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1、 CRDICRDI 柴油机电控燃油喷射系统检修与故障分析柴油机电控燃油喷射系统检修与故障分析近年来，随着全球对更高效、更低排放及更经济汽车日益增长的现实需求，柴油轿车相比太阳能、燃料电池、混合动力车来说技术更成熟、更具推广潜力和价值。柴油机的关键技术都有很多突破性的发展。燃油喷射系统是影响燃烧过程的重要因素，高压直喷系统和共轨系统都使燃油经济性和排放性有很大改善。废气再循环和催化器改善了柴油机的各项排放。发动机管理系统对喷油和进气过程进行综合控制，保证发动机能够在保持良好的动力性基础上，燃油经济性和排放性能都能达到最优，同时降低振动和噪音。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
2、下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。电控燃油喷射系统是影响缸内燃烧过程的关键因素，对柴油机的动力性、经济性和排放性能都有重要影响。要改善柴油机缸内燃烧，燃油喷射系统一方面要有理想的喷射速率特性，另一方面要提高喷射压力。因此，柴油机电控喷射系统逐渐发展起来。在传统的喷射系统基础上首先发展起来的电控喷射系统是位置控制系统，称之为第一代电控喷射系统，而基于电磁阀的时间控制系统则称为第二代电控喷射系统。第三代电控系统高压共轨系统被世界内燃机行业公认为 20世纪三大突破之一，将成为 21 世纪柴油机燃油系统的主流。柴油机共轨式电控燃油喷射系统技术集计算机控制技术、现代传感检测技术和先进的喷油结
3、构于一身。共轨式电控燃油喷射系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理，而是共轨直接或间接的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，定量的控制喷油器喷射至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。该新技术已在国外以柴油机提供动力的汽车上投入使用。共轨式燃油喷射技术的现有研究结果表明喷油压力高，燃油雾化后颗粒就越细，排放的有害气体和颗粒就越少。展望中国柴油轿车发展之路，适度发展和推广具有先进技术的现代柴油轿车显然有利于国家社会资源的节约，符合产业政策和中央政府提出的建设节约型社会的倡导。第 1 章 电控柴
4、油机概论一、电控柴油机简介电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电控柴油机。电喷柴油喷射系统由传感器、ECU 和执行机构三部分组成。其任务是对喷油的系统进行电子控制，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、油门踏板位置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器，将实时检测的参数同时输入 ECU，与储存的设定参数值或参数图谱进行比较，经过处理计算按照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器则根据 ECU 发出的指令控制喷油量(供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间)和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)，同时对废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运
5、行状态达到最佳。二、电控柴油机控制系统组成1.传感器信号输入：（1）油门踏板位置传感器反应发动机的负荷信号及怠速确认，主控信号。（2）转速传感器、曲轴位置传感器主控信号与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和喷油提前角。（3）着火正时传感器检测燃烧室开始燃烧时刻修正喷油正时（4）冷却液温度传感器控制发动机工作温度，修正喷油量与喷油正时。（5）进气温度传感器检测进气温度、修正喷油量与喷油正时。（6）进气压力传感器检测进气压力、修正喷油量与喷油正时。（7）燃油压力传感器测量燃油轨中的燃油压力，以决定喷射压力。该压力测量值作为一个电信号传送给电子控制单元，从而确定燃油喷射的周期。1空气质量流量计 2电子
6、控制单元 3高压油泵 4高压油轨 5共轨压力传感器 6喷油器 7曲轴速度传感器 8冷却液温度传感器9带溢流阀的燃油滤清器 10踏板行程传感器 11燃油箱 12粗滤清器 13一级输油泵 14低压油管 15高压油管 16限压阀 17回油管 18压力控制阀 19不同传感器和信号处理 20不同执行器 21不同的操作和显示仪表 22界面或接口（8）燃油温度传感器测量燃油温度，井将燃油温度的状态信息提供给控制单元，以便当燃油温度较高时，校正高压油泵的润滑，以保护油泵。 （9）发动机点火开关信号、空调信号、动力转向油压开关信号、空挡起动开关信号2.电子控制单元 ECUECU 的主要功能是根据发动机运转状态确
7、定燃油最佳喷射量，以此控制发动机的最佳空燃比。此外 ECU 还具有控制发动机的最佳点火时间，怠速转速、故障自诊断功能。3.执行器电动调速器、溢流控制电磁铁、电子控制正时控制阀、电子控制正时器、电磁溢流阀、高速电磁阀、电子液力控制喷油器等。三、柴油机电子控制技术的发展趋势 1.高的喷射压力 为满足排放法规的要求，柴油喷射压力从 10MPa 提高到 200MPa。如此高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，缩短着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气排放。 2.独立的喷射压力控制 传统柴油机的供油系统的喷射压力与柴油机的转速负荷有关。这种特性对于低转速、部分负荷条件下的
8、燃油经济性和排放 不利。若供油系统具有不依赖转速和负荷的喷射压力控制能力， 就可选择最合适的喷射压力使喷射持续期、着火延迟期最佳，使 柴油 机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。 3.改善柴油机燃油经济性 用户对柴油机的燃油消耗率非常关注。高喷射压力、独立的 喷射压力控制、小喷孔、高平均喷油压力等措施都能降低燃油消 耗率，从而提高了柴油机的燃油使用经济性。 4.独立的燃油喷射正时控制 喷射正时直接影响到柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量， 决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度。高的汽缸压力和温度可 以改善燃油使用经济性，但导致 NOX增加。而不依赖于转速和负 荷的喷射正时控制能力，是在燃油消耗
9、率和排放之间实现最佳平 衡的关键措施。 5.可变的预喷射控制能力 预喷射可以降低颗粒排放，又不增加 NOX排放，还可改善柴 油机冷启动性能、降低冷态工况下白烟的排放，降低噪声，改 善低速扭矩。但是预喷射量、预喷射与主喷射之间的时间间隔 在不同工况下的要求是不一样的。因此具有可变的预喷射控制能力对柴油机的性能和排放十分有利。 6.最小油量的控制能力 供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的 小油量控制能力发生矛盾。当供油系统具有预喷射能力后将 会使控制小油量的能力进一步降低。由于工程机械用柴油机 的工况很复杂，怠速工况经常出现，而电喷柴油机容易实现最 小油量控制。 7.快速断油能力 喷射
10、结束时必须快速断油，如果不能快速断油，在低压力 下喷射的柴油就会因燃烧不充分而冒黑烟，增加 HC 排放。电 喷柴油机喷油器上采用的高速电磁开关阀很容易实现快速断油。 8.降低驱动扭矩冲击载荷 燃油喷射系统在很高的压力下工作，既增加了驱动系统 所需要的平均扭矩，也加大了冲击载荷。燃油喷射系统对驱 动系统平稳加载和卸载的能力，是一种衡量喷射系统的标准。而电喷柴油机技术中的高压共轨技术则大大降低了驱动扭矩冲击载荷。 第 2 章 柴油机电控燃油喷射系统2.1 柴油机电控燃油喷射系统2.1.1 柴油机电控燃油喷射系统的发展随着柴油技术日益发展，人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排
11、放，柴油机成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段，只要解决缺点就具有更大的市场前景，而实现电控柴油机的方案现在看来是一个很好的解决措施。但一个不争的现实摆在了我们面前：随着能源危机，温室效应的逐渐增加，人们对动力性要求的提高，尽管电子燃油喷射已经被广泛使用，仅仅靠汽油车的解决方案不足以解决这些问题。在国内，目前采用柴油机有 10 余款，分别为捷达、宝来、奥迪、开迪、江淮瑞风等 5 款乘用车，福田冲浪、江铃陆风、华泰特拉卡、上海万丰、辽宁曙光等 5 款 SUV。瑞风柴油车所搭载的 2.5 升柴油机是引进韩国现代汽车公司 D4BH 发动机，而一汽-大众的几款柴油乘用车均采用德国大众与博世公司合作
12、的柴油机。近年来，柴油机的关键技术都有很多突破性的发展。燃油喷射系统是影响燃烧过程的重要因素，高压直喷系统和共轨系统都使柴油机燃油经济性和排放性能很大改善。废气再循环和催化器改善了柴油机的各项排放。发动机管理系统对喷油和进气过程进行综合控制，保证发动机能够在保持良好的动力性基础上，燃油经济性和排放性能都能达到最优，同时降低振动和噪音。电控燃油喷射系统是影响缸内燃烧过程的关键因素，对柴油机的动力性、经济性和排放性能都有重要影响。要改善柴油机缸内燃烧，燃油喷射系统一方面要有理想的喷射速率特性，另一方面要提高喷射压力。传统的喷射系统由于结构和原理等限制，不能同时达到这两个要求，因此，柴油机电控喷射系
13、统逐渐发展起来。最先出现的是电控喷油泵技术，而后又发展了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到 200MPa，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油特性是三角形的，并采用了分段式预喷射，这是很符合柴油机的要求 (大众公司的 TDI 发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受柴油机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题。它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达 160MPa。 当今世界燃油经济性最佳的发动机当属直喷式柴油机，这是由柴油和柴
14、油发动机的技术特点决定的。目前直喷柴油发动机领先技术主要有 SDI(自然吸气直接喷射柴油发动机)技术、TDI(直喷式涡轮增压柴油发动机)技术和 CRDI(电控直喷共轨柴油发动机)技术这三款技术同为德国博世公司研发，其中前两种技术曾应用于新捷达、新宝来和奔驰、宝马等品牌。CRDI 技术更是将燃油经济性和环保性发挥到极致。使得发动机具备无与伦比的动力性。目前主要的国际汽车配件供应商都在进行着柴油共轨喷射系统的开发，如：博世、德尔福、西门子、电装公司、VDO 和玛格纳-马瑞利公司，它们是全球主要的共轨喷射系统供应商，而目前在国内生产共轨柴油喷射系统的还只有博世一家。在传统的喷射系统基础上首先发展起来
15、的电控喷射系统是位置控制系统，称之为第一代电控喷射系统，而基于电磁阀的时间控制系统则称为第二代电控喷射系统。第三代电控系统高压共轨系统被世界内燃机行业公认为 20 世纪三大突破之一，将成为 21 世纪柴油机燃油系统的主流。第一代柴油机电控燃油喷射系统也称位置控制系统，它用电子伺服机构代替机械调速器控制供油滑套位置以实现供油量的调整。其特点是保留了传统的喷油泵高压油管喷油器系统，只是对齿条或滑套的运动位置由原来的机械调速器控制改为计算机控制(见图 2-1)。这类技术已发展到了可以同时控制定时和预喷射的 TICS 系统。图 2-1 第一代柴油机电控燃油喷射系统（位置控制系统）第二代柴油机电控燃油喷
16、射系统也称时间控制系统，其特点是供油仍维持传统的脉动式柱塞泵油方式，如博世公司的电控泵 喷嘴系统(见图 2-2)，但供油量和喷油定时的调节则由电脑控制的强力快速响应电磁阀的开闭时刻所决定。一般情况下，电磁阀关闭时，执行喷油，电磁阀打开时，喷油结束；喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量则取决于电磁阀关闭时间的长短。时间控制系统的控制自由度更大。 图 2-2 第二代柴油机电控燃油喷射系统(时间控制系统)第三代也称为直接数控系统，它完全脱开传统的油泵分缸燃油供应方式，通过共轨和喷油压力/时间的综合控制，实现各种复杂供油回路和特性(见图 2-3)。因柴油机的喷射系统形式多样。国外柴油机的电控系统也型式多样，有直列泵和分配泵的可变预行程 TICS 系统，有基于时间控制的泵喷嘴系统，有蓄压共轨系统和高压共轨系统等。各种技术方案都在原有的基础上发展，但高压共轨系统是总的发展方向。 图 2-3 高压共
