国产长城高压共轨柴油机实验台架设计研究设计本科生毕业设计说明书.doc

目 录1 引言11.1 设计的目的和意义11.2 研究现状及发展趋势11.3 设计的主要工作22电控高压共轨柴油机的结构与原理32.1电控高压共轨柴油机的结构特点32.1.1电控高压共轨系统的基本组成32.1.2电控高压共轨系统的特点42.1.3共轨喷射特性52.2电控高压共轨柴油机的工作原理72.2.1系统原理72.2.2供油泵112.2.3喷油器163 博世柴油共轨发动机实验台设计方案183.1实验台台架的设计183.2实验台的设计193.2.1实验台架面板图的设计193.2.2 柴油机共轨控制电路图的设计203.3实验台故障控制的设计213.3.1故障设置与消除的设计213.3.2故障分析与设置功能223.3.3传感器信号模拟功能224实验台的使用234.1发动机运转及显示功能234.2使用注意事项23结 论25参考文献26致 谢27英文翻译28I天津工程师范学院2009届本科生毕业设计1 引言1.1 设计的目的和意义随着汽车保有量的增加，同时也带来了能源的紧张，环境的污染等问题。降低能源消耗和减少废气排放污染，满足节能和排放法规的要求，将是今后汽车工业发展的重中之重，而基于柴油机本身的性能优势，电控柴油机的发展将是解决该问题的一个重要方向。而当今电控柴油汽车技术的发展日新月异，特别是电控柴油高压共轨技术将是电控柴油技术的重要发展方向。对于汽车维修类专业的学生对电控柴油共轨技术的深入了解将是一个必不可少的内容，而在实践教学中，由于在实车上难于设置故障及演示故障现象。因此，使学生理解与学习过程中遇到一定的困难。为了解决该问题，使学生对新兴的电控柴油共轨发动机系统更直观的理解和掌握，本文将特别针对开发设计一台适合实训实验教学使用的高压柴油共轨发动机实验台的原理与设计方案进行一些探讨。同时，介绍高压柴油共轨发动机的基本原理。为制作一台更合理、更实用的教学设备起一定的铺垫作用。另外，与同类产品比较，通过对结构的优化使该实验台更具合理性，无论是在性能指标上还是在耐用程度上都将具有一定的提高。总之，该实验设备将会以其较强的实践应用价值，在实训实验教学中发挥出它的作用，服务于教学，协助教师获得良好的教学效果，同时使学生获得良好的学习效果。因此，它必将成为实践教学中不可缺少的实验实训设备，广泛的应用于我们的教学当中。希望该设计方案的研究结果会为实验台的制作能够起到一定的作用。1.2 研究现状及发展趋势我国对现代柴油机电控技术的研究和开发尚处于起步阶段，目前还主要集中在对柴油机电控喷射系统的研究与开发上。在学校层面基于各方面因素，目前发动机试验台大多数为汽油机实验台，只有极少数为柴油机实验台，而高压共轨柴油机试验台则更少，因此研究设计适合于教学以及实训需要的柴油高压共轨教学实验台就有着极其重要的现实意义。本实验台将是一台多功能柴油共轨发动机综合实验台，是一种以实物装置与检测、模拟装置相结合的新型教学实验实训设备。利用该设备能够方便地学习柴油共轨发动机电控系统的组成、各元件的结构、原理、和安装位置，使学生更容易的掌握电控系统的结构和工作过程，缩短实际汽车维修与教学的距离，将是一台提高实验实训教学水平的良好工具。本实验台将包括电路显示部分和控制电路部分、外接计算机（主机用数据线与发动机ECU相连的计算机）。操作时可以直接通过外接计算机对发动机实验台进行故障设定、清读故障码、读取动态数据流、基本设定、终端执行器操作以及所有解码器具备的功能。所以本实验台操作更简单，所实现的内容更全面。发动机电路原理图在实验台面板上清楚的显示出来，实验台面板上设置了相关检测点。通过测量实验台上设置的检测端子可方便的对发动机电控系统的各种传感器、执行器的参数进行系统的分析与研究，使学生能够理解各种工况下发动机ECU的控制原理，以及传感器、执行器的动态参数的变化情况，如反馈电压和传感器波形变化，及各电控元件的动态数据流等。同时，该实验台具有主要数据参数的数码显示功能，以便使用者能够随时了解一些主要传感器、执行器在各种工况下的工作状态和具体参数。实验台的故障设置部分采用了程序控制的隐蔽式故障点，可以迅速使发动机切换进入不同故障状态，学生可以观察各种故障对发动机工况的影响，确定故障现象，并可以利用电脑检测仪、万用表等仪器在实验台上进行检测和故障诊断与排除。隐蔽的故障设置点使教师也可以在实验台上对学生进行“电控柴油共轨发动机故障诊断与排除”的考核。既有利学生的学习，又有利于教师的教学，是一种非常有效的教与学的结合产物。1.3 设计的主要工作在系统的了解长城汽车GW2.8TC型柴油发动机(全负荷最低油耗小于209g/(kw.h)，净重只有100kg，升功率为46W/L)的工作原理，电子控制系统的前提下。明确要设计的实验台的适用范围，要达到的预期目的，整理所需要的可能会用到的仪表，仪器等附件。1)确定实验台的整体结构：面板电路、控制电路、故障点和台架；2)实验台架的设计：设计实验台架的整体结构图； 3)发动机实验台面板的设计；4)控制面板电路图的设计；5)实验台的故障控制设计；6)编写设计说明书。2电控高压共轨柴油机的结构与原理只有了解了被测试件的结构、工作原理及其他部件的匹配关系后，才能对发动机与实验台台架的连接及实验台机械部分进行合理的设计。在此根据实验台设计及测试过程的要求，简要阐述其工作原理和结构，进而设计实验台的面板电路和控制电路并制定发动机实验台台架的制作方法。2.1电控高压共轨柴油机的结构特点2.1.1电控高压共轨系统的基本组成电控高压共轨式燃油系统的基本组成如图2-1所示。从功能方面分析，电控共轨系统可以分成两大部分：电控系统和燃料供给系统。图 2-1 燃油供给系统构成框图(1)电控系统: 电控系统可分成三大部分：传感器、发动机电控单元和执行器。发动机电控单元是电控共轨燃油系统的核心部分。根据各个传感器的信息，发动机电控单元计算出喷油时间和最合适的喷油量，并且计算出在什么时刻，在多长时间范围内向喷油器发出开启电磁阀或关闭电磁阀的指令等，从而精确控制发动机的工作过程。ECU的输入是安装在车辆和发动机上的各种传感器和开关，ECU的输出是送往各个执行机构的电子信息。电子控制系统的框图，如图2-2所示图2-2高压共轨系统的电子控制框图(2)燃料供给系统: 燃料供给系统的主要组成部分如图2-3所示。由图可见，燃油供给系统的主要构成是供油泵、共轨和喷油器等。燃油供给系统的基本工作原理是：供油泵将燃油加压成高压，供入共轨内；共轨实际上是一种燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机气缸内。电控共轨系统中的喷油器是一种由电磁阀控制的喷油阀，电磁阀的开启和关闭由计算机控制。图2-3燃油供给系统的组成2.1.2电控高压共轨系统的特点（1）自由调节喷油压力（共轨压力）：利用共轨压力传感器测量共轨内的燃油 压力，从而调整供油泵的供油量、控制共轨压力。共轨压力就是喷油压力。此外，还可以根据发动机转速、喷油量的大小与设定了的最佳值（指令值）始终一致地进行反馈控制。（2）自由调节喷油量：以发动机的转速及油门开度信息等为基础，由计算机 计算出最佳喷油量，通过控制喷油器电磁阀的通电、断电时刻直接控制喷油参数。（3）自由调节喷油形状：根据发动机用途的需要，设置并控制喷油形状：预喷射、后喷射、多段喷射等。（4）自由调节喷油时间：根据发动机的转速和负荷等参数，计算出最佳喷油时间，并控制电控喷油器在适当的时刻开启，在适当的时刻关闭等，从而准确控制喷油时间。在电控共轨系统中，由各种传感器，如发动机转速传感器、油门开度传感器、温度传感器等。实时检测出发动机的实际运行状态，由微型计算机根据预先设计的计算程序进行计算后，定出适合于该运行状态的喷油量、喷油时间、喷油率等参数，使发动机始终都能在最佳状态下工作。使发动机的动力性、经济性得到有效的发挥，并且可使排放污染降到最低。计算机具有自我诊断功能，对系统的主要零部件进行技术诊断，如果某个零件产生了故障，诊断系统会向驾驶员发出警报，并根据故障情况自动作出处理，或使发动机停止运行，即所谓故障应急功能，或切换控制方法，使车辆继续行驶到安全的地方。传统的泵管嘴系统中，喷油压力与发动机的转速、负荷有关，不是独立变量。在高压电控共轨系统中，供油压力与发动机的转速、负荷无关，是可以独立控制的。由共轨压力传感器测出燃油压力，并与设定的目标喷油压力进行比较后进行反馈控制。2.1.3共轨喷射特性与传统喷射特性相比，理想的喷射特性如下：（1）互相独立，喷油的数量和压力应该由各个发动机工况决定（为产生理想的A/F混合气提供更多的自由）。（2）在喷油过程的起点，喷油量应该尽可能少（简而言之，在喷射的开始和燃烧的开始之间将点火滞后）蓄压式共轨燃油喷射系统特性曲线，见图2-4图2-4 共轨喷射特性曲线共轨系统是一个模块系统，下列部件对喷射特性负责：用螺丝拧到缸盖上的喷油器、共轨高压蓄压器、高压油泵、电子控制单元（ECU）、曲轴转速传感器、凸轮轴位置传感器（相位传感器）。发动机喷射的三个阶段：引燃喷射、主喷射、二次喷射引燃喷射：引燃喷射可以在曲轴上止点前90，如果喷射开始于上止点前不到40，则燃油会聚集在活塞表面和缸壁上，能够使机油稀释。在引燃喷射的作用下，少量的柴油（14mm3）被喷射到汽缸中，来预处理一下燃烧室，燃烧效率因此被改进，并且有以下作用：（1）压缩压力轻微增加。（2）压缩延迟时间减少。（3）燃烧压力的上升值和燃烧压力的峰值都降低（燃烧平顺）。这些作用降低了燃烧噪声和燃油消耗，并且废气排放情况也好了很多。图2-5是不带引燃喷射的曲线图。缸压上止点前平稳上升，在上止点达到峰值，当达到引燃最大的压力峰值时将产生大的噪声。图2-6是带引燃喷射的曲线图。在接近TDC时压力达到更高的值，并且燃烧压力的增加也是迅速的，缩短点火延迟期，引燃喷射间接增加了发动机扭矩。主喷射和引燃喷射之间的时间差和连续主喷射将影响燃油消耗的数量。7图2-5不带引燃喷射的曲线图图2-6带引燃喷射的曲线图天津工程师范学院2009届本科生毕业设计主喷射：发动机输出功率来源于主喷射环节，这就意味着主喷射从根本上主导发动机扭矩。实际上共轨燃油喷射系统的喷射压力在整个喷射过程中始终不变。二次喷射：带有NOX触媒转换器的二次喷射能减少NOX排放。二次喷射紧接着主喷射，并且发生在膨胀阶段或排放阶段上止点后200。通过二次喷射把通过精确测量的燃油喷到废气中。引燃在主喷射过程中，废气中残余的热量导致未燃烧的燃油蒸发，在废气排放行程将废气混合物和燃油一起通过排气阀排入废气系统。部分燃油通过EGR系统进行下一循环的引燃喷射。若装个合适的NOx触媒转换器，将降低废气中NOx的含量2.2电控高压共轨柴油机的工作原理2.2.1系统原理对照图2-7和图2-8，燃油从油箱被电动输油泵吸出后，经油水分离器和滤清器滤清后，被送入VP分配式高压油泵，这时燃油压力为0.2MPa。进入VP分配泵的燃油一部分通过高油泵上的安全阀迸入油泵的润滑和冷却油路后，流回油箱；一部分进入VP分配式油泵，在VP分配式高压泵中，燃油被加压到135MPa后，被输送到蓄压器。在蓄压器上有一个压力传感器和一个通过切断油路来控制油量的压力限制阀。用压力限制阀来调节ECU设定的共轨压力。高压柴油从蓄压器、流量限制阀经高压油管进入喷油器后，又分两路:一路直接喷入燃烧室;而另一路在喷油期间针阀导向部分和控制套筒与柱塞缝隙处泄漏的多余燃油一起流回油箱。1.油箱 2.粗滤器 3.电动输油泵 4.柴油滤清器 5.低压燃油管 6.高压油泵低压端 7.回油管8.ECU图2-7 高压共轨低压部分1.VP分配式高压油泵 2.切断阀 3.压力控制阀 4.高压油管 5.高压蓄压器 6.油压传感器 7.限压阀 8.流量限制阀 9.喷油器 10.ECU图2-8高压共轨高压部分电控高压共轨技术是指在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环控制系统中，喷油压力大小与发动机转速无关的一种供油方式。在共轨系统中，喷射压力的产生和喷射过程是完全彼此分开的。高压油泵把高压燃油输入到蓄压器中，通过对蓄压器内油压调整实现精确控制，使最终高压油管压力大小与发动机的转速无关。高压共轨供油方式可以大大减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，而喷油量大小则由蓄压器中燃油压力和电磁阀开启时间的长短决定。在ECU控制系统中，曲轴位置传感器用来测定发动机的转速;凸轮轴位置传感器用来确定发动机的发火顺序;加速踏板位置传感器是一种电位计，它通过电信号告知ECU驾驶员对转矩的要求。空气质量流量传感器用于检测空气质量流量。ECU根据空气质量流量大小，按空燃比控制喷油量。在涡轮增压并带有增压压力调节装置的发动机中，增压压力传感器用于检测增压压力，ECU根据增压压力大小，按空燃比控制喷油量。在发动机冷机启动或温度较低时，ECU可以根据发动机冷却液温度传感器和空气温度传感器的信号电压值对喷油始点、预喷油量、主喷射量及其他参数进行匹配。ECU还根据其他传感器和数据传输线(CAN)输人的数值，进行各项综合控制。在电控高压共轨系统中，供油压力与发动机的转速、负荷无关，它是独立控制的。在油轨中的压力传感器检测燃油压力，并与ECU设定的目标喷射压力进行比较后进行反馈控制。图2-9为高压共轨系统的传感器和燃油系统部件连接关系。1.VP分配式油泵 2.燃油切断阀 3.压力控制阀 4.柴油滤清器 5.油箱 6.ECU 7.蓄电池 8.蓄压器 9.燃油压力传感器 10.燃油温度传感器 11.喷油器 12.冷却液温度传感器 13.曲轴转速传感器 14.加速踏板位置传感器 15凸轮轴位置传感器 16空气质量流量传感器 17.增压压力传感器 18进气温度传感器 19涡轮增压器图2-9 高压共轨系统的传感器和燃油系统部件连接关系柴油机上广泛采用的是废气涡轮增压，实现空气增压的装置是涡轮增压器。涡轮增压器由涡轮机和压气机构成。将发动机排出的废气引入涡轮机，利用废气所包含的能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机内增压后进入气缸，工作原理如图2-10增压后的车用发动机功率可以和比它排量大40%的发动机功率相媲美。图2-10涡轮增压工作原理在本机中采用的是旁通式涡轮增压器，增压器按低速大转矩工况匹配，在高转速工况时，得用放气阀在涡轮前放走一部分废气。涡轮前的放气雨硅由增压压力自动控制，当发动机转速超过一定大小时，增压压力便克服弹簧阻力使放气阀打开开始放气。本机的涡轮增压器工作原理如图2-11：图2-11旁通式涡轮增压器原理2.2.2供油泵功能：本机采用的是VP分配泵。供油泵是低压和高压部分之间的接口，它的作用是在车辆所有工作范围和整个使用寿命期间准备足够的、已被压缩了的燃油。除了供给高压燃油之外，它的作用还在于保证在快速起动过程和共轨中压力迅速上升所需在的燃油储备、持续产生高压燃油共轨所需的系统压力。结构（如图2-12）性能：本机的供油泵通过联轴器、由凸轮轴上的油泵驱动齿轮带动旋转，油泵的转速是发动机转速的一半。供油泵由三个径向排列、互相呈120夹角的柱塞组成。如图2-13供油泵总成中的三个泵油柱塞由驱动轴上的凸轮驱动进行往复运动，每个泵油柱塞有弹簧对其施加作用力，目的是减小柱塞振动，并且使柱塞始终与驱动轴上的偏心凸轮接触。当柱塞向下运动时，为吸油行程，吸油阀将会开启，允许低压燃油进入泵腔，而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，高压燃油被存储在蓄压器油轨中等待喷射。图2-12高压油泵（原理图）1.驱动轴 2.偏心轮 3.带活塞的泵元件 4.进油阀 5.出油阀 6.入口图2-13高压油泵（断面图）(1)共轨高压蓄压器:功能：共轨高压蓄压器存储高压燃油，同理压力波动的产生取决于高压油泵的燃油分配和共轨管燃油容积的衰减。共轨高压蓄压器对所有缸而言都是公用的，因此叫共轨，当大量的燃油排出时，几乎能维持内部的压力不变，这可确保喷油剩余的压力在喷油器打开时仍然恒定。燃油总是充满可用的轨道，燃油的压缩性使燃油从喷油器喷出时共轨高压蓄压器的压力几乎保持恒定。同样，压力变化也在高压油泵产生脉动中得到补偿。结构：为了适应各种各样的安装条件，轨道上有流量限制器、共轨压力传感器。（如图2-14）(2)压力控制阀:功能：压力控制阀保持共轨管中的压力正确和恒定。如果共轨压力过高，压力控制阀打开，部分燃油通过回油管回到燃油箱；如果共轨压力过低，压力控制阀关闭，由低压力升为高压。压力控制阀通过一个法兰盘装在高压油泵上，结构如图2-15。高压和低压间的转换是通过电枢顶在密封座上来实现的。有两个力作用于电枢，一个是弹簧的弹力，另一个是通过电磁铁作用的附加力。电枢一直被燃油包围，燃油除了起到润滑作用外，还可以帮助散热。1油轨 2.来自高压泵的进口 3.油轨压力传感器 4.压力控制阀 5.回油箱 6.流量限制器7连喷油器图2-14共轨高压蓄压器1.球阀 2.电枢 3.电磁铁 4.弹簧 5.电插头图2-15压力控制阀工作方式：压力控制阀由两个控制环组成：一个响应缓慢的电控制共轨管压力的变化，一个响应快速的机械环补偿高频压力波动。1)压力控制阀不通电时，共轨管中的高压油或高压油泵输出的油通过高压入口进入压力控制阀，不通电时没有电磁铁的外力作用，过量的高压油的压力大于弹簧的弹力，顶开弹簧，压力控制阀开启的大小由油量决定。弹簧预先设计最大压力约为10000kpa。2)压力控制阀通电时，压力继续增加，电磁铁通电，弹簧的弹力加，使压力控制阀保持关闭状态，直到一边的高压压力与另一边的弹簧力达到平衡，阀门打开，燃油压力保持恒定。油泵油量的变化或过量高压油的排除通过控制阀门来实现。PWM脉宽的励磁电流和电磁力是对称的。1kh脉冲频率提供足够的电磁力，防止不必要的电磁铁移动或共轨管压力的波动。(3)共轨压力传感器:功能：共轨压力传感器的作用是以足够的精度，在相对较短的时间内，测定共轨中的实时压力，并向ECU提供电信号。共轨压力传感器由下列构件组成：压力敏感元件（焊接在压力拉头上）；带求值电路的电路板和带电气插头的传感器外壳。(如图2-16)燃油经一个小孔流向共轨压力传感器，传感器的膜片将孔的末端封住。高压燃油经压力室的小孔流向膜片，膜片上装有半导体型敏感元件，可将压力转换为电信号。通过连接导线将产生的信号传送到一个向ECU提供测量信号的求值电路。共轨压力传感器的工作原理是：当膜片形状改变时，膜片上涂层的电阻发生变化。这样，由系统压力引起膜片形状变化（150MPa时变化量约1mm ）,促使电阻值改变，并在用5V供电的电阻电桥中产生电压变化。电压在070mV之间变化（具体数值由压力而定），经求值电路放大到0.54.5V。精确测量共轨中的压力是电控共轨系统正常工作的必要条件。为此，压力传感器在测量压力时允许偏差很小。在主要工作范围内，测量精度约为最大值的2%。1.电线插头 2.电路装置 3.皮膜 4.高压接头 5.固定螺纹图2-16共轨压力传感器(4)流量限制器:功能：喷油器总在打开的位置，为了阻止燃油连续不断地喷入，流量限制器将关闭油路。结构如图2-17：1.连接油轨 2.密封圈 3.柱塞 4.弹簧5.外壳 6.连接喷油器 7.底座 8.节流孔图2-17流量限制器性能：流量限制器一侧通过螺纹拧到轨道上（高压），另一侧通过螺纹拧到喷油器的进油管。每个底座上都带有一个通道，目的与轨道进行液压连接，与喷油器进行油路连接。限制器内部有一个柱塞，通过弹簧直接与共轨高压蓄压器相连。柱塞后底座密封，通道贯穿进出口。通道尾部直径减少，起节流作用。工作原理：1)正常情况下，柱塞位于停止位置，也就是说流量限制器的导轨端向上顶着止动器。喷射燃油时，喷油器端部的喷射压力下降，使柱塞在喷油器内移动的方向改变。流量限制器通过柱塞改变燃油的体积，以补偿喷油器从导轨内喷出的燃油体积，而不是通过节流孔（因为通过这种方式是远远不够的）。在喷油末期，柱塞偏离低座而占据中间位置，没有将出口完全关闭。弹簧迫使柱塞回到最初位置，同时燃油可以流过节流孔。弹簧与节流孔径是规定好的，那样即使在最大的喷油量状态（加上安全储备），柱塞也有可能返回到流量限制器轨道底端（顶着止动器的位置），然后保持在这个位置，等候下一个喷油时刻的到来。2)严重泄露时，由于大量燃油离开燃油导轨，流量限制器柱塞被迫离开静止位置并且向上顶着出口上的密封底座。柱塞保持在这个位置，向上顶着流量限制器喷油器侧的止动器，阻止燃油到达喷油器。3)轻微泄露时，由于存在泄露量，流量限制器柱塞不能回到静止位置。几次喷射发生之后，柱塞移动到出口上的密封底座上。柱塞保持在这个位置，向上顶着流量限制器喷油侧的止动器，直到发动机熄火、切断油器的燃油输入为止。(5)限压阀：功能：当过压时限压阀通过打开轨道旁通道限制轨道中的压力。限压阀允许短时间内轨道上的最大压力为150Mpa。结构如图2-18：1.高压连接部分 2.阀 3.通道 4.柱塞5.弹簧 6.挡块 7.底座 8.回油图2-18限压阀性能：限压阀是个机械装置，包含如下部件：底座螺丝，一端连接到油箱的回油管、一个可移动的柱塞、一个弹簧。限压阀连接到轨道上以后，底座上有一个通道，一个圆锥形的柱塞与底座的表面接触，形成密封面，在正常的工作压力（大于135Mpa）下，弹簧推动柱塞与底座接合，轨道保持压力。当压力过高时，柱塞被轨道压力推动，克服弹簧的弹力，燃油通过柱塞内部的通道流到燃油箱。当阀门打开时，轨道中的压力便会降低。2.2.3喷油器本机的喷油器主要由控制柱塞、喷油嘴针阀和电磁阀等组成。工作方式：喷器的工作可分为4步（发动机运转而且高压油泵供油）：喷油器关闭（产生高压）、喷油器打开（开始喷油）、喷油器全部打开、喷油器关闭（结束喷油）。作用在喷油器元件上的分配力产生操作结果。若发动机停转或轨道中没有压力，则喷油器弹簧将关闭喷油器。(1)喷油器关闭（复位状态）。在复位状态下，电磁阀不吸合，因此喷油器关闭，(见图2-19a)。弹簧力将电枢下的球阀压向节流孔座处，节流孔关闭。轨道中的高压作用在阀控制室中，而且相同的压力也作用在喷油器腔内。轨道压力作用在柱塞的末端，与喷油器弹簧的弹力一起使喷油器保持关闭状态。(2)喷油器打开（开始喷油）。喷油器停留在最初静止位置。电磁阀由伺服电流激活，伺服电流能够确保电磁阀迅速开启，(见图2-19b)。由触发的电磁阀施加的吸合力大于阀弹簧的拉力时，电枢打开节流孔。几乎与此同时，执行电流减到最小并保持不变，满足电磁铁的需要。由于电磁铁电流的作用，间隙减小是有可能的。节流孔打开，燃油从阀控制室流到刚好位于其上部的腔室，并且从那里通过回油管返回燃油箱。节流孔防止完全的压力平衡，阀控制室中的压力因此下降。由此导致阀控制室内的压力低于喷油器在柱塞上的外力，因此针阀打开，燃油喷出。喷油器针阀打开的速度取决于节流孔和反馈孔的流量。喷油器全开时，喷油器喷入燃烧室的油压几乎等于轨道中的油压，其它的分力很小。(3) 喷油器关闭（喷油结束）电磁阀不吸合，弹簧力将球阀压回球雨硅座中。节流孔关闭，燃油通过反馈孔，阀控制室内充满燃油，压力与针阀弹簧力一起将针阀关闭，喷油器不喷油。针阀关闭的速度取决于进油节流孔的流量。a) 喷油器关闭（不喷油）b)喷油器开启（喷油）1回油管 2电气接头 3触发元件（电磁阀） 4来自共轨的燃油进口（高） 5球阀 6泄油孔 7供油孔 8阀的控制腔 9阀的控制柱塞 10通向喷油嘴的供油通道 11喷油嘴针阀图2-19喷油器构造及工作过程3 博世柴油共轨发动机实验台设计方案长城汽车GW2.8TC型柴油发动机是长城公司与德国博世公司联合设计、开发用于微型客车、轿车的柴油机，该发动机技术采用博世电控共轨系统和涡轮增压器、全负荷最低油耗小于209g/(kw.h)，净重只有100kg，升功率为46W/L。3.1实验台台架的设计本实验台台架（图3-1）造型现代、美观、合理、安全，采用45号钢质结构。实验台架上部（图3-2）放置面板图、显示器、电子仪表；中部（图3-3）控制台放置发动机控制单元ECU、点火开关、仪表盘总成、防盗控制单元、诊断座及保险座装置；下部（图3-4）放置GW2.8TC型柴油发动机的总成和冷却系统、供油系统、润滑系统、进排气系统、燃油箱。发动机支架及台架的底边采用方钢焊制具有足够的支撑刚度，安全耐用。为了方便实验台移动，在实验台的四角分别制作有四个脚轮，并且为安全起见，前脚轮上都设置了锁止装置防止实验台自由滑动。发动机周围的辅件采用薄钢管作护栏，安全、美观。图3-1实验台架总成 图3-2实验台架上部 图3-3实验台架中部图3-4实验台架下部3.2实验台的设计3.2.1实验台架面板图的设计第一部分铭刻着博世柴油共轨发动机的电控原理图(图3-5)，以显示出发动机电脑与传感器、执行器之间的输入输出关系，并且在电路图的元器件相应节点均安装检测插孔，以便于对照电路原理图可以对电控系统相应元器件的故障点、检测点进行静态或动态信号的检测，通过检测电控系统各信号参数，从而进行故障判断或标准参数测量。图3-5实验台架面板图第二部分为动态显示区(图3-5)，具有主要数据参数的数码显示功能，在实验台前面板上设置有6块电子指示仪表方便数据读取，将传感器或模拟装置的输入信号接到该仪表的信号输入端。通过仪表屏幕便可观察传感器或者模拟装置的工作情况，包括蓄电池电压、油门踏板位置传感器、共轨压力传感器、冷却液温度传感器、进气压力传感器、燃油温度传感器。第三部分为电脑液晶显示区(图3-5)，显示燃油供给系统结构原理示意图和实验台的控制面板上显示故障，传感器的波形图以及数据，以方便学生先看原理示意图有一个宏观认识再结合实物了解其原理，这样会取得更好的学习效果，同时也方便于教师教学以获得更好的教学效果。3.2.2 柴油机共轨控制电路图的设计在发动机实验台设计前系统了解发动机自诊断系统的组成与功能、监测控制系统、控制程序、数学计算和逻辑判断，以及系统故障判断的发生条件。以便有目的地创造满足ECU判断故障生成条件的运行环境。本电路图采用Auto CAD 软件进行绘制，柴油机共轨电路图（图3-6）主要由电控单元，传感器，执行器，电源，诊断座和其他电器元件组成。图3-6柴油机共轨电路图3.3实验台故障控制的设计3.3.1故障设置与消除的设计本实验台装有一台计算机，将采用智能故障设置装置（图3-7），其由硬件和软件两部分组成。软件是由VB语言编制的驱动程序，该程序装在本实验台装备的电脑主机中。该装置的硬件部分由电磁继电器、串转并模块、电磁继电器电源（包括变压器、整流器）、数据传输线及端口、单片机5V供电端口及传输线等组成。图3-7智能故障设置此计算机与发动机的ECU通过数据线相连，可以进行数据交换，所以可以不用外接解码器进行读码、消码、动态数据流读取、基本设定、终端执行器操作。这些功能项目将通过计算机的显视器显视出，且更为直观、全面。同时本实训台在操作显示面板上安置的诊断口可连接解码器,用来清、读故障码、读取动态数据流、基本设定和终端执行器操作，设置故障或发生故障经排除后，关闭点火开关，使用计算机或解码器进行消码。3.3.2故障分析与设置功能本实验台操作显示面板上安装了与原机电脑数量相同的端子引出口，可方便地将各部位导线接通和断开，并通过端子引出口上的裸露部分进行电压和电阻的测量，以便获取故障码后的故障分析。测量电压操作：发动机运转时无须拔下端子引出口的插头，直接用高阻抗万用表接触引出口的裸露部分即可测量各部位间的电压；测量电阻操作：关闭点火开关后，无须拔下端子引出口的插头，直接用高阻抗万用表接触引出口的裸露部分即可测量传感器、执行器等各部位的电阻。故障设置功能：本机设有两个故障设置区：（1）开路设置区：操作显示面板下方的电脑端子引出口为开路设置区，插头外缘为传感器连接线点，插头内缘为电脑连线点，故障设置时，关闭点火开关后，只须拔下电脑相应端子引出口插头，换上专用的开路模拟插头即可造成开路故障（当设置故障后故障灯在点火开关接通及发动机运转状态下都会点亮）。（2）断路设置区：操作显示面板下的电脑柜中；设有圆形板式按钮十个，机油高压显示、机油低压显示、防盗灯、起动机、燃油泵、燃油油位显示、风扇、水温显示、水位显示、蓄电池充电指示、时间显示表等线路的断路设置故障点，以方便教学设置故障。本机不提倡短路设置故障，如果采用了短路设置方式，则对有可能发生的元器件损坏。3.3.3传感器信号模拟功能（1）电压模拟：首先根据所需模拟电压值的范围选择电压转换开关的5V或1V档，关闭点火开关后，取专用连接线一根，一头插在电压模拟旋钮下的模拟插孔中，另一头插入需输入电压的端子引出口插孔中，打开点火开关启动发动机，此时调节旋钮便可改变电压输入值，而操作显示面板上的蓄电池电压表则显示模拟值。电压模拟主要用来模拟节气门传感器电压信号、氧传感器电压信号等，通过模拟可用来判断传感器的好坏，也可通过解码仪数据流的显示观察喷油脉宽和点火正时的改变。（2）电阻模拟：关闭点火开关后，取专用连接线一根，一头插入电阻模拟旋钮下的模拟插孔中，另一头插入需输入电阻值的端子引出口插孔中，此时调节旋钮即可改变电阻输入值。电阻模拟主要用来模拟水温信号、进气温度传感器信号等的电阻值变化。4实验台的使用4.1发动机运转及显示功能（1） 接通操作显示面板上的点火开关后，此时，组合仪表灯、机油报警灯、蓄电池充电指示灯、防盗灯点亮、同时显示蓄电池电压值，若冷却液不足时则冷却液液位灯也同时点亮，只有在添加冷却液后其灯熄灭方可进行下一步操作。（2） 旋转点火开关至起动档位，起动机运转（最长可延续5秒钟）发动机运转后应立即松开钥匙。（蓄电池电压值低于11V需充电或检查蓄电池）。发动机运转正常时防盗灯应熄灭（否则发动机可能无法起动或运转不正常），机油报警灯、蓄电池充电指示灯也同时熄灭。（3） 此时发动机若在冷机下运转则进入快怠速运转工况，操作显示面板上的相关仪表显示；发动机转速在1000r/m以上、真空压力显示0.06Mpa、燃油压力显示130Mpa左右,蓄电池电压表应显示13.5V以上，发动机开始热机。（4） 当水温表显示温度为70-80时发动机热机结束，此时怠速降在800r/m左右，发动机进入怠速工况。真空压力显示0.06Mpa左右，燃油压力显示130Mpa左右，若显示温度超过90时散热器风扇开始运转进行强制冷却，蓄电池电压表应显示13.5V以上。（5） 轻踏油门踏板，操作显示面板上的相关仪表显示发动机转速在1500-2500r/m左右，此时发动机进入中速工况。真空压力显示略有增加、燃油压力显示130Mpa以上，蓄电池电压表应显示13.8V以上。（6） 加大油门开度，操作显示面板上的相关仪表显示发动机转速在2500-4000r/m左右，此时发动机进入高速工况。燃油压力显示130Mpa以上、真空压力显示真空压力显示0.065Mpa，蓄电池电压表应显示13.8V以上。（7） 把油门踏板从原始状态迅速踏下，操作显示面板上的相关仪表显示发动机转速从800r/m瞬间增至 3000r/以上，此时发动机进入急加速工况。真空压力显示瞬间归零然后骤升至0.08Mpa随后回至0.06Mpa，燃油压力显示130Mpa以上。4.2使用注意事项(1) 发动机运转前应察看润滑油、冷却液、蓄电池的液面高度是否满足要求，若不足时应进行补充后再运转发动机。(2) 每运转125小时应更换发动机润滑油、机油滤清器一次，并清洁空气滤清器一次。(3) 运转中应随时检查机油油压、水温、充电状态以及是否有 油、水、电气的泄露和机体异响，出现故障应立即停机检修。要尽量避免长时间怠速或高速运转。(4) 操作时应注意与旋转件、高温件保持一定距离以免发生事故。(5) 操作时应遵循电控系统要求，严禁运行中拔接插头，测量时务必使用高阻抗电表。(6) 汽油箱油位报警灯亮时，须及时加油以免烧坏汽油泵。(7) 本机熄火前应让发动机进入怠速状态5秒钟后方可熄火。(8) 超过十天不使用本机时，务必断开蓄电池负极接线。(9) 发动机不工作时点火开关接通不得超过十分钟。(10) 严格按照规定使用符合要求的汽油、润滑油、冷却液。(11) 移动台架应尽量推动机架主体（尽可能不要推动不锈钢防护栏）。结 论本文以长城柴油共轨发动机为说明对象，探讨了高压共轨柴油机的组成及工作原理，介绍了高压共轨柴油机实验台的结构特点和原理及性能参数等情况。并加入了实验使用功能介绍，方便使用者进行实训实践操作，此实验设备为师生的实验交流提供了一个平台，使学习者更深刻的理解电控柴油共轨系统的组成，全面掌握其外型结构、工作原理等知识。所作的主要工作如下：1.搜集本课题共轨柴油机的相关资料，主要是长城（博世）柴油共轨发动机的各项参数，以及总体的柴油燃油系统的课题文章；2.运用CAD软件参与了实验台面板电路图的绘制；3.在本文中介绍了本验台的功能及特点；4.完成了实验台使用说明。参考文献1徐家龙 柴油机电控喷油技术.第一版.人民交通出版社，2004，1-3592李绍安 中国柴油机电喷的发展战略.第一版.人民交通出版社，2001，33-403曾小珍 柴油机维修技术.电子工业出版社，2005，65-1484邓东密 邓杰 柴油机喷油系统.北京机械工业出版社，2004，20-1005杨妙梁 汽车发动机与环境保护.中国物质出版社，2001，60-1126王尚勇 杨青 柴油机电子控制技术.机械工业出版社 ,2005，89-1337赵雨旸 柴油发动机.化学工业出版社，2005，30-808贺建波 贺展开 汽车传感器的检测.第一版，机械工业出版社，2005，66-689邵恩坡 柴油车使用维护一书通.第一版，广东科技出版社，2004，5-1810杨 峰 国产轿车柴油电控发动机维修手册.第一版，辽宁科学技术出版社， 2006，28-38，118-157，231-259，308-33511栾琪文 汽车电控柴油机结构原理与维修.第一版，机械工业出版社， 2006，1-29412宋福昌 电子控制高压共轨柴油机故障检修.第一版，国防工业出版社， 2007，1-23113冯崇毅 汽车电子控制技术.人民交通出版社，2005，33-10714严安辉 韦忠霞 汽车柴油发动机电控系统原理与检修.第一版，国防工业出版社，2007，1-30915李春明 汽车发动机燃油喷射技术.第一版，北京理工大学出版社，2002，25-9816EFC.Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik.德国EUROPA LEHRMITTEL,2000,47-74致 谢通过本次毕业设计，我不但巩固了以前学过的知识，还学到了很多课堂上没有学到的知识，同时也培养了我的自学能力。让我真正体会到理论联系实际，学以致用的正确性，通过查阅大量的文献资料及研究大量汽车的相关书籍，详细的汽车柴油机技术知识，使我对当前的许多新技术有了一定的了解。在姜绍忠老师的指导下，我学会了面对自己不熟悉的知识内容时不慌张，要仔细去研究，理清它的思路，掌握它的脉络，并学习相关的知识。在设计过程中，使我学会对待实际问题的方法及严谨的工作态度，提高了综合运用所学的知识的能力，也是我的另外一大收获。我由最初的不懂，在不知道该如何入手的情况下，姜绍忠老师给了我细心的指点，还给我提供了一些相关的资料及书籍，给了我莫大的勇气。但是，由于我的基础知识还不够扎实，再加上对汽车柴油机的理解还不够，以致于我刚开始动手设计时有所茫然。本次设计仍然存在着一些方面的缺点与不足，这些方面是我以后努力改正的地方。在姜绍忠老师的耐心指导和启发下，最后，我圆满完成了本文的毕业设计，但是由于时间仓促及水平有限，缺点和错误在所难免，希望各位老师给予批评指正。在此，我表示忠心的感谢。英文翻译Common Rail accumulator fuel-injection systemSystem overview Field of applicationThe introduction of the first series-production in-line fuel-injection pump in 1927 marked the beginning of diesel fuel-injection system manufacture at Bosch. The in-line fuel-injection pumps main area of application is still in all sizes of commercial-vehicle diesel engines, stationary diesel engines, locomotives and ships. Injection pressures of up to approx. 1350bar are used to generate output powers of up to about 160kW per cylinder. Over the years, a wide variety of different requirements, such as the installation of direct-injection (DL) engines in small delivery vans and passenger cars, have led to the development of various diesel fuel-injection systems which are aligned to the requirements of a particular application. Of major importance in these developments are not only the increase in specific power, but also the demand for reduced fuel consumption, and the call for lower noise and exhaust-gas emissions. Compared to conventional cam-driven systems, the Bosch “Common Rail” fuel-injection system for direct-injection (DL) diesel engines provides for considerably higher flexibility in the adaptation of the injection system to the engine, for instance:- Extensive area of application (for) passenger cars and light commercial vehicles with output powers of up to 30kW/cylinder, as well as for heavy-duty vehicles, locomotives, and ships with outputs of up to approx, 200 kW/cylinder, - High injection pressures of up to approx, 1400 bar,- Variable start of injection,- Possibility of pilot injection, main injection, and post injection,- Matching of injection pressure to the operating mode.FunctionsPressure generation and fuel injection are completely decoupled from each other in the “Common Rail” accumulator injection system. The injection pressure is generated independent of engine speed and injected fuel quantity. The fuel is stored under pressure in the high-pressure accumulator (the “Rail”) ready for injection. The injected fuel quantity is defined by the driver, and the start of injection and injection pressure are calculated by the ECU on the basis of the stored maps. The ECU then triggers the solenoid valves so that the injector (injection unit) at each engine cylinder injects accordingly. The ECU and