电控高压共轨柴油机控制原理与故障诊断论文

编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目电控高压共轨柴油机控制原理与故障诊断学生姓名徐立明学 号82011241院 系汽车工程系专 业汽车检测与维修技术班 级820112指导教师汪东明 副教授 顾问教师二一三年十一月摘 要为了满足日趋严格的排放法规和进一步提高柴油机的经济性和动力性的要求，电控高压共轨技术在这种背景下孕育而生。电控高压共轨柴油机作为节能环保发动机，在节能与环保意识日益增强的今天，已成为车用发动机的一种必然选型。其喷油控制与故障监控策略的研究，对提高燃油喷射控制精度、实现节能减排目标、提高发动机运行稳定性与可靠性以及优化发动机整体性能具有重要的现实意义。本文主要介绍了国外、内电控高压共轨柴油机的发展，详细分析了高压共轨的组成及工作原理，重点介绍电控高压共轨系统的故障诊断和它的检修具体步骤，最后列举了哈弗、锡柴等汽车上经常出现的故障进行了分析了解。关键词：高压共轨；电控柴油机；控制原理；故障诊断AbstractTo meet the increasingly stringent diesel emission regulations and to further improve the economy and power of the requirements, electronically controlled high pressure common rail technology in this context bred. Electronically controlled high pressure common rail diesel engine as an energy-saving environmental protection, energy saving and environmental protection in the growing awareness of today, has become an inevitable vehicle engine selection. Its injection control and fault monitoring policy research, to improve the fuel injection control precision, to achieve energy reduction targets, improve stability and reliability of the engine is running and optimizing the overall performance of the engine has important practical significance. This paper describes the foreign countries, electronically controlled high pressure common rail diesel engine within the development of a detailed analysis of the composition and work of high pressure common rail principle focuses on electronically controlled high pressure common rail system fault diagnosis and repair its concrete steps, the last cited Havel , Xichai other cars often failures were analyzed to understand.Keywords: High pressure common rail; electronically controlled diesel engine; control principle; fault diagnosis目 录目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1电控柴油机发展11.2电控高压共轨柴油机的发展31.2.1国外高压共轨柴油机的发展41.2.2国内高压共轨柴油机的发展51.3电控高压共轨技术发展61.4电控高压共轨的特点及优缺点6第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理92.1电控高压共轨的组成92.1.1燃油系统92.1.2电控系统102.2电控高压共轨系统的工作原理112.3电控高压共轨柴油机的燃油电器元件122.3.1燃油粗滤器和精滤器122.3.2低压输油泵122.3.3高压油泵122.3.4共轨组件132.3.5电控喷油器142.4电控高压共轨柴油机的主要电气元件152.4.1主要传感器162.4.2 ECU192.4.3主要执行器19第三章 电控高压共轨柴油机使用维护223.1基本操作要注意的问题223.2电控高压共轨的日常维护223.3节油措施25第四章 电控高压共轨柴油机故障诊断与检修274.1电控高压共轨的故障诊断思路274.2电控高压共轨的故障诊断方法274.3电控高压共轨的故障诊断原则284.4电控高压共轨柴油机电气元件的检修29第五章 电控高压共轨系统的案例335.1哈弗高压共轨发动机黑烟故障335.2 GW2.8TC-CB18型增压共轨柴油机事故修复后无法启动355.3博世电控共轨发动机无法起动365.4电装高压共轨系统发动机起动困难395.5锡柴BOSCH4DF3系统怠速不稳40III第六章 总结与展望416.1总结416.2展望41致 谢42参考文献4345第一章 绪论第一章 绪论1.1电控柴油机发展电控柴油发动机与传统柴油机的主要区别在于它的燃油供给系统的不同，前者采用的是电控燃油喷射系统，而后者采用的是机械式燃油喷射系统。从结构和功能的角度看，柴油机的电控系统包括燃油系统的电子控制和柴油机空气供给系统的电子控制。电子控制系统的应用使得柴油机在动力性、经济性和排放性能等方面都取得巨大的进步。早在20世纪70年代，人们就开始研究柴油发动机电子控制技术来替代机械控制。到目前为止，已经研究出许多功能各异的柴油机电子控制技术，大部分已经产品化并投放市场。这期间经历三代。第一代位置控制系统这种系统的主要特点是保留了大部分的燃油系统部件，如喷油泵高压油管喷油嘴系统和喷油泵中齿条、齿圈、滑套、柱塞上的螺旋槽等零件，只是用电子伺服机构替代机械式调速器来控制供油滑套或燃油齿条的位置，使得供油量的调整更为灵敏和精确。图为第一代电控柴油机分配泵，最明显的特征就是具有用于调整控制油量的油量调节器及滑套位置传感器（如图1-1）。这类技术已发展到了可以同时控制定时和预喷射的正时和喷油率控制系统(TICS)。图1-1 （位置控制式）电控柴油分配泵第二代时间控制式这种系统可以保留原来的喷油泵高压油管喷油器系统，也可以采用新型高压燃油系统。其喷油量和喷油正时是由电脑控制的强力高速电磁阀的开闭时刻所决定：电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。即喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭时间的长短，因此可以同时控制喷油量和喷油定时。传统喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽和提前机构等全部取消，使系统对喷油定时和喷油量控制的自由度更大。图为时间控制式的径向柱塞分配泵，其明显特征是泵上装有油泵控制单元、控制喷油量的喷油控制电磁阀和控制喷油提前角的定时控制电磁阀（如图1-2）。图1-2 径向柱塞分配泵第三代时间压力控制式也称高压共轨系统，这种系统包括了高压共轨系统和中压共轨系统这是20世纪90年代国外最新推出的新型柴油机电控喷油技术。该系统摈弃了传统的泵管喷嘴的脉动供油方式，用一个高压油泵在柴油机的驱动下，连续将高压燃油输送到共轨管内，高压燃油再由共轨送入各缸喷油嘴，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止（如图1-3为康明斯柴油机高压共轨系统）。图1-3 康明斯柴油机高压共轨系统为满足日益严格的尾气排放法规，降低发动机的燃油消耗和减少废气排放中的有害成分，单靠传统的机械控制不足以解决问题，目前满足我国国排放标准的柴油发动机主要采用的是电控高压共轨系统。1.2电控高压共轨柴油机的发展1.发展前期自从1991年日本电装公司发表ECD-U2高压共轨系统论文以来，国外燃油系统制造商纷纷投入巨额资金和人力开发共轨系统。博世公司于1995年发表了用于轿车的高压共轨系统，采用径向柱塞转子式供油泵，喷油器电磁阀采用球阀结构。目前博世公司共轨系统在欧洲乘用车和轻型车柴油机上已得到普通应用，如德国戴姆勒-奔驰公司C系列轿车、意大利AlfaRemeo156轿车、德国大众的奥迪3.3L型V8涡轮增压柴油机、美国通用公司与日本五十铃公司合资生产的Duramax6600柴油机及美国康明斯公司的ISBe3.9L和5.9L全电控柴油机等。德尔福与西门子分别在1998年和2000年推出轿车MultecDCR1400共轨系统，采用径向柱塞转子式供油泵，德尔福公司的喷油器电磁阀设计在喷油器内，使得喷油器体积更小巧；西门子喷油器采用压电执行器，响应时间更短；而日本电装公司在1991年研究开发出的ECD-U2第一代产品，并于1995年匹配Hino的J08C柴油机、五十铃的6HK1柴油机，经过多年的改进与完善，最新产品已用于轿车的ECD-U2P系统。目前，共轨燃油喷射系统应用十分普遍，博世公司已生产出2500万套共轨系统，并在江苏无锡投资建设了技术中心和工厂，实现了本地化生产。长城汽车与博世公司开发出了高压共轨柴油发动机，此外奥迪、奔驰、华泰等品牌也推出了采用共轨系统的汽车。我国部分大学、研究所和企业也通过合作或独立自主研发，取得了各具特色的研究成果，并有数十项专利公布。因此，我国在电控直喷式柴油机方面已积累了一定的经验，但总体来说与国外还存在差距，主要体现在制造工艺和批量生产的质量控制。此外，国内共轨系统相关配套体系不健全，部分零部件还依靠进口，如单片机芯片、共轨压力传感器等。国外公司与中国企业竞争已不占绝对优势，相对于汽油机而言，国内在电控柴油机方面与国外差距相对较小。这得益于两方面原因：一是我国原有柴油机使用车辆大都具有自主品牌，二是我国柴油机使用车辆的舒适性要求不高，价格低廉，国外公司与中国企业竞争不占优势。2.高速发展期随着排放标准的提高，柴油机必须采用电控喷射系统。目前国内柴油电控系统主要有共轨、单体泵等，和国外先进技术比，虽然还不具备对等的实力，但发展势头良好。如无锡油泵油嘴研究所研发的共轨系统已在无锡公交使用，同时国内从事电控柴油机研发的企业数量较多，因而国内在电控柴油机市场今后一定会有所作为。而国外公司提供的产品价格相对较高，供货价格取决于批量，在目前我国电控柴油机批量还不大的前提下，他们很难拿到比较满意的价位。同时，在售后服务及配件供应方面，国内自主品牌系统也存在明显的优势，国内自主研发的电控燃油系统竞争力主要体现在以下几方面：首先，价格便宜，经济批量较小。其次，对于轻卡产品，在批量不大的情况下匹配共轨技术，可选择高喷射压力的PM型直列泵+电子调速器+冷却EGR方案，这也是我们的优势。还有，对于中重型车辆，在国阶段已开始实施共轨、单体泵等技术路线。当然，国内在电控柴油机系统方面还面临很多挑战，如制造工艺不成熟，批量规模较小；燃油品质难以保证；柴油机后处理技术水平不高等。但这些会随时间推移，不久将逐步得到解决。1.2.1国外高压共轨柴油机的发展目前， 国外在柴油机电控共轨喷射系统方面的研究进展很快， 并有多种共轨喷射系统设计并投产，其中主要以德国的博世、美国的德尔福、日本的电装为主（如图1-4）。图1-4 国外电控高压共轨柴油机1.德国博世系统德国Bosch公司于2003年推出了第三代使用压电喷油器的高压共轨电控喷射系统。与前两代以喷油压力表征的共轨系统相比，第三代共轨系统以其高精尖的技术内涵为特征，喷油压力为160180MPa。压电式喷油器的高度集成化，使其压电元件与喷嘴中的针阀靠得更近，从而使系统具有优良的“液压响应速度”。喷油器运动件质量减少了75%，针阀部件数从4个减少到了1个，响应速度为所有电磁式喷油器的2倍。Bosch正在研究带压力扩大器的共轨燃油概念系统。在这种系统中，高压油泵先在共轨管中产生135MPa的压力，然后通过一个特殊的转换活塞使喷油压力达到250MPa以上。由于压力如此之高，因而雾化更加良好，更容易与空气混合，从而燃烧得更彻底。2.美国德尔福系统美国德尔福公司最具代表性的是先进的MultecDCR柴油共轨喷射系统。MultecDCR设计独特的喷油器是带有平衡控制和反馈控制的电磁阀喷油器!其响应迅速并能精确计量燃油。这种喷油器只需12V工作电压，大大降低了生产成本和复杂程度，并且非常节能，整个系统采用积木式设计，移植性好，可用于不同形式和不同种类的发动机。3.日本电装系统日本电装的ECD-U2共轨系统由高压供油泵、共轨管、喷油器、各种传感器和电控制单元组成。根据发动机转速和负荷的不同，泵控制阀与油压传感器联合对共轨压力实行闭环控制，由于单向孔板节流作用，可形成德尔塔型（三角型）喷油规律，对燃烧十分有利。喷嘴的开启和关闭完全由喷油器控制腔中的压力和共轨压力的差值决定，改变施加在三通阀上的电脉冲宽度，可以控制喷油量；改变三通阀上的电脉冲发生时刻，可控制喷油定时。1.2.2国内高压共轨柴油机的发展目前我国对高压共轨燃油喷射系统的研究与开发尚处于起步阶段，发动机燃油喷射系统由机械式喷射系统向电控式喷射系统过渡还主要依靠国外技术来实现。为了尽快提高我国的自主开发和核心竞争力，应不遗余力的在电控喷油器、液力控制阀、喷油嘴偶件和高速执行器、ECU软硬件等关键零部件的制造以及控制策略和功能、匹配标定技术、提高产品可靠性和安全、降低制造成本等方面开展研究（如图1-5）。图1-5 国内高压共轨柴油机其中天津大学研制的FIRCRI高压共轨系统正处于硬件在环仿真和实机测试阶段，上海交通大学开发的CD-1型高压共轨系统处于匹配玉柴6110柴油机的准备阶段，北京理工大学、华中理工大学等也正在开发自己的高压共轨技术，无锡威孚集团与博世公司已经联合建立了无锡博世汽车柴油机系统股份有限公司，开始了高压共轨系统的生产。在控制策略上，目前国内主要采用经典的PID控制方法，这种方法原理简单，易于实现，稳定性好，但存在需要在不同工况下反复调节和不能在线调节等缺点。1.3电控高压共轨技术发展第一代共轨系统。第一代共轨高压泵总是保持在最高压力，导致燃油的浪费和很高的燃油温度。第一代共轨技术为商用车设计的，最高喷射压力为140MPa，乘用车压力为135MPa。自从1991年日本电装公司发表ECDU2高压共轨论文以来，国外燃油制造商纷纷投入具额的资金和人力来开发共轨技术。博世1995年发表了用于轿车的高压共轨系统，采用了径向柱塞转子式供油泵，喷油器电磁阀采用球阀控制。博时公司于1997年首家批发生产燃油喷射系统的乘用车，当时博士和奔驰联合推出了共轨技术柴油奔驰C级轿车，而当时阿尔法罗密欧156也是最早使用共轨技术的乘用车之一。第二代共轨技术。第二代共轨技术可根据发动机需求来改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能，带有控制油量的油泵，压力达到160MPa。即使在压力较低情况下，该系统也可根据实际的状况提供适量的喷油压力。不仅有助于燃油的消耗，还可以降得燃油的温度，从而省去燃油冷却装置。预喷射降低了发动机噪声。在主喷射前的百万分之一秒内少量的燃油被喷入汽缸压燃，预热燃烧室。预热后的气缸使主喷射压燃更容易，缸内的压力和温度不在突然增加，有利于降低燃烧噪声。在膨胀过程中产生后喷射，产生二次喷射，缸内温度增加到200度到250 度，降低了排气中的碳氢化合物。第三代共轨技术。第三代高压共轨带有压电直列式喷油器。2003年第三代面世，压电式直列式共轨技术代替了电磁阀，实现了更加精确的喷射控制。省去了回油管，结构上更加简单。压力从20到200MPa弹性调制，最小喷射量控制在0.5mm3，减小了烟度和NOX的排放，最高喷射压力达到180MPa。此套带有压电式高压共轨技术使带预喷射和后喷射喷油率的曲线更加自由。1.4电控高压共轨的特点及优缺点众所周知，提高柴油机动力性、经济性和降低排放的中心任务是改善柴油机的燃烧过程。而只有通过灵活的燃油喷射控制才能实现最佳的缸内燃烧。电控高压共轨系统，是柴油机电控技术发展过程中的一个重大飞跃，是迄今为止针对柴油机的最佳解决方案。因为它改变了传统的机械式喷油系统的组成结构，使喷射压力的产生完全独立于发动机的转速和喷射过程，真正地实现了喷油压力、喷油时刻、喷油量和多次喷射的独立及柔性控制，从而实现与发动机的完美匹配，大大提升了柴油机的动力性、经济性、排放及噪声方面的综合性能。特点：（1）自由调节喷油压力（共轨压力控制）。（2）自由调节喷油量。（3）自由调节喷油时间。（4）自由调节喷油率。（5）更高的喷油压力。（6）喷油压力与实际工况相适应。（7）与其它电控柴油喷射系统相比，电控高压共轨系统具有较高的经济和技术优势。（8）控制参数多，控制精确。（9）动力性、经济性、排放净化性好。（10）系统油压波动小。（11）采用高速电磁开关阀控制，控制灵敏度高。（12）适用范围广。（13）系统成本高，维修费用高。图1-6 控制精确的喷油速率图1-7电控高压共轨和电控单体泵的对比优点：（1）自由控制喷油压力电控喷油柴油机的喷油压力不受曲轴转速以及凸轮形状的影响，可以根据需要灵活控制，能够提高喷油压力、提高供油能量、改善雾化质量、缩短喷油延续时间，从而降低NOx排放。在大负荷工况下可以通过提高喷射压力。推迟喷油定时的方法求得NOx和PM(颗粒)的折中关系。在低负荷工况下则需要减少混合燃料的比例，同时降低喷油初期的喷射压力。（2）精确控制喷油量。根据传感器的信息。ECU计算出目标喷油量，计算出喷油装置需要的供油时间，并向驱动单元发送驱动信号，从而控制喷油量。在基本喷油量、怠速转速控制、启动油量控制、各缸不均匀油量补偿控制、恒定转速控制等各种运行状况下，实现最佳喷油量制。（3）精确控制喷油定时。通过各种传感器监测发动机当时的工况条件和环境条件，并根据这些实时条件计算出最佳喷油时间，将结果送给执行器(定时控制阀TCV)，控制流入或流出提前器的工作油。由于工作油对提前机构的作用，改变燃油压送凸轮的相位角，或提前、或延迟，从而控制喷油定时。（4）自由控制喷油率。电喷柴油机能够自由地实现对喷油率的控制，不仅能够实现靴形喷油率，还可以实现多段喷油。（5）扩展了故障诊断、联络等功能。 自我故障诊断功能就是由ECU监视、发现电子控制系统中故障产生的位置，并向驾驶员或修理人员提供故障信息的功能。同时可以解决运行参数及监测数据的存储与传递，有利于对机械的动态管理。缺点：（1）价格较高（2）国内无供应商（3）匹配时间和供货受供应商制约（4）要求燃油品质非常严格43第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理2.1电控高压共轨的组成柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新技术，因为它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术及喷油结构于一身。它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力与喷油量的精确控制，而且能实现预喷射和后喷，从而优化了系统。高压共轨发动机由以下2大部分组成：燃油系统以及电控系统（如图2-1）。图2-1 电控高压共轨系统组成2.1.1燃油系统图2-2 燃油系统组成1.主要由供油泵、共轨、喷油器等组成（如图2-2）。（1）供油泵（高压油泵）将燃油产生高压，供到共轨内。（2）共轨实际上是一个燃油分配管，储存在共轨内的燃油在适当的时刻经过高压油管输送到喷油器，喷入发动机的气缸内。（3）喷油器喷油器是由电磁阀控制的喷油阀，由ECU控制电磁阀控制其开关，从而控制电磁阀的喷油时间和喷油量。2.电控共轨燃油喷射系统的工作过程（如图2-3）。图2-3 电控共轨燃油喷射系统的工作过程2.1.2电控系统由传感器、ECU、执行器三部分组成。1.传感器采集发动机实际运行状态信息参数，传给ECU。主要传感器有：（1）发动机转速传感器（曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器）曲轴转速传感器检测发动机转速信号，凸轮轴转速器确定发动机工作顺序。（2）加速踏板位置传感器检测油门踏板信号（驾驶员转矩的要求）。（3）空气流量传感器（进气压力传感器）检测发动机空气流量信号。（4）增压压力传感器检测增压器增压压力信号（5）冷却液温度传感器、进气温度传感器ECU根据温度传感器的数值对喷油始点、喷油率等参数进行最佳匹配。（6）共轨压力传感器采集共轨内的燃油压力，进行反馈，控制共轨内的燃油压力。2.ECU根据各传感器传来的发动机的实际运行状态参数，进行计算、分析、发出控制指令，对喷油时间、喷油量、喷油率、喷油压力进行控制，同时具有故障自诊断和故障应急功能。3.执行器由ECU控制各种电磁阀的开启和关闭时刻，对共轨内的喷油压力，喷油器的喷油量、喷油时间、喷油率进行控制。目前世界上主要有三大公司在研究和生产柴油机高压共轨系统，他们是德国的博世(BOSCH)、日本的电装（Denso）和美国的德尔福（Delphi）。德国博世公司从推出第一代、第二代柴油机高压共轨系统后，现在已经发展到第三代高压共轨喷射系统。2.2电控高压共轨系统的工作原理高压共轨燃油喷射技术是通过高压油泵压缩燃油至共轨管内形成高压，再由高压油管分配到每个喷油器，并通过控制喷油器上的高速电磁阀的开启与关闭定时定量地将高压燃油喷射至柴油机燃烧室内，以保证最佳的雾化和燃烧效果，从而使发动机获得最佳的性能。高压共轨系统主要由低压回路和高压回路两部分组成。低压回路包括低压油管、燃油滤清器和齿轮泵等，高压回路包括高压油泵、共轨管、高压油管和喷油器等部件。发动机工作时，高压油泵上自带的齿轮泵通过负压从油箱中吸油，并以一定的压力（约57bar）将过滤后燃油送入高压油泵。燃油进入高压柱塞腔后被压缩，通过高压油管进入共轨管形成高压，每缸喷油器通过高压油管与共轨管相连，以实现高压喷射（如图2-4）。图2-4 电控高压共轨系统的工作原理2.3电控高压共轨柴油机的燃油电器元件2.3.1燃油粗滤器和精滤器带手动油泵和油水分离器的燃油粗滤器可以滤去燃油中的污染物、杂质、颗粒物和水分，并可对分离出来的水量进行监控。手油泵是燃油滤清器内提供燃油的设备，也是保证发动机首次启动必须使用的设备。当发动机燃油耗尽时，进行油水分离器内的排水工作，更换燃油滤清器后，重新启动发动机前要先按压手动输油泵直到按不动为止。燃油滤清器安装在粗滤器与高压泵柱塞之间，对进入高压泵柱塞前的燃油进一步过滤。电控共轨系统对燃油滤清的分离效率、流量和水分分离能力有特殊的要求，燃油粗滤器的滤水能力要达到93%，燃油精滤器的滤水能力要达到95%（如图2-5）。图2-5 燃油精滤器和燃油粗滤器2.3.2低压输油泵高压泵的后面一般安装有齿轮式吸油泵或叶片式吸油泵，由高压泵的轴驱动，把油从油箱中抽出并送到高压泵。输油泵出现故障时无法给高压泵提供足够的燃油，这会造成高压过低使发动机无法正常工作或无法成功启动。齿轮泵不需要维修，如果损坏直接更换。首次启动前或当油箱被抽干时需为其加注燃油，可把手油泵直接安装在齿轮泵或低压油管上。吸入负压、输出油压和回油流量是齿轮输出性能的相关参数，因为齿轮泵与高压泵集成在一起，无法测量输出压力；又因为回油流量与发动机其他参数有关(如喷油器工作性能、发动机转速、高压泵性能等)，所以吸入压力就成了测量齿轮泵最常用的方法。齿轮泵的吸入压力为7030KPa，该压降来自燃油滤清器的过滤阻力（如图2-6）。图2-6 低压输油泵2.3.3高压油泵高压油泵是高压共轨系统中的关键部件之一，它的主要作用是将低压燃油加压成为高压燃油，储存在油轨内等待ECU的喷射指令。高压油泵由齿轮泵、油量计量单元、溢流阀、进出油阀和高压柱塞等部分组成。其润滑方式为机油润滑，润滑油路与发动机润滑油路直接相连。齿轮泵的任务是向高压油泵供给足够的低压燃油，安装在高压油泵泵体后端，依靠位于高压油泵凸轮轴末端的齿轮来驱动，它的转速是高压油泵285倍。当燃油进入高压部分后，一路经过油量计量单元进入高压柱塞腔，经压缩后进入油轨，同时多余的燃油通过溢油阀回到油箱中。油量计量单元的主要作用是调节进入高压柱塞腔的油量，以控制共轨管内的燃油压力的大小（如图2-7、2-8）。图2-7 高压油泵的组成图2-8 高压油泵的断面2.3.4共轨组件共轨管是电控高压共轨系统中所特有的零部件，主要包括高压接头、节流孔、轨压传感器和压力限制阀（如图2-9）。共轨管的主要作用是蓄压和分配燃油，阻尼燃油压力波动同时还限制最高燃油压力，使之不超过安全限值。轨压传感器向ECU提供共轨管内的实时压力信号，做为轨压闭环控制的输入。油轨进出口处的节流孔设计可减小共轨管和高压油管中的压力波动。压力限制阀是一个机械阀，当压力超过一定限值时即开启，以保证共轨管在出现压力异常时，将压力迅速释放从而确保系统安全。当压力限制阀打开后，它仍能将轨压维持在一个正常范围（如700800bar），让车辆在故障情况下仍能继续运行至维修站点，即跛行回家。图2-9 共轨组件2.3.5电控喷油器喷油器是电控高压共轨系统中最关键和最复杂的部件，它的作用是根据ECU发出的电信号控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油时刻、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室内。喷油器主要由喷油器体、电磁阀、油嘴、针阀组件和弹簧等部分组成，图5所示为Bosch的第二代商用车喷油器CRIN2。在电磁阀不通电时，电枢将球阀紧紧压在阀座上，此时控制室和压力室内压力平衡，油嘴针阀被弹簧预紧力紧紧压在油嘴座面上不抬起，即喷油器不喷油；当电磁阀通电时，电磁阀通过吸力将电枢抬起，此时控制室内燃油经球阀量孔泄漏，控制室压力迅速下降，而压力室压力没有变化，从而油嘴针阀被抬起，即喷油器开始喷油；当电磁阀关闭时，控制室的压力上升，油嘴针阀两端压力再次平衡，在弹簧预紧力的作用下油嘴针阀落座，从而关闭喷油器完成喷油过程（如图2-10），喷油器喷油过程（如图2-11)。图2-10 喷油器结构图2-11 喷油器工作过程2.4电控高压共轨柴油机的主要电气元件电控高压共轨柴油机电气元件主要包括传感器部分、ECU、执行器部分（如图2-12）。图2-12 电控高压共轨的主要电气元件2.4.1主要传感器主要的传感器包括曲轴转速传感器、油门踏板传感器、轨压传感器、凸轮轴传感器、水温传感器、空气流量计。1.曲轴转速传感器曲轴位置传感器的作用就是确定曲轴的位置，也就是曲轴的转角。它通常要配合凸轮轴位置传感器一起来工作确定基本点火时刻（如图2-13）。功用：曲轴位置传感器（CKPS）又称转速传感器，检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。常与凸轮轴位置传感器配合使用。安装位置：曲轴、凸轮轴、飞轮或分电器处。分类：光电式、霍尔式和磁感应式。图2-13 曲轴转速传感器 2.油门踏板传感器通过收集油门踏板位置传感器信号，将重新整理后的油门信号传往电脑，提高引擎的响应性能，从而提高油门灵敏度，加快起步速度，提升车辆瞬时提速性能,避免车辆突发性前窜,避免发动机积碳（如图2-14）。图2-14 油门踏板传感器检测维修注意事项：检测时应注意检查油门踏板是否能踩到全开位置，是否因车内驾驶座椅下方地毯过后或位置不当将踏板顶住，无法踩到100%位置。3.轨压传感器该传感器是普通的电控汽油机所没有的，为共轨柴油机所必须的。共轨压力是柴油机共轨系统的重要参数，目前，国柴油机共轨系统的共轨压力是实时变化的，喷油量与共轨压力直接相关（如图2-15）。功用：燃油通过共轨上的一个小孔流向共轨压力传感器，有压力的燃油通过一个盲孔到达传感器膜片。一个将压力信号转换成电信号的传感器部件安装在此膜片上，传感器产生的信号被输入一个用于放大拾取信号并将它送入ECU的检测回路。图2-15 轨压传感器4.凸轮轴传感器采集共轨内燃油压力，进行反馈，控制共轨内的燃油压力（如图2-16）。功用：凸轮轴位置传感器（CPS）又称为气缸识别传感器，采集配气凸轮轴的位置信号，并输入ECU，以便ECU识别气缸1压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制。此外，凸轮轴位置信号还用于发动机起动时识别出第一时刻点火。因为凸轮轴位置传感器能够识别到哪一个气缸活塞到达上止点。类型：光电式和磁感应式图2-16 凸轮轴传感器5.水温传感器ECU根据温度传感器的数值对喷油始点、喷油率及其它参数进行最佳匹配（如图2-17）。水温传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，与冷却水接触，用来检测发动机预热温度及冷却水温度，水温传感器内部是二个导体热敏电阻，具有负的温度电阻系数，水温越低，电阻越高，反之，水温越高，电阻越低，水温传感器的三根导线都和电脑连接，其中一根为接地线，另外两根的电压随热敏电阻阻值的变化而变化，电脑根据这一电压的变化测得发动机的预热温度及冷却水的温度。图2-17 水温传感器6.空气流量计为了获得空气流量，传感器元件上的传感器膜片（发热金属铂丝固定在薄树脂上构成）被中间安装的加热电阻加热， 膜片上的温度分配被与加热电阻平行安装的2个温度电阻测量。通过传感器的气流改变了膜片上的温度分配，从而使得两个温度电阻的电阻值产生差异，由此对ECU输出一个变化的电压信号。在传感器内部安装有进气温度传感器，用以测量进气温度（如图2-18）。图2-18 空气流量计原理图通电状态下，2膜片被加热，其温度呈线性上升，且线性一致，无气流通过时，2膜片的温度差为0；当气流通过时，由于气流吹过2膜片的先后顺序不同，引起2膜片温度变化（虚线），而2膜片温度之间的差值便是ECU计算出进气质量的重要参量（如图2-19空气流量计）。图2-19 空气流量计2.4.2 ECU根据各种传感器传来的发动机实际运行状态信息，进行计算、分析、发出控制指令，对喷油时间、喷油量、喷油率、喷油压力进行控制。同时具有故障自诊断和故障应急功能（如图2-20）。图2-1 ECU2.4.3主要执行器由ECU控制各种电磁阀的开启和关闭时刻，对共轨内的喷油压力，喷油器的喷油时间、喷油量、喷油率进行控制。主要执行器有：高压油泵、高压蓄压器、高压油管、喷油器。1.高压油泵（如图2-21）输油泵将燃油从 油箱泵吸,经过带有油水分离装置的燃油滤清器到达高压泵的进油口。输油泵使燃油经安全阀的节流孔，进入高压泵的润滑和冷却回路。凸轮轴使三个泵的柱塞按照凸轮的外 形上下运动高压泵的柱塞向下运动时（吸油行程） ，输油泵使燃油经高压泵进油计量比例阀和阶跃回油阀进入柱塞腔。在高压泵柱塞越过下止点后，进油阀关闭。这样 ，柱塞腔内的燃油被密封，它将以高于供油压力的油压被压缩，油压的升高一旦达到共轨的油压，出油阀被打开，被压缩的燃油就进入了高压循环。柱塞继续供给燃油，直至到达上止点（供油行程） ，压力减小，导致出油阀关闭，仍然在柱塞腔内的燃油压力也下降，柱塞又向下运动。只要柱塞腔内的压力降至低于输油泵的供油压力时，进油阀又开启，吸油过程又开始。图2-21 高压油泵 2.高压蓄压器（如图2-22）高压蓄压器 存贮高压燃油并抑制压力波动，高压蓄压器为所有气缸所共有，因此将其称作“共轨“。即使大量燃油排出时，共轨也能将其内部压力保持基本不变。燃油压力由共轨压力传感器测定，通过高压泵上的调压阀调节到规定数值。根据系统不同有的高压蓄压器带限压阀,限压器可将共轨中的燃油压力限制在设计的最大压力范围以内。图2-22 高压蓄压器3.高压油管（如图2-23）高压油管 必须能够经受喷油系统的最大压力和喷油间歇时的局部高频压力波动。该油管是由钢管制成, 通常外径为6mm，内径为2.4mm。各缸的高压油管长度是完全相同的，共轨与各缸喷油器之间的不同间距是通过各缸高压油管的弯曲程度进行长度补偿的，但油管长度应尽可能短一些。图2-23 高压油管4.喷油器喷油时刻和喷油量的调整是通过电子触发的喷油器实现的。喷油器由孔式喷油嘴 ，液压伺服系统和电磁阀组成，见如图2-24喷油器。 燃油来自于高压油路，经通道流向喷油嘴，同时经节流孔流向控制腔，控制腔与回油管路相连，途径一个受电磁阀控制其开关的泄油孔。泄油孔关闭时，作用于针阀控制活塞的液压力超过了它在喷油嘴针阀承压面 的力，结果，针阀被迫进入阀座且将高压通道与燃烧室隔离，密封。当喷油器的电磁阀被触发时，泄油孔被打开，针阀控制腔的压力下降，作用于活塞顶部的压力也随 之下降。一 旦压力降至低于作用于喷油嘴针阀承压面上的力，针阀被打开，燃 油经喷孔喷入燃烧室 。即采用了一套液压放大系统 ，电磁阀打开泄油孔使得针阀控制腔压力降低，从而产生控制柱塞的上下压差，在压差作用下打开针阀。喷油时刻和喷油量的调整是ECU根据当前发动机的状态，通过电磁线圈与燃油压力共同作用的喷油器实现的。同时，根据当前发动机的状态，通过电磁线圈与燃油压力共同作用的喷油器实现的。同时，ECU根据发动机的运行状况，实时对喷油器的加电时刻和时间进行修正。喷油器由孔式喷油嘴 ，液压伺服系统和电磁阀组成，电磁阀的开启和关闭的时间决定了喷油正时，该电磁阀开启时间的长短是决定喷油量大小的主要因素。图2-24 喷油器第三章 电控高压共轨柴油机使用维护第三章 电控高压共轨柴油机使用维护3.1基本操作要注意的问题起动发动机前检查水位、油位、蓄电池电压等，起动时间不能过长（要小于15s）；不用踩油门，因为启动油量已经在ECU中被设置固定，踩了油门也不会增大供油量。行驶中不要猛轰油门，由于国车在急加速时ECU自动将油量平衡增加，所以即使猛踩油门也不会得到想象中的急加速。当发动机因各种原因需要排除空气时，一定要在停机状态下，且必须采用手油泵排空，禁止以起动机拖动发动机排除空气，因为这样做会缩短蓄电池寿命。如果需要松开高压油管时必须将车静置15min以上，等油轨内的压力下降以后才能松开高压油管，否则油轨内的高压燃油喷出极有可能造成人员伤害。在排空过程中应避免燃油溅到排气管、起动机、线束及接插件上，若不小心溅到，同需将燃油擦拭干净。由于电控车是采用微电脑控制，所有输入输出的信号都是电信号，所以要防止进水，当必须涉水行驶时，要避免电控系统因进水而受到损坏，原则上控制器离水面的高度应超过200mm，并且涉水行驶时速度应小于10km/h。当发动机出现故障时系统发出故障警报，此时该指示灯闪亮，并且按照一定的规律用闪码报出故障形式，驾驶员可以借此来识别故障，根据故障情况及时安排检查维修。当发动机有故障发生时，故障指示灯将显示相关信息，并且判断如果不会导致发动机故障恶化，控制单元就使发动机以较低的转速和较小的负荷运行，进入所谓的跛脚回家状态。例如水温超过设定值、高压油管破裂、增压压力低等，此时发动机会限制转速和功率，这是电控发动机为确保行车安全，并且能让用户方便维修的人性化功能。在跛脚回家的情况下，司机能做的就是耐心地将车开到附近的维修站，企图踩油门踏板是没有用的。3.2电控高压共轨的日常维护1.燃油系统的维护（1）电控系统对燃油的质量要求很苛刻，也就是要求燃油的品质很高。因为，电控系统要产生压力更高的压力及实现更精度的控制，内部的量孔更精细，运动元件的配合也会更精密，不洁的燃油会使共轨高压泵失效，造成泵的压力降低，同时还会造成喷油器的堵塞。使发动机的性能发生变化，也会使运动件遭到磨损而缩短寿命。（2）不要加注不符合国标的燃油，要到正规加油站加注燃油。（3）在拆卸燃油管路时，要保持手及工具的清洁，以免燃油管路收到污染。（4）油箱的油管安装，油箱的进油口和回油口要离的尽量远,因为回油的温度高，如果离得近，温度较高的回油会进入进油管，使油泵的进口的温度越来越高，影响油泵的润滑。回油管要求回到油液面一下，防止有气进入到回油管路，进、回油管的距离最少不低于20cm。燃油管路要求耐高温在120度以上，尽量不使用铜管和镀锌管，同时避免铅成分的存在，因为铜和锌能溶解在柴油中，使燃油在油嘴处受高温结胶，时间长了会使油嘴堵塞，喷油器不能正常工作。（5）低压油管径推荐：油管内径最少不少于10mm，否则，会影响发动机的进油量。（6）燃油滤清器的使用，必须使用厂家规定的燃油滤清器，不得使用劣质滤清器，更不能使用传统的燃油滤清器，否则，引起发动机无法启动、启动困难、功率不足的故障。（7）燃油滤清器更换的周期，每运行1000012000KM或累计时间长达200250小时，进行更换一次。（8）将燃油滤清器顶部的放气螺栓松开，用油水分离器手泵排空气，直至燃油滤清器内充满燃油，放气螺栓放出的燃油直至没有气泡为止。（9）排空气完成后，将留在发动机上的燃油擦拭干净，以免引起火灾。（10）为保障启动机能正常工作，不要使用启动机带动发动机排空气。因为，放气螺栓在底盘的油水分离器上，启动发动机排空气是没有联系的。2.电器元件的维护（1）电器元件主要包括传感器、控制器、执行器和线束等，在任何情况下都要保持电器元件的干燥、无水、无尘、无油。（2）控制器是整个控制系统的关键件，由硬件和软件组成。ECU安装要求在通风情况良好、严禁上面有覆盖物，以免长时间有积灰，防灰尘，会影响ECU的散热情况；远离热源，避免ECU的热辐射，避免热源产生热流直接作用于ECU；远离高频率、高能量的声源，如：发电机、水泵、油泵、气泵等；应选择相对较高且干燥的位置，避免长时间暴露在湿气中，避免泡水，避免腐蚀性液体接触到ECU及控制线束；ECU附近的线束要固定可靠，防止线束的脱落或折断；视情况考虑加装防护罩；不能安装在较大的厢板上；要保证ECU安全接地；附近无强电磁源，确保电磁屏蔽；（3）整车线束的要求由于ECU的供电电源由整车电源提供，博世要求，新线束20度条件，ECU到电源以及ECU到地所构成的回路电阻小于45豪欧，阻值过大电压会损失在线束上，影响到ECU供电电压，冷启动时尤为明显，故此尽量减少线束的长度，如线束长度达到最小，要提高线束的横截面积，并且使用质量较高的铜芯线束；（4）线束的连接只有在油泵的所有机械连接完成以后，最后才进行电缆线的连接。连接插口要保持清洁、干燥，避免有水进入接口造成短路，线束要固定可靠，避免脱落或折断。（5）线束布局要求传感器信号线和执行器连接线要分开走线，平行时，要至少10cm以上，如果不能平行时，需要交叉时，应垂直交叉，在ECU接口时，平行距离应小于5cm，为防止信号干扰，尽量使用双绞线。3.冷却系统的维护当水温较高时，发动机会自动进入热保护状态，降低发动机输出功率，甚至会自动停机。所以，日常使用或维护要注意检查，冷却液一定要及时补充。电控发动机的温度是通过传感器将信息发送到ECU，ECU受控发动机的出水温度，水温超出整车标定的温度，ECU受控发动机进入自动保护策略，降低发动机的功率。也就是电控发动机因高温拉缸的基本故障都是使用维护的问题，与发动机本身质量无关。4.电控发动机日常维护注意的事项（1）发动机的启动必须是整车在有电的情况下，且保证电控单元通电电瓶电压为24V，为了保证低温下顺利起动，电瓶推荐使用容量不低于120Ah，放电能力不低于CCA（-18度）DIN350的蓄电池，正常工作电压范围832V，电源电压较低时，一些功能被限制，发动机有起动不能的风险。36V高电压时只能工作5分钟。（2）拔、插线束及其与传感器、执行器、控制器的连接部分之前，切记：首先关掉点火开关有蓄电池的总开关。否则，会使电控单元失去记忆，形成故障码并存入，使发动机进入失效保护策略，跛行回家降低发动机的功率。（3）定期使用洁净的软布擦拭发动机线束上积累的油污和灰尘，保持线束与传感器、执行器连接部分干燥清洁。（4）由于大部分的插接件都是塑料材料，安装时禁止野蛮操作，确保锁紧装置安装到位，插口无异物。（5）油水分离器，油门踏板，整车线束生产时是由汽车厂来采购，但必须经过系统的检测后才能使用，特别是油门踏板，需提供特性曲线，进行标定，如果换第二个厂家，必须根据新油门踏板特性曲线重新进行标定。（6）排气制动是否安装，空调是否通过ECU控制，起动机是否需要ECU控制，是否采用巡航控制等，都需要在配车时与汽车厂协商，如有时用户私自加装空调，ECU接受不到请求信号，无怠速提升，导致怠速不稳。（7）控制单元不能随意相互更换，同型号的车型、发动机在相同的状态下可以互换。（8）改型及自加空调的发动机，控制系统ECU就会出现受控指令，需要重新刷写数据。因为没有加装空调电控发动机的机型，ECU在整车标定时也就没有对空调进行受控指令，如果，整机出厂的ECU都进行空调的受控指令，那么，根据客户的个性化要求，不加装空调时，控制单元ECU就会出现故障编码，这个编码是永远不会删除的。因为，不加装空调时，控制单元没有不能受控发动机的怠速，发动机会出现抖动的现象。（9）更换控制系统的喷油器、压力输油泵总成时，对于大功率发动机的油量的变化，对发动机的性能影响相差很小，不需要重新输入IQA代码。对于，小功率的发动机油量的变化，其发动机的性能影响相差较大，需要重新输入IQA代码，否则，控制系统ECU受控执行单元，发动机的性能会发生变化。3.3节油措施1.燃油经济性的影响因素 （1）发动机与油耗的关系 说到发动机与油耗的关系,有的人往往把油耗的大小与发动机的排量联系在一起,认为大排量的发动机的油耗会大于小排量的发动机。实事不尽然,大车和小车相比油耗相对较大主要是整车质量上的问题而不是发动机的原因。 发动机的工作过程中影响油耗的两个最根本因素是空燃比和发动机负荷,这两个值都有一个理论上的最佳值,在实际工作过程中,空燃比和发动机负荷的实际值越接近理论值,汽车就越省油。发动机在负荷为90%、空燃比为1.05:1时燃烧效率最高 （2）轮胎与油耗的关系 轮胎作为汽车的关键承载部件之一,承受车辆负荷、向路面传递驱动力和制动力等作用。因此,轮胎也能影响汽车的燃油经济性、操纵性和安全性。胎面上的花纹是轮胎与路面直接接触的唯一部位,从表面上看起来,它的形状、排布不过是简单的直线与弧线的组合,事实上这里边蕴藏着轮胎科技的精华,直接影响着轮胎的抓地力和胎噪、滚动阻力等性能。 不同类型花纹的轮胎的燃油消耗率不同,折线花纹轮胎比一般花纹要省油。节油轮胎可省油。节油轮胎比起同规格产品来说,在负载不变的情况下滚动阻力值平均降低21%至24%。由于每减少3%-5%的滚动阻力就能节约1%的燃油消耗,因此,如果一部车使用四条节油轮胎,平均可降低约5%的汽车燃油量。 （3）车重与油耗的关系 对一台车油耗影响最大的因素其实要算车重。行驶同样的距离,越重的车做功越多,也就需要更多的燃油。 （4）汽车的传动系对汽车的燃油经济性有重要影响 汽车的传动系对汽车的燃油经济性有重要影响。变速器档位越多,不但汽车换档平顺,而且使发动机增加了处于经济工况下运行的机会,有利于提高燃油经济性。因此现代汽车都是趋向于5档或以上变速器,或者采用无极变速,保证在任何条件下具有使发动机在最经济工况下工作的可能性。在速度不变的情况下,接合高速档时,传动比小发动机转速低,接合低速档时,传动比大相应的发动机转速高。由发动机负荷特性可知,当发动机负荷相同时,一般是转速越低燃油消耗率越小。在一定的行驶条件下,传动系的速比越小,汽车的燃油经济性越高,因此汽车的经济行驶都在高档位。自动挡变速箱,挡位越多越省油,无级变速CVT最省油。 （5）风阻系数 由于现代汽车速度的增高,汽车的造型对燃油经济性也有重要影响,车速越快影响越大,这就是人们常说的“风阻”。减小空气阻力主要是通过减少汽车的迎风面积和空气阻力系数来实现,一般而言迎风面积取决于汽车的体积,空气阻力取决于车身造型。为此,汽车车身紧凑化和流线型是提高燃油经济性的途径。目前许多轿车的空气阻力系数在0.28-0.3左右,对减少燃油消耗起到很大作用。很多人认为风阻只是一个微小的技术参数,但是在实际使用中它与耗油之间的关系非常大。一般来说,车辆高速行驶中,最大的阻力就来自空气。因此风阻系数哪怕是0.01的降低油耗也会带来很大的不同。 2.技术上改善燃油经济性的措施 汽车发动机的节油和车身轻量化或者汽车风阻系数不同,后两者车主对其办法不多,但我可以采取很多办法对汽车发动机进行控制,以达到节油的目的。与汽车发动机相关的节油技术涉及两个方面,一个是司机的驾驶习惯,一个是发动机技术上的一些局部的改装。 相对而言,司机的驾驶习惯只需要长时间的实践就可以掌握,因此,个人观点:在提高燃油经济性对策的问题上需要汽车厂商对技术的不断追求。 以北京车展为例,东风日产轩逸通过XTRONIC CVT无级变速器实现燃油经济性。其所搭载的XTRONIC CVT无级变速器不使用传统的齿轮传动,而是根据车速和路况自动连续调整速比,克服了传统自动变速箱加速时的能量损耗,实现无缝加速,既降低能耗,又能防止油耗水平的大幅变化,有利于稳定整个驾驶过程中油耗水平。采用可变气门正时及升程电子控制系统,在保证扭矩增加的同时能最大限度地提高燃油的燃烧效率,同时综合采用各种新技术,以达到高效节油的目的,这使CIVIC拥有2.0L级的动力,油耗却只有1.5L级。 借鉴先进的发动机技术,自主品牌企业尝试利用各种手段降低油耗。长城哈弗CUV柴油车匹配了采用电控高压共轨技术的“智能节油王”INTEC柴油发动机,较汽油机油耗降低30%-40%。奇瑞展出一款命名为1.9D TCI柴油发动机,它融合了TCI技术、高压共轨直喷技术、EGR系统等数项先进技术,最大限度地减少废气和发动机噪音。其燃油消耗量较点燃式汽油机减少40%-45%,满足欧IV排放标准。第四章 电控高压共轨柴油机故障诊断与检修第四章 电控高压共轨柴油机故障诊断与检修4.1电控高压共轨的故障诊断思路电控共轨柴油机的出现，改变了传统柴油机的故障诊断方法，特别是对共轨柴油机燃油系统的故障诊断，如果没有专用诊断仪器，更是很多共轨柴油机维修者深感头痛的问题。