电控高压共轨柴油机控制原理与故障诊断论文

编号 淮安信息淮安信息职业职业技技术术学院学院 毕毕业业论论文文 题 目 电控高压共轨柴油机控制原电控高压共轨柴油机控制原 理与故障诊断理与故障诊断 学生姓名徐立明 学 号 院 系汽车工程系 专 业汽车检测与维修技术 班 级 指导教师汪东明 副教授 顾问教师 二一三年十一月 摘 要 I 摘 要 为了满足日趋严格的排放法规和进一步提高柴油机的经济性和动力性的要 求，电控高压共轨技术在这种背景下孕育而生。电控高压共轨柴油机作为节能 环保发动机，在节能与环保意识日益增强的今天，已成为车用发动机的一种必 然选型。其喷油控制与故障监控策略的研究，对提高燃油喷射控制精度、实现 节能减排目标、提高发动机运行稳定性与可靠性以及优化发动机整体性能具有 重要的现实意义。本文主要介绍了国外、内电控高压共轨柴油机的发展，详细 分析了高压共轨的组成及工作原理，重点介绍电控高压共轨系统的故障诊断和 它的检修具体步骤，最后列举了哈弗、锡柴等汽车上经常出现的故障进行了分 析了解。 关键词关键词：高压共轨；电控柴油机；控制原理；故障诊断 Abstract II A Abstractbstract To meet the increasingly stringent diesel emission regulations and to further improve the economy and power of the requirements, electronically controlled high pressure common rail technology in this context bred. Electronically controlled high pressure common rail diesel engine as an energy-saving environmental protection, energy saving and environmental protection in the growing awareness of today, has become an inevitable vehicle engine selection. Its injection control and fault monitoring policy research, to improve the fuel injection control precision, to achieve energy reduction targets, improve stability and reliability of the engine is running and optimizing the overall performance of the engine has important practical significance. This paper describes the foreign countries, electronically controlled high pressure common rail diesel engine within the development of a detailed analysis of the composition and work of high pressure common rail principle focuses on electronically controlled high pressure common rail system fault diagnosis and repair its concrete steps, the last cited Havel , Xichai other cars often failures were analyzed to understand. Keywords: High pressure common rail; electronically controlled diesel engine; control principle; fault diagnosis 目 录 III 目 录 摘摘 要要I ABSTRACT II 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 电控柴油机发展1 1.2 电控高压共轨柴油机的发展3 1.2.1 国外高压共轨柴油机的发展.4 1.2.2 国内高压共轨柴油机的发展.5 1.3 电控高压共轨技术发展6 1.4 电控高压共轨的特点及优缺点6 第二章第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理电控高压共轨柴油机的结构原理.9 2.1 电控高压共轨的组成9 2.1.1 燃油系统.9 2.1.2 电控系统.10 2.2 电控高压共轨系统的工作原理11 2.3 电控高压共轨柴油机的燃油电器元件12 2.3.1 燃油粗滤器和精滤器.12 2.3.2 低压输油泵.12 2.3.3 高压油泵.12 2.3.4 共轨组件.13 2.3.5 电控喷油器.14 2.4 电控高压共轨柴油机的主要电气元件15 2.4.1 主要传感器.16 2.4.2 ECU.19 2.4.3 主要执行器.19 第三章第三章 电控高压共轨柴油机使用维护电控高压共轨柴油机使用维护.22 3.1 基本操作要注意的问题22 3.2 电控高压共轨的日常维护22 3.3 节油措施25 第四章第四章 电控高压共轨柴油机故障诊断与检修电控高压共轨柴油机故障诊断与检修.27 4.1 电控高压共轨的故障诊断思路27 4.2 电控高压共轨的故障诊断方法27 4.3 电控高压共轨的故障诊断原则28 4.4 电控高压共轨柴油机电气元件的检修29 第五章第五章 电控高压共轨系统的案例电控高压共轨系统的案例.33 5.1 哈弗高压共轨发动机黑烟故障33 5.2 GW2.8TC-CB18 型增压共轨柴油机事故修复后无法启动 .35 5.3 博世电控共轨发动机无法起动36 5.4 电装高压共轨系统发动机起动困难39 5.5 锡柴 BOSCH4DF3 系统怠速不稳 .40 目 录 IV 第六章第六章 总结与展望总结与展望.41 6.1 总结41 6.2 展望41 致致 谢谢.42 参考文献参考文献.43 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 电电控柴油机控柴油机发发展展 电控柴油发动机与传统柴油机的主要区别在于它的燃油供给系统的不同， 前者采用的是电控燃油喷射系统，而后者采用的是机械式燃油喷射系统。从结 构和功能的角度看，柴油机的电控系统包括燃油系统的电子控制和柴油机空气 供给系统的电子控制。电子控制系统的应用使得柴油机在动力性、经济性和排 放性能等方面都取得巨大的进步。 早在 20 世纪 70 年代，人们就开始研究柴油发动机电子控制技术来替代机 械控制。到目前为止，已经研究出许多功能各异的柴油机电子控制技术，大部 分已经产品化并投放市场。这期间经历三代。 第一代位置控制系统 这种系统的主要特点是保留了大部分的燃油系统部件，如喷油泵高压油 管喷油嘴系统和喷油泵中齿条、齿圈、滑套、柱塞上的螺旋槽等零件，只是 用电子伺服机构替代机械式调速器来控制供油滑套或燃油齿条的位置，使得供 油量的调整更为灵敏和精确。图为第一代电控柴油机分配泵，最明显的特征就 是具有用于调整控制油量的油量调节器及滑套位置传感器（如图 1-1） 。 这类技术已发展到了可以同时控制定时和预喷射的正时和喷油率控制系统 (TICS)。 图 1-1 （位置控制式）电控柴油分配泵 第二代时间控制式 这种系统可以保留原来的喷油泵高压油管喷油器系统，也可以采用新 型高压燃油系统。其喷油量和喷油正时是由电脑控制的强力高速电磁阀的开闭 时刻所决定：电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。即喷油始点取 决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭时间的长短，因此可以同时控 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 2 制喷油量和喷油定时。 传统喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽和提前机构等全部取消，使系 统对喷油定时和喷油量控制的自由度更大。图为时间控制式的径向柱塞分配泵， 其明显特征是泵上装有油泵控制单元、控制喷油量的喷油控制电磁阀和控制喷 油提前角的定时控制电磁阀（如图 1-2） 。 图 1-2 径向柱塞分配泵 第三代时间压力控制式 也称高压共轨系统，这种系统包括了高压共轨系统和中压共轨系统这是 20 世纪 90 年代国外最新推出的新型柴油机电控喷油技术。该系统摈弃了传统的泵 管喷嘴的脉动供油方式，用一个高压油泵在柴油机的驱动下，连续将高压 燃油输送到共轨管内，高压燃油再由共轨送入各缸喷油嘴，通过控制喷油器上 的电磁阀实现喷射的开始和终止（如图 1-3 为康明斯柴油机高压共轨系统） 。 图 1-3 康明斯柴油机高压共轨系统 为满足日益严格的尾气排放法规，降低发动机的燃油消耗和减少废气排放 中的有害成分，单靠传统的机械控制不足以解决问题，目前满足我国国排放 第一章 绪论 3 标准的柴油发动机主要采用的是电控高压共轨系统。 1.2 电电控高控高压压共共轨轨柴油机的柴油机的发发展展 1.发展前期 自从 1991 年日本电装公司发表 ECD-U2 高压共轨系统论文以来，国外燃油 系统制造商纷纷投入巨额资金和人力开发共轨系统。博世公司于 1995 年发表了 用于轿车的高压共轨系统，采用径向柱塞转子式供油泵，喷油器电磁阀采用球 阀结构。目前博世公司共轨系统在欧洲乘用车和轻型车柴油机上已得到普通应 用，如德国戴姆勒-奔驰公司 C 系列轿车、意大利 AlfaRemeo156 轿车、德国大 众的奥迪 3.3L 型 V8 涡轮增压柴油机、美国通用公司与日本五十铃公司合资生 产的 Duramax6600 柴油机及美国康明斯公司的 ISBe3.9L 和 5.9L 全电控柴油机 等。德尔福与西门子分别在 1998 年和 2000 年推出轿车 MultecDCR1400 共轨系 统，采用径向柱塞转子式供油泵，德尔福公司的喷油器电磁阀设计在喷油器内， 使得喷油器体积更小巧；西门子喷油器采用压电执行器，响应时间更短；而日 本电装公司在 1991 年研究开发出的 ECD-U2 第一代产品，并于 1995 年匹配 Hino 的 J08C 柴油机、五十铃的 6HK1 柴油机，经过多年的改进与完善，最新产 品已用于轿车的 ECD-U2P 系统。 目前，共轨燃油喷射系统应用十分普遍，博世公司已生产出 2500 万套共轨 系统，并在江苏无锡投资建设了技术中心和工厂，实现了本地化生产。长城汽 车与博世公司开发出了高压共轨柴油发动机，此外奥迪、奔驰、华泰等品牌也 推出了采用共轨系统的汽车。我国部分大学、研究所和企业也通过合作或独立 自主研发，取得了各具特色的研究成果，并有数十项专利公布。因此，我国在 电控直喷式柴油机方面已积累了一定的经验，但总体来说与国外还存在差距， 主要体现在制造工艺和批量生产的质量控制。此外，国内共轨系统相关配套体 系不健全，部分零部件还依靠进口，如单片机芯片、共轨压力传感器等。 国外公司与中国企业竞争已不占绝对优势，相对于汽油机而言，国内在电 控柴油机方面与国外差距相对较小。这得益于两方面原因：一是我国原有柴油 机使用车辆大都具有自主品牌，二是我国柴油机使用车辆的舒适性要求不高， 价格低廉，国外公司与中国企业竞争不占优势。 2.高速发展期 随着排放标准的提高，柴油机必须采用电控喷射系统。目前国内柴油电控 系统主要有共轨、单体泵等，和国外先进技术比，虽然还不具备对等的实力， 但发展势头良好。如无锡油泵油嘴研究所研发的共轨系统已在无锡公交使用， 同时国内从事电控柴油机研发的企业数量较多，因而国内在电控柴油机市场今 后一定会有所作为。而国外公司提供的产品价格相对较高，供货价格取决于批 量，在目前我国电控柴油机批量还不大的前提下，他们很难拿到比较满意的价 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 4 位。 同时，在售后服务及配件供应方面，国内自主品牌系统也存在明显的优势， 国内自主研发的电控燃油系统竞争力主要体现在以下几方面：首先，价格便宜， 经济批量较小。其次，对于轻卡产品，在批量不大的情况下匹配共轨技术，可 选择高喷射压力的 PM 型直列泵+电子调速器+冷却 EGR 方案，这也是我们的优 势。还有，对于中重型车辆，在国阶段已开始实施共轨、单体泵等技术路线。 当然，国内在电控柴油机系统方面还面临很多挑战，如制造工艺不成熟， 批量规模较小；燃油品质难以保证；柴油机后处理技术水平不高等。但这些会 随时间推移，不久将逐步得到解决。 1.2.1 国外高国外高压压共共轨轨柴油机的柴油机的发发展展 目前， 国外在柴油机电控共轨喷射系统方面的研究进展很快， 并有多种 共轨喷射系统设计并投产，其中主要以德国的博世、美国的德尔福、日本的电 装为主（如图 1-4） 。 图 1-4 国外电控高压共轨柴油机 1.德国博世系统 德国 Bosch 公司于 2003 年推出了第三代使用压电喷油器的高压共轨电控喷 射系统。与前两代以喷油压力表征的共轨系统相比，第三代共轨系统以其高精 尖的技术内涵为特征，喷油压力为 160180MPa。压电式喷油器的高度集成化， 使其压电元件与喷嘴中的针阀靠得更近，从而使系统具有优良的“液压响应速 度” 。喷油器运动件质量减少了 75%，针阀部件数从 4 个减少到了 1 个，响应速 度为所有电磁式喷油器的 2 倍。 Bosch 正在研究带压力扩大器的共轨燃油概念 系统。在这种系统中，高压油泵先在共轨管中产生 135MPa 的压力，然后通过一 个特殊的转换活塞使喷油压力达到 250MPa 以上。由于压力如此之高，因而雾化 更加良好，更容易与空气混合，从而燃烧得更彻底。 第一章 绪论 5 2.美国德尔福系统 美国德尔福公司最具代表性的是先进的 Multec DCR 柴油共轨喷射系统。 Multec DCR 设计独特的喷油器是带有平衡控制和反馈控制的电磁阀喷油器!其响 应迅速并能精确计量燃油。这种喷油器只需 12V 工作电压，大大降低了生产成 本和复杂程度，并且非常节能，整个系统采用积木式设计，移植性好，可用于 不同形式和不同种类的发动机。 3.日本电装系统 日本电装的 ECD-U2 共轨系统由高压供油泵、共轨管、喷油器、各种传感 器和电控制单元组成。根据发动机转速和负荷的不同，泵控制阀与油压传感器 联合对共轨压力实行闭环控制，由于单向孔板节流作用，可形成德尔塔型（三 角型）喷油规律，对燃烧十分有利。喷嘴的开启和关闭完全由喷油器控制腔中 的压力和共轨压力的差值决定，改变施加在三通阀上的电脉冲宽度，可以控制 喷油量；改变三通阀上的电脉冲发生时刻，可控制喷油定时。 1.2.2 国内高国内高压压共共轨轨柴油机的柴油机的发发展展 目前我国对高压共轨燃油喷射系统的研究与开发尚处于起步阶段，发动机 燃油喷射系统由机械式喷射系统向电控式喷射系统过渡还主要依靠国外技术来 实现。为了尽快提高我国的自主开发和核心竞争力，应不遗余力的在电控喷油 器、液力控制阀、喷油嘴偶件和高速执行器、ECU 软硬件等关键零部件的制造 以及控制策略和功能、匹配标定技术、提高产品可靠性和安全、降低制造成本 等方面开展研究（如图 1-5） 。 图 1-5 国内高压共轨柴油机 其中天津大学研制的 FIRCRI 高压共轨系统正处于硬件在环仿真和实机测试 阶段，上海交通大学开发的 CD-1 型高压共轨系统处于匹配玉柴 6110 柴油机的 准备阶段，北京理工大学、华中理工大学等也正在开发自己的高压共轨技术， 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 6 无锡威孚集团与博世公司已经联合建立了无锡博世汽车柴油机系统股份有限公 司，开始了高压共轨系统的生产。在控制策略上，目前国内主要采用经典的 PID 控制方法，这种方法原理简单，易于实现，稳定性好，但存在需要在不同工况 下反复调节和不能在线调节等缺点。 1.3 电电控高控高压压共共轨轨技技术发术发展展 第一代共轨系统。第一代共轨高压泵总是保持在最高压力，导致燃油的浪 费和很高的燃油温度。第一代共轨技术为商用车设计的，最高喷射压力为 140MPa，乘用车压力为 135MPa。自从 1991 年日本电装公司发表 ECDU2 高 压共轨论文以来，国外燃油制造商纷纷投入具额的资金和人力来开发共轨技术。 博世 1995 年发表了用于轿车的高压共轨系统，采用了径向柱塞转子式供油泵， 喷油器电磁阀采用球阀控制。博时公司于 1997 年首家批发生产燃油喷射系统的 乘用车，当时博士和奔驰联合推出了共轨技术柴油奔驰 C 级轿车，而当时阿尔 法罗密欧 156 也是最早使用共轨技术的乘用车之一。 第二代共轨技术。第二代共轨技术可根据发动机需求来改变输出压力，并 具有预喷射和后喷射功能，带有控制油量的油泵，压力达到 160MPa。即使在压 力较低情况下，该系统也可根据实际的状况提供适量的喷油压力。不仅有助于 燃油的消耗，还可以降得燃油的温度，从而省去燃油冷却装置。预喷射降低了 发动机噪声。在主喷射前的百万分之一秒内少量的燃油被喷入汽缸压燃，预热 燃烧室。预热后的气缸使主喷射压燃更容易，缸内的压力和温度不在突然增加， 有利于降低燃烧噪声。在膨胀过程中产生后喷射，产生二次喷射，缸内温度增 加到 200 度到 250 度，降低了排气中的碳氢化合物。 第三代共轨技术。第三代高压共轨带有压电直列式喷油器。2003 年第三代 面世，压电式直列式共轨技术代替了电磁阀，实现了更加精确的喷射控制。省 去了回油管，结构上更加简单。压力从 20 到 200MPa 弹性调制，最小喷射量控 制在 0.5mm3，减小了烟度和 NOX 的排放，最高喷射压力达到 180MPa。此套带 有压电式高压共轨技术使带预喷射和后喷射喷油率的曲线更加自由。 1.4 电电控高控高压压共共轨轨的特点及的特点及优优缺点缺点 众所周知，提高柴油机动力性、经济性和降低排放的中心任务是改善柴油 机的燃烧过程。而只有通过灵活的燃油喷射控制才能实现最佳的缸内燃烧。电 控高压共轨系统，是柴油机电控技术发展过程中的一个重大飞跃，是迄今为止 针对柴油机的最佳解决方案。因为它改变了传统的机械式喷油系统的组成结构， 使喷射压力的产生完全独立于发动机的转速和喷射过程，真正地实现了喷油压 力、喷油时刻、喷油量和多次喷射的独立及柔性控制，从而实现与发动机的完 美匹配，大大提升了柴油机的动力性、经济性、排放及噪声方面的综合性能。 特点： 第一章 绪论 7 （1）自由调节喷油压力（共轨压力控制） 。 （2）自由调节喷油量。 （3）自由调节喷油时间。 （4）自由调节喷油率。 （5）更高的喷油压力。 （6）喷油压力与实际工况相适应。 （7）与其它电控柴油喷射系统相比，电控高压共轨系统具有较高的经济和 技术优势。 （8）控制参数多，控制精确。 （9）动力性、经济性、排放净化性好。 （10）系统油压波动小。 （11）采用高速电磁开关阀控制，控制灵敏度高。 （12）适用范围广。 （13）系统成本高，维修费用高。 图 1-6 控制精确的喷油速率 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 8 图 1-7 电控高压共轨和电控单体泵的对比 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 2.1 电电控高控高压压共共轨轨的的组组成成 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 2-1） 。 图 2-1 电控高压共轨系统组成 2.1.1 燃油系燃油系统统 图 2-2 燃油系统组成 1.主要由供油泵、共轨、喷油器等组成（如图 2-2） 。 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 10 （1）供油泵（高压油泵）将燃油产生高压，供到共轨内。 （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。 2.电控共轨燃油喷射系统的工作过程（如图 2-3） 。 图 2-3 电控共轨燃油喷射系统的工作过程 2.1.2 电电控系控系统统 由传感器、ECU、执行器三部分组成。 1.传感器 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。 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 11 （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。 2.ECU 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。 3.执行器 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。 2.2 电电控高控高压压共共轨轨系系统统的工作原理的工作原理 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 57bar）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 2-4） 。 图 2-4 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 2.3 电电控高控高压压共共轨轨柴油机的燃油柴油机的燃油电电器元件器元件 2.3.1 燃油粗燃油粗滤滤器和精器和精滤滤器器 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 2-5） 。 图 2-5 燃油精滤器和燃油粗滤器 2.3.2 低低压输压输油油泵泵 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7030KPa，该压降来自燃油滤清器的过滤阻力（如图 2-6） 。 图 2-6 低压输油泵 2.3.3 高高压压油油泵泵 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 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 13 加压成为高压燃油，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 285 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 2-7、2-8） 。 图 2-7 高压油泵的组成 图 2-8 高压油泵的断面 2.3.4 共共轨组轨组件件 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 2-9） 。 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 700800bar） ， 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 2-9 共轨组件 2.3.5 电电控控喷喷油器油器 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 2-10） ，喷油器喷油过程 （如图 2-11)。 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 15 图 2-10 喷油器结构 图 2-11 喷油器工作过程 2.4 电电控高控高压压共共轨轨柴油机的主要柴油机的主要电电气元件气元件 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 2-12） 。 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 16 图 2-12 电控高压共轨的主要电气元件 2.4.1 主要主要传传感器感器 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。 1.曲轴转速传感器 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 2-13） 。 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 2-13 曲轴转速传感器 2.油门踏板传感器 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 2-14） 。 图 2-14 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。 3.轨压传感器 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 2-15）。 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 2-15 轨压传感器 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 18 4.凸轮轴传感器 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 2-16） 。 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 2-16 凸轮轴传感器 5.水温传感器 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 2-17）。 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。 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 19 图 2-17 水温传感器 6.空气流量计 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 树脂上构成）被中间安装的加热电阻加热， 膜片上的温度分配被与加热电阻平 行安装的 2 个温度电阻测量。通过传感器的气流改变了膜片上的温度分配，从 而使得两个温度电阻的电阻值产生差异，由此对 ECU 输出一个变化的电压信号。 在传感器内部安装有进气温度传感器，用以测量进气温度（如图 2-18） 。 图 2-18 空气流量计原理图 通电状态下，2 膜片被加热，其温度呈线性上升，且线性一致，无气流通过 时，2 膜片的温度差为 0；当气流通过时，由于气流吹过 2 膜片的先后顺序不同， 引起 2 膜片温度变化（虚线），而 2 膜片温度之间的差值便是 ECU 计算出进气 质量的重要参量（如图 2-19 空气流量计）。 图 2-19 空气流量计 2.4.2 ECU 根据各种传感器传来的发动机实际运行状态信息，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（如图 2-20） 。 图 2-1 ECU 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 20 2.4.3 主要主要执执行器行器 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 的喷油时间、喷油量、喷油率进行控制。 主要执行器有：高压油泵、高压蓄压器、高压油管、喷油器。 1.高压油泵（如图 2-21） 输油泵将燃油从 油箱泵吸,经过带有油水分离装置的燃油滤清器到达高压泵 的进油口。输油泵使燃油经安全阀的节流孔，进入高压泵的润滑和冷却回路。 凸轮轴使三个泵的柱塞按照凸轮的外 形上下运动高压泵的柱塞向下运动时（吸 油行程） ，输油泵使燃油经高压泵进油计量比例阀和阶跃回油阀进入柱塞腔。 在高压泵柱塞越过下止点后，进油阀关闭。这样 ，柱塞腔内的燃油被密封，它 将以高于供油压力的油压被压缩，油压的升高一旦达到共轨的油压，出油阀被 打开，被压缩的燃油就进入了高压循环。柱塞继续供给燃油，直至到达上止点 （供油行程） ，压力减小，导致出油阀关闭，仍然在柱塞腔内的燃油压力也下 降，柱塞又向下运动。只要柱塞腔内的压力降至低于输油泵的供油压力时，进 油阀又开启，吸油过程又开始。 图 2-21 高压油泵 2.高压蓄压器（如图 2-22） 高压蓄压器 存贮高压燃油并抑制压力波动，高压蓄压器为所有气缸所共有， 因此将其称作“共轨“。即使大量燃油排出时，共轨也能将其内部压力保持基 本不变。燃油压力由共轨压力传感器测定，通过高压泵上的调压阀调节到规定 数值。 根据系统不同有的高压蓄压器带限压阀,限压器可将共轨中的燃油压力限制 在设计的最大压力范围以内。 第二章 电控高压共轨柴油机的结构原理 21 图 2-22 高压蓄压器 3.高压油管（如图 2-23） 高压油管 必须能够经受喷油系统的最大压力和喷油间歇时的局部高频压力 波动。该油管是由钢管制成, 通常外径为 6mm，内径为 2.4mm。各缸的高压油 管长度是完全相同的，共轨与各缸喷油器之间的不同间距是通过各缸高压油管 的弯曲程度进行长度补偿的，但油管长度应尽可能短一些。 图 2-23 高压油管 4.喷油器 喷油时刻和喷油量的调整是通过电子触发的喷油器实现的。喷油器由孔式 喷油嘴 ，液压伺服系统和电磁阀组成，见如图 2-24 喷油器。 燃油来自于高压 油路，经通道流向喷油嘴，同时经节流孔流向控制腔，控制腔与回油管路相连， 途径一个受电磁阀控制其开关的泄油孔。泄油孔关闭时，作用于针阀控制活塞 的液压力超过了它在喷油嘴针阀承压面 的力，结果，针阀被迫进入阀座且将高 压通道与燃烧室隔离，密封。当喷油器的电磁阀被触发时，泄油孔被打开，针 阀控制腔的压力下降，作用于活塞顶部的压力也随 之下降。一 旦压力降至低 于作用于喷油嘴针阀承压面上的力，针阀被打开，燃 油经喷孔喷入燃烧室 。 即采用了一套液压放大系统 ，电磁阀打开泄油孔使得针阀控制腔压力降低，从 而产生控制柱塞的上下压差，在压差作用下打开针阀。喷油时刻和喷油量的调 整是 ECU 根据当前发动机的状态，通过电磁线圈与燃油压力共同作用的喷油器 实现的。同时，根据当前发动机的状态，通过电磁线圈与燃油压力共同作用的 喷油器实现的。同时，ECU 根据发动机的运行状况，实时对喷油器的加电时刻 和时间进行修正。喷油器由孔式喷油嘴 ，液压伺服系统和电磁阀组成，电磁阀 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 22 的开启和关闭的时间决定了喷油正时，该电磁阀开启时间的长短是决定喷油量 大小的主要因素。 图 2-24 喷油器 第三章 电控高压共轨柴油机使用维护 23 第三章 电控高压共轨柴油机使用维护 3.1 基本操作要注意的基本操作要注意的问题问题 起动发动机前检查水位、油位、蓄电池电压等，起动时间不能过长（要小 于 15s） ；不用踩油门，因为启动油量已经在 ECU 中被设置固定，踩了油门也不 会增大供油量。 行驶中不要猛轰油门，由于国车在急加速时 ECU 自动将油量平衡增加， 所以即使猛踩油门也不会得到想象中的急加速。 当发动机因各种原因需要排除空气时，一定要在停机状态下，且必须采用 手油泵排空，禁止以起动机拖动发动机排除空气，因为这样做会缩短蓄电池寿 命。如果需要松开高压油管时必须将车静置 15min 以上，等油轨内的压力下降 以后才能松开高压油管，否则油轨内的高压燃油喷出极有可能造成人员伤害。 在排空过程中应避免燃油溅到排气管、起动机、线束及接插件上，若不小心溅 到，同需将燃油擦拭干净。 由于电控车是采用微电脑控制，所有输入输出的信号都是电信号，所以要 防止进水，当必须涉水行驶时，要避免电控系统因进水而受到损坏，原则上控 制器离水面的高度应超过 200mm，并且涉水行驶时速度应小于 10km/h。 当发动机出现故障时系统发出故障警报，此时该指示灯闪亮，并且按照一 定的规律用闪码报出故障形式，驾驶员可以借此来识别故障，根据故障情况及 时安排检查维修。 当发动机有故障发生时，故障指示灯将显示相关信息，并且判断如果不会 导致发动机故障恶化，控制单元就使发动机以较低的转速和较小的负荷运行， 进入所谓的跛脚回家状态。例如水温超过设定值、高压油管破裂、增压压力低 等，此时发动机会限制转速和功率，这是电控发动机为确保行车安全，并且能 让用户方便维修的人性化功能。在跛脚回家的情况下，司机能做的就是耐心地 将车开到附近的维修站，企图踩油门踏板是没有用的。 3.2 电电控高控高压压共共轨轨的日常的日常维护维护 1.燃油系统的维护 （1）电控系统对燃油的质量要求很苛刻，也就是要求燃油的品质很高。因 为，电控系统要产生压力更高的压力及实现更精度的控制，内部的量孔更精细， 运动元件的配合也会更精密，不洁的燃油会使共轨高压泵失效，造成泵的压力 降低，同时还会造成喷油器的堵塞。使发动机的性能发生变化，也会使运动件 遭到磨损而缩短寿命。 （2）不要加注不符合国标的燃油，要到正规加油站加注燃油。 （3）在拆卸燃油管路时，要保持手及工具的清洁，以免燃油管路收到污染。 淮安信息这也技术学院毕业设计（论文） 24 （4）油箱的油管安装，油箱的进油口和回油口要离的尽量远,因为回油的温 度高，如果离得近，温度较高的回油会进入进油管，使油泵的进口的温度越来 越高，影响油泵的润滑。回油管要求回到油液面一下，防止有气进入到回油管 路，进、回油管的距离最少不低于 20cm。燃油管路要求耐高温在 120 度以上， 尽量不使用铜管和镀锌管，同时避免铅成分的存在，因为铜和锌能溶解在柴油 中，使燃油在油嘴处受高温结胶，时间长了会使油嘴堵塞，喷油器不能正常工 作。 （5）低压油管径推荐：油管内径最少不少于 10mm，否则，会影响发动机 的进油量。 （6）燃油滤清器的使用，必须使用厂家规定的燃油滤清器，不得使用劣质 滤清器，更不能使用传统的燃油滤清器，否则，引起发动机无法启动、启动困 难、功率不足的故障。 （7）燃油滤清器更换的周期，每运行 1000012000KM 或累计时间长达 200250 小时，进行更换一次。 （8）将燃油滤清器顶部的放气螺栓松开，用油水分离器手泵排空气，直至 燃油滤清器内充满燃油，放气螺栓放出的燃油直至没有气泡为止。 （9）排空气完成后，将留在发动机上的燃油擦拭干净，以免引起火灾。 （10）为保障启动机能正常工作，不要使用启动机带动发动机排空气。因 为，放气螺栓在底盘的油水分离器上，启动发动机排空气是没有联系的。 2.电器元件的维护 （1）电器元件主要包括传感器、控制器、执行器和线束等，在任何情况下 都要保持电器元件的干燥、无水、无尘、无油。 （2）控制器是整个控制系统的关键件，由硬件和软件组成。 ECU 安装要求在通风情况良好、严禁上面有覆盖物，以免长时间有积灰， 防灰尘，会影响 ECU 的散热情况；远离热源，避免 ECU 的热辐射，避免热源 产生热流直接作用于 ECU；远离高频率、高能量的声源，如：发电机、水泵、 油泵、气泵等；应选择相对较高且干燥的位置，避免长时间暴露在湿气中，避 免泡水，避免腐蚀性液体接触到 ECU 及控制线束；ECU 附近的线束要固定可靠， 防止线束的脱落或折断；视情况考虑加装防护罩；不能安装在较大的厢板上； 要保证 ECU 安全接地；附近无强电磁源，确保电磁屏蔽； （3）整车线束的要求 由于 ECU 的供电电源由整车电源提供，博世要求，新线束 20 度条件， ECU 到电源以及 ECU 到地所构成的回路电阻小于 45 豪欧，阻值过大电压会损 失在线束上，影响到 ECU 供电电压，冷启动时尤为明显，故此尽量减少线束的 长度，如线束长度达到最小，要提高线束的横截面积，并且使用质量较高的铜 芯线束； 第三章 电控高压共轨柴油机使用维护 25 （4）线束的连接 只有在油泵的所有机械连接完成以后，最后才进行电缆线的连接。连接插 口要保持清洁、干燥，避免有水进入接口造成短路，线束要固定可靠，避免脱 落或折断。 （5）线束布局要求 传感器信号线和执行器连接线要分开走线，平行时，要至少 10cm 以上，如 果不能平行时，需要交叉时，应垂直交叉，在 ECU 接口时，平行距离应小于 5cm，为防止信号干扰，尽量使用双绞线。 3.冷却系统的维护 当水温较高时，发动机会自动进入热保护状态，降低发动机输出功率，甚 至会自动停机。所以，日常使用或维护要注意检查，冷却液一定要及时补充。 电控发动机的温度是通过传感器将信息发送到 ECU，ECU 受控发动机的出水温 度，水温超出整车标定的温度，ECU 受控发动机进入自动保护策略，降低发动 机的功率。也就是电控发动机因高温拉缸的基本故障都是使用维护的问题，与 发动机本身质量无关。 4.电控发动机日常维护注意的事项 （1）发动机的启动必须是整车在有电的情况