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1、项目六 柴油机电控系统的检修,一、相关知识,(一)柴油机电控技术概述1柴油机电控技术的发展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。汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。1)位置控制方式电控燃油喷射系统(第一代)第一代电控燃油喷射系统保留了传统柴油机供给系统的基本组成和结构，只是取消了机械控制部件(调速器等)，增加了传感器、ECU、执行器等组成的控制系统，使控制精度和响应速度得以提高 2)时间控制方式电控燃油喷射系统(第二代)第二代电控燃油喷射系统基本保留了传统燃油供给系统的组成和结构，通过高速电磁阀直接控制高压燃油
2、的适时喷射。一般情况下，电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。3)时间-压力方式电控燃油喷射系统(第三代)第三代电控燃油喷射系统是国外于20世纪90年代中期研制的一种新型柴油机电控技术。,2柴油机电控燃油喷射系统的优点(1)改善低温起动性。电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行起动操作，使柴油机低温起动更容易。(2)降低氮氧化物和烟度的排放。采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻，从而有效地抑制排烟。(3)提高发动机运转稳定性。采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转，有利于提高其
3、经济性。(4)提高发动机的动力性和经济性。柴油机电控系统中，ECU根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时，从而提高发动机的动力性和经济性。(5)控制涡轮增压。采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。(6)适应性广。一种喷油泵，只要改变ECU的控制程序和数据，就能广泛用在各种柴油机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合，以实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统的开发周期并降低成本，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。,3柴油机电控系统的功能与组成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(柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高
4、，约为19.6MPa)。柴油机电控燃油喷射系统由传感器、ECU、执行元件三部分组成 1)传感器及其他信号输入装置传感器及其他信号输入装置的作用是实时检测柴油机与汽车的运行状态，并把它输入到ECU中，2)ECUECU的核心是单片微机系统，同时包括一些输入/输出(I/O)接口电路和输出通道接口电路等3)执行器柴油机电控系统的执行器也是由执行电器和执行机构两部分组成，其功用是根据ECU送来的执行命令，调节喷油量和喷油正时等，从而调节柴油机的运行状态,4柴油机电控系统的控制功能,(1)燃油喷射量控制。喷油量的控制是柴油机电子控制系统的一项主要控制内容(2)起动喷油量的控制。柴油机低温起动时，由于发动机
5、的摩擦大，起动性变得较慢。(3)怠速控制。柴油机的低速怠速不稳，在机械式控制中用两种调速器加以控制。(4)增压控制。增压控制根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过各种措施，实现对废气涡轮增压器工作状态和增压压力的控制。(5)排放控制。排放控制主要是废气再循环(EGR)控制。(6)起动控制。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。(7)巡航控制。巡航控制是ECU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。故障自诊断包含故障自诊断和失效保护两个子系统。,(二)高压共轨柴油机电控系统1高压共轨柴油机电控系统概述如图6-1所示为高压共轨柴油机电控
6、系统结构图。高压共轨柴油机电控系统的组成分为4个部分。(1)燃油低压子系统 包括油箱、输油泵、滤清器和低压回油管。(2)共轨压力控制子系统 包括高压泵、高压油管、共轨压力控制阀(pressure control valve，PCV)、共轨压力传感器，以及提供安全保障的安全泄压阀和流量限制阀。(3)燃油喷射控制子系统 包括带有电磁阀的喷油器、凸轮轴和曲轴传感器等。(4)电控发动机管理系统 包括电子控制单元和发动机的各种传感器。,图6-1 高压共轨柴油机电控系统结构图,图6-2 ECD-U2系统示意图1加速踏板位置传感器；2油泵压力控制阀(PCV)；3电控装置；4燃油压力传感器；5共轨管；6三通阀
7、(TWV)；7燃油管；8节流孔；9控制室；10液压活塞；11喷嘴；12喷油器；13高压供油泵；14发动机转速传感器；15气缸识别传感器,图6-3 美国Caterpillar公司的HEUI系统示意图1高压机油泵；2机油油管；3高压机油共轨；4HEUI喷油器；5燃油滤清器；6输油泵；7燃油箱；8燃油回油管；9ECU电控模块；10RPCV压力控制阀；11机油箱；12机油泵；13机油冷却器；14机油滤清器,2高压泵如图6-4和图6-5所示，分别为高压泵的纵向和横向结构图。一个高压泵上有3套柱塞组件，由偏心轮驱动，在相位上相差120。从图上可以看出，这种偏心轮驱动平面和柱塞垫块之间为面接触，比传统的凸轮
8、-滚轮之间的线接触的接触应力要小得多，更有利于高压喷射。,图6-4 高压泵的纵向结构示意图,图6-5 高压泵的横向结构示意图,3PCV共轨压力的控制是在压力控制阀(pressure control valve，PCV)的控制下完成的。如图6-6所示为Bosch共轨系统中PCV的结构。结合图6-4中PCV的安装位置可知，球阀是整个共轨压力控制的关键元件。球阀的一侧受到来自共轨燃油的压力，另一侧衔铁受弹簧预紧力和电磁阀电磁力的作用。而电磁阀产生电磁力的大小与电磁阀线圈中的电流大小有关,图6-6 压力控制阀PCV,4共轨组件共轨组件包括共轨本身和安装在共轨上的高压燃油接头、共轨压力传感器、起安全作用
9、的压力限制阀、连接共轨和喷油器的流量限制阀等，如图6-7所示。共轨本身可容纳压力150MPa以上的高压燃油，材料和高压容积对于共轨压力的控制都是重要的参数。,图6-7 共轨组件,图6-8 Bosch共轨式喷油器的结构简图,(三)柴油发动机空气系统的电子控制随着排放法规的加严，要求柴油机的微粒和NOx排放同时大幅度降低，即要求柴油机也像汽油机一样要对空燃比进行控制。为此在柴油机上开始采用电子控制的空气系统。,图6-9 柴油机空气系统的结构简图,1增压压力控制系统柴油机采用排气涡轮增压与自然吸气相比，动力性、经济性和排放性能都有较大提高。但是，普通的增压器特性往往不能兼顾柴油机的高速工况和低速工况
10、。2排气再循环控制系统为了控制柴油机在部分负荷下的NOx排放，采用排气再循环(exhaust gas recirculation，EGR)可降低进入气缸的新鲜空气量的相对比例，从而抑制NOx的生成 3排放后处理系统为了进一步降低柴油机的有害排放物对大气的污染，除了在燃烧环节尽量降低有害排放物的生成以外，还可以采取排放后处理的措施。,图6-10 典型的可变截面涡轮的基本结构,图6-11 VNT和EGR联合控制时的柴油机空气系统结构示意图,图6-12 各种不同结构的EGR阀(a)真空式的EGR控制阀；(b)线性EGR电磁阀1电枢；2阀口开度位移传感器；3线圈；4阀芯；5进气孔；6出气孔,图6-13
11、 TDI轿车柴油机的电子控制空气系统(a)增压压力控制系统；(b)排气再循环控制系统,1)氧化催化器氧化催化器的作用是将没有完全燃烧的HC、CO和部分微粒氧化，生成C2O和H2O。2)NOx的还原催化器由于柴油机的空燃比较大，因此NOx的还原是其后处理的难点之一 3)微粒捕捉器与汽油机相比，柴油机的有害排放物中微粒是主要成分之一,图6-14 DPF在排气系统中的布置(a)单DPF，串联在柴油机排气中；(b)单DPF，带旁通排气管；(c)双DPF，并联轮流工作1柴油机排出的未过滤排气；2电子点火器；3燃烧器燃料供给系；4再生燃烧器；5陶瓷过滤体；6已过滤空气；7助燃空气供给泵；8排气转换阀；9旁
12、通排气管,图6-15 双DPF的微粒捕捉器配置结构,二、项目实施(一)项目实施环境(1)实训车辆或发动机实训台。(2)常用手动工具、检测仪器、举升机。(二)项目实施步骤1柴油发动机机油压力不正常故障诊断2柴油发动机输油泵常见故障检修3柴油发动机调速器常见故障检修4柴油发动机喷油器常见故障检修 5柴油发动机喷油泵常见故障检修,6电控系统传感器检测,1)转速传感器发动机速度传感器的安装位置必须正确，以确保ECM能够准确地接收信息。2)加速踏板位置传感器(油门位置传感器)加速踏板位置传感器安装在加速踏板上，踩下加速踏板时，该传感器将加速踏板位置信号传递给ECM，ECM根据加速踏板位置信号控制喷油量,
13、图6-16 转速传感器位置和电路,图6-17 转速传感器插接器的A、B、C端子的接地电阻检查,图6-18 转速传感器信号线开路检查,图6-20 转速传感器端子间短路检查,图6-21 转速传感器信号线开路检查,图6-22 加速踏板位置传感器电路,图6-23 加速踏板位置传感器检测(一),图6-24 加速踏板位置传感器检测(二),图6-25 加速踏板位置传感器检测(三),图6-26 加速踏板位置传感器检测(四,图6-27 加速踏板位置传感器检测(五),图6-28 加速踏板位置传感器检测(六),三、拓展知识 高压共轨电控柴油机的常见故障分析根据高压共轨电控柴油机的组成及工作过程，详细分析了导致其常见
14、故障产生原因及排除方法。1发动机无法起动1)正时齿轮安装错位如果发动机正时齿轮在安装过程中错位，比如油泵齿轮和凸轮轴齿轮没有“对零”，见图6-29 2)燃油系统不能建立轨压如果燃油管路中混有空气，则共轨系统无法建立轨压，发动机就不能正常起动,图6-29 正时齿轮安装时的对零记号,2车辆行驶过程中突然熄火1)燃油系统堵塞高压共轨电控柴油机，对燃油的清洁度要求是很高的，电控高压共轨柴油机的燃油采用两级过滤的方式，粗滤为15，精滤则要求对15以上的颗粒过滤效率达到100%，而对于5以上颗粒的过滤效率达到95%以上。2车辆行驶过程中突然熄火1)燃油系统堵塞高压共轨电控柴油机，对燃油的清洁度要求是很高的，电控高压共轨柴油机的燃油采用两级过滤的方式，粗滤为15，精滤则要求对15以上的颗粒过滤效率达到100%，而对于5以上颗粒的过滤效率达到95%以上。3)油泵轴半圆键折断由于安装过程中半圆键未能安装到位，发动机在加速、减速、起动等变工况过程中转矩变化很大，使高压油泵轴在工作过程中承受冲击载荷。,
