发动机的某一实际参数输入电脑后,首先与存储器中的相应参数和最优运行结果比较,如果两者相同,则电控系统保持原状态,发动机继续按当前状态运行。实际参数偏离目标参数时,电脑将根据偏离值的大小和方向按一定的控制对策进行有关信息的处理。

  对数字信号的处理方法有两种:一是根据预定控制规律的控制算法对输入信号进行直接运算和处理,然后输出控制指令;一是对输入的数字信号进行特征抽取,即对输入信号的处理并非为得到直接控制决策,而是从大量输入信号中抽取那些有用的信息,然后根据所抽取的特征值来决定控制决策,经运算处理后电脑通过U0接口输出控制指令信号,经输出回路放大后控制各有关执行器动作,使发动机相应参数或状态向目标逼近,接近程度也可由相应传感器来检测,并将检测结果反馈给电子控制模块,实现闭环控制,使柴油机按最佳状态运行。

  由于柴油机的喷射系统形式多样,使得柴油机的电子控制管理系统也形式多样,如前面提到过的直列泵和分配泵的可变预行程TICS系统、共轨式喷油系统(CRS)以及电控泵喷嘴系统(UIS)等。这些技术方案都在原有的基础上发展,其轨喷油系统和电控泵喷嘴系统是两种应用较为普遍的技术,均得到了迅速的发展。

  共轨喷油系统(图7-3)由德国奔驰公司与博世公司共同研发,由于其在减少柴油机的尾气排放量,以及改善噪声、燃油消耗等方面突出性能,近年来在世界发达国家,如美国、德国,日本和英国发展迅速。许多国外汽车生产厂商都先后推出了采用共轨喷油系统的车型,如日本丰田公司2003款3.0L陆地巡洋舰、菲亚特1.9Lsfilo、福特2002款1.4Lfiesta等。国内如北京客车总厂生产的部分客车也采用了共轨喷油柴油机。

  如图7-4所示,共轨喷油系统由低压油路和高压油路组成。低压油路包括低压管路、前滤清器、电动燃油泵、燃油滤清器、燃油回油管、温控—起动电磁阀和温控起动一预热塞。高压油路包括高压燃油泵、高压燃油管路、燃油轨和喷油器。

  从高压燃油泵出来的多余的燃油一部分用于冷却和润滑高压燃油泵,而从喷油器通过燃油回油歧管的回油则提供给温控一起动电磁阀用于发动机的冷起动。

  回油歧管中有一个燃油轨压力安全阀,在其出口处装有一个经过标定的直径为2.3mm

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