CRDI柴油机电控燃油喷射系统故障诊断及分析毕业论文.doc

CRDI柴油机电控燃油喷射系统检修与故障分析近年来，随着全球对更高效、更低排放及更经济汽车日益增长的现实需求，柴油轿车相比太阳能、燃料电池、混合动力车来说技术更成熟、更具推广潜力和价值。柴油机的关键技术都有很多突破性的发展。燃油喷射系统是影响燃烧过程的重要因素，高压直喷系统和共轨系统都使燃油经济性和排放性有很大改善。废气再循环和催化器改善了柴油机的各项排放。发动机管理系统对喷油和进气过程进行综合控制，保证发动机能够在保持良好的动力性基础上，燃油经济性和排放性能都能达到最优，同时降低振动和噪音。柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。电控燃油喷射系统是影响缸内燃烧过程的关键因素，对柴油机的动力性、经济性和排放性能都有重要影响。要改善柴油机缸内燃烧，燃油喷射系统一方面要有理想的喷射速率特性，另一方面要提高喷射压力。因此，柴油机电控喷射系统逐渐发展起来。在传统的喷射系统基础上首先发展起来的电控喷射系统是位置控制系统，称之为第一代电控喷射系统，而基于电磁阀的时间控制系统则称为第二代电控喷射系统。第三代电控系统高压共轨系统被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破之一，将成为21世纪柴油机燃油系统的主流。柴油机共轨式电控燃油喷射系统技术集计算机控制技术、现代传感检测技术和先进的喷油结构于一身。共轨式电控燃油喷射系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理，而是共轨直接或间接的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，定量的控制喷油器喷射至最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。该新技术已在国外以柴油机提供动力的汽车上投入使用。共轨式燃油喷射技术的现有研究结果表明喷油压力高，燃油雾化后颗粒就越细，排放的有害气体和颗粒就越少。展望中国柴油轿车发展之路，适度发展和推广具有先进技术的现代柴油轿车显然有利于国家社会资源的节约，符合产业政策和中央政府提出的建设节约型社会的倡导。第1章 电控柴油机概论 一、电控柴油机简介电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电控柴油机。电喷柴油喷射系统由传感器、ECU和执行机构三部分组成。其任务是对喷油的系统进行电子控制，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ECU，与储存的设定参数值或参数图谱进行比较，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。执行器则根据ECU发出的指令控制喷油量(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。二、电控柴油机控制系统组成1.传感器信号输入：（1）油门踏板位置传感器反应发动机的负荷信号及怠速确认，主控信号。（2）转速传感器、曲轴位置传感器主控信号与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和喷油提前角。（3）着火正时传感器检测燃烧室开始燃烧时刻修正喷油正时（4）冷却液温度传感器控制发动机工作温度，修正喷油量与喷油正时。（5）进气温度传感器检测进气温度、修正喷油量与喷油正时。（6）进气压力传感器检测进气压力、修正喷油量与喷油正时。（7）燃油压力传感器测量燃油轨中的燃油压力，以决定喷射压力。该压力测量值作为一个电信号传送给电子控制单元，从而确定燃油喷射的周期。1空气质量流量计 2电子控制单元 3高压油泵 4高压油轨 5共轨压力传感器 6喷油器 7曲轴速度传感器 8冷却液温度传感器9带溢流阀的燃油滤清器 10踏板行程传感器11燃油箱 12粗滤清器 13一级输油泵 14低压油管 15高压油管 16限压阀 17回油管 18压力控制阀 19不同传感器和信号处理 20不同执行器 21不同的操作和显示仪表 22界面或接口（8）燃油温度传感器测量燃油温度，井将燃油温度的状态信息提供给控制单元，以便当燃油温度较高时，校正高压油泵的润滑，以保护油泵。 （9）发动机点火开关信号、空调信号、动力转向油压开关信号、空挡起动开关信号2.电子控制单元ECUECU的主要功能是根据发动机运转状态确定燃油最佳喷射量，以此控制发动机的最佳空燃比。此外ECU还具有控制发动机的最佳点火时间，怠速转速、故障自诊断功能。3.执行器电动调速器、溢流控制电磁铁、电子控制正时控制阀、电子控制正时器、电磁溢流阀、高速电磁阀、电子液力控制喷油器等。三、柴油机电子控制技术的发展趋势 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 第2章 柴油机电控燃油喷射系统2.1柴油机电控燃油喷射系统2.1.1柴油机电控燃油喷射系统的发展随着柴油技术日益发展，人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排放，柴油机成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段，只要解决缺点就具有更大的市场前景，而实现电控柴油机的方案现在看来是一个很好的解决措施。但一个不争的现实摆在了我们面前：随着能源危机，温室效应的逐渐增加，人们对动力性要求的提高，尽管电子燃油喷射已经被广泛使用，仅仅靠汽油车的解决方案不足以解决这些问题。在国内，目前采用柴油机有10余款，分别为捷达、宝来、奥迪、开迪、江淮瑞风等5款乘用车，福田冲浪、江铃陆风、华泰特拉卡、上海万丰、辽宁曙光等5款SUV。瑞风柴油车所搭载的2.5升柴油机是引进韩国现代汽车公司D4BH发动机，而一汽-大众的几款柴油乘用车均采用德国大众与博世公司合作的柴油机。近年来，柴油机的关键技术都有很多突破性的发展。燃油喷射系统是影响燃烧过程的重要因素，高压直喷系统和共轨系统都使柴油机燃油经济性和排放性能很大改善。废气再循环和催化器改善了柴油机的各项排放。发动机管理系统对喷油和进气过程进行综合控制，保证发动机能够在保持良好的动力性基础上，燃油经济性和排放性能都能达到最优，同时降低振动和噪音。电控燃油喷射系统是影响缸内燃烧过程的关键因素，对柴油机的动力性、经济性和排放性能都有重要影响。要改善柴油机缸内燃烧，燃油喷射系统一方面要有理想的喷射速率特性，另一方面要提高喷射压力。传统的喷射系统由于结构和原理等限制，不能同时达到这两个要求，因此，柴油机电控喷射系统逐渐发展起来。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160MPa。 当今世界燃油经济性最佳的发动机当属直喷式柴油机，这是由柴油和柴油发动机的技术特点决定的。目前直喷柴油发动机领先技术主要有SDI(自然吸气直接喷射柴油发动机)技术、TDI(直喷式涡轮增压柴油发动机)技术和CRDI(电控直喷共轨柴油发动机)技术这三款技术同为德国博世公司研发，其中前两种技术曾应用于新捷达、新宝来和奔驰、宝马等品牌。CRDI技术更是将燃油经济性和环保性发挥到极致。使得发动机具备无与伦比的动力性。目前主要的国际汽车配件供应商都在进行着柴油共轨喷射系统的开发，如：博世、德尔福、西门子、电装公司、VDO和玛格纳-马瑞利公司，它们是全球主要的共轨喷射系统供应商，而目前在国内生产共轨柴油喷射系统的还只有博世一家。在传统的喷射系统基础上首先发展起来的电控喷射系统是位置控制系统，称之为第一代电控喷射系统，而基于电磁阀的时间控制系统则称为第二代电控喷射系统。第三代电控系统高压共轨系统被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破之一，将成为21世纪柴油机燃油系统的主流。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(见图2-1)。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。 图2-1 第一代柴油机电控燃油喷射系统（位置控制系统）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(见图2-2)，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。 图2-2 第二代柴油机电控燃油喷射系统(时间控制系统)第三代也称为直接数控系统，它完全脱开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，实现各种复杂供油回路和特性(见图2-3)。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。 图2-3 高压共轨喷油压力控制系统(直接数控系统)2.1.2 柴油机电控燃油喷射系统的分类及特点一、SDI技术SDI是英文Suction Direct Injection的缩写，意为自然吸气直接喷射这种柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧因此，柴油发动机无需点火系同时，柴油机的供油系统也相对简单，但是由于是自然吸气，它的升功率并不是很高，转速也无法和汽油发动机相比。捷达SDI是国际成熟柴油动力技术首先应用于中国的轿车，捷达SDI是具有卓越燃油经济性和高技术性价比的轿车.是大大超越目前中国汽车环保法规要的轿车，是高使用寿命并大幅降低使用成本的轿车捷达SDI柴油轿车在燃烧过程中，柴油机的热损耗和废气损耗都大大降低，热转化效率高出汽油发动机15%，百公里耗油比汽油机低30%以上，90km等速油耗为4.6L，城市工况下百公里油耗只有5.3L由于柴油车气缸燃烧温度比汽油车低，机件磨损程度大大降低，发动机使用寿命高出汽油机至少200Jc，零部件损坏及更换频率也随之降低，同时柴油机采取直喷供油方式，维修更为简单方便，可节约可观的维修费用与德国原装进口氧化型催化反应器合理匹配，氮氧化合物排放比汽油机降低，且排放稳定性明显优于汽油机，降低了轿车尾气对环境的破坏，尾气排放大大超越了中国目前环保法规的要求，达到欧III标准环保标准的超越还给消费者带来了明显的经济利益，消费者可免去因环保标准不断提升而导致的频繁适应和改造，减少时间、精力和财力的不断支出。二、TDI技术为了解决SDI的先天不足，人们在柴油机上加装了涡轮增压装置，使得进气压力大大增加，压缩比一般都到10以上，这样就可以在转速很低的情况下达到很大的扭矩，而且由于燃烧更加充分，排放物中的有害颗粒含量也大大降低这便是TDI 。TDI是英文Turbo Direct Injection的缩写，TDI发动机的意思是涡轮鼓风增压(TURBOCHARGED)和汽缸内直接喷注系统(DIRECTINJECTION)。这种技术其实早见于大型商用车私家车配备柴油发动机的问题在于其动力输出特性与汽油发动机不同：不能作高速行车，中段加速力度不太强，废气排放较高不过柴油发动机的优点是燃料费便宜和燃烧效率比汽油更高，所以柴油发动机较省油到了今天，汽车业已到大致掌握私家车柴油发动机的技术，既可解决柴油发动机的缺点，同时兼具省油、使用成本低的优势。2004年2月新上市的宝来TDI轿车排量1.9L,装备了直喷式涡轮增压柴油发动机该发动机采用了高压泵喷嘴、喷嘴增压、废气再循环(E-GR)和双质量飞轮等世界最前沿的技术，使宝来TDI的动力性、燃油经济性、环保性、整车行驶的平顺性、冷起动性和安全可靠性等达到了一个全新的高度特别是其泵喷嘴技术，改善了直喷式工作的部分缺憾，使发动机的运转更加平稳。一改人们心目中柴油发动机振动和噪声都比较大的印象。宝来TDI装备的大众集团首创的直喷式涡轮增压柴油发动机(TDI)技术采用了多项先进技术，例如泵喷射系统、可调叶片式涡轮增压器等宝来TDI采用高压燃油喷射技术泵喷射系统此系统使柴油与空气混合更充分，燃烧更彻底；同时采用氧化型催化反应器，大大降低了C0, HC,颗粒的排放，其中CO2排放与同排量汽油车比可降低30%另外，采用EGR系统，大大降低了NOx产生，其排放指标满足欧III标准宝来TDI发动机每缸一个泵喷嘴，每个气缸作功冲程所需的柴油量被分成预喷射和主喷射两部分，主喷射在预喷射开始之后曲轴转过几度之后才进行，它们之间的间隔由一个液压机构控制喷射时刻、喷油量以及停喷时刻都是由一个电磁阀控制的采用该技术使柴油发动机达到了平稳、高效燃烧的理想状态，并降低了燃烧噪声、降低了尾气中的氮氧化合物的含量宝来TDI采用的可调叶片式涡轮增压器，在任何转速下均可产生所需要的充气压力，性能比传统的涡轮增压器大大提高，改善了发动机的适应性，发动机转速较低时也可以保证大功率的输出。从捷达SDI与宝来TDI柴油轿车所应用的技术来看，TDI在技术层面上比SDI更进一步捷达SDI采用的是德国博世公司的柱塞式燃油分配泵喷射系统，而宝来TDI轿车装备的大众集团首创的直喷式涡轮增压柴油发动机，在任何转速下均可产生所需要的充气压力，性能比传统的涡轮增压器大大提高如果说捷达SDI更适应现在中国家庭的需要，那么宝来TDI则更加能够代表未来中国柴油轿车的发展趋势三、CRDI技术 如今，博世公司又在TDI的基础上研发出了“CRDI”，英文Common Rail Direct Injection的缩写，意为高压共轨柴油直喷技术，该技术更是将燃油经济性和环保性做到极致，并在国外的奔驰和宝马产品上有所应用2004年6月，华泰在北京车展上推出了特拉卡2.9CRDI，2.9CRDI作为华泰特拉卡系列的第四款产品进行了改进，其中最大改进之一要属其发动机，解决了柴油机的噪声问题，与汽油车没有什么区别它使其可节省15%燃油，排放达欧标准。 共轨技术是指高压油泵、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，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。2.2 柴油机共轨燃油喷射系统2.2.1 柴油机共轨燃油喷射系统的工作原理 随着世界各国城市交通运输车辆、船舶的急剧增加，柴油机排放的尾气已经成为对地球环境的主要污染源。世界各国业已开始寻找和采取有效的技术措施主动地减少和控制污染物的排放。柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一项较为成功的控制污染排放的新技术。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。 图2-4 共轨式电控燃油喷射系统原理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。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。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。 共轨电控燃油喷射其主要由电控单元、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2-6)。图2-5 高压共轨系统燃油流程 2.2.2 柴油机共轨燃油喷射系统的发展系统中采用一个输油泵将燃油从燃油中抽出，系统油压由高压柱塞泵产生，高压燃油被输送到高压油轨中，共轨系统中的高压泵与喷油器之间的燃油容积起到一个蓄压器的功能。在整个喷射过程中，油轨内的压力波动很小，几乎保持不变。系统压力由油轨中的压力传感器调节。它把检测到的油轨压力值传送给电控单元。高压泵、油轨压力传感器和电控单元形成了一个油轨压力的闭环控制回路。电控单元将实测的油轨压力值与根据发动机转速与喷油量决定的设置值相比较，并据此调节高压泵的供油量，以使油轨内的压力得到控制。一般认为，柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油两个发展阶段。而现代电控喷油技术的崛起，则是计算机技术和传感检测技术迅猛发展的结果。目前，电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。共轨式电控燃油喷射设技术正是属于后者。共轨式喷油系统主要的贡献就是将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，通过对共轨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基本无关。这一柴油发动机技术的创新最大限度地降低了柴油发动机车型的振动和噪声，同时将油耗进一步降低，使排放更加清洁。但共轨技术的喷油压力低于泵喷嘴系统，一般只能达到160MPa左右。由于喷油压力调节宽泛，采用共轨技术的柴油车能更好地适应各种工况，起步也不会困难。 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。第一代共轨系统为商用车设计的，最高喷射压力为140MPa，乘用车喷射压力为135MPa。第二代共轨系统可根据发动机需求而改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能。带有控制油量的油泵，喷射压力能达到160MPa。即使在压力较低的情况下，该系统也可以根据实际状况提供适量的喷油压力。不仅有助于降低燃油消耗，而且还可以降低燃油温度，从而省去燃油冷却装置。预喷射降低了发动机噪声：在主喷射之前百万分之一秒内少量的燃油被喷进了汽缸压燃，预热燃烧室。预热后的汽缸使主喷射后的压燃更加容易，缸内的压力和温度不再是突然地增加，有利于降低燃烧噪音。在膨胀过程中进行后喷射，产生二次燃烧，将缸内温度增加200250，降低了排气中的碳氢化合物。博世公司的第二代共轨系统产品已经在沃尔沃的S60、V70D5及宝马的230d等乘用车上试用。 第三代共轨系统带有压电直列式喷油器。2003年，第三代共轨系统面世，压电式（piezo）共轨系统的压电执行器代替了电磁阀，于是得到了更加精确的喷射控制。省去了回油管，在结构上更简单。压力从20200MPa弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3，减小了烟度和NOX的排放。最高喷射压力达到180MPa。此套采用新研发的压电直列式喷油器的系统使带预喷和后喷的喷油率曲线范围更为自由。与其它喷射系统相比，共轨系统把压力产生与实际燃油喷射过程分离。“轨”被作为高压蓄压器，其内部燃油压力始终保持与发动机具体工况相适应的最佳压力。共轨系统可被轻易地安装到各类不同的发动机中。除此之外，共轨系统还提供了更广阔的扩展功能和在燃烧过程设计上更多大的自由度，它可以使柴油发动机以更低的排放、更好的燃油经济性和低噪声运行。其喷油器的特殊设计，可实行灵活的多次喷射，且喷射压力可在不同转速和负荷条件下任意调节，给发动机带来的好处是极为理想的指标。2.2.3 柴油机共轨电控柴油喷射系统部件构造图2-6共轨系统基本组成图2-6为高压共轨电控燃油喷射系统的基本组成图。它主要由电控单元、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油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，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气缸。图2-7 共轨式电控喷射系统结构图1 、高压油泵高压油泵的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生于燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮。图2-8 ECD-U2高压油泵Bosch 公司采用由柴油机驱动的三缸径向柱塞泵来产生高达 135Mpa 的压力。该高压油泵在每个压油单元中采用了多个压油凸轮，使其峰值扭矩降低为传统高压油泵的1/9 ，负荷也比较均匀，降低了运行噪声。该系统中高压共轨腔中的压力的控制是通过对共轨腔中燃油的放泄来实现的，为了减小功率损耗，在喷油量较小的情况下，将关闭三缸径向柱塞泵中的一个压油单元使供油量减少。日电装公司采用了一个三作用凸轮的直列泵来产生高压，如图2-8所示。该高压油泵对油量的控制采用了控制低压燃油有效进油量的方法，其基本原理如图 2-9所示。图2-9 ECU-U2高压油泵控制示意图工作过程：（1）柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔；（2）柱塞上行，但控制阀中尚未通电，处于开启状态，低压燃油经控制阀流回低压腔；（3）在达到供油量定时时，控制阀通电，使之关闭，回流油路被切断，柱塞腔中的燃油被压缩，燃油经出油阀进入高压油轨。利用控制阀关闭时间的不同，控制进入高压油轨的油量的多少，从而达到控制高压油轨压力的目的；（4）凸轮经过最大升程后，柱塞进入下降行程，柱塞腔内的压力降低，出油阀关闭，停止供油，这时控制阀停止供电，处于开启状态，低压燃油进入柱塞腔进入下一个循环。该方法使高压油泵不产生额外的功率消耗，但需要确定控制脉冲的宽度和控制脉冲与高压油泵凸轮的相位关系，控制系统比较复杂。2 、共轨管共轨管将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中，起蓄压器的作用， ECD-U2 系统的供轨管如图2-10所示。它的容积应削减高压油泵的供油压力波动和每个喷油器由喷油过程引起的压力震荡，使高压油轨中的压力波动控制在 5Mpa 之下。但其容积又不能太大，以保证共轨有足够的压力响应速度以快速跟踪柴油机工况的变化。 ECD-U2 系统的高压泵的最大循环供油量为 600mm3 ，共轨管容积为 94000mm3 。图2-10 ECD-U2共轨管 高压共轨管上还安装了压力传感器、液流缓冲器（限流器）和压力限制器。压力传感器向 ECU 提供高压油轨的压力信号；液流缓冲器（限流器）保证在喷油器出现燃油漏泄故障时切断向喷油器的供油，并可减小共轨和高压油管中的压力波动；压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时，迅速将高压油轨中的压力进行放泄。从上述分析可见，精确设计高压共轨管的容积和形状适合确定的柴油机是并不容易的。3 、电控喷油器电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用根据 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柴油机的燃烧室。在每个喷油器上方有一个电控三通阀（TWV阀），如图2-11所示。三通阀由内阀、外阀和阀体组成。内阀是一个自由活塞，外阀和电磁线圈的铁心做成一体，由线圈通电来使外阀上下运动，阀体则用来支承外阀。这三部分相互配合精度很高，分别形成密封锥座A和B。随着外阀的运动，A、B锥座交替关闭，三个油道两两交替连通。电磁阀不通电时，外阀处在下面位置，B座关闭。从公共油槽中来的高压燃油进入喷油器座面处，也通过三通阀进入液力活塞上方。液力活塞在公共油槽高压燃油作用下企图下行，喷油器针阀升不起来，喷油器不喷油。当电控三通阀通电时，三通阀的外阀向上运动，A座关闭，挡住了公共油槽高压燃油进油口，阻止燃油进入液力活塞上方，同时外阀上行，B座打开，泄油道打开，使液力活塞上方的油压通过泄油道泄压，喷油器针阀在公共油槽高压燃油作用下升起，开始喷油。为使针阀升起速度不要太快，达到低于柴油机所需的初期喷油速率的要求，在液力活塞上方专门设计了一个单向阀和一个小孔节流通道(如图2-11)。单向阀阻止液力活塞上方燃油通过，燃油只有通过小孔逐步泄出，造成液力活塞上方燃油压力下降速度放慢，针阀升起缓慢。当喷油结束时，三通阀断电，在弹簧力作用下外阀向下运动，B座关闭，泄油道关闭，而A座打开，亦即打开了燃油进入液力活塞的通道，共轨高压燃油通过单向阀迅速加到液力活塞上方，活塞下行。由于活塞直径比针阀直径大得多，因此就会产生很大油压力使针阀迅速关闭，实现快速停止喷油，以满足柴油机的要求。图2-11 BOSCH电控喷油器三通阀通电时刻决定了喷油始点，通电持续时间决定喷油量大小。喷射压力可以根据柴油机工况要求进行调节。低速低负荷工况时，可以实现所需要的某种程度高压。喷射压力的调节可以完全不受转速、负荷工况的制约。三通阀开启响应时间为0.35ms,关闭响应时间为0.4ms，三通阀全负荷能耗50W。控制了喷油率的形状，需对其进行合理的优化设计，实现预定的喷油形状。控制室的容积的大小决定了针阀开启时的灵敏度，控制室的容积太大，针阀在喷油结束时不能实现快速的断油，使后期的燃油雾化不良；控制室容积太小，不能给针阀提供足够的有效行程，使喷射过程的流动阻力加大，因此对控制室的容积也应根据机型的最大喷油量合理选择。控制量孔A 、Z的大小对喷油嘴的开启和关闭速度及喷油过程起着决定性的影响。双量孔阀体的三个关键性结构是进油量孔、回油量孔和控制室，它们的结构尺寸对喷油器的喷油性能影响巨大。回油量孔与进油量孔的流量率之差及控制室的容积决定了喷油嘴针阀的开启速度，而喷油嘴针阀的关闭速度由进油量孔的流量率和控制室的容积决定。进油量孔的设计应使喷油嘴针阀有足够的关闭速度，以减少喷油嘴喷射后期雾化不良的部分。此外喷油嘴的最小喷油压力取决于回油量孔和进油量孔的流量率及控制活塞的端面面积。这样在确定了进油量孔、回油量孔和控制室的结构尺寸后，就确定了喷油嘴针阀完全开启的稳定、最短喷油过程，同时就确定了喷油嘴的稳定最小喷油量。控制室容积的减少可以使针阀的响应速度更快，使燃油温度对喷油嘴喷油量的影响更小。但控制室的容积不可能无限制减少，它应能保证喷油嘴针阀的升程以使针阀完全开启。两个控制量孔决定了控制室中的动态压力，从而决定了针阀的运动规律，通过仔细调节这两个量孔的流量系数，可以产生理想的喷油规律。图2-12 CRDI喷油嘴工作状态由于高压共轨喷射系统的喷射压力非常高，因此其喷油嘴的喷孔截面积很小，如BOSCH 公司的喷油嘴的喷孔直径为 0.169mm 6 ，在如此小的喷孔直径和如此高的喷射压力下，燃油流动处于极端不稳定状态，油束的喷雾锥角变大，燃油雾化更好，但贯穿距离变小，因此应改变原柴油机进气的涡流强度、燃烧室结构形状以确保最佳的燃烧过程。对于喷油器电磁阀，由于共轨系统要求它有足够的开启速度，考虑到预喷射是改善柴油机性能的重要喷射方式，控制电磁阀的响应时间更应缩短。 4 、高压油管高压油管是连接共轨管和电控喷油器的通道，它应有足够的燃油流量减小燃油流动时的压降，并使高压管路系统中的压力波动较小，能承受高压燃油的冲击作用，且起动时共轨中的压力能很快建立。各缸高压油管的长度应尽量相等，使柴油机每一个喷油器有相同的喷油压力，从而减少发动机各缸之间喷油量的偏差。各高压油管应尽可能短，使从共轨到喷油嘴的压力损失最小。 5、传感器在共轨喷射系统中，除了测定发动机实际运行状态的传感器（如空气流量传感器、增压压力传感器、水温传感器、燃油温度传感器、油门开度传感器等）外，还须安装压力传感器来准确测量共轨管内的压力。一般要求共轨压力传感器的测量范围是20-180 MPa,测量精度要求达到士2%-3%，而且还应在各种运行工况下都能有很高的可靠性。6、软件和电控回路软件技术包括软件开发过程，软件开发方法，结构化设计方法等。在软件的开发方面，最初是先检测出发动机的转速和油门开度，然后输入到计算机内，形成所谓的数据MAP，再从数据MAP中计算目标喷油量，向伺服回路发出指令进行控制。日前的趋势是电控单元安装在驾驶室内逐步转向靠近发动机的位置安装。但是这将带来两大难题: 电控单元（ECU）要承受高温及强振动。2.2.4 柴油机共轨燃油喷射系统分类按照喷油高压形成的不同，共轨式电控燃油喷射系统有两种基本型式，即高压共轨式和中压共轨式。1.高压共轨系统。高压输油泵(压力在120MPa以上)直接产生高压燃油后，输送至共轨中消除压力的脉动，再分送到各喷油器；当电子控制装置按需要发出指令信号后，高速电磁阀(响应在200s左右)迅速打开或关闭，进而控制喷油器工作，即按设定的要求喷出或停喷高压燃油。2.中压共轨系统。中压输油泵(压力为10-13MPa)将中压燃油输送到共轨中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中；当高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后，就迅速开启或关闭，从而控制燃油器工作，迅即通过高压柱塞的增压作用，将从共轨中来的中压燃油加压至高压(120-150MPa)后喷出或停喷。高压共轨系统与中压共轨系统的主要判别在于，高压燃油的获得方式不同；前者由高压燃油泵直接提供，而后者则借助于增压柱塞增压后获得。（1）电控高压喷油系统总体情况简介：目前国际上新型的电控高压喷油系统主要分为两大类： 电控脉动泵式高压喷油系统； 电控共轨式高压喷油系统。电控脉动泵式高压喷油系统的主要特点是：用凸轮驱动的喷油泵来实现燃油高压建立过程和燃油喷射过程，这两个过程在时序上不能完全分开；用高速电磁阀旁通泄流控制代替传统的机械式泄流控制，燃油计量采用时间控制方式。主要包括两种类型： 电控泵喷嘴式高压喷油系统； 电控单体泵式高压喷油系统。目前，这两种喷油系统的最高喷油压力都可达到 150MPa 以上。电控脉动泵式高压喷油系统虽然有不少优点，但也继承了传统喷油系统的一些缺陷，主要在于：喷油压力要受到柴油机转速的限制，在低转速时，喷油压力较低。电控共轨式高压喷油系统的主要特点是：将燃油高压建立过程和燃油喷射过程在时序上完全分开；燃油计量采用压力时间控制方式，又可分为两种类型： 电控高压共轨式喷油系统； 电控中压共轨式喷油系统。电控高压共轨式喷油系统的共轨油道内为高压燃油，喷油压力仅取决于共轨油道内的燃油压力，采用高速电磁阀可实现喷油量、喷油压力、喷油定时和喷油速率的柔性控制。其典型代表有： 日本电装公司开发的 ECD U2 电控高压共轨式喷油系统，当时最高喷油压力已达到 120MPa ，并且具备了达到 150MPa 的潜力，采用一个两位三通高速电磁阀（ TWV ）。 德国 BOSCH 公司在九十年代所开发的电控高压共轨式喷油系统，当时最大喷油压力可达 140MPa ，后来又达到 160MPa 甚至 170MPa ，采用一个两位两通高速电磁阀。（2）电控中压喷油系统总体情况简介电控中压共轨式喷油系统的共轨油道内为中压燃油（或机油），喷油压力要取决于共轨燃油（或机油）压力和控制电磁阀的通电时间。采用高速电磁阀可实现喷油量、喷油压力、喷油定时的柔性控制，不足之处在于：用电控方式难以实现喷油速率形状控制和预喷射，而通常通过机械控制方式来实现。其典型代表有： 美国卡特匹勒公司开发的 HEUI 型电控喷油系统，用共轨油道内的中压机油来驱动燃油增压机构。最大喷油压力可达到 150MPa 。 美国 BKM 公司开发的 Servo与et型电控喷油系统，用共轨油道内的中压燃油来驱动燃油增压机构。最大喷油压力超过150MPa ，Servo与et型电控喷油系统又可分为 SSI1系统和SSI2 系统，区别在于： SSI1系统采用蓄压式喷嘴，而SSI2系统则采用传统结构喷嘴。第3章 CRDI电控燃油喷射系统检修工艺3.1故障自诊断3.1.1自诊断概论现代电控轿车装备的故障自诊断系统给车辆的使用及维修带来了很大的方便。而电控轿车的复杂的电气化结构以及各车型的结构、布置的不同，给故障自诊断系统的使用带来了一定难度。故障自诊断，当控制系统出现故障时，主ECU（电子控制单元）将会点亮仪表板上的“CHECK”（检查发动机）灯，提醒驾驶员注意，发动机己出现故障，并将故障信息以故障代码的形式储存到ECU中，通过一定程序，能将故障码及有关信息资料调出，供检修使用。1.自诊断系统工作原理发动机电控系统工作时，自诊断系统把检测到的非正常输入输出信号为故障信号，自诊断系统故障主要有以下几种。（1）当某一电路出现超出规定范围的信号时，故障诊断系统就判定该电路信号出现故障。如水温传感器正常时其输出电压信号在0.1-4.8V范围内变化。若冷却水温度传感器输出电压低于0.1V（相当于水温高于139）或高于4.8V（相当于水温低于-50）时，ECU即判定为故障信号，存入存储器。（2）发动机运转时，当ECU在一段时间里收不到某一传感器的输入信号或输入信号在一段时间内不发生变化，ECU亦判定为故障信号。（3）发动机正常工作中，如果偶然出现一次不正常信号，ECU诊断系统不会判断为故障。只有当不正常信号持续一定时间或多次出现时，ECU才将其判定为故障，如发动机转速在1000r/min时，转速信号（Ne信号）丢失了3-4脉冲信号，ECU不会判定为Ne信号故障，同时，“CHECK”灯也不会点亮，Ne信号的故障也不会存入ECU内。要注意的是，ECU判断出的故障，只能提供故障的性质和范围，如水温传感器与ECU间配线断路时，水温传感器输出电压信号就会高于4.8V（正常为0.l-4.8V）。这时ECU判定和输出的故障信息为水温传感器发生故障。最后确定是传感器、执行器或相应配线的故障，还应进一步检查确定。2.故障信息的显示方式 ECU故障自诊断系统检测到故障信号经判断为故障后，即将故障信息以故障码的形式存储到ECU存储器中。通过一定操作程序将故障码或故障资料按特定的方式显示出来。不同车型故障信息的显示方式也不同。主要有以下儿种：（1）由CHECK（检查发动机）灯闪烁故障码。当发动机工作正常无故障时，接通点火开关至“ON”位置，“CHECK”灯点亮。发动机起动后转速高于500r/min时此灯应熄灭。否则为有故障发生，用专用跨接线跨接诊断座或通过其他操作可将故障码以“CHECK”灯的一定闪烁方式显示出来。故障排除后，“CHECK”灯在发动机转速高于500r/min时熄灭。（2）用LED（故障显示）灯跨接诊断座上故障诊断输出端子，或跨接专用检测仪器，如百分率表，闭角表，电脑检测仪等直接读取故障码或故障信息资料。（3）由主电脑ECU壳体侧面显示灯显示故障码。（4）由仪表盘上显示屏直接显示故障码、信息资料及数据。3.故障信息的清除故障排除后，故障信息仍储存在ECU中不能随故障的排除而自动清除，必须通过操作程序。不同车型清除方法也略有不同，一般清除方法是将保险盒中的“EFI”保险丝拔下数秒钟以上，但也有例外。3.1.2 共轨式电控柴油喷射系统故障的自诊断方法闪烁故障代码开关位于保险盒的左边，它包含“BOSCHMS6.3”电控燃油喷射系统的基本故障代码。（1）读取存储器中的故障代码 接通点火开关。 按闪烁故障代码开关后松开。 仪表板上的EDC报警灯和闪烁故障代码开关上的LED将以相同的频率开始闪烁，显示储存在ECU中的故障代码。首先将出现一系列长时间的闪烁，然后出现短时问的闪烁，在闪烁的过程中会出现短时问的停顿，这些闪烁构成了第一个故障代码。 在闪烁结束后，EDC报警灯将熄火。 图3-1 CRDI 在汽车上的布置 重复上述步骤，读取下一个故障代码。 重复上述步骤，直到第一个故障代码再次出现。 故障代码的出现次序是按故障发生的时间进行排序的（2）清除故障代码 关闭点火开关 按住闪烁故障代码开关并保持5s。 在按住闪烁故障代码开关后接通点火开关。 按住闪烁故障代码开关超过5s后放开。 关闭点火开关被删除的故障代码不仅包括目前存在的故障代码，而目也包括断续出现的故障代码。如果ECU的存储器中没有故障代码，EDC指示灯将不闪烁。3.1.3 故障诊断概述一、基本概念在处理柴油机故障时，传统的方法首先是“看”，就是要仔细观察整机的完整及损坏情况；其次是要“听”，听柴油机运转的声音，判断异响及所在位置，必要时也可以听取用户对故障的情况陈述；再就是“摸”，利用触摸直感了解整机或部件的运转情况；还可以“闻”，通过故障可能发出的异常味道来确定可能发生的故障和故障发生的部位，特别是电气系统损坏时往往伴有烧焦的异味。 对柴油机电子控制系统的诊断与故障排除要借助诊断仪器，按电控系统诊断方法进行故障诊断，基本诊断方法与汽油机电控系统诊断方法相同。进行故障排除分析时，若采用不合乎逻辑的程序，就会使问题复杂化，或作出草率的结论及不必要的维修。有效的故障排除分析需按下列步骤进行：1.对故障进行模拟尝试 第一个步骤就是要仔细评估故障，排除先入之见，一得出正确结论。对故障没有透彻了解之前就开始行动，便会在随后的工作中造成混乱。先请顾客详细的描述故障发生情况的准确细节，然后对该现象进行模拟。2.确定是否真的发生了故障 在接受维修任务时，要确定是真的发生了故障，还是车辆本身的局限。接受无法修理的故障投诉，会浪费时间。只有全面熟悉车辆的正常运作和发动机型号，才能迅速判断出故障和车辆本身局限的区别。3.确定可能的原因 检查车辆是