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浅谈柴油机电控技术 摘要:介绍了柴油机电子控制技术的发展状况、控制原理和应用特点及高压共轨技术的 工作原理、研究方向、应用前景。 关键词:柴油机,电子控制,高压共轨技术 1 柴油机电子控制技术的发展状况及发展趋势 1.1柴油机电子控制技术的发展状况 柴油机电子控制技术始于20世纪70年代,20世纪80年代 以来,英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通 用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十 铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场,以满 足日益严格的排放法规要求。 由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特 点,柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用 范围越来越广,数量越来越多。同时对柴油机的动力性能、经 济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。依靠 传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求,也难以实现喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。近 年来,随着计算机技术、传感器技术及信息技术的迅速发展 ,使电子产品的可靠性、成本、体积等各方面都能满足柴油机进 行电子控制的要求,并且电子控制燃油喷射很容易实现。 实际上,柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多,NOX排放量与汽油机相近,只是排气微 粒较多,这与柴油机燃烧机理有关。柴油机是一种非均质燃烧, 可燃混合气形成时间很短,而且可燃混合气形成与燃烧过程交错 在一起。通过分析柴油机喷油规律得到:喷入燃料的雾化质量、 汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展 以及有害排放物的生成。提高喷油压力和柴油雾化效果、使用预 喷射、分段喷射等可以有效的改善排放。 经过多年的研究和新技术应用,柴油机的现状已与以往大不 相同。现代先进的柴油机一般采用电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术,在重量、噪音、烟 度等方面已取得重大突破,达到了汽油机的水平。随着国际上日 益严格的排放控制标准 (如欧洲Ⅳ、Ⅴ标准)的颁布与实施,无论是汽油机还是柴油机都面临着严 峻的挑战,解决的办法之一是采用电子控制燃油喷射的技术。现在,柴油机电子控制技术在发达国家的应用率已达到60%以上。 1.2何谓电喷柴油机 采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电喷柴油机。 电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分 组成。其任务是对喷油系统进行电子控制,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计算机(ECU),与已储存 的设定参数值或参数图谱(MAP图)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。执行器根据 ECU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,使柴油机运行状态达 到最佳。 1.3柴油机电子控制技术的发展趋势 1.3.1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。 1.3.2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。 1.3.3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。 1.3.4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,是在燃油消耗率和排放之间实现最佳平 衡的关键措施。 1.3.5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。 1.3.6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。 1.3.7快速断油能力 喷射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。 1.3.8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。 2 柴油机电子控制技术的目的及优点 2.1目的 优化动力性、改善燃油使用经济性、控制排放,使柴油机从 怠速至额定转速范围内均能获得最佳工作状况,防止可能发生的 危险运行状况,延长零件的使用寿命。 2.2优点 2.2.1具有多功能的自动调节性能 工程机械用柴油机的运转工况是多变的,而且对油耗、排放 和可靠性等要求较高。自动控制技术应用于柴油机的调节系统正 好可以实现多功能的自动调节,从而保证柴油机动力性、燃料使 用经济性、可靠性和操作方便性等性能充分发挥。 2.2.2减轻质量、缩小尺寸、提高柴油机的紧凑性 对于现代高速柴油机而言,由于驱动喷油泵的扭矩较大,要 设计一个紧凑和可靠的供油提前自动调节器很复杂,而且在柴油 机总体布置上也比较困难。采用自动控制技术解决供油提前角自 动调节问题,不仅可以容易地解决上述难题,而且提高了柴油机 的紧凑性。 2.2.3部件安装连接方便,提高了维修性 采用自动控制系统,相关部件尺寸减小(特别是燃油供给系 统),安装部位免受空间位置的约束,连接简便,有利于柴油机 日常维护及修理。 2.2.4扩展了故障诊断、联络等功能 采用自动控制系统,可方便地与微型计算机相连,很容易实 现柴油机性能检测与故障诊断功能,柴油机运行及检测数据的存 储与传递等问题也迎刃而解,便于科学管理和使用。 2.2.5使柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配 随着工程机械制造技术高速发展,为了提高自行式工程机械 的作业效能,采用了电喷柴油机,电控自动变速器等自动控制装置,使自行式工程机械在作业 时,能随着负荷的变化在一定范围内自动调整动力输出、动力传 递,柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配,充分发挥工程 机械作业效能。
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怠速不稳的论文怠速不稳是发动机维修中遇到最多的故障。如果诊断思路不正确会延长修理时间、降低工作效率,甚至使车主等待不及而转到另一家汽修厂。本文是笔者在长期实践中对此故障的摸索和总结,供同行参考。一、怠速不稳的分类1. 如何观察怠速不稳①观察发动机缸体抖动程度,也可以观看机油尺把晃动的程度,平稳的油尺把很清晰,抖动的油尺把看起来是双的;②从发动机转速表或读数据块观察,转速以怠速期望值为中心抖动,或在期望值一侧剧烈抖动,程序中的怠速期望值包括标准怠速值、负荷(打开灯光,自动变速器挂上挡等)怠速值、空调怠速值、暖车怠速值;③原地启动发动机,坐在座椅上感觉车身剧烈抖动。2. 按出现规律分类①冷车(冷却液温度低于50℃)有节奏的不稳;②热车(冷却液温度高于50℃)有节奏的不稳;③无规律的剧烈抖动一、两下。3、按抖动程度分类①正常,以怠速期望值±10r/min抖动;②一般不稳,以怠速期望值±20r/min抖动;③严重不稳,超过怠速期望值±20r/min抖动;④在怠速期望值的一侧剧烈抖动。4. 按原因关联分类①直接原因,指机械零件脏污、磨损、安装不正确等,导致个别汽缸功率的变化,从而造成各汽缸功率不平衡,致使发动机出现怠速不稳;②间接原因,指发动机电控系统不正常,导致混合气燃烧不良,造成各汽缸功率难以平衡,使发动机出现怠速不稳。5. 按故障系统分类①进气系统;②燃油系统;③点火系统;④发动机机械系统。6. 怠速抖动机理汽缸内气体作用力的变化(一个汽缸气体作用力变化或几个汽缸气体作用力变化),引起各汽缸功率不平衡,导致各活塞在做功行程时的水平方向分力不一致,出现对发动机横向摇倒的力矩不平衡,从而产生发动机抖动。也可以说,凡是引起发动机汽缸内气体作用力变化的故障都有可能导致发动机怠速抖动。二、怠速不稳的原因1. 进气系统(1)进气歧管或各种阀泄漏当不该进入的空气、汽油蒸汽、燃烧废气进入到进气歧管,造成混合气过浓或过稀,使发动机燃烧不正常。当漏气位置只影响个别汽缸时,发动机会出现较剧烈的抖动,对冷车怠速影响更大。常见原因有:进气总管卡子松动或胶管破裂;进气歧管衬垫漏气;进气歧管破损或其它机件将进气歧管磨出孔洞;喷油器O型密封圈漏气;真空管插头脱落、破裂;曲轴箱强制通风(PCV)阀开度大;活性炭罐阀常开;废气再循环(EGR)阀关闭不严等。(2)节气门和进气道积垢过多节气门和周围进气道的积炭、污垢过多,空气通道截面积发生变化,使得控制单元无法精确控制怠速进气量,造成混合气过浓或过稀,使燃烧不正常。常见原因有:节气门有油污或积炭;节气门周围的进气道有油污、积炭;怠速步进电机、占空比电磁阀、旋转电磁阀有油污、积炭。(3)怠速空气执行元件故障怠速空气执行元件故障导致怠速空气控制不准确。常见原因有:节气门电机损坏或发卡;怠速步进电机、占空比电磁阀、旋转电磁阀损坏或发卡。(4)进气量失准控制单元接收错误信号而发出错误的指令,引起发动机怠速进气量控制失准,使发动机燃烧不正常,属于怠速不稳的间接原因。常见原因有:空气流量计或其线路故障;进气压力传感器或其线路故障;发动机控制单元插头因进水接触不良或电脑内部故障。2. 燃油系统(1)喷油器故障喷油器的喷油量不均、雾状不好,造成各汽缸发出的功率不平衡。常见原因有:喷油器堵塞、密封不良、喷出的燃油成线状等。(2)燃油压力故障油压过低,从喷油器喷出的燃油雾化状态不良或者喷出的燃油成线状,严重时只喷出油滴,喷油量减少使混合气过稀;油压过高,实际喷油量增加,使混合气过浓。常见原因有:燃油滤清器堵塞;燃油泵滤网堵塞;燃油泵的泵油能力不足;燃油泵安全阀弹簧弹力过小;进油管变形;燃油压力调节器有故障;回油管压瘪堵塞。(3)喷油量失准各传感器或线路故障,导致控制单元发出错误指令,使喷油量不正确,造成混合气过浓或过稀,属于怠速不稳的间接原因。具体原因有:空气流量计(或进气歧管压力传感器)故障;节气门位置传感器故障;节气门怠速开关故障;冷却液温度传感器故障;进气温度传感器故障;氧传感器失效;以上传感器的线路有断路、短路、接地故障;发动机控制单元插头因进水接触不良或电脑内部故障。3. 点火系统(1)点火模块与点火线圈近些年各车型多将点火模块与点火线圈制成一体,点火模块或点火线圈有故障主要表现为高压火花弱或火花塞不点火。常见原因有:点火触发信号缺失;点火模块有故障;点火模块供电或接地线的连接松动、接触不良;初级线圈或次级线圈有故障等。(2)火花塞与高压线火花塞、高压线故障导致火花能量下降或失火。常见原因有:火花塞间隙不正确;火花塞电极烧蚀或损坏;火花塞电极有积炭;火花塞磁绝缘体有裂纹;高压线电阻过大;高压线绝缘外皮或插头漏电;分火头电极烧蚀或绝缘不良。(3)点火提前角失准由于传感器及线路故障属于引起怠速不稳的间接原因,控制单元发出错误指令,使点火提前角不正确,或造成点火提前角大范围波动。常见原因有:空气流量计或进气压力信号故障;霍尔传感器故障;冷却液温度传感器故障;进气温度传感器故障;爆震传感器故障;以上传感器的线路有断路、短路、接地故障;发动机控制单元因进水引起插头接触不良或内部电路损坏。(4)其它原因三元净化催化器堵塞引起怠速不稳,这种故障在高速行驶时最易发现。自动变速器、空调、转向助力器有故障会增加怠速负荷,引起怠速不稳。发动机控制单元与空调、自动变速器控制单元之间的怠速提升信号中断,在安装CAN-BUS的车辆存在总线系统故障。随着新技术、新结构的增加,引起怠速不稳的因素会更多,诊断者必须全面考虑问题。4. 机械结构(1)配气机构配气机构故障导致个别汽缸的功率下降过多,从而使各汽缸功率不平衡。常见原因有:正时皮带安装位置错误,使各缸气门的开闭时间发生变化,导致配气相位失准,各汽缸燃烧不正常。气门工作面与气门座圈积炭过多,气门密封不严,使各汽缸压缩压力不一致。凸轮轴的凸轮磨损,各缸凸轮的磨损不一致导致各汽缸进入空气量不一致。气门相关件有故障,如气门推杆磨损或弯曲,摇臂磨损,气门卡住或漏气,气门弹簧折断等。我曾遇到2例因气门弹簧折断而出现间断性怠速抖动,使用各种仪器检测都不能确定原因,拆卸气门弹簧后才发现故障原因。另外,装有液压挺杆的发动机,在通往汽缸盖的机油道上安装一个泄压阀,当压力高于300kPa,打开该阀。如果该阀堵塞,由于压力过高会使液压挺杆伸长过多,导致气门关闭不严。进气门背部存在大量积炭,使冷车时吸附刚喷入的燃油,而不能进入汽缸,由于混合气过稀导致冷车快怠速不稳。(2)发动机体、活塞连杆机构这些故障都会使个别汽缸功率下降过多,从而使各汽缸功率不平衡。常见原因有:汽缸衬垫烧蚀或损坏,造成单缸漏气或两缸之间漏气;活塞环端隙过大、对口或断裂,活塞环失去弹性;活塞环槽内积炭过多;活塞与汽缸磨损,汽缸圆度、圆柱度超差;因汽缸进水后导致的连杆弯曲,改变压缩比;燃烧室积炭会改变压缩比,积炭严重导致怠速不稳。(3)其它原因曲轴、飞轮、曲轴皮带轮等转动部件动平衡不合格,发动机支脚垫断裂损坏,发动机底护板因变形与油底壳相撞击等,这些原因只会造成发动机振动而不影响转速。三、怠速不稳的诊断方法进气系统、燃油系统、点火系统、发动机机械故障均会导致发动机怠速不稳现象,因此诊断产生发动机怠速不稳现象的原因是一项涉及面较广、难度较大的工作,轻易换件的方法是不可取的。怠速不稳故障的原因有百般变化,应根据检测结果、理论分析、维修经验做出正确判断,所以说诊断工作是有规律可循的。1. 询问车主接车后应向车主了解:①最早出现怠速不稳的时间;②怠速不稳时的发动机温度;③该车行驶里程;④车主经常驾驶的道路和习惯;⑤该车保养情况;⑥该车维修历史;⑦该车是否加装设备。通过以上了解可对怠速不稳有初步判断,缩短检查时间,避免在检修时做无用功。2. 外观检查打开发动机罩检查:观察发动机运转情况,抖动程度,同时观察发动机转速表指针的摆动幅度,是否偏离怠速期望值;观察是正常怠速抖动,还是负荷怠速抖动(打开空调、灯光、挂入挡位、打方向盘等);发动机外部件是否有异常;真空管有无脱落、破损;电线插接器有无松脱;是否存在漏油、漏水、漏气、漏电的四漏现象;排气管是否“突、突”(说明燃烧不好)、冒黑烟、有生汽油味等不正常现象;节气门拉线是否调整合适。3. 查询分析故障码读码(永久性、偶发性故障码都要记录)——清码——运行(此时要再现故障发生的条件)——再读码。阅读维修手册中的故障码列表,查阅故障码发生的原因、影响、排除方法。对偶发性故障码不能忽视,往往怠速不稳时刻正是偶发故障码出现之时。经过分析确定下一步检修工作。如果没有故障码存储,要考虑控制单元不监视的元件可能存在故障,例如桑塔纳2000时代超人的控制单元不能对点火系统、燃油泵进行监控,对这两个部件应采用测量方法检查。4. 阅读分析数据块数据块可以提供发动机运转中的实时数据,能否正确分析数据块代表诊断者的技术水平,对那些不正确的数据要分析其原因。对于怠速不稳,要读发动机转速、节气门开度、发动机工况、怠速空气流量学习值、怠速空气调节值、怠速λ学习值、怠速λ调节、吸入空气量、点火提前角、λ传感器信号电压、冷却液温度、进气温度等数据。数据实时值、学习值和调整值以实际值或百分率表示,工况以文字表示。5. 检测根据故障现象、故障码内容、数据块数值确定检测内容。根据检测对象选择万用表、二极管测试笔、尾气检测仪、燃油压力表、真空表、汽缸压力表、示波器、模拟信号发生器、喷油器检测清洗仪等,选择哪一种仪器应视具体情况来定,出发点是能迅速、准确判断故障。尾气检测和波形分析很重要,也可以用断缸法迅速找到输出功率小的汽缸,使用真空表可以分析影响真空度的具体原因。检测的原则是从电到机、从简到繁。可以按电控系统、点火系统、进气系统、燃油系统、发动机机械部分的顺序进行。6. 故障排除诊断者根据上述检查结果和维修手册中的故障排除指南,制定适合本车的排除方法。排除方法一般有:清洗节气门与进气道、清洗检查喷油嘴、更换电气元件、检查线束的故障点、清洁接地点、修理发动机机械结构等工作。7. 检验交车故障排除后必须用诊断仪、尾气分析仪再检测一遍,确认故障完全排除后方能交给车主。在3天内必须电话跟踪一次,目的是:①对用户车辆的维修质量负责,提示用户使用车辆的注意事项;②将该车的最终情况记录在维修笔记中,不断积累维修经验。
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3 柴油机电控技术的特点 柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似之处,整个系 统都是由传感器、电控单元和执行器三部分组成。在电控喷射方 面柴油机与汽油机的主要差别是,汽油机的电控喷射系统只是 控制空燃比(汽油与空气的比例),柴油机的电控喷射系统则 是通过控制喷油时间来调节输出油量的大小,且柴油机喷油控制 是由发动机的转速和加速踏板位置(油门、供油拉杆位置)来决定 的。柴油机电控技术有两个明显的特点:一是柴油喷射电控执行 器复杂,二是柴油电控喷射系统的多样化。 3.1柴油机是一种热效率比较高的动力机械 柴油机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点。其喷射压力 高达200MPa,为汽油机喷射压力的百倍以上。对燃油高压喷射系 统实施喷油量的电子控制,困难大得多。而且柴油喷射对喷射正 时的精度要求很高,相对于柴油机活塞上止点的角度位置远比汽 油机要求准确,这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。 3.2由于柴油机的喷射系统形式多样 传统的柴油机具有直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等结构完全不同的系统。实施电控技 术的执行机构比较复杂,形成了柴油喷射系统的多样化;同时柴 油机需要对油量、定时、喷油压力等多参数进行综合控制,其软 件的难度也大于汽油机。 4 电控柴油喷射系统分类 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,能达到 160MPa。有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节 很宽泛的特点,逐步扩大其使用范围(最早使用高压共轨的轿车 是阿尔法罗密欧156和奔驰C级别车)。 4.1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。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。 4.2第二代柴油机电控燃油喷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,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。 4.3第三代也称为直接数控系统,它完全脱开了传统的油泵 分缸燃油供应方式,通过共轨和喷油压力/时间的综合控制, 实现各种复杂的供油回路和特性。 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。 5 高压共轨电控喷射系统 5.1共轨(Common-rail)式电控燃油喷射技术的原理 在汽车柴油机中,高速运转使柴油喷射过程的时间只有 千分之几秒。实验证明,在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油 管中柴油的压力波动,使实际的喷油状态与喷油泵所规定的 柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在 主喷射之后使高压油管内的压力再次上升,达到令喷油器的 针阀开启的压力,将已经关闭的针阀又重新打开,产生二次 喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧,于是增加了烟度和碳 氢化合物(HC)的排放量,油耗增加。此外,每次喷射循环后高压 油管内的残余压力都会发生变化,随之引起不稳定的喷射,尤 其在低转速区域容易产生上述现象,严重时不仅喷油不均匀,而 且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化 的缺陷,现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。 共轨技术是指由高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环 系统中,将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油 方式,由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管,通过对公共供 油管内的油压实现精确控制,使高压油管压力大小与发动机的转 速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化, 因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量, 喷油量大小取决于共轨管(公共供油管)压力和电磁阀开启时间 的长短。 共轨式电控燃油喷射技术,通过共轨直接或间接地形成恒定 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,定时定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量,从而保证柴 油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化,以及最佳的着火时间、足 够的着火能量和最少的污染排放。 其主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各 种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵,高压油泵将 燃油加压送入高压共油轨,高压共油轨中的压力由电控单元根据 共油轨压力传感器测量的共油轨压力以及需要进行调节,高压共 油轨内的燃油经过高压油管,根据柴油机的运行状态,由电控单 元从预设的MAP图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液 控制的电子喷油器将燃油喷入汽缸(见图4)。 5.2共轨式电控燃油喷射技术的特点 柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术,集计算 机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油器结构于一身。 它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制, 而且还能实现预喷射和分段喷射,从而优化喷油特性、减低柴 油机噪声和大大减少废气有害成分的排放量。其特点为: (1)采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀,使得 喷油过程的控制十分方便,并且可控参数多,利于柴油机燃烧过 程的全程优化。 (2)采用共轨方式供油,喷油系统压力波动小,各喷油器间相 互影响小,喷射压力控制精度较高,喷油量控制较准确。 (3)高速电磁开关阀频率高,控制灵活,使得喷油系统的喷射压力可调范围大,并且能方便地 实现预喷射等功能,为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低 废气排放提供了有效手段。 (4)系统结构移植方便,适应范围广,尤其是与目前的小型、 中型及重型柴油机均能很好匹配,因而市场前景广阔。 5.3高压共轨电控燃油喷射技术的发展前景 高压共轨系统被认为是20世纪内燃机技术的3大突破之一。目前,有待研究的有: (1)高压共轨系统的恒高压密封问题。 (2)高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量 不均匀问题。 (3)高压共轨系统三维控制数据的优化问题。 (4)微结构、高频响应电磁开关阀在制造过程中的关键技术问 题。 综上所述,共轨式电控燃油喷射技术有助于减少柴油机的有 害尾气排放量,并具有降低噪声、降低燃油耗、提高动力输出 等方面的综合性能。高压共轨电控燃油喷射技术的应用有利于地 球环境保护,加速促进柴油机工业、汽车工业,特别是工程机械 相关工业的向前发展。 参考文献 1. 李春明.《汽车发动机燃油喷射技术》主编 北京理工大学出版社 2. 蒋向佩.《汽车柴油机构造与使用》主编 机械工业出版社 3. 朱仙鼎.《特种发动机》主编 机械工业出版社
沈阳王小圈儿
在当今科技与经济高速发展的社会,汽车已经渐渐的走进了千家万户。说到汽车必然会联想到发动机,它是汽车的心脏,它的好与坏直接影响到车的动力性与经济性。当今的发动机技术与七八十年代相比有了一个质的飞跃,大大提高了汽车的经济性于动力性,然而,存在的问题也开始多样化,复杂化。本篇论文主要包括电喷发动机的几种常见故障诊断与排除。 发动机怠速不稳是汽车使用中常见的故障之一。尽管现在大多数的轿车都有故障自诊断系统,但也会出现汽车有故障面自诊断系统却显示正常代码或显示与故障无关的代码的情况。这通常是由不受电控单元(ECU)直接控制的执行装置发生故障或传统机械故障成。下面列举在此情况下常兄的故障原因及它们的诊断与排除方法。 1、怠速开关不闭合 故障分析:怠速触点断开,ECU便判定发动机处于部分负荷状态。此时ECU根据空气流量计和曲轴转速信号确定喷油量。面此时发动机却是在怠速工况下工作,进气量较少,造成混合气过浓,转速上升。当ECU收到氧传感器反馈的“混合气过浓”信号时,减少喷油量,增加怠速控制阀的开度,又造成混合气过稀。使转速下降。当ECU收到氧传感器反馈的“混合气过稀”信号时,又增加喷油量,减小怠速控制阀的开度,又造成混合气过浓,使转速上升。 诊断方法:怠速时打开空调,打方向盘.发动机转速不升高,可证明是此故障。 故障排除:对节气门位置传感器进行调整、修复或更换。 2、怠速控制阀(ISC)故障 故障分析:电喷发动机的正确怠速足通过电控怠速控制阀来保证的。ECU根据发动机转速、温度、节气门开关及空调等信号,红过运算对怠速控制阀进行调节。当怠速转速低于设定转速值时,电脑指令怠速控制阀打开进气旁通道或直接或直接加大节气门的开度,使进气量增加,以提高发动机怠速。当怠速转速高于设定转速值时,电脑便指令怠速控制阀关小进飞旁通道,使进气最减小,降低发动机转速。由于油污、积炭造成怠速控制阀动作滞涩或卡死,节气门关闭不到位等原因,使ECU无法对发动机进行正确地怠速调节,造成怠速转速不稳。 诊断方法:检查怠速控制阀的作动声音,若无作动声即怠速控制阀出现故障。 故障排除:清洗或业换怠速控制阀,并用专用解码器对怠速转速进行基本设定。 3、进气管路漏气 故障分析:由发动机的怠速稳定控制原理可知,在正常情况下,怠速控制阀的开度与进气量严格遵循某种函数关系,即怠速控制阀开度增大,进气量相应增加。进气管路漏气,进气量与怠速控制阀的开度将不严格遵循原函数关系,即进飞量随怠速控制阀的变化有突变现象,空气流量计此无法测出真实的进气量,造成ECU对进气量控制不准确,导致发动机怠速不稳。 诊断方法:若听见进气管有泄漏的嗤嗤声,则证明进气系统漏气。 故障排除:查找泄漏处,重新进行密封或更换相部件。 4、配气相位错误 故障分析:对于使用质量流量型空气流量传感器的车型,此种传感器采用了恒温差控制电路来实现对空气流量的检测。其控制电路是由发热元件、温度补偿电阻、精密电阻和取样电阻组成的电桥电路。 当空气气流流经发热元件使其受到冷却时,发热元件温度降低,阻值减小,电桥电压失去平衡,控制电路将增大供给发热元件的电流,使其与温度补偿电阻的温度差保持一定。电流增量的大小,取决于发热元件受到冷却的程度,即流过传感器的空气量。当电桥电流增大时,取样电阻上的电压就会升高,从而将空气流量的变化转化为输出给ECU的电压信号,ECU根据此信号设定基本喷油量。配气相位的错误会使使气门不按规定时刻开闭,致使进入气缸内的空气量减少,同时由于窜气也使进气歧管内的温度有所升高,从而使发热元件受到冷却的程度降低,因而输出给ECU的电压信号就低,喷油量就会减少,容易造成发动机在怠速时运转不稳,出现抖动。 对于使用压力型空气流量传感器的车型,压力传感器是将进气管的压力信号转化为电压信号输出给ECU,ECU发出指令使喷油嘴喷油。因此,△Px是决定喷油量的依据。配气相位错误会使△Px超出标准且出现波动,引起喷油量波动,使发动机怠速不稳。 诊断方法:检查气缸压力、△Px和正时标记,若缸压不在标准值范围内或△Px超出标准并且正时标记不正确,即可判断发生此故障。 故障排除:检查正时标记,按照标准重新调整配气相位。 5、喷油器滴漏或堵塞 故障分析:若喷油器有滴漏或堵塞现象,使其无法按照ECU的指令进行喷油,从而造成混合气过浓或过稀,使个别气缸工作不良,导致发动机怠速不稳。喷油器的堵塞引起的混合气过稀,还会使氧传感器产生低电位信号,电脑会根据此信号发出加浓混合气的指令,如果指令超出调控极限时,电脑会误认为氧传感器存在故障,并记忆故障代码。 诊断方法:用听诊器检查喷油器是否发出“咔叽咔叽”作动声或测量喷油器的喷油量,若喷油器无作动声或喷油量超出标准,喷油器即有故障。 故障排除:清洗喷油器,检查每个喷油器的喷油量并确认无堵塞、滴漏现象。
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