电控柴油发动机的控制策略与维修论文

摘 要 我国经济突飞猛进的发展 也带动汽车工业有了很大的发展 我国石油资源的短缺 十分突出 大力发展柴油汽车是一项减少燃油消耗的有效措施 电控柴油汽车因节能 经济 环保 安全 耐用 性能优越和可以实现规模化生产而得到很大发展 日益严格 的废气排放和节能要求对柴油机的喷射装置提出了新的技术要求 随着汽车电子技术的 不断发展和进步 电子控制系统逐步应用到柴油机上 尤其是电控单体泵及电控高压共 轨燃油喷射系统可对喷油定时 喷油压力 喷油规律等进行柔性调节 从而使柴油机的 经济性 动力性和排放性得到大幅度的提高 以适应我国机动车国 排放要求 新的技 术应用对于从事汽车售后服务工作的人员提出了较高的要求 在发动机维修中必须改变 原有的分析思路 重新认识柴油发动机 利用好检测设备 才能够准确的判断故障和排 除故障 本文主要阐述的是柴油机的电控系统原理 控制策略 电控系统故障诊断与排 除 关键词 柴油发动机 电控喷油器 共轨 控制 故障分析 I 目 录 第一章 柴油机电控技术 3 1 1 柴油机电控技术的特点 难点 3 1 2 柴油机电控技术未来的发展趋势 3 第二章 电控柴油机的控制 6 2 1 电控高压共轨系统的原理 6 2 2 电控高压共轨系统的控制策略 7 第三章 电控柴油机的维修 10 3 1 电控柴油机常见故障及诊断流程 10 3 2 电控柴油机常见故障实例分析 10 3 3 诊断分析 12 总 结 14 参考文献参考文献 15 0 第一章 柴油机电控技术 1 1 柴油机电控技术的特点 难点 柴油机电控技术与汽油机电控技术有相似之处 都是由传感器 电控单元和执行器 三大部分组成 在传感器中 大多数传感器 如转速 压力 温度传感器 油门踏板传 感器等等 都是一样的 电控单元在硬件方面相似在整车管理系统的软件方面也很近似 电控单元都在朝着集成化 智能化 综合控制化方向发展 国外汽油机电控技术已经成 熟 商品化程度很高 因此大部分传感器和电控单元已不是难点 但是柴油机的燃油喷 射具有高压 高频 脉动等特点 其喷射压力为汽油喷射的几百倍 上千倍 要求有很 好的可靠性和耐久性 而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高 相对于上死点的角度 位置要求很准确 这就导致了柴油喷射的执行器复杂得多 从控制对象来看 从机械控制 时机械调速器控制喷油量 机械式提前器控制喷射正时 到电子控制时 不仅控制喷油量 喷 射正时 而且控制喷射速率 喷射压力所感应的工况由单一的转速工况发展到感应整个发 动机运行工况和环境条件 这样势必带来了控制的复杂性 因此柴油机电控技术的关键是 执行器 也即是电控柴油喷射机构 各个国家都在致力于开发研制各种类型的电控柴油喷 射机构 以寻求最佳方案 这也是柴油电控技术的难点所在 发动机电控单元标定系统的研制 发动机电控单元标定系统的作用是在不影响发动 机正常运行的情况下修改发动机电控单元的控制参数 使发动机按照不同的控制数据运 行 同时监控发动机性能 实现对控制参数的优化 柴油机的优化控制 发动机的优化包括控制参数的优化和 MAP 数据的生成 目前汽车 发动机电控系统有各种优化标定方法 包括离线稳态标定方法 在线稳态标定方法 自 动优化标定方法 最新的瞬态优化标定方法等 目前在国外 发动机电控系统的优化标 定方法越来越多地采用自动优化标定方法 这样可以缩短标定周期 降低标定费用 同 时能得到更好的标定结果 发动机电控系统的瞬态优化标定也口益受到重视 是目前发 动机优化标定的最新研究发展方向 为了检验所研究开发的电控标定系统的各项功能 检验其可靠性及稳定性 需使用 该系统进行柴油机电控系统配装某柴油机机型的实验 1 2 柴油机电控技术未来的发展趋势 能源危机 环境污染 使人们对柴油机的经济性 有害排放 可靠性提出了更高的 1 要求 这需要多种改进措施 对柴油机进行高精度 全工况的优化控制 传统的机械控 制已无法满足这种新的要求 由于电控柴油机的控制精度高 响应速度快 控制策略灵 活 适应性强等特点 柴油机电控化就必然成为现代柴油机技术的发展趋势 微电子技 术的快速发展 集成度不断提高 成本大幅度下降 功能强化 可靠性日益改善 为柴 油机电控喷油系统的发展创造了良好的条件 与传统的机械式燃油喷射系统相比较 电 控喷油系统具有如下优越性 1 排气污染降低 经济性提高 高压喷射可提高燃油经济性 显著地减少微粒和烟度 合理地控制喷油定时和喷油量可 减少 NOx 和 HC 排放 电控燃油喷射系统能根据发动机工作要求实现喷油量 喷油定时 喷油压力以及喷油速率的综合控制 在满足排放法规的同时获得最佳的经济性 2 操作控制自动化 电控系统将驾驶员要求转换成相应的控制信号 借助于各种传感器和执行器自动地实现 发动机的管理 如可实现怠速自动控制 过渡工况最佳控制等 3 改善可靠性 电控柴油机具有智能化自诊断 故障保护和备用功能 能实现故障诊断和处理 电 控柴油机还能根据发动机的运行状况进行相关标定参数的自我修正 以保证发动机在整 个工作寿命内始终处于最佳状态 柴油机电控技术未来的发展趋势是 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 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 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 独立的燃油喷射证时控制 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 2 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 3 第二章 电控柴油机的控制 2 1 电控高压共轨系统的原理 电控柴油发动机的控制原理与汽油机电控原理基本一样 同样是由电控单元 传感器 和执行器组成 柴油发动机电控原理与汽油发动机电控原理基本相同 但是柴油发动机 要实行电子控制要复杂一些 电控柴油发动机控制单元 简称 EDC 是柴油发动机电控系统的中央处理器 通过 各传感器收集 反馈的发动机运行工况的技术参数信息 通过与控制系统内预设的控制 数据 MAP 图谱 进行对比和计算 然后对相关的执行器发出指令进行调整和执行 周 而复始形成一个发动机燃油喷射控制系统的闭环控制 始终保持对燃油喷射的精确控制 电控高压共轨柴油发动机的传感器主要由曲轴位置传感器 凸轮轴位置传感器 共轨 压力传感器 燃油压力传感器 冷却水温度传感器 燃油温度传感器 发动机转速传感 器 车速传感器 进气压力传感器 大气压力传感器 制动信号传感器 离合器信号传 感器 油门位置传感器 负载 燃油虑芯堵塞信号传感器 冷启动温度传感器 氧传感 器 欧 压差传感器 欧 空气流量计 欧 排气温度传感器 欧 空调 控制及温度传感器 节气门位置传感器 欧 巡航开关等组成 图 1 电控高压共轨装置结构图 1 高压共轨 2 连接高压管至喷油器 3 共轨压力传感器 4 回油五通固定位置 5 来自高压泵的燃油入口 执行器主要由电动输油泵 燃油压力调节器 第三泵停油电磁阀 电控喷油器 空 调压缩机 冷却风扇离合器 冷启动预热电磁阀 燃油加热装置 发动机故障报警灯 4 检测端口 VGT 调制控制阀 8140 43N EGR 调制控制阀 欧 EGR 阀 欧 微粒捕集器 欧 巡航控制 动力输出控制 等组成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 即喷射压力的产生和喷射过程相互分开 高压油泵采用 BOSCH 径向喷射的 CP1 型活塞泵 在系统中高压油泵只负责将燃油压缩 加压后输送到共轨总管中 也称蓄压器 不具有像机械泵那样具有调速功能 共轨中的 高压燃油通过高压管与电控喷油器相连 EDC 控制单元根据发动机喷油顺序给喷油器发 出喷油指令 接通喷油器电磁阀 提起密封衔铁 使控制容积内的燃油经回油管回流到 燃油箱 同时控制区内的压力下降 压力腔内的燃油压力使针阀 或称柱塞 提起 此 时喷油器内的高压燃油开始喷射 相反 电磁阀断电 密封衔铁回到关闭位置 控制区 的压力与压力腔的压力恢复平衡 则针阀在弹簧的作用下回到关闭位置 喷油结束 最 高喷射压力可达到 135MPa 在不喷油的状态下喷油器回油通道是处于关闭状态 以保证 共轨总管内的燃油压力 高压共轨系统是时间 压力控制方式的喷油系统 高压油泵只是向共轨总管输送高压 燃油 以维持油轨中所需的压力 油轨中的压力 即燃油喷射压力 压力的调整是由压 力调节器完成的 压力调节器的调整范围在 250 135MPa 范围内进行调整 EDC 控制单 元根据共轨压力传感器测量的压力及发动机当时的工况条件下所需的燃油压力及喷油量 与控制单元内预设的数据 MAP 图谱 进行比对 计算后发出调整指令 以控制燃油喷 射压力大小和喷油量 喷油量的多少由控制单元控制喷油器电磁阀打开时间长短来控制 喷油量 喷油压力大小独立于发动机的转速和负荷 喷油正时 喷油压力和喷油持续时 间可以在较宽的范围内调整 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 大大的提高了燃烧效率 降低了柴油发动机工作时的粗暴噪音和氮氧化物 炭 烟的排放量 在电控高压共轨燃油喷射系统还具有自我诊断功能 随时对系统的主要部件及传感器 的工作进行技术监控 如果某个传感器或部件发生异常或故障 诊断检测系统便会向驾 驶员发出警报 故障灯点亮或闪烁 并将故障以故障码的形式储存到控制单元内 根据 故障的危险程度会采取不同的处理方案 如跛行回家功能 当车辆发生的故障不会损害 发动机及控制系统时 控制系统将以限制发动机转速的形式 让车辆到最近的维修站进 行维修 对危险较大的故障会立即停机灭车 以保证车辆的安全 减少故障的人为扩大 故障码的调取 查阅功能 通过专用的检测设备可以调取发动机控制系统的故障码 分 析发动机运转时各监测项目的时时状态 为故障分析提供准确的技术数据 缩小了故障 5 判断的范围 提高故障诊断的准确性 2 2 电控高压共轨系统的控制策略 1 喷油量的控制 EDC 控制单元根据发动机转速和油门开度信号以及温度 压力等 辅助信号 计算出发动机实际运转工况下的最佳喷油量 EDC 通过控制喷油器电磁阀的 通断时间的长短来直接控制喷油量 使发动机在最佳的工况下运转 2 喷油压力的控制 EDC 通过共轨压力传感器测量的实际共轨压力 结合发动机转 速 喷油量大小与控制单元内预设的最佳值相比较进行反馈控制 从而 实现喷油压力的 闭环控制 共轨压力的大小决定喷油器喷油压力的大小 3 喷油时间控制 EDC 根据转速和负荷等参数 准确计算出最佳喷油时间 并控制 电喷油器的开启时刻 关闭时刻 准确的控制喷油时间 4 喷油方式的控制 高压共轨系统采用多次喷射的方式 EDC 根据发动机实际运转 工况设置并控制预喷 主喷和后喷 将一个工作循环的喷油过程分成几段来完成 每段 喷油都是相互独立的 多次喷射的方式有效地提高了燃烧速率 从而有效地降低发动机 工作粗暴产生的噪音和颗粒物的排放 5 燃油电动泵控制 打开点火开关至导通档时 向电动泵供电 如果发动机在 9 秒 钟之内没有启动 自动取消向电动泵供电 6 怠速控制 EDC 从各个传感器采集信息并调节燃油喷射量 控制压力调节器 改 变电磁喷油器的喷射时间 保持蓄电池电压在一定范围 7 防锯齿状控制 通过控制压力调节器和电磁喷油器的开启时间来保证在各种条件 下的平滑过渡 8 最高转速的控制 在发动机转速达到 4250r min 时 控制单元通过减少电磁喷油 器的开启时间来控制控制燃油的流量 车转速超过 5000r min 时 电磁喷油器不工作 9 CUT OFF 控制 在车辆行驶中油门松开时 控制单元切断对电磁喷油器的供油 在发动机到达最低转速前一点重新恢复对电磁喷油器的供油 控制压力调节器 保持共 轨压力的平衡 10 加速烟度的控制 在要求大负荷时 电控单元根据从进气流量计和发动机转速传 感器来的信号 控制单元控制压力调节器和改变电磁喷油器的喷油方式和时间 以减少 排气烟度 11 燃油温度控制 当燃油温度超过 75 时 电控单元将减少喷射压力 超过 90 时 功率将减少到 60 6 12 其他的控制功能 如冷却风扇控制 空调压缩机工作控制 冷启动控制以及发动 机运转数据的收集功能等 总之 电控高压共轨柴油发动机的控制是对发动机运转过程中燃油压力的控制 参考 各传感器传递的信息 通过逻辑计算发出控制指令 实现精确控制的目的 电控单元根 据发动机转速 油门位置 进气流量 冷却液温度 电瓶电压及燃油压力等参数确定喷 射的方式和喷油量 7 第三章 电控柴油机的维修 3 1 电控柴油机常见故障及诊断流程 了解发动机及控制系统结构是前提 利用好检测设备 总结经验是关键 下面介绍一 下电控柴油发动机的诊断流程和故障案例供参考 1 对发动机故障的现象进行确认 亲身感受故障 做出基本的判断 2 利用检测设备 X431 检测仪 调取故障码 结合故障现象并进行分析 判断 3 通过对故障码的分析不能准确的判断出故障时 进入诊断程序的 读取数据流 界面 选取相应的参数 对发动机工况的时时数据进行分析 判断故障 4 根据检测设备所提供的参数及故障模式 视情对燃油系统 回油系统的压力进行 测量 5 依据故障码及故障现象 测量相关传感器 执行器的工作状态 必要时进行调整 或更换 6 测量相关传感器至控制单元 控制单元至相关执行元件的通讯线路是否存在异常 检查配电盒各相关控制开关及保险的状态 对发现的异常现象进行排除 7 将发现的故障及异常现象进行排除后 用检测仪清除存储的故障码 并进行路试 确认故障是否排除 8 经自检路试确认故障排除后 用检测仪查看故障码是否重现 确认无误后交竣工 检验员进行竣工验收 检验员路试完毕后 再次用检测仪对控制系统进行检测 确认故 障彻底排除 3 2 电控柴油机常见故障实例分析 案例一 故障现象 车辆在正常行驶时 当发动机加速到 2500 3000r min 时 发生坐车 有时会造成熄 火 重新启动发动机 启动时间稍长 超过此转速发动机运转基本正常 故障分析 初步判断造成此故障有以下几点 1 燃油供给系统有泄漏或低压油路有堵塞 2 喷油器电磁阀线路接触不实 3 控制单元或线束连接不实 造成在某一转速下信号中断 8 4 曲轴和凸轮轴位置传感器损坏或调整不当 以及线路传输有故障 故障排除 通过对该故障的逐项排查 故障发生在凸轮轴传感器与凸轮轴驱动轮间隙调整不当 导致传感器损坏 造成在一定转速时信号错误 导致该故障的发生 更换传感器重新调 整传感器与靶轮的间隙后 启动发动机原地试车 故障现象消失 路试加速正常 运转 平顺 总结及建议 通过对该故障的诊断 排除 发现 MS6 3 与 EDC16 两种控制单元所反映出的故障现 象有所不同 凸轮轴位置传感器采用两种形式的传感器 MS6 3 用电磁感应式传感器 EDC16 用霍尔效应传感器 两种形式的传感器对装配工艺有着很大不同 霍尔传感器的 装配与调整相对要求较高 在维修和更换传感器时 建议维修技术人员必须严格按照规 定的传感器与靶轮间隙 0 8 1 5MM 逐一的调整 保证五个信号齿与传感器的间隙一 致性 在调整过程中注意以下几点 1 在需调整凸轮轴传感器与靶轮间隙时 应先检查凸轮轴驱动轮转动时有无摆动 如摆动量较大应更换凸轮轴驱动轮后 再进行调整 2 在调整时选择五个信号齿中任意一个齿与传感器调整好间隙 作为基准的传感器 固定位置 3 在调整基准间隙位置时 松开传感器固定支架螺母 将厚薄规插入到传感器与靶 轮之间 用手顶住传感器后部 使其传感器头部与厚薄规接触 并保证传感器探头与靶 轮的信号齿垂直对正 将固定螺母拧紧 调整时前后移动传感器不能用直接移动传感器 支架的方法调整 因为传感器固定在支架上的固定点较软 且有橡胶圈减震 容易造成 失准 抽出厚薄规后间隙变小 影响发动机启动 4 依据调整好的凸轮轴传感器基准位置 顺时针盘动发动机 待下一个信号齿与传 感器探头对正时 停止转动发动机 用厚薄规测量 调整传感器间隙 间隙的大小调整 只调整信号齿 向前或向后 不能调整传感器位置 5 依此方法逐个调整 待全部调整完后 回到基准信号齿位置 复检基准位置间隙 如有变化重复以上步骤重新调整 直至五个信号齿间隙一致为止 案例二 故障现象 车辆冷车状态时 点火启动时间相对正常车辆偏长 但能够启动 车辆热机时 起 9 动机运转有力 但不能使发动机点火着车 维修诊断过程 车辆进厂时为热车状态 灭车后试验热启动 起动机运转正常 但就是无法点火启 动 控制系统无报警 用 X431 解码器对发动机控制系统进行检测 检测结果无故障码 查看起动时的数据流 选择共轨燃油压力和设定压力两个参数 转动点火开关 起动机 运转时查看数据流 共轨燃油压力显示为 100 125bar 设定压力为 245bar 共轨燃油 压力不能达到 150bar 发动机肯定不能起动点火 什么原因导致的共轨燃油压力低呢 主 要有以下几个方面 1 低压油路堵塞 漏气造成供油不畅 2 高压部分有泄漏或回油压力高 3 高压泵传动齿轮打滑 4 回油五通堵塞 造成高压泵安全阀背压过高 进油受限 5 低压油泵故障 造成供油压力低 从发动机的运转状态判断不会出现第 3 4 5 项的故障 如果是那么冷机同样会受 到影响 接下来分别对低压供油系统 燃油回油系统进行检测 测量低压供油压力在 2 2 2 4bar 之间 供油系统正常 回油系统压力在 0 9 1 0bar 之间摆动 回油压力偏 高 从回油压力偏高初步判断为某一喷油器有轻微泄漏的现象 由于喷油器的泄漏导致 共轨压力偏低 导致发动机无法启动 由于设备原因不能准确地判断出是哪一缸喷油器 有泄漏 只有先将四支喷油器同时更换 维修结果 更换四支喷油器后 启动发动机一次启动成功 查看数据流 起动时共轨压力瞬间 达到 230 240bar 完全达到起动时的压力要求 待车辆运行至冷却风扇启动后灭车 等 候约 5 分钟后再次启动发动机 起动一次成功 故障排除 3 3 诊断分析 此故障的排查很容易走入误区 因为按照以往的经验判断 如果喷油器发生泄漏 造成共轨总管内的压力偏低 控制单元通过轨压传感器的压力信号和控制单元存储的设 定信息进行比对 计算 如果实际的压力信号与存储的信息相差较大时 便会启动报警 灯报警 以提示车辆故障 恰恰是此车没有报警 同样发生了无法启动的故障 从检查 的