电控高压共轨柴油机控制原理与故障诊断_毕业论文(编辑修改稿)

电控高压共轨柴油机控制原理与故障诊断_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

（ 13）系统成本高 ，维修费用高。 图 16 控制精确的喷油速率 图 17 电控高压共轨和电控单体泵的对比 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 8 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 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 9 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 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 21）。 图 21 电控高压共轨系统组成 燃油系统 图 22 燃油系统组成 、共轨、喷油器等组成（如图 22）。 （ 1）供油泵（高压油泵） —— 将燃油产生高压，供到共轨内。 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 10 （ 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。 （如图 23）。 图 23 电控共轨燃油喷射系统的工作过程 电控系统 —— 由传感器、 ECU、执行器三部分组成。 —— 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。 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 11 —— 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。 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。 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 5～ 7bar）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 24）。 图 24 电控高压共轨系统的工作原理 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 12 电控高压共轨柴油机的燃油电器元件 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 25）。 图 25 燃油精滤器和燃油粗滤器 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 —70~— 30KPa，该压降来自燃油滤清器的过滤阻力（如图 26）。 图 26 低压输油泵 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第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 13 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 2． 85 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 28）。 图 27 高压油泵的组成 图 28 高压油泵的断面 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 29）。 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 14 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 700～ 800bar），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 29 共轨组件 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 210），喷油器喷油过程（如图 211)。 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 15 图 210 喷油器结构 图 211 喷油器工作过程 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212）。 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 16 图 212 电 控高压共轨的主要电气元件 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。 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 213）。 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 213 曲轴转速传感器 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 17 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 214）。 图 214 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。 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Ⅲ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 215）。 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 215 轨压传感器 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 18 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 216）。 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 216 凸轮轴传感器 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 217）。 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 217 水温传感器 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 19 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。