柴油机电控技术 毕业论文.doc

《柴油机电控技术 毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《柴油机电控技术 毕业论文.doc（23页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、目目 录录 摘摘 要要1 前前 言言3 第一章第一章 电控柴油机的发展概述电控柴油机的发展概述4 1.11.1 柴油机电控技术的发展柴油机电控技术的发展4 1. 2 国外柴油机技术的现状与发展国外柴油机技术的现状与发展4 1.31.3 柴油机电控系统的功能柴油机电控系统的功能6 第二章第二章 柴油机电控系统的新技术柴油机电控系统的新技术8 2.12.1 电控柴油机的结构电控柴油机的结构9 2. 2 高压共轨燃油喷射系统工作原理高压共轨燃油喷射系统工作原理10 2.32.3 高压共轨燃油喷射系统结构特点高压共轨燃油喷射系统结构特点10 2.42.4 共轨式电控燃油喷射技术的优势共轨式电控燃油喷射

2、技术的优势11 第三章第三章 电控柴油机新技术应用电控柴油机新技术应用12 3.13.1 电控柴油机新技术的分析电控柴油机新技术的分析13 3.23.2 新型喷油系统的研发及应用新型喷油系统的研发及应用16 第四章第四章 电控柴油机的发展方向电控柴油机的发展方向17 4.14.1 共轨式电喷是柴油机发展的必然趋势共轨式电喷是柴油机发展的必然趋势18 4.24.2 高压共轨系统中存在的问题高压共轨系统中存在的问题19 结结 论论20 参考文献参考文献21 致致 谢谢22 1 摘摘 要要 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

3、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。本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 2 Abstract

4、Diesel engines technology is in solving the problem of energy crisis, and emission pollution two problems in the background, the rapid development of the electronic control technology platform developed on. Gasoline engine electric technology development for diesel engines technology development has

5、 provided valuable experience. Along with the world urban transportation vehicles, the rapid increase of diesel exhaust gas has become the main pollution sources to the earths environment. World has started looking for and effective technical measures actively to reduce and control for reducing emis

6、sions of pollutants. Diesel common rail mon rail electronic-control fuel injection technology is a relatively successful control pollution emissions of new technology. In recent years, pick to diesel technology rapid development and application, greatly promote the engine performance improvement. El

7、ectronic paper introduces the structure and working principle of diesel engine control technology and development situation of diesel engines in China and the status of research technique in diesel engines in China, points out that the technology development process, analyzes the problems existing i

8、n the future development of diesel engines. Keywords: diesel Electronic technology developmen 3 前前 言言 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

9、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

10、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 第一章第一章 电控柴油机的发展概述电控柴油机的发展概述 1.11.1 柴油机电控技术的发展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，用以调节喷油泵的循环供(

11、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

12、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。 1.21.2 国外柴油机技术的现状与发展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： 1.1.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 5 求。 四气门结构（二进气

13、二排气）不仅可以提高充气效率，由于喷油嘴可以居 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。 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，

14、全面降低 HC、CO、NOx、微粒物和碳烟的排放，还能显著的降低油耗。 3.3.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。 4.4.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

15、和 HC 的生成量。但因进气温度升高,使 NOx 的排放量有所增加,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。 5.5.废气再循环（EGR）技术的应用 据发动机的温度及负荷大小，适量地将一部分废气引入进气管，再送入汽 6 缸，使燃烧反应速度减慢，降低燃烧的最高温度，从而降低 NOx 的排放量。尤

16、其是中冷 EGR 技术，不仅降低 NOx 的排放，而且还能保持其污染排放物的低排 放水平。 1.31.3 柴油机电控系统的功能柴油机电控系统的功能 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 （喷）油速率控制和喷油压力控制等。 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。 3.进气控制 柴油机的进气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。 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

17、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。 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。 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（喷）油量控制和供（喷）油正时控制与其他工况相同。 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。 8.故障自诊断和失效保护 7 柴油

18、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。 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 和自动变速器控制 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。 8 供油量 第二章第二章 柴油机电控系统的新技术柴油机电控系统的新技术 2.12.1 电控柴油机的结构电控柴油机的结构 1.电控共轨系统组成 电控高

19、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。根据各传感器信息，ECU 计算出最佳喷油时间和最合 适的喷油量，并且计算出在什么时刻，多长时间的范围内向喷油器发出开启电 磁阀的指令等，从精确的控制发动机的工作过程。 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。

20、2-2 柴油机电子系统的控制框图 （2）燃料供给系统 电磁阀控制 曲轴转角传感器 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 9 燃料供给系统主要构成是供油泵、共轨和喷油器。 燃料供给系统的基本工作原理是：供油泵将燃油加压成高压，供入共轨内。 共轨实际上是一种燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器 喷入发动机气缸内。电控共轨系统中的喷油器是一种由电磁阀控制的喷油器， 电磁阀的开启和关闭由发动机电控单元控制。 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

21、油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约 19.6MPa） 2.22.2 高压共轨燃油喷射系统工作原理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。 2.32.3 高压共轨燃油喷射系统结构特点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，

22、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。 10 2-3

23、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

24、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 11 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。 2.42.4 共轨式电控燃油喷射技术的优势共轨式电控燃油喷射技术的优势 柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，集计算机控制技术、 现代传感检测技术以及先进的喷油器结构于一身。它不仅能达到较高的喷射压 力、实现喷射压力和

25、喷油量的控制，而且还能实现预喷射和分段喷射，从而优 化喷油特性、减低柴油机噪声和废气有害成分的排放量。 其特点为： (1)采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制 十分方便，并且可控参数多，利于柴油机燃烧过程的全程优化。 (2)采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油器间相互影响小，喷 射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。 (3)高速电磁开关阀频率高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围 大，并且能方便地实现预喷射等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和 降低废气排放提供了有效手段。 (4)系统结构移植方便，适应范围广。 12 第三章第三章 电控柴油机新技术电

26、控柴油机新技术应用应用 3.13.1 电控柴油机新技术的电控柴油机新技术的分析分析 近年来，国外轻型车用柴油机取得了很大的发展，具体表现在功率增长、 转速下降、增压和增压中冷比例上升，还包括多气门和中置缩口燃烧室、高压 喷射和小孔径多喷孔、小压力室或 VCO 油嘴、废气再循环、电子控制等新结 构、新技术的应用上。 1.功率增长 由于国外发达国家公路网络的迅速扩展，用户要求车用柴油机具有越来越 高的功率，以提升车辆的行驶速度和加速性能，从而提高汽车的运输效益,同时,为 提高汽车的行驶舒适性和安全性，就要带更多的附件，如空调压缩机、大容量 发电机、转向油泵、排气制动阀等,这些附件增加了发动机功率消

27、耗，使发动机 功率增长。 提高功率的途径不外乎扩大缸径、增加排放量或者增压等，但采用大缸径、 大排放量自然吸气机型可能会带来一些不利影响，如增加整机的外型尺寸、重 量从而增加燃油消耗，而采取合适的技术措施可将这些不利因素的影响减少到 最低程度。 2.转速呈下降趋势 降低转速对发动机的排放、噪声、燃油经济性、可靠性、寿命都有利，所 以发动机转速呈下降的趋势。近几年，日本主要厂商生产的 35L 四缸车用柴 油机的转速都在 3000r/min 以上，活塞的平均速度在 12m/s 以上，而欧美的这 一档机型的转速却降到了 2600r/min 以下，活塞的平均速度在 11.5m/s 以下。最 为典型的是

28、奔驰 OM904LA 发动机，转速仅为 2300r/min，但该机采用增压中冷， 所以达到了较高的升功率。为了获得较高的车速和较宽的车速范围，该机还配 用了六速变速器。由于转速较低以及缸孔采用感应淬火处理，发动机的使用寿 命可达 100 万公里。 3.增压及增压中冷比例上升 增压不仅可以提高功率、改善燃油经济性，而且也是降低排放和噪声的主 13 要措施之一。所以当今轻型车采用柴油机增压机型所占比例逐年上升。由于各 国的排放法规不同，自然吸气直喷式机型若采用 EGR 等技术也可以满足目前的 排放法规要求。增压机型在价格、低速扭矩特性、加速响应性能等方面与自然 吸气机型相比仍稍显逊色，但直喷式柴油

29、机在增压中冷的基础上附加其他措施， 性能则大为改善，所以原先自然吸气机型都发展了增压、增压中冷机型。最新 开发的产品已没有自然吸气，如奔驰 OM900 系列、斯太尔 M1 等系列柴油机都 是增压或增压中冷机型。由于轻型车柴油机转速有一定跨度，为了兼顾高低速 性能，特别是改善发动机低速区域的烟度与油耗，往往使用带放气阀的增压器。 近年来电控可变截面/可变喷嘴（VGT/VNT）增压器的问世使低速区域的扭矩、 烟度和都油耗得到了进一步改善。 4.多气门结构 在小缸径柴油机中采用多气门技术是 20 世纪 90 年代才兴起的。当时有的 用三气门，如雪铁龙的 XUD11；也有的采用四气门，如道依茨的 BF

30、4M1010 柴 油机、福特的 2.5L 柴油机、丰田的 15BF、AVL 开发的 LEADER2 和 LEADER3 柴油机。近年新开发的机型主要采用四气门，如日野的 J05C、里卡 多公司的 CERES2.2L 直喷式柴油机等。在未来 510 年内，多气门技术还将继 续发展和普及。 四气门的主要优点有：第一，油嘴垂直且中心布置，使油线分布均匀，相 应的燃烧室也可以中心布置，中心燃烧室与偏置燃烧室相比，进气涡流动能的 衰减要明显小得多，另外，中置油嘴加中置燃烧室可以改善混合气的形成，提 高燃烧质量，获得低的排放和高的扭矩功率；第二，四气门增加了气门的流通 面积和流通能力，进气面积可提高 11

31、%以上，排气面积可提高 25%以上，从而 降低了泵气损失，提高了充气系数，有助于降低燃油消耗率；第三，中置燃烧 室使活塞顶上的热负荷趋于均匀，便于冷却油腔的布置，采用冷却油腔的活塞 能承受更高的热负荷；第四，四气门采用两个独立的进气道，便于实现可变进 气涡流，高转速、全负荷时两个进气道都打开，而在低速时只开一个进气道， 从而提高了涡流比；最后，中置且垂直的油嘴安装位置可使用一种新概念的油 嘴可变流道面积喷嘴（VRD） ，有助于减少排放，特别是低转速、低负荷的 颗粒排放。 14 5.共轨系统 相对传统的机械式喷油系统在压力和喷油量方面有了很大进步，但燃油雾 化效果不如泵式喷油器，因为喷射压力相对

32、低了不少，所以黑烟与颗粒排放量 以及 NOx 生成量均较多， 油耗比泵式喷油器的要高。 6.电控废气再循环 柴油机排放控制技术的难点是既要降低 NOx 的排放量，又要减少颗粒。 NOx 大多是在预混合燃烧阶段产生的，而颗粒主要是扩散燃烧阶段产生的，这 就要求减小预混合燃烧，同时加速扩散燃烧，但往往采取降低 NOx 的措施会增 加油耗，而减少颗粒排放的措施往往又会引起最大燃烧压力和燃烧强度的增加， 反过来使 NOx 排放量增加。NOx 是在高温富氧的情况下产生的，所以降低缸内 燃烧温度和降低氧的含量是控制 NOx 的有效措施。目前主要是通过提高喷射压 力来降低颗粒，再采取延迟喷油和使用废气再循环

33、（EGR）等措施来降低 NOx，因 GER 减少了进气量中的含氧量，故它只宜在低转速部分负荷或空燃比 足够大的工况下采用，这样不会使烟度、HC 和颗粒排放量明显增加。过高的废 气再循环率可能导致发动机腐蚀和磨损，影响发动机的使用寿命。通常可以同 时采取延迟喷油定时来降低 NOx，这样只要较小的废气再循环率就能达到 NOx 的排放法规。另外，可对气缸套活塞环进行表面处理，以防过度磨损，确保发 动机高的使用寿命；对废气再循环的关闭、开启大小也都必须进行有效控制， 也就是根据发动机运行工况对废气再循环率实施电子控制。 7. 缩口环形燃烧室 为了适应更严格的排放法规的要求，AVL 公司开发的缩口环形燃

34、烧室现在 逐步在小缸径高速直喷式柴油机上被采用。著名的四角形燃烧室一直是五十铃 公司的专利，从 B 系列到 J 系列都保留了这一特色。缩口环形燃烧室后来又发 展成为缩口四角形燃烧室，但，为了适应日本的排放法规，20 世纪 90 年代开 发的 H 系列柴油机采有了缩口环形燃烧室。缩口环形燃烧室的特点是燃烧室中 心有较大较高的锥形凸台，燃烧室大部分容积分布在四周圆形内，并带收口。 由于燃烧室中部燃油分布较少，且进气涡流的切向速度和挤流都较小，四周环 形内燃油发布较多，涡流速度较高，有利于提高空气利用率和油气混合质量。 15 中间凸台对挤流起导向作用，在膨胀行程形成逆挤流时对喷油嘴的热冲刷还起 到一

35、定的屏蔽作用。缩口燃烧室除切向的进气涡流外，还形成轴向的较大挤流， 因此，缩口燃烧室与直口燃烧室相比，在相同的进气涡流比和燃烧室口径下， 燃油分布较多的燃烧室壁面和底部气流速度要高出 50%左右，这对于促进油气 混合、加速燃烧是十分有利的。在上止点后，缩口环形燃烧室比直口 W 型燃烧 室的涡流保持性要好得多，所以缩口燃烧室比直口燃烧室的颗粒排放以及全负 荷烟度和自由加速烟度都有较大的改善。 8.电子控制技术 微电子、传感器、执行器技术的发展促进了柴油机电控技术的发展。20 世 纪 90 年代推出的新型柴油机均不同程度地应用了很多电子控制系统，如五十铃 4HG1 的废气再循环电子控制、OM904

36、LA 的单体泵的电子控制、Sprint 发动机 对转子喷油泵和可变进气涡流的电子控制、奔驰公司的 C250 柴油机的全电子 控制等。 3.23.2 新型喷油系统的研发及应用新型喷油系统的研发及应用 提高喷射压力是降低烟度和颗粒的主要技术。随着平均喷油压力的提高， 烟度和颗粒排放直接下降。为了进一步提高喷射压力，世界主要厂家相继开发 了一些新型燃油喷射系统，如高压电子转子泵、径向泵式燃料供给系统（最大 喷油压力为 1750bar，已装用在大众 V6Tdi 发动机中）和共轨式喷射系统（最 大喷油压力大约为 1500 bar，目前已成为直喷式柴油机燃油喷射系统的主流） 。 近年德国博世公司和英国卢卡

37、斯公司还开发调试出了一种新型燃油喷射技术 泵式喷油器，该系统的喷射压力大约高达 2000 bar，在某些工况下甚至超过 了 2000 bar。 采用泵式喷油器后，柴油机上再不用安装喷油泵和与喷油器相连的高压油 管，布置在缸盖内的油路直接给泵式喷油器供给燃料。泵式喷油器主要由摇臂、 柱塞和燃油控制电磁阀构成。柱塞由凸轮轴上的一个专用凸轮带动，其功能如 同喷油器内的小活塞，当柱塞往下时，压力增大，可达到大约 2000 bar。由于 驱动凸轮形状特殊，所以增压速度特别快，而且压力越大，瞬间喷油量就越多， 16 喷射时间不超过千分之几秒（甚至达每秒 250 次） 。 一旦凸轮不与柱塞接触，有一根回位弹

38、簧会把柱塞拉回到常态位置。为确 保喷注效果最佳且无气泡，凸轮的斜面设计得特别平缓，柱塞的上升也是一个 渐进的过程。泵式喷油器靠一电磁阀增力，并由一 ECU 控制，这样可确保燃油 的准确供给，特别是喷射的干脆利索。 采用泵式喷油器后，柴油机在柱塞每次上升时均有 12mm 的燃油预喷， 燃烧温度也得以大大降低，同时，发动机的工作噪声和 NOx 的生成量也得以减 少。 此泵式喷油系统需要一种特定的发动机缸盖与之匹配，它与每缸四气门缸盖不 相容，因为它们的尺寸与牢固度皆不相同。与配备常规喷油器的同档次柴油机 相比，采用泵式喷油系统的发动机即使在低转速工况下的功率亦可增大 5%，扭 矩可增大 20%，在

39、大约 1500r/min 时就可获得最大扭矩。 17 第四章第四章 电控柴油机的发展方向电控柴油机的发展方向 4.14.1 共轨式电喷是柴油机发展的必然趋势共轨式电喷是柴油机发展的必然趋势 随着世界各国城市交通运输车辆、船舶的急剧增加，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较 为成功的控制污染排放的新技术。共轨式电控燃油喷射技术通过共轨直接或间 接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上 的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机

40、燃烧 室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火 时间、足够的点火能量和最少的污染排放。现在该项新技术已开始在国外以柴 油机提供动力的汽车上投入使用。这是世界汽车工业为满足日益严格的废气排 放标准的必然趋势。 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

41、燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。共轨式电控燃 油喷射技术通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器， 并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时、定量地 控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和 良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。 共轨式喷油装置属近年研制成功并被认为是最理想的一种高压喷油装置。 18 在一条共用轨道上分别产生压力和喷射。喷射压力可高达 160 MPa。其压力存 储器和分配器条轨经导管通往嘴部。利用控制器上一次脉冲把喷射信号导入电 磁阀而引发一次喷射。通过喷嘴存储压力和开启

42、持续时间来调节油量。目前， 该装置在欧洲各类汽车柴油机上得到了大量采用，且专家认为这是一种能够满 足未来欧、欧 V 最有改进潜力的喷油装置。同时减小喷孔直径，增加孔数， 可以改善燃油的雾化和分布均匀性，减少着火滞后，降低 NOx 及颗粒排放。 近年来刚刚商品化的共轨式燃油喷射系统能提供很高的喷油压力，而且不 会出现不可控制的异常喷射，还能有效降低噪声和氮氧化物排放量。共轨式高 压喷油系统的应用是柴油机技术的一次革命。现在该项新技术已开始在国外以 柴油机提供动力的汽车上投入使用。这是世界汽车工业为满足日益严格的废气 排放标准的必然趋势。 笨重、噪音大、喷黑烟，令人对柴油机的直观印象不佳，加上柴油

43、机的构 造比较复杂，不少人对柴油机缺乏了解，尤其对现代先进的柴油机缺乏了解， 因此柴油机汽车在一些城市成了“被限制的对象” ，受到种种歧视。其实经过多 年的研究和新技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻,柴油机轿车在欧 洲比较普遍, 奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发 动机的车型。经过多年的研究和应用，现代先进的汽车柴油机一般采用电控喷 射、共轨、涡轮增压中冷等技术手段，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大 突破，达到了汽油机的水平。 在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只 是控制空燃比（汽油与空气的比例） ，柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷

44、油 时间来调节输出的大小，而柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置 （油门拉杆位置）来决定的。因此，基本工作原理是计算机根据转速传感器和 油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温 度、进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制套位置传感器的信号进 行反馈修正，确定最佳喷油量的。 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较为成功 19 的控制污染排放的新技术。 4.24.2 高压共轨系统中存在的问题高压共轨

45、系统中存在的问题 (1)高压共轨系统的恒高压密封问题。 (2)高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题。 (3)高压共轨系统三维控制数据的优化问题。 (4)微结构高频响应电磁开关阀在制造过程中的关键技术问题。 柴油机柴油净化器具有热效率高的显著优点，其应用范围越来越广。随着 强化程度的提高，柴油机单位功率的重量也显著降低。为了节能，各国都在注 重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦损失、 广泛采用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪 声和低污染，都是柴油机的重要发展方向。 20 结结 论论 面对无法回避的局部和全球性的环境和能源

46、问题，现代汽车柴油机不得不 采用和发展电子控制系统，以便保持汽车柴油机的可持续发展，更充分发挥柴 油机固有的优点(低油耗和低 NOx 排放)，文章指出通过改变传统的燃油喷射系 统可以实现对燃油高精度的控制定时定量的供给燃油。涡轮增压中冷技术和废 气再循环（EGR）技术的应用有效地降低 HC、CO、NOx 的排放量，同时提高 了柴油机的功率。本文简述了柴油机电控的发展历程及现状,介绍了现代轿车电 控新技术在柴油机上的应用，高压共轨和单体泵技术是柴油机发展的必然趋势。 分析了电控系统的特点和高压共轨电控喷射系统的特点和不足,指出了柴油机发 展前景以及目前有待解决的问题。 随着社会经济的发展，对环保

47、的要求越来越高，柴油机电控系统的研究和 相应产品的开发必将成为我国汽车柴油机技术领域中的一个热点，这将大大促 进我国汽车柴油机产品的更新换代，为在未来不长的时期里参与国际竞争奠定 坚实的基础。 21 参考文献参考文献 1.汽车电控技术.祁翠琴，李淑君.北京大学出版社.2008 2.汽车柴油机故障诊断鲁植雄.刘奕贯.江苏科学技术出版社.2007 3. 天津职业技术学院“发动机电控技术”精品课程网站。 4.柴油机电控技术实用教程李铁军.南京大学出版社 1965 5.电控柴油机维修技术李福厂.赵万军.电子工业出版社.1995 6.电控柴油机结构原理与维修杨庆彪.北京中国劳动保障局出版社.2008 2

48、2 致致 谢谢 论文是在张君智老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的 治学态度，平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目 标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。 本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的 心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！ 通过论文的撰写，使我能够更系统、全面地学习有关汽车电控技术的知识， 并得以借鉴众多专家学者的宝贵经验，这对于我今后的工作和学习业，无疑是 不可多得的宝贵财富。由于本理论水平比较有限，论文中的有些观点以及对电 控柴油机的归纳和阐述难免有疏漏和不足的地方，欢迎老师和专家们指正。