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1、国三柴油机培训教材,欧曼营销服务管理部 2007年9月,目 录,柴油机主要排气污染物及其危害 降低柴油机排放的主要措施 柴油机电控系统的发展历程 SC8DK和SC9DF系列柴油机外形图及性能参数 共轨系统原理、主要零部件结构和功能 故障诊断方法,汽车排放造成的污染问题日益全球化，引起人们对环境保护的重视。 全球矿石燃料燃烧产生的污染物包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）的50%来自发动机。,一、柴油机排气污染物及其危害,汽车发动机排放物反应机理：,Cx Hy Sz + O2 + N2,CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx +
2、 C + PM,燃料,空气,主要排气成分,排气中的微量成分,排气有害成分,柴油发动机燃烧的产物主要包括： NOx ：燃烧过程中氮氧反应的产物；氮氧化物和碳氢在光照作用下 形成一种基态臭氧，它是烟雾的一种主要成份。 HC: 燃油的不完全燃烧和润滑油的燃烧产物。 CO: 矿物燃料燃烧所致，柴油完全燃烧后这种产物较少。 PM:未燃或部分燃烧的润滑油，燃油以及硫氧化物的产物。 一般颗粒是由于空气不足或燃烧温度过低引起的不完全燃烧产物。,润滑油泄漏,由于柴油机使用的混合气的平均空燃比比理论空燃比大，故其CO及HC排放明显低于汽油机。 NOX的排放二者相当。 柴油机燃烧方式，为压燃式，由于燃烧室内可燃混合
3、气混合不均匀，局部区域出现过量空气系数小于0.6的现象，导致碳烟大量生成，因此颗粒物的排放远高于汽油机。,柴油机排放的特点：,排放物的主要危害：,NO X ：高浓度的NO能引起中枢神经的瘫痪和痉挛，而NO2是一种褐色气体，有特殊刺激性臭味，使人中毒的症状是发生肺水肿，同时引起闭塞性纤维性细支气管炎。还与HC生成光化学过氧化物。 碳烟（PM）：除了致癌作用外，如吸入肺部，会导致慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病。 光化学烟雾：是NOX和HC在太阳光能的作用下进行光化学反应聚集而成的烟雾。在夏季且当汽车废气排量较多的地方，在太阳光线的照射下和特殊的大气对流不通畅的地理环境情况下产生。光化学烟雾会引
4、起人肺的机能减弱、头疼、麻痹，甚至死亡。 SO2: 由燃料中含硫量决定。一般柴油机比汽油机的SO2的量要多。SO2对人体的呼吸系统有很强的刺激作用。,我国城市大气的污染物的降低应放在减少汽车有害排放物的浓度上,而不是限制汽车的数量！,汽车保有量的总量不大，但汽车的分布很不均匀，大城市中的汽车保有量很大，以北京市为例，2002年汽车保有量180万辆，占全国汽车保有总量的1/10。 虽然汽车数量比欧美一些发达国家城市的要少，但汽车排放水平普遍偏低，新车相当于国外21世纪80至90年代初的水平，2000年以前的车辆仅为国外70年代的水平。 根据统计北京市2000年总悬浮颗粒、可吸入颗粒、SO2分别超
5、出国家空气质量二级标准76.5%、62%、18.3%，与WTO（世界卫生组织）指导值相比SO2浓度值超出了40%，与欧美国家同期相比，可吸入颗粒浓度超出2倍。,我国汽车排放特点：,二、降低柴油机排放的主要措施：,优化匹配燃烧系统 ： 推迟喷油定时：这是降低NOX（生成条件是高温富氧）最简单有效的方法，其代价是燃油消耗率有所升高 。 增压及增压中冷：涡轮增压是提高柴油机动力性，降低排放的主要手段。但NOX的排放会增加 。 废气再循环（EGR）：其机理是通过排气管向气缸中添加一定量的已燃气体，一方面由于废气的惰性，不参加化学反应，使进入缸内的混合气被稀释，减小了可燃气的发热量，另一方面由于废气中大
6、量的H2O和CO2等三原子分子的热容量高，增大了混合气的比热容，所以能比同量的O2和N2更有效的降低缸内的高峰温度。两者均使最高燃烧温度下降，从而使NOX排放降低。 高压电喷技术：目前主要有共轨、泵喷嘴、单体泵三种类型。,三、柴油机电控系统的发展历程,柴油机电控喷射系统的开发研究从20世纪开始，已经经历了3代：,第一代：位置控制式，其特点是不仅保留了传统的喷油泵-高压油管-喷油嘴系统，还保留了喷油泵中齿条、齿圈等控制油量的机械传动机构 ，只是由原来的机械调速器改为电子控制。,第二代：时间控制式，即用高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。此种系统可以保留传统的喷油泵-高压油管-喷油嘴系统，也可采
7、用新型高压系统。,第三代：时间-压力控制式，即电控高压共轨系统 此种系统摒弃传统的泵-管-嘴脉动供油的形式，通过高压油泵将高压燃油联系输送到共轨内，再由共轨输送到油嘴。在这里，高压油泵不再控制喷油，而仅仅是向共轨供油维持所需的共轨压力，采用压力-时间式燃油计量原理，用高速电磁阀控制喷射过程，喷油压力、喷射量及喷油定时有电控单元（ECU）灵活控制。,低压油泵将柴油从油箱中吸出，经过过滤提供给高压油泵，在低压泵内有一电磁阀控制燃油到达高压泵室，燃油进入管形蓄压器燃油轨道。在共轨上有压力传感器时时监测燃油压力，并将这一信号传递给ECU，通过对流量的调节控制共轨内的燃油压力达到希望值。喷射压力根据发动
8、机运转条件的不同从2001800巴，再通过电脑控制分别喷射到气缸中，共轨不但保持了燃油压力，还消除了压力波动。,共轨式电控燃油喷射系统原理说明：,喷射压力高，喷油压力比一般直列泵高出一倍，目前最高可达200MPa； 喷油压力独立于发动机转速，可以改善发动机低速、大负荷的性能； 可以实现5次喷射，调节喷油率形状，实现理想喷油规律； 喷油正时和喷油量可以自由选定； 驱动扭矩及其振动小（机械泵的1/4）； 结构简单、适用性强； 可以通过电控系统进行各缸工作均匀性校正； 排放少、油耗低。,共轨系统的主要优点：,四、 SC8DK和SC9DF系列柴油机外形图及性能参数,SC8DK系列柴油机性能参数,SC9
9、DF系列柴油机性能参数：,共轨系统主要由输油泵、油轨和喷油器零部件等组成。,五、共轨系统主要原理、零部件结构和功能：,按照电器部件划分，控制系统大体分为传感器类、电脑和执行器。 共轨系统借助各传感器检测发动机状态（发动机转速、加速踏板开度、冷却水温度等），并利用微电脑综合控制相应的燃油喷射量、喷射定时、喷射压力等，使发动机在最佳状态下运行。,喷射压力高，喷油压力比一般直列泵高出一倍，目前最高可达200MPa； 喷油压力独立于发动机转速，可以改善发动机低速、大负荷的性能； 可以实现5次喷射，调节喷油率形状，实现理想喷油规律； 喷油正时和喷油量可以自由选定； 驱动扭矩及其振动小（机械泵的1/4）；
10、 结构简单、适用性强； 可以通过电控系统进行各缸工作均匀性校正； 排放少、油耗低。,1、输油泵：,发动机缸数与输油泵的压送次数之间的关系,进油泵功能：,进油泵（集成在输油泵中）从燃油箱吸入燃油，然后通过燃油滤清器供给泵室。进油泵有两种类型：次摆线型和叶轮型。次摆线型进油泵的功能如下所示。凸轮轴驱动进油泵的外部 / 内部转子，使其开始转动。根据外部 / 内部转子的运动产生的空间，进油泵将燃油抽吸到吸入口，然后压送到排放口。,PCV（泵控制阀）功能：,PCV（泵控制阀）功能：调节输油泵的燃油排放量，以便调节油轨压力。输油泵排放到油轨的燃油量取决于向 PCV 施加电流的正时 。 点火开关接通或关断
11、PCV 继电器，以向 PCV 施加电流。ECU 对 PCV 的打开 / 关闭进行控制。它根据每个传感器发出的信号，确定提供最佳油轨压力所需的目标供油量，并控制 PCV 的打开 / 关闭正时，从而达到目标供油量。,A在柱塞的下降过程中，PCV打开，低压燃油经过PCV吸入柱塞室。 B柱塞进入上升行程后，PCV尚未通电，处于开启状态，吸入的燃油没有增压，经过PCV返回。 C达到必要燃油输出量正时时，PCV通电，处于关闭状态，则返回通道被切断，柱塞室内开始增压。燃油通过输送阀（止回阀）往共轨运送。也就是说，PCV关闭后的柱塞上升量为送出量，改变PCV关闭正时（柱塞的预行程）就可改变送出量，从而对共轨压
12、力进行控制。 A凸轮经过最大升程时，柱塞进入下降升程，柱塞室内的压力降低，这是输送阀关闭，停止运送燃油。另外，因为停止对PCV通电，PCV处于开启状态，低压燃油吸入到柱塞室。也就是说，进入到A状态。,2、油轨,高压共轨管的功能是建立稳定的高压，储存高压燃油，并向喷油器提供持续稳定的高压然油，使燃油的供给压力不再受发动机转速的影响。 存储高压，抑止因油泵供油和喷油而产生的波动。,压力限制器功能：,流动缓冲器 流动缓冲器可降低加压管中的压力脉动，并以稳定的压力向喷油器提供燃油。流动缓冲器也可在出现燃油过度排放时（例如喷射管道或喷油器出现燃油泄漏的情况）切断燃油通道，从而防止燃油异常排放。,3、喷油
13、器,共轨喷油器是系统中一个至关重要的部件，其作用是精确调节喷入气缸燃烧室的燃油量。安装在每个喷油器体内的电磁阀可实现喷油器针阀开启和关闭的精确电子控制。 共轨燃油喷射系统的目标是能够单独控制喷油提前量、喷油持续时间以及喷油压力，根据发动机的工作状况，完美控制各缸的燃烧。 喷油器被直接固定在发动机气缸盖上，将燃油以最佳的形式喷入燃烧室内。同时将燃油雾化为直径范围从20微米到100微米的细小油滴，在燃烧室内均匀分布。,喷油器的工作原理：喷油器的TWV由内阀（固定）和外阀（可动）两个阀体构成，并精密啮合在同一轴上。分别形成内、外两个阀座，对TWV进行ON/OFF操作，可有选择的开启其中一个阀座。在螺
14、线圈不通电的情况下，外阀被弹簧及油压向下方推，外阀座已关闭。共轨的高压被加载到控制室，喷嘴关闭，不进行喷射。对TWV通电后，则电磁力将外阀提升，外阀座开启。结果是控制室的燃油通过量孔流出，喷嘴针阀上升，开始喷射。另外在量孔的作用下，喷射率慢慢提高。如果持续通电，那么将达到最大喷射率。停止对TWV通电，则外阀由于阀弹簧和油压的作用而下降，外阀座关闭，这时共轨的高压燃油加载到控制室，油嘴快速关闭，喷射瞬间结束。,4、传感器：,主要监测发动机和泵的状况,曲轴位置传感器 （发动机转速NE传感器） 曲轴位置传感器安装在靠近曲轴正时齿轮或飞轮的位置。传感器单元是 MPU（电磁感应）型。当曲轴上安装的发动机
15、转速脉冲齿轮通过传感器时，传感器内线圈的磁场发生变化，从而产生 AC 电压。AC 电压可与检测信号一样由发动机控制器检测到。发动机转速脉冲的脉冲数量取决于安装传感器的车辆的规格。,气缸识别传感器 （TDC（G）传感器）,当脉冲通过气缸识别传感器 （TDC（G）传感器）时，磁阻发生变化，而且通过传感器的电压发生变化。内部 IC 电路使 电压的变化放大，并且输出到发动机控制器。在输油泵凸轮轴的中心有一个盘形齿轮，其上每隔 60就有一个缺口，以 及一个额外缺口。因此，发动机每转两转（对于六缸发动机）该齿轮输出七个脉冲。通过将发动机侧的发动机转速脉冲和 TDC 脉冲相结合，可将额外切口脉冲之后的脉冲辨
16、认为 1 号气缸。,加速器位置传感器 加速器位置传感器将加速踏板开度转换为电子信号，并将其输出到发动机控制器。另外，有两个系统可在一旦发生故障时提供备用功能。有连杆与加速踏板一起转动，输出端子电压根据连杆转动角度而变化。鉴于现在有两个传感器输出系统，没有任何输出电压抵销。,进气温度传感器 进气温度传感器检测进气通过涡轮增压器后的温度。检测温度的传感器部分包含一个热敏电阻。该热敏电阻有一个随温度的变化而变化的电阻，热敏电阻用来检测进气温度。,冷却液温度传感器 冷却液温度传感器安装在气缸体上，可以检测冷却液温度。该传感器为热敏电阻型。,燃油温度传感器 这是一个热敏电阻型传感器，可以检测燃油温度。,涡轮压力传感器 该传感器为半导体型。它利用了传感器中硅元件上压力发生变化时电阻发生变化的压电效应。,六、故障诊断方法：,采取措施前彻底弄清问题。 参阅发动机系统图。 首先做最容易和最合乎逻辑的事情。 找到原因并解决问题。,进行故障诊断时请遵循以下建议：,一、安装诊断监视器来显示诊断故障代码，当车出现故障时，可以通过整车仪表盘上的闪码灯读出闪码，
