BOSCH—高压共轨泵系统(玉柴欧三发动机培训资料).ppt

客户服务中心2008 04 10 玉柴欧三发动机培训资料 BOSCH高压共轨系统 一 电控柴油机概述二 高压共轨电控系统组成结构三 燃油系统主要零部件介绍四 电控系统主要零部件介绍五 ECU控制策略六 故障诊断与排除 BOSCH高压共轨系统 柴油机电控系统的分类 柴油机电控喷油系统的开发研究从20世纪70年代开始 已经经历了三代 第一代 位置控制式电控柴油喷射系统保留了传统的喷油泵 高压油管 喷油嘴系统 将原来的机械调速器控制改为电子控制 使控制精度与响应速度得以提高 第二代 时间控制式电控柴油喷射系统利用高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射 柴油机电控系统的分类 电控单体式喷油器系统此系统没高压油管 喷油泵 喷油嘴 电磁阀组合一起 每缸安装一组泵喷嘴 依靠安装在缸体上或缸盖上的凸轮轴摇臂驱动 电控单体泵系统在每个单体泵上安装一个电磁阀 电磁阀的开关由ECU控制 利用高压油管 将单体泵与喷油器连接 高压燃油顶开喷油器针阀将燃油喷入汽缸 柴油机电控系统的分类 高压共轨电控燃油喷射系统利用一个高压油泵 以一定的速比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器 ECU直接控制喷油器内的高速电磁阀 实现燃油定时 定量喷射 电控系统的组成 控制器 传感器 执行器 线束 控制器ECU 1 接收各种传感器信号和各种开关信号 并将它们进行处理 执行既定的程序 将运行结果作为控制指令输出到执行器 以单片机为核心的控制器是柴油机电子控制系统的大脑 柴油机动力装置能否可靠 经济地运行 在很大程度上取决于该控制器 由单片微型计算机 接口电路等硬件和软件组成 信息的采集 处理 传输和时间程序控制是该控制器的主要功能 单片微型计算机的组成 硬件 软件 系统软件 应用软件 控制器ECU 2 硬件构成了控制器的实体 结构软件通过硬件来实现系统的控制与管理功能 是计算机控制管理功能的实施标志与依据 硬件与软件之间的关系 硬件的有效运行要靠软件实现 而软件的控制功能又要靠硬件来体现 二者相辅相成 同时并进 中央处理 CPU 存储器 定时器 计数器 输入 输出设备 传感器 传感器实质就是一种转换器作用 主要功能是检测发动机运行参数或状态 原理 将非电量的有关参数或状态转化为电信号 然后不失真地将有关信息提供给控制器 执行器 柴油机电子控制系统实现对柴油机进行调控的最终手段 它按照控制器的 意图 动作 控制器输出的控制决策信号一般很小 不能直接驱动执行电器 需要专门设置驱动电路 执行器是柴油机电子控制系统的最后一个环节 也是控制系统对被控对象实施调控的唯一手段 柴油机电控系统工作流程 1 1 信号采集 传感器检测到的各种信号通过控制器的接口输入 2 比较分析 在控制器的存储器中 存有所需的发动机调控参数或状态的目标数据 这些目标数据是柴油机的各种不同参数和最优运行结果的综合 一般是通过统计或实测而得到 当传感器检测到的发动机的某一实际参数进入单片机控制器后 先与存储器中的相应参数和最优运行结果比较 柴油机电控系统工作流程 2 如果二者相同 则整个柴油机电子控制系统保持原状态 发动机继续按先前状态运行 当实际参数偏离目标参数时 单片机控制器则会根据偏离值的大小和极性 正或负 按一定的控制策略进行有关信息的处理 3 指令执行 ECU按其最佳值或计算后的目标值 把指令输送到执行器 执行器根据ECU的指令 控制喷油量和喷油定时 机械泵与电控泵的主要特点比较 喷油量调节与控制常规机械式燃油喷射技术 驾驶员通过油门踏板及调速器拉动齿条控制的 属机械设定 无法兼顾整个柴油机运行工况 电控高压燃油喷射技术 驾驶员通过电子油门提供驾驶意图 操作轻松简便 控制器ECU根据编程的控制策略来决定整个运行范围内的喷油量 可据转速 负荷状况与需要予以校正 可以有几十种喷油量控制模式 稳态和瞬态 燃烧更完全 柔和与平顺 更低的油耗 噪声和排放 通过监测燃油温度 冷却水温 进气温度等对不同工况的喷油量进行自动控制与修正 确保了平衡与均匀性 机械泵与电控泵的主要特点比较 喷油提前角调节常规机械式燃油喷射技术 喷油提前角由喷油泵提前器决定 其只随转速而变 且只能线性单调变化 不能实现理想的变化规律 电控高压燃油喷射技术 完全由控制器ECU自动控制 有更为宽广的自动调节范围 获得更好的燃烧 比油耗 噪声和排放 通过燃油温度 冷却水温 进气温度等 对不同工况的提前角进行修正 在整个运行范围内可根据速度 负荷状况 进行自动调节与校正 机械泵与电控泵的主要特点比较 喷油压力调节常规机械式燃油喷射技术 喷油压力随转速和负荷而变 一旦喷油泵的调速器调节好 喷油压力不可再调节 而且低转速时喷油压力低 电控高压燃油喷射技术 完全由控制器ECU自动控制 确保全速全负荷时 有充足的喷油压力 喷油速率 确保额定功率并满足排放要求 并可在工作转速范围内保持高压喷射性能 改善低速烟度和比油耗 起动时可获得更高的喷油压力 混合 雾化 燃烧和排放可大幅改善 在整个运行范围内可据速度 负荷状况 自动选择独立可调的高喷油压力 获得最佳扭矩特性与最低的排放 机械泵与电控泵的主要特点比较 怠速常规机械式燃油喷射技术 怠速由怠速弹簧控制 一旦设定 不可改变 其不能适应水温变化而改变怠速转速 也不能适应车辆附件功率变化要求而改变 电控高压燃油喷射技术 冷却水温越低 怠速越高 怠速时开空调 怠速转速会自动上升 驾驶室内可点动微调怠速转速升 降 电控柴油喷射的优越性 1 1 燃油经济性好 降低了噪音 提高了尾气排放标准 喷油压力高 喷射定时 定量 使得燃油雾化好 燃烧充分 2 电控柴油机运转平稳 解决了传统喷油泵高 低速时压差过大问题 也解决了柴油机运转不稳的问题 3 电控发动机工作可靠 当某些参数超过设定值时 ECU立即报警 同时控制执行器进行调节和修正 直到发动机工作正常为止 电控柴油喷射的优越性 2 4 具有诊断功能 减少了维修工作量 ECU对柴油机电控系统中的传感器 执行器和连接线路进行监测 当传感器及其连接电路出现故障时 ECU会确定故障 并以故障码的形式进行存储 为排除故障带来方便 5 对柴油机的调速可精确控制 在电控系统中 电子调速器代替了机械离心式调速器 燃油喷射量只与发动机负荷和转速有关 6 响应速度快 控制更为精确 采用了高速电磁阀与电子油门踏板 喷油迅速 断油时间准确 并解决了机械踏板时间滞后的问题 一 电控发动机定义二 高压共轨电控系统组成结构三 燃油系统主要零部件介绍四 电控系统主要零部件介绍五 ECU控制策略六 故障诊断与排除 BOSCH高压共轨系统 共轨系统工作原理 ECU根据各种传感器检测到的柴油机运行参数 与ECU中预先存储的参数值或脉谱相比较 按其最佳值或经过运算后目标值为指令输送到执行器 执行器 喷油器电磁阀 根据ECU指令控制喷油量 电磁阀开启持续时间 和喷油正时 电磁阀开启始点 高压共轨系统的结构组成 电子控制部分 燃油供给部分 控制器 线束 传感器 执行器 高压部分 低压部分 回油管 低压油管 油水分离器 滤清器 油箱 输油泵 柴油滤清器 共轨管 喷油器 高压泵 高压油管 高压共轨系统的特点 1 高压共轨电控燃油喷射系统是一种燃油喷射压力与发动机转速无关的供油方式 即喷射压力的产生与喷射过程相互分开 在该系统中 高压油泵把高压燃油输送到高压蓄压器 共轨管 油管内的高压燃油通过燃油分配器 按照发动机的喷油顺序 将高压燃油输送到喷油器 喷油器内电磁阀根据ECU指令切断回油通路 高压燃油克服喷油器内弹簧预紧力而开启喷油 高压共轨系统的特点 2 高压共轨系统是压力 时间控制式喷油系统 高压油泵只是向共轨管供油以维持所必需的的油轨中油压 共轨管中的油压是通过燃油计量阀进行调节 以控制喷射压力大小 用电磁阀关闭时间长短控制喷油量 高压共轨系统喷油压力大小独立于发动机转速和负荷 喷油正时 喷油压力与喷油持续时间可以在较宽的范围内选择 共轨系统可以根据发动机的需要进行预喷射 主喷射和二次喷射 一 电控发动机定义二 高压共轨电控系统组成结构三 燃油系统主要零部件介绍四 电控系统主要零部件介绍五 ECU控制策略六 故障诊断与排除 BOSCH高压共轨系统 燃油系统平面图 低压管路技术参数 目的 保证输油泵进口压力 高压油泵 作用 除将低压燃油加压成高压燃油外 还在于保证在快速起动过程和共轨管中压力迅速上升所需要的燃油储备 持续产生高压共轨管所需要的系统压力 高压油泵工作原理 由互相呈120度夹角的3缸径向柱塞组成 3个泵油柱塞由驱动轴上的凸轮驱动进行往复运行 当柱塞向下运动时 为吸油行程吸油阀会开启 允许低压燃油进入泵腔 当柱塞到达下止点时 进油阀将会关闭 泵腔内的燃油在向上运动的柱塞作用下被加压后输送到蓄压器中 等待喷射 高压油泵 基本特点 3 缸径向柱塞高压油泵 集成燃油计量阀 并由之控制轨压 集成齿轮输油泵 采用燃油润滑 最大允许轨压 1600bar 齿轮输油泵 由高压泵轴驱动 齿轮泵供油速率240l h 进油压力0 5barabs时 367l h 进油压力1 0barabs时 齿轮泵允许进油温度 25 75 齿轮输油泵工作原理 在壳体内安装有两个互相啮合的齿轮 一个是主动齿轮 而另一个为被动齿轮 利用互相啮合反向转动的齿轮 将齿隙中的燃油从吸油端送往压油端 油路排空方法 低压油路 拧松柴滤出口的过油螺栓至有油流出 不要拧掉 按压手油泵 直至拧松的精滤出口过油螺栓处不再有气泡冒出为止 然后扭紧该过油螺栓即可 最后注意清理排空时流到发动机和车架上的燃油 低压油路排空 松开高压泵的进油口 压动手泵直到高压泵的进油口有燃油流出至无气泡状态 高压油路一般无需人工排空 拖动马达高压部分将自行排空 喷油器 采取电控喷油器 静态电阻 230毫欧 作用 根据ECU发出的控制信号 通过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定时 喷油量和喷油率喷入燃烧室 进油孔 喷油器内部构造 喷油器工作过程 1 初始状态 当喷油器电磁阀未被触发时 小弹簧将电驱的球阀压向释放控制孔上 在控制腔内形成共轨高压 同样 喷嘴腔内也形成共轨高压 共轨压力对控制柱塞端面的压力和喷嘴弹簧的压力与高压燃油作用在针阀锥面上的开启力相平衡 使针阀保持关闭状态 喷油器工作过程 2 喷油开始状态 当电磁阀被触发时 电驱将泄油口打开 燃油从阀控制室中流到上方的空腔中 从空腔通过回油管道返回油箱 使控制室压力降低 控制室压力降低 减少了作用在控制柱塞上的力 这时喷嘴针阀被打开 喷油器开始喷油 喷油器工作过程 3 喷油结束状态 电磁阀一旦断电不被触发 小弹簧力会使电磁阀电驱下压 球阀将泄油孔关闭 泄油孔关闭后 燃油从进油孔进入控制室建立起油压 这个压力为油轨压力 这个高压作用在控制柱塞端面上 油轨压力加上弹簧力大于针阀锥面上的压力 使喷嘴针阀关闭 喷油器工作特性 喷油器根据ECU发出的喷油脉冲信号进行喷油 喷油起点由指令脉冲起点控制 喷油量由指令脉冲的宽度控制 喷射压力为轨管中燃油压力 由ECU发出的共轨压力指令通过高压油泵控制 喷油器开始喷油的必要条件 共轨压力超过200bar 燃油压力在200bar下 ECU不会发出喷油指令 喷油器电磁阀不会打开 同步信号正常 曲轴 凸轮轴传感器信号正常 共轨管 也称之高压蓄压器 是一根锻造钢管 油轨内径为10mm 各缸喷油器通过各自的油管与油轨连接 作用 积累与分配高压燃油 降低压力波动 柱塞的间歇性供油产生的波动 喷油器的短暂喷射产生的波动 共轨管 泄压阀 作用 当压力限定值被超出时 泄压阀通过打开溢流口来限制油轨中的压力原理 通过柱塞的椎形头部与阀体的密封座保持关闭 在正常压力下 弹簧使柱塞紧紧压在密封座上 使共轨管保持关闭 当压力超过系统最大压力时 弹簧被压缩 柱塞被顶起 燃油从油轨溢出 油轨压力下降 共轨管 节流孔的作用 油水分离器 共轨系统零部件对燃油中的水比较敏感 因为 可能会造成部件锈蚀 过多的水将造成润滑问题 解决办法 加装水分离器 定期维护 拧松油水分离器底部的螺塞放水 拧松即可 不要拧下 精滤器技术要求 1 流量必须大于370L h 2 更换里程为10000 12000公里或者200 250个小时 以先到为准 3 目前共轨系统在没有玉柴技术中心下文说明前 只装RACOR的粗滤和柴滤 一 电控发动机定义二 高压共轨电控系统组成结构三 燃油系统主要零部件介绍四 电控系统主要零部件介绍五 ECU控制策略六 故障诊断与排除 BOSCH高压共轨系统 电子控制部分结构图 转速传感器 冷却水温度传感器 压力传感器 油门位置传感器 凸轮轴转速传感器 曲轴转速传感器 增压压力 温度传感器 共轨压力传感器 大气压力传感器 控制器ECU 传感器 执行器 喷油器电磁阀 燃油计量阀 控制线束 整车线束 发动机线束 控制器ECU 接插件1引脚定义 接插件1引脚定义 接插件1引脚定义 接插件1引脚定义 接插件1引脚定义 接插件2引脚定义 接插件2引脚定义 接插件2引脚定义 接插件3引脚定义 接插件3引脚定义 接插件3引脚定义 控制器ECU特性参数 特性参数 工作电压 24V 9 32 工作环境 30 105度 ECU壳体要求与车身绝缘良好 冷却方式 柴油冷却 采用了在发动机上安装方式为了防止发动机机体温度传到ECU所以在ECU与发动机的机体之间装了个冷却盒以此来保证ECU在允许温度下工作 控制线束 曲轴 凸轮轴传感器 作用 精确计算曲轴位置 用于喷油时刻 喷油量的计算 转速计算 特性 可变磁阻式 安装于齿轮室上 空气间隙 0 5mm 1 5mm 静态电阻值 860欧 工作环境 40度 120度 曲轴 凸轮轴传感器 信号盘的设计 齿数 Z为汽缸数 曲轴转速信号盘 58齿 凸轮轴信号盘 Z 1 曲轴传感器安装位置 曲轴传感器通过支架安装在齿轮室上 通过减振器上的凹齿来采集信号 转速传感器下端面与信号齿面之间的距离为 1 0 5mm 凸轮轴传感器安装位置 凸轮轴传感器安装于齿轮室上 通过信号盘上的凸齿来采集信号 转速传感器下端面与信号齿面之间的距离为 1 0 5mm 曲轴 凸轮轴传感器 信号盘相位关系 第一缸压缩上止点时候凸轮轴相位传感器应指示到信号盘多齿后81度的位置 曲轴传感器应指示到信号盘缺齿过后的第36个齿 多齿 缺齿 曲轴 凸轮轴传感器 常见故障及处理 增压压力及温度传感器 作用 主要通过计算空气量 控制 空燃比 特点 集成温度传感器与压力传感器 工作温度范围 40 130 工作压力范围 50 400kpa 增压压力及温度传感器 工作原理 把压力信号转化为电压信号 然后送给ECU 由其进行相关比较 运算后控制执行器的动作 增压压力及温度传感器 常见故障及处理方法 冷却水温传感器 原理 把温度信号转化为电压信号后 输送给ECU 由其进行相关比较 运算后控制执行器的动作 作用 测量冷却水温度 用于冷起动 目标怠速计算 同时修正喷油提前角 最大功率保护等 特性 热敏电阻式传感器工作电压 5 0 15V工作环境 40 140 静态电阻 2500 6 欧姆 冷却水温传感器 节温器座 2500 6 冷却水温传感器 故障表现 功率不足 转速受限1700转内 共轨压力传感器 作用 实时测定共轨管中的实际压力信号并反馈给ECU 由ECU对燃油计量阀实施反馈控制 通过对供油量的增减来调节油压稳定在目标值 轨压传感器工作原理 膜片上装有半导体型敏感元件 当高压燃油经压力室的小孔流向膜片时 膜片形状发生改变 膜片涂层的电阻发生变化 由系统压力引起膜片形状变化 促使电阻值改变 并产生电压变化 向ECU发送电信号 共轨压力传感器 特点 集成于共轨管上 最高压力为1800bar 信号电压 0 5V左右 共轨压力传感器 相关控制策略 轨压闭环控制 失效模式及策略 油门位置传感器 作用 将驾驶员的意图输送给ECU 特性 双信号输出 工作温度范围 40 85 相关控制策略 扭矩限制 怠速控制 减速断油控制 Limphome控制 油门位置传感器 油门位置传感器 0 75V 0 375V 3 84V 1 92V 油门位置传感器 失效模式及控制策略 燃油计量阀执行器 作用 控制进入高压油泵的燃油量 从而控制轨压 特性 线圈电阻 2 6 3 15欧 最大工作电流 1 8A集成在高压油泵上 不允许拆卸 燃油计量阀执行器 失效模式及控制策略 一旦燃油计量阀失效 共轨管上的泄压阀将被强行冲开 一旦出现燃油计量阀失效 必须进行整个高压油泵的更换 不允许自行更换燃油计量阀 喷油器电磁阀 作用 接收ECU喷油指令 特性 工作电压 24V 线圈静态电阻 230毫欧 集成在喷油器体内 喷油器电磁阀 失效模式及控制策略 一旦出现电磁阀失效 则必须进行整个喷油器更换 不允许自行更换电磁阀 一 电控发动机定义二 高压共轨电控系统组成结构三 燃油系统主要零部件介绍四 电控系统主要零部件介绍五 ECU控制策略六 故障诊断与排除 BOSCH高压共轨系统 ECU控制策略 什么是失效控制策略 定义 电控系统故障状态下运行的策略 失效控制策略的分级 一级 缺省值 二级 减扭矩 三级 limphome四级 停机 limphome失效控制策略 当发动机处于以下几种情况的时候 控制策略将进入limphome状态 曲轴传感器损坏或信号线开路 短路 凸轮轴传感器损坏或信号线开路 短路 轨压传感器损坏或信号线开路 短路 燃油计量阀损坏或驱动线路开路 短路 油门传感器损坏或者信号线开路 短路 曲轴 凸轮轴传感器失效控制策略 进入条件 ECU判断曲轴或凸轮轴传感器信号故障传感器损坏 信号线故障 ECU处理措施 点亮故障灯 产生故障码 发动机依靠单传感器继续工作 起动时间稍长 油门感觉正常 对发动机动力性没有明显影响 但发动机油耗或排放可能会变差 轨压传感器失效策略 进入条件 ECU判断轨压传感器信号故障轨压传感器损坏 信号线故障 ECU处理措施 点亮故障灯 产生故障码 控制器将加大油泵供油量 燃油压力超高 泄压阀被冲开 诊断仪显示轨压维持在720bar 不随转速变化而波动 限制发动机转速在1700rpm下 在限制范围内 油门起作用 燃油计量阀失效策略 进入条件 ECU判断燃油计量阀信号故障燃油计量阀损坏 驱动线路故障 ECU处理措施 点亮故障灯 产生故障码 控制器将加大油泵供油量 燃油压力超高 泄压阀被冲开 实际轨压维持在700 760bar范围内 随转速变化而波动限制发动机转速在1700rpm下 在限制范围内 油门仍然起作用 此时可以明显感觉到回油管温度很高 点火开关关闭后 泄压阀方可关闭 恢复正常 如果发动机起动过程已进入此策略 仍能起动且没明显影响 减扭矩失效策略 进入条件 大气压力传感器损坏或驱动线路故障 增压压力 温度传感器损坏或驱动线路故障 轨压传感器信号漂移 油轨压力闭环控制故障 传感器参考电压故障 ECU控制策略 点亮故障灯 产生相应故障码 外特性油量将会减少一个百分比 目前标定 80 转速限制小于1700rpm 在限制范围内 油门仍然起作用 电子油门失效策略 进入条件 ECU判断电子油门信号故障油门接插件脱落 两路油门信号中任一路出现故障 两路油门信号不一致 油门开度与刹车踏板逻辑性错误 ECU控制策略 点亮故障灯 产生故障码 油门失效 发动机起动后 维持limphome转速 1100rpm 常开型 常闭型 24V 水温信号故障下的热保护功能 进入条件 ECU判断水温信号错误 水温传感器损坏 水温传感器信号线损坏 ECU处理措施 点亮故障灯 产生故障码 发动机采用缺省水温为100 外特性油量会减小40 不同机型略有区别 在限制范围内 油门仍然起作用 停机保护失效策略 进入条件 ECU判断出现下述故障 控制器模数转换功能错误 轨压持续超高 ECU处理措施 点亮故障灯 产生故障码 发动机停机 故障状态下 无法再次起动 热保护功能控制策略 热保护控制策略方法 限制喷油量 降低功率 热保护的种类 高水温保护 高进气温度保护 热保护的必要性 防止水温过高对发动机的损坏 防止进气温度过高对发动机的损坏 防止油温过高对喷油系统的损坏 导致水温过高的可能原因 散热器堵塞 冷却液泄漏 水泵 风扇 节温器等故障 整车匹配不合理 空调控制策略 控制过程 ECU接收到空调请求开关信号 指令提升发动机转速 指令空调继电器闭合 作用 当必要时临时断开空调继电器 水温过高 发动机需要急加速 目的 限制水温进一步升高 保证急加速的动力需要 空调电源 信号电压输入 信号电压输出 怠速控制策略 怠速控制过程 计算目标怠速 进行闭环控制以满足目标怠速 目标怠速的影响因素 冷却水温 蓄电池电压 空调应用情况 车速的大小 车辆起步时提升50rpm 各档怠速可能不同 冒烟限制控制策略 黑烟产生的原因 在增压器的迟滞效应与进气系统存在故障的情况下 发动机加速过程中易引起进气量不足 空燃比下降 燃油不能完全燃烧 从而产生冒黑烟的现象 冒烟