第5章 電控共軌柴油機的構(gòu)造與原理

第5章

電控共軌柴油機的構(gòu)造與原理

退出5.1電控柴油機概述

5．2

博士高壓共軌系統(tǒng)的基本工作原理

5．3

故障自診斷系統(tǒng)

5．4

日常使用與維護

5.5電控柴油機的故障診斷與排除

退出5.1電控柴油機概述

知識要點：1、排放法規(guī)與柴油機電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，機械式柴油機燃油噴射系統(tǒng)與電控燃油噴射系統(tǒng)的主要特點、優(yōu)缺點對比；2、常見的電控共軌系統(tǒng)、電控泵噴嘴系統(tǒng)、電控單體泵系統(tǒng)等柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的簡單工作原理。目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生對柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點及常見的幾種電控燃油噴射系統(tǒng)有初步的了解。前進電控柴油機比汽油機二氧化碳的排放量大約低30-35%，而且具有更好的燃油經(jīng)濟性。柴油機的應(yīng)用日趨廣泛，在西歐，輕型汽車中的柴油車所占份額已經(jīng)超過了40%，中型和重型車中的柴油車的份額超過了90%。清潔的電控柴油機也將成為未來中國能源問題的重要解決方案之一。一汽大眾公司率先在捷達轎車上裝配柴油機發(fā)動機；2003年該公司又在寶來（TDI）轎車裝配了采用電控泵噴嘴系統(tǒng)的柴油機。

后退前進柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點

噴油量調(diào)節(jié)與控制：駕駛員通過電子油門踏板提供駕駛意圖；操縱輕松簡便?？刂破鱁CU根據(jù)編程的控制策略來決定整個運行范圍內(nèi)的噴油量；并根據(jù)轉(zhuǎn)速、負荷狀況變化予以修正?？梢杂袔资N噴油量控制模式，使燃燒更完全，從而降低油耗。減少噪聲和排放污染。通過監(jiān)測燃油溫度、冷卻水溫、進氣溫度等對各種不同工況的噴油量進行自動控制和修正。

噴油提前角調(diào)節(jié)完全由ECU自動控制，有很寬的自動調(diào)節(jié)范圍。通過監(jiān)測燃油溫度、冷卻水溫、進氣溫度等，對不同工況的噴油提前角進行修正。在整個運行范圍內(nèi)可根據(jù)轉(zhuǎn)速、負荷狀況進行噴油提前角的自動調(diào)節(jié)和校正。

后退前進噴油壓力調(diào)節(jié)

完全由ECU自動控制，確保全速全負荷時有充足的噴油壓力，并可在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高壓噴射性能。改善低溫起動燃油霧化和燃燒性能。在整個運行范圍內(nèi)可根據(jù)轉(zhuǎn)速、負荷狀況自動選擇獨立可調(diào)的高噴油壓力，以獲得最佳扭矩特性和最低的排放性能。

怠速控制：可據(jù)各種溫度、蓄電池電壓與空調(diào)請求等自動調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速。其它功能：可提供附加控制的功能（如各缸平衡、可變怠速和閉環(huán)控制、減速斷油、起動控制等）與車輛有更多的聯(lián)系，可提供更多的服務(wù)功能（A/T、停缸、排氣制動、A/C、P/S、ABS、儀表指示等）?？商岣卟裼蜋C本身的一致性和可靠性（有故障自診斷功能、跛腳回家模式、自學(xué)習(xí)功能等）。后退前進目前廣泛應(yīng)用的柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)：電控共軌系統(tǒng)電控泵噴嘴系統(tǒng)電控單體泵系統(tǒng)后退返回主目錄5.1.1電控共軌系統(tǒng)

電控共軌系統(tǒng)采用了共軌技術(shù)。共軌技術(shù)是指在高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。電控共軌系統(tǒng)由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時間的長短。前進一汽解放配套的新一代共軌系統(tǒng)柴油機后退前進轎車用柴油機共軌系統(tǒng)后退前進電控共軌系統(tǒng)工作原理：控制器ECU根據(jù)各種傳感器采集的信號確定發(fā)動機工況，計算噴油量需求及噴油脈寬（噴油速率、噴油持續(xù)時間），同時通過油量計量閥調(diào)節(jié)進入高壓油泵的油量，進而調(diào)節(jié)共軌壓力到對應(yīng)工況的噴油壓力值。共軌腔的高壓燃油一路通向噴油嘴的盛油槽，另一路通向噴油器上的三通電磁閥。當(dāng)控制器ECU控制指令切斷泄油通路時，高壓燃油經(jīng)進油單向閥到達液壓活塞上腔，此時整個活塞、頂桿、針閥組件處于液力平衡狀態(tài)；在針閥彈簧的壓力作用下，針閥處于關(guān)閉狀態(tài)。一旦三通閥切換到高壓油路并打開泄油通路時，液壓活塞上腔迅速泄壓，其中燃油流經(jīng)節(jié)流孔流向泄油通路。此時針閥在盛油槽內(nèi)高壓油的作用下克服彈簧預(yù)緊力而開啟噴油。后退前進電控高壓共軌系統(tǒng)的特點：1)自由調(diào)節(jié)噴油壓力(共軌壓力控制)；2)

自由調(diào)節(jié)噴油量；以發(fā)動機的轉(zhuǎn)速及油門開度信號為基礎(chǔ)，計算機計算出最佳噴油量，并控制噴油器的通斷電時間；3)自由調(diào)節(jié)噴油率形狀；4)

由調(diào)節(jié)噴油時間。后退前進不足：1)高壓油的聯(lián)接管路與聯(lián)接處較多，密封性能要求高，燃油泄漏的概率增大。2)對燃油品質(zhì)要求相對較高，系統(tǒng)的技術(shù)與生產(chǎn)成本及售價較高。3)最高噴射壓力現(xiàn)尚難與電控泵噴嘴、電控單體泵相媲美。

優(yōu)點：1)噴油壓力與高壓燃油泵轉(zhuǎn)速無關(guān)，只取決于共軌腔的壓力；解決了傳統(tǒng)燃油泵高、低速時壓差過大，綜合性能不穩(wěn)的矛盾。2)高壓燃油泵峰值時所需轉(zhuǎn)矩小，驅(qū)動損失小。3)共軌壓力可調(diào)節(jié)，電磁閥升程靈活可控，可完全實現(xiàn)噴油壓力和噴油速率的柔性控制。4)

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸較緊湊。返回后退5.1.2電控泵噴嘴系統(tǒng)（EUI）電控泵噴嘴將噴油泵、噴油嘴和電磁閥組合為一體，沒有高壓油管，每缸一組泵噴嘴，靠安裝在氣缸蓋上的凸輪軸來驅(qū)動和工作。特點：由于沒有高壓油管，在所有油泵中，具有最高的機械和液力剛度，能夠承受200Mpa以上的噴射壓力。

應(yīng)用實例：一汽大眾生產(chǎn)的寶來TDI

返回5.1.3電控單體泵（EUP）

前進電控單體泵的特點：1)高達25Mpa的高壓噴射能力；雙電磁閥系統(tǒng)（溢流＋油嘴控制）；噴油干脆，斷油迅速靈活?？梢垣@得低油耗、低Nox和低微粒排放。2)在整個工作速度范圍內(nèi)可根據(jù)轉(zhuǎn)速、負荷、瞬態(tài)工況的不同，實現(xiàn)噴油壓力、速率編程控制與調(diào)節(jié)（可燃混合氣的混合比）。3)可進行早噴（初期預(yù)噴）、預(yù)噴（二次預(yù)噴）。4)噴油速率可編程控制。5)可有效進行預(yù)噴后緊跟大油量高壓主噴射，并緊隨迅速突然斷油，有效控制氣缸峰值壓力，避免過高的峰值溫度。后退前進6)可進行高壓后噴射（或晚噴）與控制。7)各噴射段（早噴、預(yù)噴、主噴、后噴、晚噴等）均可進行程序控制，并具有最優(yōu)的液壓效率。8)快速響應(yīng)，閥體重量輕、巧，安裝位置可選。9)獨立噴油系統(tǒng)的電子特性，小的控制器EUP安裝殼體。

應(yīng)用實例：玉柴YC6G后退返回5.2

博士高壓共軌系統(tǒng)的基本工作原理

目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉博士高壓共軌系統(tǒng)的組成、電子控制系統(tǒng)等各部分的組成和工作原理。知識要點：1.博士高壓共軌系統(tǒng)高低壓油路部分；2.電子控制系統(tǒng)的組成和主要控制功能。前進博士電子控制高壓共軌系統(tǒng)由電子控制部分（包括電子控制單元和電控噴油器）和燃油供給部分組成，其中燃油供給部分又分為高、低壓部分。后退前進1）低壓部分：主要由燃油箱、粗濾器、電動輸油泵、柴油濾清器、低壓油管、高壓油泵低壓端、ECM、回油管等構(gòu)件組成。主要任務(wù)：主要任務(wù)：燃油的吸入、過濾，并給高壓油泵提供足夠量的0.2～0.7Mpa的低壓燃油5.2.1油路部分后退前進a.電動輸油泵：型式：齒輪式燃油泵。作用：為共軌高壓油泵提供燃油。5.2.1油路部分進油系統(tǒng)燃油箱中的燃油在電動輸油泵的吸力作用下，經(jīng)過油水分離器和濾清器過濾后，被送往高壓油泵。后退前進b.燃油濾清器作用：過濾燃油供給系統(tǒng)中雜質(zhì)。帶油水分離裝置和報警裝置。5.2.1油路部分后退前進回油系統(tǒng)

5.2.1油路部分a.噴油器回油b.高壓泵總成泄漏回油c.高壓蓄壓器回油后退前進2）高壓部分：主要組成：高壓油泵、高壓蓄壓器、高壓油管、噴油器、ECM、壓力控制閥、流量限制閥、限壓閥、油壓傳感器等主要任務(wù)：將燃油加壓、保壓和噴射。后退前進①高壓油泵

CP3型高壓油泵后退前進②高壓蓄壓器（油軌）1-油軌2-高壓泵進油端3-油軌壓力傳感器4-限壓閥5-出油口6-流量限制閥7-噴油器端連接油管后退前進③噴油器主要零件有：噴油嘴針閥電磁閥控制活塞球閥電磁噴油器的工作過程：噴油預(yù)備期→噴油開啟→噴油結(jié)束后退前進電控系統(tǒng)是玉柴電控國Ⅲ系列柴油機的“神經(jīng)中樞”，包括傳感器、控制單元、執(zhí)行器。5.2.2高壓共軌電子控制系統(tǒng)的組成及控制功能

后退前進①傳感器作用實時采集柴油機、車輛的運行信息并傳遞給控制器ECU。

玉柴電控國Ⅲ系列柴油機配置的傳感器包括：曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、凸輪軸位置傳感器、加速踏板位置傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、燃油溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器。同時還有空調(diào)、排氣制動、怠速控制等開關(guān)信號。后退前進②控制單元ECU是電氣控制部分的核心，通過接受各種傳感器和發(fā)動機各種工況的信息，進行計算、分析、判斷，根據(jù)控制器中存儲的發(fā)動機控制策略和程序，向執(zhí)行器（單體泵電磁閥等）發(fā)出驅(qū)動信號，實現(xiàn)對噴油正時和噴油量的控制。另外它還具有故障自診斷等功能。③執(zhí)行器包括6個單體泵電磁閥、排氣制動閥、風(fēng)扇控制、水溫過高指示燈、故障指示燈等。后退前進電控系統(tǒng)的主要控制內(nèi)容

①燃油噴射控制

a.噴油量控制:最主要的控制功能之一，在起動、怠速、正常運行等各種工況下，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、負荷信號和內(nèi)存控制模型來確定基本供油量，ECU通過控制電磁閥的通、斷電時刻及通、斷電持續(xù)時間長短直接控制噴油量，再根據(jù)冷卻液溫度信號、進氣溫度信號、起動開關(guān)信號、空調(diào)開關(guān)信號、反饋信號等對供油量進行修正，使發(fā)動機維持在最佳工作狀態(tài)。后退前進燃油量控制可分為：基本噴油量控制怠速噴油量控制啟動噴油量控制不均勻油量補償控制巡航噴油量控制空調(diào)啟動噴油量控制

后退前進b.噴油時間控制也是最主要的控制功能之一，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、加速踏板開啟角度和內(nèi)存的控制模型來確定基本供油量，再根據(jù)發(fā)動機水溫、進氣溫度和壓力、燃油溫度和壓力等反饋信號進行修正，得出最佳的噴油正時。后退前進c.供（噴）油速率和供（噴）油規(guī)律的控制

ECU以柴油機轉(zhuǎn)速信號、負荷信號作為主控制信號，按預(yù)設(shè)的程序確定最佳的供油速率和供油規(guī)律。實現(xiàn)在一個做功循環(huán)內(nèi)的多次噴油，可分為三個階段：第一階段：預(yù)噴階段第二階段，主噴階段第三階段，后噴階段后退前進d.噴油壓力的控制

ECU以柴油機轉(zhuǎn)速信號、負荷信號作為主控制信號，按預(yù)設(shè)的程序確定最佳的噴油壓力。e.柴油機低油壓保護柴油機機油壓力過低時，ECU根據(jù)機油壓力傳感器信號減少供油量，降低轉(zhuǎn)速并報警；當(dāng)機油壓力降到一定值一下時，則切斷燃油供給，強制使發(fā)動機熄火。f.增壓器工作保護ECU根據(jù)增壓壓力信號適當(dāng)調(diào)節(jié)供油量，并在增壓壓力過高或過低時報警。后退前進②怠速控制后退前進③進氣控制

主要包括進氣節(jié)流控制、可變進氣渦流控制和可變配氣正時控制。④增壓控制柴油機的增壓控制主要是由ECU根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速信號、負荷信號、增壓壓力信號等，通過控制廢氣旁通閥的開度或廢氣噴射器的噴射角度、增壓器渦輪廢氣進口截面大小等措施，實現(xiàn)對廢氣渦輪增壓器工作狀態(tài)和增壓壓力的控制，以改善柴油機的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪聲。后退前進⑤排放控制柴油機的排放控制主要是廢氣再循環(huán)（EGR）控制。ECU主要根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負荷信號，按內(nèi)存程序控制EGR閥開度，以調(diào)節(jié)EGR率。⑥故障自診斷和失效保護柴油機電控系統(tǒng)中也包含故障自診斷和失效保護兩個子系統(tǒng)。柴油機電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自診斷系統(tǒng)將點亮儀表盤上的“故障指示燈”，提醒駕駛員注意，并儲存故障碼，檢修時可通過一定的操作程序調(diào)取故障碼等信息；同時失效保護系統(tǒng)啟動相應(yīng)保護程序，使柴油能夠繼續(xù)保持運轉(zhuǎn)或強制熄火。后退前進⑦柴油機與自動變速器的綜合控制在裝用電控自動變速器的柴油車上，將柴油機控制ECU和自動變速器控制ECU合為一體，實現(xiàn)柴油機與自動變速器的綜合控制，以改善汽車的變速性能。返回主目錄后退5.3故障自診斷系統(tǒng)

知識要點：介紹故障代碼的讀取方法和故障代碼的含義。目標(biāo):通過教學(xué)，使學(xué)生了解電控系統(tǒng)的故障自診斷系統(tǒng)的工作原理，掌握故障代碼讀取方法并能根據(jù)故障代碼查找故障部位的操作技能。前進故障自診斷系統(tǒng)實時監(jiān)測發(fā)動機的運行工況，當(dāng)電子控制系統(tǒng)出故障時它以故障代碼的形式記錄系統(tǒng)的故障信息，同時點亮儀表板上的故障指示燈告知駕駛員，此時駕駛員應(yīng)盡快將車輛開到維修站維修。維修時，維修人員通過一定的操作程序?qū)⑾到y(tǒng)中存儲的故障信息調(diào)取出來從而便于維修人員有針對性地進行維修作業(yè)，提高工作效率。后退前進故障指示燈的位置：發(fā)動機故障指示燈位于駕駛室儀表盤上。

故障代碼讀取方法：方法一：使用專用的故障診斷儀讀取。方法二：通過故障指示燈讀取。故障代碼的閃爍規(guī)律：故障代碼由四位16進制數(shù)字組成，故障代碼的輸出首先是把故障代碼的每一位都轉(zhuǎn)化為二進制碼，然后一位一位地閃爍輸出。例：故障代碼為0113。

后退前進讀取故障碼的操作流程

：后退前進故障碼的清除：方法一：用專用儀器清除方法二：采用將保險盒中ECU的保險拆下或拆除電瓶負極使ECU斷電10秒以上的方法清除。當(dāng)采用拆除電瓶負極的方法清除故障碼時，諸如時鐘、音響等附加用電器也會丟失所其存儲信息。

故障指示燈變亮后的處理：

在駕駛的過程中發(fā)現(xiàn)故障指示燈變亮，應(yīng)及時在專業(yè)人員的指導(dǎo)下采取正確的應(yīng)急處理措施，必要時應(yīng)立即將車輛交給專業(yè)人員進行維修。返回主目錄后退5.4日常使用與維護

知識要點：介紹玉柴電控歐Ⅲ系列柴油機的日常使用注意事項、維護方法及玉柴現(xiàn)有歐Ⅲ系列柴油機的整機技術(shù)參數(shù)。

目標(biāo):通過教學(xué)，使學(xué)生掌握玉柴電控歐Ⅲ系列柴油機的日常使用維護方法。前進1、柴油要求

1)應(yīng)該在正規(guī)的加油站加注柴油，且柴油應(yīng)經(jīng)不低于72小于的沉淀，不要加注不符合國標(biāo)的柴油；2)不要讓加注后的柴油受到二次污染；3)在需要拆裝柴油管路時，必須保持手及所有工具清潔，避免柴油管路受到污染。2、柴油抽空后重新加注的方法

在燃油油路中的柴油被抽空或需要更換柴油濾清器、預(yù)濾器、油管等情況下，有空氣進入油路中時，必須將空氣完全排出，否則柴油發(fā)動機難以起動或單體泵及泵室有受到穴蝕的危險。

后退前進3、排除油路中空氣的操作程序1)將柴油濾清器頂部的放氣螺塞松開，以手泵連續(xù)泵油排除空氣，直到燃油濾清器充滿燃油，沒有氣泡冒出再上緊放氣螺塞；2)將單體泵泵室前端頂部的放氣螺塞松開，用手泵連續(xù)泵油排除空氣直到將單體泵泵室充滿燃油，沒有氣泡冒出再上緊放氣螺塞。3)將各缸高壓油管連接噴油器的接頭松開，用手泵連續(xù)泵油將高壓油管中的空氣排出，直到燃油流出再上緊接頭；4)空氣排完后，將流出在發(fā)動機和車架上的柴油擦拭干凈，才能起動柴油機；5)禁止以起動機拖動柴油機來排除空氣；6)在排除空氣過程中應(yīng)避免柴油濺到排氣管、起動機、線束上(特別是接插件)，若不小心濺到，則必須將柴油擦拭干凈；7)在排除空氣過程中必須保證柴油清潔，免受污染。

后退前進4.起動柴油機

1）將車輛的電源總開關(guān)閉合(若車輛無此開關(guān)則省略此步驟)，再按常規(guī)起動方式與注意事項起動發(fā)動機；2）起動時不允許踩油門；3）冷起動時，控制器ECU會根據(jù)環(huán)境溫度以及車輛電控附件的信息發(fā)出控制指令，自動采用對應(yīng)的起動控制策略，保證柴油機順利起動，所以起動操作與常規(guī)一樣。5.柴油機與車輛的操作①車輛起步、加速踏板的操作與常規(guī)一樣；②換檔點，建議發(fā)動機的換檔轉(zhuǎn)速應(yīng)在1300rpm以上。后退前進6.停機

必須在車輛的電源總開關(guān)斷開前關(guān)閉點火開關(guān)(若車輛無電源總開關(guān)則無此要求)，其它操作如常規(guī)。7.日常維護

1）電氣部分的日常維護①拔、插線束及其與傳感器/執(zhí)行器連接部分之前，切記應(yīng)首先關(guān)掉點火開關(guān)和蓄電池開關(guān)，才可以進行柴油機電氣部分的日常維護；②定期用潔凈的軟布擦拭柴油機線束上積累的油污與灰塵，保持線束及其與傳感器/執(zhí)行器連接部分的干燥清潔；后退前進③當(dāng)更換柴油機零部件后，例如更換高壓油管后，電控單體泵接線柱周圍積油時，應(yīng)立即用潔凈的軟布將積油吸干；④當(dāng)電氣部分意外進水后，例如控制單元或線束被水淋濕或浸泡，切記應(yīng)首先切斷蓄電池總開關(guān)，并立即通知專業(yè)維修人員處理，不要自行運轉(zhuǎn)發(fā)動機。2）燃油系統(tǒng)的日常維護電控單體泵燃油噴射系統(tǒng)對柴油清潔度與含水量有很高的要求，應(yīng)定期放出油水分離器中的積水，并根據(jù)使用壽命要求更換柴油濾清器與油水分離器。不要購買劣質(zhì)柴油濾清器和油水分離器，更不要使用劣質(zhì)柴油。后退前進3）蓄電池的日常維護當(dāng)蓄電池電壓在18V～34V范圍之內(nèi)，電控單體泵燃油噴射系統(tǒng)仍然可以正常工作，但應(yīng)盡量保持蓄電池的電壓在22V～26V之間。4）接通、斷開蓄電池和電門開關(guān)的要求①駕駛員斷開蓄電池總開關(guān)之間，應(yīng)先關(guān)閉電門開關(guān)。一般情況下，電子控制器在電門開關(guān)斷開后，需要一段時間存儲發(fā)動機的運行參數(shù)，因此建議在關(guān)電門開關(guān)十秒鐘后再斷開蓄電池總開關(guān)。②駕駛員準(zhǔn)備起動柴油機時，應(yīng)先接通蓄電池總開關(guān)，然后再打開電門開關(guān)。返回主目錄后退5.5

電控柴油機的故障診斷與排除

知識要點：故障診斷思路；故障診斷與排除的原則；常見故障的排除方法。

目標(biāo):通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電控柴油機的故障的診斷思路和排除方法前進1.故障診斷、排除原則（1）柴油機的故障常常是由于操作不當(dāng)或是缺乏保養(yǎng)造成的。當(dāng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)首先檢查是否嚴(yán)格執(zhí)行操作和維護、保養(yǎng)規(guī)定。（2）柴油機出現(xiàn)故障時應(yīng)進行故障原因分析。①詢問使用者與維修人員了解該機的使用保養(yǎng)及維修過程（包括換件）情況，初步判斷故障屬自然故障或是人為故障。②對柴