沃尔沃电控共轨喷油系统方案

浅析柴油机电控共轨喷油系统作者：徐轲工作单位：XX华立工程机械有限责任公司二一三年十月浅析柴油机电控共轨喷油系统XX华立工程机械有限责任公司 徐轲摘要：随着汽车工业的快速发展.柴油机以其卓越的燃油经济性被广泛的使用在汽车及工程车辆上.从20世纪50年代中期开始.汽车的排放物对大气的污染也日趋严重。人们对柴油机进一步降低能耗、减少废气排放、降低噪音等方面的要求越来越高。电控高压共轨喷油系统的出现满足了上述要求.并得到迅速推广和使用。 本文将以图文结合的形式简述电控共轨喷油系统的特点.分析电控共轨喷油系统的构造与工作原理.并结合案例进行分析总结。关键词：柴油机电控高压共轨喷油系统 常见问题维护1 引言 概述由于柴油机的负荷和转速调节是在没有进气节流的情况下直接通过改变喷油量来达到的.因此喷油系统必须以50-160Mpa的恒定压力将雾化良好的燃油喷入柴油机气缸内.并形成均匀的可燃混合气.其间喷油量的计量必须尽可能精确.对喷油过程中喷油压力.喷油时刻和喷油次数的控制必须非常灵活.而且必须能够随运转工况而任意变化。继续沿用了机械调节式的喷油系统、喷油压力较低而控制功能有限的电子控制分配泵系统和无法保持压力恒定的喷嘴泵系统已不能满足这些要求.而满足这些要求的新型的电控共轨喷油系统成为了最佳选择。 电控共轨喷油系统的出现使柴油机的动力性、经济性、排放性能大幅度提高.并得到了迅速推广和使用。了解、掌握电控共轨喷油系统对维修人员有着重要的意义.下面将以沃尔沃D6E、D7E柴油机电控共轨喷油系统为例对电控共轨喷油系统的结构特点、工作原理进行介绍.并结合案例案进行分析总结。2正文沃尔沃D6E、D7E发动机电控共轨喷油系统主要由燃油输送泵、高压燃油泵、共轨组件油轨、限压PRV阀、油轨压力传感器、ECU、油量控制FCV阀、喷油器及发动机传感系统等组成如1-1图 图1-11.1与传统的柴油机喷油系统相比.主要特点如下： 1其与柴油机的匹配具有宽广的应用领域用于小型车辆每缸功率可达30kw；用于重型车辆每缸功率可达200kw。 2共轨压力可达140-160MPa使得喷油雾化极好.燃烧彻底.发动机的动力性、经济性和排放性能好。 3自由调节喷油形状：根据发动机的需要设置并控制喷油率形状.可实现预喷射、主喷射、多段喷射等。 4自由调节喷油时间：根据发动机的转速和负荷等参数计算出最佳喷油时间.控制电控喷油器在适当时刻开启.在适当时刻关闭.并在整个负载/转速范围内稳定的发送细微的提前喷射供油.从而准确控制喷油时间。 5自由调节喷油压力：利用共轨压力传感器测量共轨内的燃油压力.从而调节油泵的供油量、控制共轨压力。 6自由调节喷油量：以发动机的转速及油门开度等信息为基础.由计算机计算出最佳喷油量.通过控制喷油器的通断电时刻直接控制喷油参数。 在电控共轨喷油系统中.由传感系统实时检测出发动机的实际运行状况.由微型计算机根据预先设计的计算程序经行计算后.定出合适于该运行状态的喷油量、喷油时间、喷油率等参数.使发动机始终都能在最佳状态下工作。2.1电控共轨喷油系统的构造及工作原理如1-2图 图1-2 燃油系统和燃油的流动情况.燃油进入侧用蓝 色显示.低压油路用红色显示.回油用绿色显示1加热；2送油压力传感器；3油量控制FCV阀；4带油水分离的预滤器；5燃油泵；6调温器阀；7油轨压力传感器；8主滤器；9喷油器；10油轨；11高压燃油泵；E电子控制单元、PRV限压阀。2.1.1沃尔沃D6E、D7E型发动机电控共轨喷油系统EMS2.工作顺序是1-5-3-6-2-4.一缸与飞轮最近.燃油由喷油器喷射.每缸对应一个喷油器。共轨压力由两个交替工作的高压油泵产生,由传感系统实时检测出发动机的实际运行状况.经过电子控制单元ECU对喷油量、喷油时刻、喷油率等参数进行电子控制。皮带驱动输油泵以0.5-1.0bar的压力从燃油箱吸取燃油.流向油水分离式预滤器。然后以燃油泵提供的压力10.5-13bar继续流向主滤器.经主滤器流向电磁控制的油量控制FCV阀.在那里燃油被分成两路分别流向两个凸轮驱动的高压燃油泵.经高压燃油泵以50-160MPa的压力流向共用油轨。再经高压油管流向六套电控喷油器.电控喷油器上的电磁阀严格按照EECU发出的指令向各个气缸内喷射最适量燃油.剩余的燃油从喷油器经在气缸盖上钻出的管道流回气缸盖.再由气缸盖流回油箱。回油管路中还有一个与油量控制阀相连的回路。2.2手油泵式带预滤的油水分离器 图1-3 1滤清器支架；2手油泵；3调温器阀；4预滤器；5油水分离器；6排放阀；7自动水警报2.2.1手油泵式带预滤的油水分离器工作原理见图1-3右图.燃油系统组成元件对颗粒状物质非常敏感.油量控制器与喷油器之间的通道非常狭窄.很容易被颗粒物堵塞。如果燃油系统中有水与空气.将会引起零件的损坏。由于我国的油品特性及日常保养维修.燃油系统不可避免会出现杂质、水和空气.手油泵式带预滤的油水分离器能有效的过滤燃油中的杂质.分离燃油中的水和排空燃油系统中空气.保证了柴油机喷油系统良好的工作环境.延长了柴油机喷油系统的使用寿命。2.2.2回油管路中一个与油量控制阀相连的回路如图1-2绿色回油油路.在温度低于15时通过关闭调温器阀.使热燃油流回油量控制阀再循环.以此增加燃油温度防止石蜡在滤清器中积聚。直到温度上升到约15时调温器开启。在温度低于15需要排放空气时.调温器阀必须手动打开。混合了空气的燃油被送回油箱而不是系统.调温器阀必须手动关闭.手油泵才能关闭带调温器阀控制功能为选装。2.3齿轮式燃油输送泵如1-4图 图1-4燃油输送泵是由皮带或齿轮驱动的两个互相啮合反向转动的齿轮构成.它们通过密封的接触线将燃油从吸油端送往压油端。其输油量和转速成正比.并通过泵体上一整体式溢流阀保持系统中合适的流量和压力.此溢流阀不可更换。2.4 油量控制FCV阀如1-5图 图1-5 A溢流阀；B燃油进油口；C前往高压燃油泵；D回燃油箱；E电磁阀油量控制FCV阀主要由溢流阀、电磁阀构成.位于两高压油泵之间.燃油泵以6-13bar的压力将燃油压向油量控制FCV阀.在那里燃油被分成两路分别流向两个凸轮驱动的高压燃油泵。其任务是向高压燃油泵供应所需的燃油量.已使油轨中达到或保持正确压力。电子控制单元ECU通过控制一个位于FCV阀上的一个反比例电磁阀实现对油量的控制。当发动机需要停机时.向电磁阀输入最大电流。2.5 高压燃油泵如1-6图图1-6 1经高压油管至喷油器；2 出油阀；3来自油量控制阀；4三个凸起的凸轮完成每泵三次泵油过程2.5.1 D6E、D7E型发动机高压燃油泵由两组柱塞泵总成及两组三个凸起的凸轮等组成.工作过程是由两组三个凸起的凸轮驱动两组高压燃油泵.并完成的六次泵油过程。每次泵油过程都经过吸油、压油、停止压油三个阶段。柱塞偶件及出油阀偶件都是经过选配的精密件.并对系统污染物具有极强敏感性和不可互换性。其作用是在车辆所以工作范围和整个使用期内.在共轨中持续产生符合系统压力要求的高压燃油。2.6 共轨组件油轨、限压PRV阀、油轨压力传感器如1-7图 图1-7 1共轨油管共用油轨内部容积35cm3；2油压传感器；3安全阀；共轨组件的作用是为喷油器储存高压油.同时还具有缓冲来自高压燃油泵的供油脉冲及喷油时短时大量通过喷油器完成的喷油输出的压力波动的作用。在油轨内部有一个压力传感器和一个安全阀.如图所示随着压力的变化压力传感器将以0.5-4.5V之间的电压变化实时将共轨压力反馈给ECU.在压力达到1850- 1950bar 时安全阀打开.保护系统避免超压损坏。如果该阀门打开.油轨压力会保持在650- 850bar之间取决于发动机的转速与负载.此时发动机继续运转.但是性能降低跛行回家模式。正常条件下限压阀在发动机工作期间不会打开.如果ECU检测到系统故障.ECU可以把过剩压力施加在系统上.迫使安全阀打开.启动跛行回家模式。2.7喷油器总成如1-8图图1-8 1电磁线圈；2磁芯；3电枢；4回动空间；5高压通道；6提针回位弹簧 a球阀；b高压腔；喷油器的总成的作用是在发动机电子控制单元的控制下或开启或关闭。喷油器的结构设计在喷油量和喷油开始方面方面极为仔细.特点为体积小部件的低移动质量和小尺寸具有减少喷嘴关闭时对喷嘴座的冲击力.并能实现已低控制电流工作。如图1-8右图此电液结构有一个带液压平衡的小控制阀.提针通过调整座低端和提针上部回动空间的压力差异来操纵.利用一个安装在提针上的电磁阀控制球阀。通过回动空间来调节提针上部压力.从而实现对喷油的控制。喷油量是由油轨压力、喷嘴的燃油流量和来自ECU的脉冲长度共同决定。3.1 共轨喷油系统的电子控制系统共轨喷油系统的电控装置由传感系统部分、ECU及执行部分FCV阀、喷油器组成。传感系统由凸轮轴转速传感器.曲轴转速传感器.温度传感器燃油、增压、冷却液、进气.压力传感器机油、增压.压力开关冷却液、进气等部分组成。如1-9图 图1-93.1.1共轨喷油系统的电控装置由传感系统部分、ECU及执行部分FCV阀、喷油器组成。传感系统由凸轮轴转速传感器.曲轴转速传感器.温度传感器燃油、增压、冷却液、进气.压力传感器机油、增压.压力开关冷却液、进气等部分组成。3.1.2曲轴转速传感器由去除2个齿缺齿部位相应于第一缸上止点的信号轮及电磁感应装置组成。是一个电磁感应式传感器.由内部的磁流变化感应出一个正弦交变电压.该交变电压振幅随转速的上升而增大.其感应转速范围50-4000rpm应用转速范围是800-1900rpm交变电压也随之产生4.2-7.3v的变化。3.1.3凸轮轴转速传感器是霍尔式传感器.转速是曲轴的一半.其能区分曲轴转速传感器无法区分的柴油机活塞行程的压缩上止点及排气上止点。能通过凸轮轴转速传感器在曲轴转速传感器失效时.仍能判断柴油机状态。应用转速范围是800-1900rpm电压信号也随之产生8.8-16.7v的变化3.1.4温度传感器包括燃油温度传感器、增压温度传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器等。温度传感器中有一个电阻值在0.76k-12.1k的温度系数电阻.其阻值随温度增加而阻值减小温度测量范围-40120；机油压力传感器测量范围为0-10bar、增压压力传感器测量范围为0.5-4bar工作原理与共轨系统油压传感器相同.如1-7图中2油压传感器.随着压力的变化压力传感器都将以0.5-4.5V之间的电压变化实时将压力参数反馈给ECU。沃尔沃D6E、D7E发动机传感系统是用来监控发动机上各部件及各系统的运行状况.并将数据传输给ECU。ECU根据检测到的增压压力与温度计算进气量为喷油量计算提供初始数据.并根据检测到的冷却液及燃油温度为喷油正时提供修正数据。同时将检测到的水温.机油压力等通信线传输给显示器.为驾驶员提供发动机信息。执行器根据电控单元所传输的电压信号来控制喷油正时与喷油量.在外部环境变化的情况下.ECU通过对传感器采集到的信息进行对比分析.然后通过对喷油器通电时间的长短和早晚来调整喷油量与喷油正时.喷油器定时、定量的将雾化良好的燃油喷进燃烧室。保证了柴油机在各工况点达到最佳燃烧状态.减低了柴油机的燃油消耗率.提高了燃烧效率.减少了污染物的排放。4.1案例分析4.1.1故障现象：沃尔沃EC210BP在工作中发动机掉速严重.有时甚至熄火.仪表显示柴油滤芯堵塞.发动机无负载时转速可以升回.熄火后.再启动故障消失.但工作一个小时左右故障再次出现。机器发动机常规保养后刚工作50小时。诊断分析：故障代码显示内容为燃油输送压力过低于转速决定的最低值.我们可以很明显的知道故障点在低压油路.分析可能为低压油路堵塞、输油泵故障或压力传感器故障等。故障排除：经检测排除滤芯及管路漏气、堵塞。通过外接燃油压力表测得压力输油泵出口压力为3.9-6.0bar属于正常压力.同时压力表压力与仪表显示压力一致。由此可以排除输油泵及压力传感器。由于问题指向低压油路.经细致检测发现燃油箱呼吸器被大量灰尘堵塞.供油柴油箱的呼吸器.其实就是一个通风口.目的就是为了让柴油箱与大气相通.使油箱内的压力和大气的压力一致.这样由于大气压力的作用.油泵的吸油才更顺畅。如果通风口堵了或者通风不顺畅.油箱里面产生负压.泵的吸油就会受阻.所以造成供油不足.低压油路压力低报警。当出现掉速或柴油压力低报警后.松开手柄或停机下来检查时.输油泵的输油量变小或不工作.由于呼吸滤芯还能通气但是通气不好.所以油箱压力又恢复了正常.试机时又工作正常.但是当柴油箱内的压力又下降到一定值时.导致故障现象再次出现.更换油箱呼吸器后柴油机机器正常。由于故障现象的隐蔽性.很多时候我们都会忽略了最简单的可能性问题.把问题复杂化。了解机器本身的结构特点.能帮助我们快速分析故障排除故障。4.1.2 故障现象：沃尔沃EC210BP工作中由掉速现象.且加速无力.机器工作6000小时.客户一直使用中石化加油站柴油排除柴油品质问题。 诊断分析：报警代码显示为油轨压力控制工作不正确.结合上图1-2分析可能为低压回路压力低、FCV阀故障出口压力、油轨压力传感器故障、喷油器损坏、高压油泵损坏等。故障排除:分别在输油泵与FCV阀出油口外接燃油压力表测得数据都属于正常范围,经测试喷油嘴无泄漏.压力传感器正常反馈油轨压力。在无负载时共轨系统在正常范围500-1600bar.在负载时共轨压力大幅度下降.结合电控共轨喷油系统的结构特点及工作原理分析.燃油输送泵以较低压力经由油水分离器.从燃油箱吸取燃油.泵送的燃油通过柴滤前往FCV阀.后者将燃油送往两个凸轮轴驱动的高压燃油泵.这两个泵输送燃油到共轨管.然后进一步经过高压管前往喷油器。当一个高压燃油泵损坏时另外一个高压燃油泵还能够继续工作.维持高压管的压力保持在500-1600bar之间.当设备遇到负载时共轨管压力就会出现降低。拆卸两只高压油泵检查.发现其中一只高压油泵因挺柱断裂造成高压油泵损坏.更换后高压油泵总成后故障排除。分析故障现象需要掌握大量的相关技术资料.深刻理解工作原理和结构特点.通过对电控共轨喷油系统全面性分析排除可能性问题.锁定故障部位.在最短的时间修复车辆或设备.使其尽快投入到生产中去。3 结论电控共轨喷油系统以其在能耗、排放、噪音等方面的卓越性能成为了柴油机喷油系统的主流。由于电控共轨喷油系统集成电子控制系统、燃油供给系统、机械系统。各系统交叉和系统本身的复杂性.也给故障诊断及排除带来了困难。熟悉及掌握电控共轨系统的工作原理及结构特点.可以帮助维修人员形成清晰的故障分析思路.指导维修人员迅速处理故障。提高了维修工作的效率.对维修生产有着重要的意义。参考文献：1汤定国.汽车发动机构造与维修技术M.人民交通出版社,2005.09.2母忠林.柴油机维修技巧与故障案例分析M.机械工业出版.201243沃尔沃D6E、D7E共轨原理J.XX华立工程机械有限责任公司4沃尔沃D7E学生培训手册J.XX华立工程机械有限责任公司8 / 8