柴油机的故障诊断与排除__钮晶晶的论文.doc

南京市交通技师学院毕业论文课题名称： 柴油机的故障诊断与排除系部： 汽车应用系 专业： 维修与驾驶班级： 05修驾高 姓名： 钮晶晶指导教师： 王剑 1南京交通技师学院毕业论文摘要：柴油发动机在现代汽车技术上已经有了很快的发展，在当今的很多车辆上，柴油发动机的已经广泛运用。柴油发动机在我们所认知的情况下，耗油量比汽油发动机来说是相对很低的，并且在低油耗的同时，也同样有着很可观的动力性。当然，柴油发动机的故障与排除以及污染排放也是不容忽视的。关键词：柴油机，特点，趋势，故障，排除 前言：柴油机电子控制技术始于20世纪70年代，20世纪80年代以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，以满足日益严格的排放法规要求。 由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特点，柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用范围越来越广，数量越来越多。同时对柴油机的动力性能、经济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。依靠传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求，也难以实现喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。故而我们有必要对柴油机进行一系列的认知与了解1.简述柴油机柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（一般为16-22），所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa，同时温度高达750-1000K（而汽油机在此时的混合气压力会为0.6-1.2MPa，温度达600-700K），大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到6-9MPa，温度也升到2000-2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。 普通柴油机是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油量。而现在已经愈来愈普遍采用的电控柴油机的共轨喷射式系统可以较好的解决这个问题。接下来我们要谈论的是当今现代全世界都极度关注的问题：柴油机尾气排放和环保措施。如果单从污染环境的角度来看，柴油发动机和汽油发动机都会造成污染。在不采取任何措施的情况下，汽油发动机造成的污染更大。在所有污染物中，汽油发动机的一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳氢(CH)排放量都比柴油发动机大，两种发动机的氮氧化物(NOx)排放基本上处于同一量级，只有颗粒(PM)柴油发动机排放比汽油发动机略多。经过近30年的发展，柴油发动机技术不断创新，其技术水平发展已经有了一个质的飞跃，现代柴油发动机已完全不同于传统意义上的柴油发动机。在能源消耗上，现代柴油发动机油耗要比汽油发动机低30%至40%。在环保方面，现代柴油发动机的二氧化碳排放要比汽油发动机低15%至32%；温室效应气体排放要低45%；尤其是一氧化碳和碳氢化合物的排放量仅相当于同等排量汽油发动机的1/5至1/10；氮氧化物的排放量也降低了63%，炭烟颗粒物排放量也已降低了83%，达到欧洲3号或欧洲4号标准的柴油发动机基本上没有黑烟排放，这主要由于九十年代以来柴油发动机技术不断创新发展。2.柴油发动机环保措施柴油发动机废气污染主要是指一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒(PM)排放，还有硫化物、酚类、醛类和苯（排量相对较少）。其中HC和CO易于解决，而硫化物、酚类、醛类和苯则与燃油品质有关。目前主要通过燃烧系统的电子控制技术、低涡流与无涡流的直喷式燃油室技术、废气再循环处理技术及多气门技术等，降低氮氧化物(NOx)的排放。而降低颗粒(PM)则主要通过燃料和空气均匀地混合燃烧技术、增压、中冷、高压喷射、改进燃烧室形状、增加紊流等技术来实现。此外，还有采用后处理方法，如：氧化催化转化器及炭颗粒过滤器来降低颗粒(PM)排放。德国博世公司开发的高压喷射系统在过去十年使欧洲汽车尾气排放降低百分之八十。目前，该公司已成功研制可以满足将于2005年实施的欧洲4号标准的喷射系统。目前美国车用柴油的含硫量水平为550ppm，到2006年中期降为15ppm。美国注重的不是节省能源和最大限度地减少二氧化碳气体的排放，而主要目的是更有效地控制柴油发动机工作时氮氧化物(NOx)和炭烟颗粒(PM)的排放量。推广无硫燃油，以满足排放要求。欧盟已通过一项提案：从2005年1月1日起，在各成员国推广使用无硫柴油和汽油；2011年起将强制性使用无硫汽油。无硫燃油是指含硫量低于10ppm的汽油和柴油。瑞典采用无硫燃油（含硫量限制值为10ppm）已超过10年；英国目前已开始扩大使用无硫燃油。然而目前，许多柴油发动机制造厂商也开始采用共轨式燃油喷射系统。共轨式燃油喷射系统具有控制灵活、设计简单、可方便地实现预喷射和后喷射的优点，使柴油发动机的排气净化和颗粒物过滤系统有很好的效果。氧化转化器装置技术的研发运用。丹麦格德福斯公司(Grundtos)和托普索科技公司合作研发卡车用新型柴油发动机氧（催）化转化器。该装置可节省油耗达4%，使颗粒排放量减少50%，并可降低氮氧化物和烃的排放量，减少柴油燃烧时产生的异味，还有效地减少碳氢化合物和一氧化碳的排放。目前，欧洲大部分的轻型柴油发动机汽车，都已安装了氧（催）化转化器装置。而采用颗粒物过滤装置来消除颗粒物的排放，标致雪铁龙汽车公司于去年装用其第一代颗粒物过滤装置，该装置需要使用铈的添加剂来保证过滤介质的可再生性。如何有效地去除过滤器中的积炭是颗粒物过滤装置最主要的技术问题。再生可通过以下两种方法来实现：一是通过周期性加热，二是加入较多的二氧化氮并将其还原为一氧化氮，从而使积炭被氧化。在Johnson Matthey公司的连续可再生式催化转化(CRT)系统，二氧化氮是在颗粒物过滤器前端的氧化催化转化器产生。由于重型柴油发动机的排气温度较高，这一系统能获得良好的效果。对于轻型柴油发动机来说，则需要通过周期性地调整燃油和空气系统进行加热，藉以氧化积炭。另一种方法是将颗粒物过滤器与氧化催化转化装置合并为一体，当排气通过过滤器的活性层时，就会生成二氧化氮。日本日产柴油机汽车公司推出电容电动柴油机混合动力卡车。该车安装了公司开发的新型电容器超级电力电容器，该电容器可以储存汽车在减速时所产生的电能，而电能的储存量是现有其它电容器的两倍。据介绍，电容器混合动力卡车使用制动能量的功效高于其它蓄电池供电的混合动力车，该车是基于日产柴油机汽车公司4吨级的Condor卡车设计而成，在汽车起动时使用电动机，在汽车时速稳定时使用柴油发动机。与日产柴油机汽车公司过去生产的柴油发动机汽车相比，混合动力卡车可减少燃料开支50%，减少二氧化碳气体排放量33%，减少氮氧化物排放量50%。3.汽车柴油发动机化是世界性的发展趋势目前，欧美汽车发达国家大力发展低油耗、高热效率、低排放的柴油发动机作为汽车的动力。欧洲有90%的重型车、30%的轿车已实现了柴油化，柴油车的市场份额已达40%。德国所有出租车使用柴油发动机；法国、瑞典等国家使用车中的柴油轿车则高达50%以上。预计到2006年，欧洲柴油轿车的比例将到50%，也就是说欧洲每2辆轿车就有1辆是柴油轿车。在美国，虽然燃油价格相对低廉，但已有100%的重型商用车柴油化，70%的交通工具如轮船、火车和汽车都是以柴油机为动力。中国柴油机普及水平还很低，目前没有生产柴油机轿车的条件，但重型柴油汽车的产量逐步增加，中型和轻型车柴油化步伐也在加快，微型车柴油化实现了零的突破，汽车动力柴油化在中国已呈现发展的趋势。中国柴油机技术水平总体落后于国际先进水平1020年。具体表现以下几个方面：开发投入不足：以致产品在国际上没有竞争力。产品技术含量低：高压共轨技术、4气门技术、电控技术、废气再循环技术和废气后处理技术等先进技术在国内产柴油机上尚未应用。制造水平低：工艺装备简化，从而影响整机性能。排放标准滞后：欧洲柴油机氮氧化物(NOx)和颗粒排放(PM)限值从2000年起执行欧3标准，2005年起执行欧4标准，2008年起执行欧5标准。而能够真正达到欧洲1标准和欧洲2号标准的柴油机的数目在中国却是屈指可数。柴油品质低下：国产柴油杂质多，灰分大，尤其是硫和芳香烃这两个对环境影响最大的物质，含量高出欧美标准十倍以上，难以满足排放的要求。柴油品质低下，严重影响柴油机的排放，即使有“现代柴油机”也无济于事。相比起汽油机，柴油机具有燃油消耗率低（平均比汽油机低30），而且柴油价格较低，所以燃油经济性较好；同时柴油机的转速一般比汽油机来得低，扭距要比汽油机大，但其质量大、工作时噪音大，制造和维护费用高，同时排放也比汽油机差。但随着现代技术的发展，柴油机的这些缺点正逐渐地被克服，现在的很多高级轿车都已经开始使用柴油发动机了。而随着柴油轿车已被国家列入中国汽车工业“十五”发展规划，柴油机作为节能、环保的汽车动力，在普及家用轿车上具有广阔的前景，高质量的现代柴油机必将受到市场的青睐。4.柴油机共轨喷射式供油系统的组成、特点及工作原理共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元（ECU）和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连，公共供油管对喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。其主要特点有以下三个方面：1、喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由ECU适时控制。2、可依据发动机工作状况去调整各缸喷油压力，喷油始点、持续时间，从而追求喷油的最佳控制点。3、能实现很高的喷油压力，并能实现柴油的预喷射。5.柴油机的典型故障现象：现象：柴油机不易启动，或启动后转速不易提高。原因分析：燃料在发动机气缸内燃烧燃气膨胀做功产生的力，除了克服发动机各部分摩擦阻力和驱动各辅助装置（如水泵、喷油泵、风扇、空气压缩机、发电机、机油泵等）之外，最后通过飞轮向外输出动力。如果发动机的气缸内产生热量小或热效率利用不高、自身摩擦阻力过大或驱动各辅助装置消耗动力增加，则会使发动机输出动力减少，显得发动机无力。产生以上现象的原因有： 供油不足 燃油系统应能适时、适量地向气缸内喷出雾化良好的燃油。如果燃油系统有故障，喷人汽缸内的油量少，则燃烧产生的热量减少，当热量减少至不能满足发动机负荷所需时，则发动机无力。 喷雾质量过差 发动机工作时喷油器喷雾质量差，使喷入气缸的燃油表面积小，与氧结合率减少，即使喷人气缸内的油量不少，但因雾化质量差，与氧化合反应少，发出的热量也少。 喷油提前角的影响喷人气缸内的燃油量应合适。若燃油在速嫩期的压力升高率增大，易引起发动机工作粗暴。工作粗暴会消耗部分功率即热效率利用也不高，则对外输出的有效功率减少。喷油提前角过小，燃烧过程大部分移到膨胀作功过程中进行，使压力升高率降低，最高压力下降，排气温度增加，冷却水的热损失多，热效率显著下降。 充气量的影响燃油在气缸内能够燃烧，主要是柴油中的碳原子与氧原子发生化学反应（生成二氧化碳）放出热量的结果，如果因空气滤清器堵塞使空气流通的截面减少（装有涡轮增压器的发动机涡轮增压器有故瘴时进气量减少）或配气机构的影响等造成发动机充气量不足，导致燃油中的碳原子不能与氧原子充分反应，所以放出的热减少，发动机无力。 包容工作介质的机件密封不良如气缸垫破损、气门关闭不严、活塞与气缸壁的配合间隙过大等，均可造成漏气而压缩不良，导致燃油在气缸内燃烧效果不好，发动机无力。柴油机燃油系除因三大精密偶件的早期磨损，造成功率下降、油耗增加以及排气冒烟外，最易发生的故障有两类：一类是因喷油泵安装安装不当所引起的故障，另一类是使用中出现的故障。6.柴油机燃油系常见故障分析与排除 1 喷油泵安装不当造成的故障 （1）半圆键安装不到位 对于采用法兰盘联接的喷油泵来说，当供油正时齿轮及供油提前角自动调节器和喷油泵凸轮轴之间的半圆键安装位置不正确时，将出现供油正时失准，发动机启动困难、冒烟和水温高等故障现象。如通过法兰盘上的弧形孔无法调整时，需拆下喷油泵重新安装。拆下后可观察到半圆键上有明显的压痕。 （2）被动盘错装180 对于采用十字形联轴器联接的喷油泵来说，有可能在安装时将被动盘错装半圈(180)，此时会出现不能启动、排气管无烟排出的现象。即使发动机在强力启动下着火，也会出现声音杂乱、排气管严重冒烟而无法工作。此时应拆开联接螺钉，将喷油泵凸轮转过半圈重新联接，然后通过弧形孔微调使供油正时。 （3）进、回油螺钉位置装错 在联接油管时，如将回油螺钉错装在喷油泵进油管接头上，由于回油螺钉内单向阀的作用，使燃油无法或只有少量进入喷油泵进油腔，使柴油机不能启动或启动后无法加油提高转速。此时用手油泵泵油阻力很大，甚至无法压动手油泵。这时只要把进、回油螺钉安装位置对换即可排除故障。 2 使用中常出现的故障 （1）低压油路供油不畅 柴油机从油箱到喷油泵进油腔之间的进、回油管路均属低压油路，当其中的管路接头、垫圈和油管因损坏而漏油时，将会使空气进入油路产生气阻，导致供油不畅，发动机出现启动困难、加速迟缓等故障现象，严重时会自动熄火。当油管因老化、变形和杂质堵塞使通油截面积减小，或因油脏堵塞进油滤网和柴油滤芯时，将引起供油量不足而使发动机功率下降和起动困难。这种故障的检查和排除可在车上完成。用手油泵泵油至一定压力，松开放气螺钉，如有气泡溢出且始终排气不尽，则说明油路进空气；如没有气泡但柴油从放气螺钉处溢出无力，则说明油路被堵塞。正常现象是略为松开放气螺钉，立即有油柱以一定压力喷射出来。排除故障的方法是找出损坏或老化的垫圈、接头或油管予以更换；预防此类故障的方法是勤清洗进油滤网和柴油滤芯，勤检查管路，发现有问题时及时解决。 （2）输油泵活塞弹簧折断 发动机在运行中突然熄火，不能起动。拧松放气螺钉检查发现喷油泵低压油腔无燃油或很少，用手油泵泵油至整个低压油腔充满油，排净空气重新启动，发动机恢复正常，但行驶一段距离后再次自动熄火。这种故障现象很可能是输油泵活塞弹簧折断。此故障可就车排除，拧下螺钉，更换弹簧即可。 （3）输油泵止回阀密封不严 发动机启动后工作正常，但熄火停车一定时间后则出现启动困难，拧松放气螺钉有气泡溢出，需重新排净空气方能启动。这种故障多为输油泵止回阀密封不严引起。检查方法是拧下输油泵出油螺钉，泵动手油泵使燃油充满出油接头油腔，如接头内油面很快下降，则说明止回阀密封不好。拆下止回阀检查密封而是否完好，止回阀弹簧是否折断或变形，密封座面上是否附有颗粒杂质，依具体情况分别采取研磨密封面、更换止回阀或止回阀弹簧将故障排除。正常情况是油面在3min以上的时间内不出现下降，泵动手油泵有油柱从出油接头有力喷出。（4）高压油管堵塞 当某一缸高压油管因变形或有杂质而发生堵塞时，起动发动