技术资料路虎柴油车系共轨喷射系统

1、技术资料路虎柴油车系共轨喷射系统一当前柴油机发展的状态。提高在发动机最低速的扭 矩。轻量化设计下的功率输出。通过测量进气系统和燃油喷 射以及燃烧室的改进提高功率输出。减少燃油消耗。高压喷 射。极低噪声和排放，特别是 NOX 由于上述，必须在混合 气形成和燃烧室改进，可通过更高压力的喷射和更精确以及 更灵活的喷射方式，例如压电方式的喷油器。这主要时它的 更短的切换时间和喷油量的更精确的控制。二压电效应之 所以叫 piezo electric effect, 是该原理在 1880 年的发明人的名 字（Pierre和Curie）来的，来自希腊词 piezein'翻译为pressing'

2、;压电效应可清楚的解释为在石英晶体（quartzcrystal）上施加压力.在常规状态下，其对外的电特性呈中性， 即带电原子（离子）是平衡的（如图 A） 。当从外界施加压 力与石英晶体上时，晶体的晶格变形，离子移位产生一个电 压（如图 B） 。若反过来，当施加一个电压，将导致晶体的形 变，产生形变力（如图 C）当今，压电陶瓷材料广泛的应用 在压电晶体的特殊研究和工程材料的发展上。从应用上来 讲，分为直接压电效应和间接压电效应。直接压电效应（传 感器） /间接压电效应（执行器） 。当用于执行器时，固态材 料将电气电压转换为机械变形，例如当压电元件被暴露在一 个电场中时将产生形变。 。若此时元件被

3、限制变形，将产生一个弹性电压（ elastic voltage ）.这将在装置上产生一个力， 该力阻止压电元件变形。 。结论：作为执行器，由于一个电 压被施加给压电元件，电能被转换为机械能。如喷油器。 三在压电式共轨燃油喷射系统中的压电效应的应用。在此 类共轨系统中，间接压电效应应用于控制喷油器的开启。电 能量（ ECM 的驱动信号）通过元件的形变转换为机械能量。 由形变产生的力确定了喷油器针阀的提升。 。单个元件产生 的形变（位移）非常小，因此将多个元件连接在一起克长生 较大的位移，所以叫做元件堆 （stack） '。为产生需要的位移 以控制喷油器的针阀提升，喷油器中的压电执行器由大

4、量的 陶瓷膜 （约 0.1mm 厚）叠加成约 45mm 高以产生针阀提升所 需的位移（约 0.08mm ） .。压电控制喷油器的切换时间比传 统的电磁驱动的喷油器快 4 倍。因此其对喷油量的计量更精 确，例如在预喷 （ pilot injection ）可提供非常小的喷油量 （约 1mm3 ）四.系统概述。同其他共轨系统一样，使用一个油 轨用于安装喷油器和高压燃油的存储和消除压力波动。 。压 电式共轨系统的优点 1 高达 1500bar 的高压喷射 2 非常 短的切换时间，小于 0.2ms 以便控制预喷和主喷之间非常短 和可变的时间隔。 3 进行快速和精确的燃油计量 4 由于 利用压电效应，减

5、少所需的喷射器驱动能量。5 简单的电流控制使系统具有高的电磁兼容性和减少对故障的敏感性 一般工作过程整个系统由高压系统（高压泵、油轨、油压传 感器、高压管、 压电控制的喷油器） 和低压系统 （燃油供给、 回油管、滤芯、油泵模块和用于放气的手动泵）组成。高压 泵体中还包括高压泵输油泵、燃油计量阀（ VCV ），压力调 节阀（ PCV ）。燃油由输油泵从燃油箱吸入送至燃油计量阀 VCV ， VCV 调节进入高压泵的燃油量。高压泵通过压力调 节阀PCV调节油轨油压（最大至1500bar）输送经燃油至油轨， 在油轨中燃油被存储并提供给喷油器。喷油器直接由 ECM 控制。同其他共轨系统一样，可针对来自发

6、动机管理系统的 不同输入参数允许对燃油喷射点、燃油压力和喷油量进行自 由选择。喷射过程包括预喷和主喷，甚至可在每个喷油循环 中包括多达 5 次的喷射过程（ 2 个预喷以改善发动机的噪声 和排放、一个主喷、 2 个后喷（附加喷射）等） 。多余的燃油 经过较长的收集管（带一个燃油温度传感器）和回油管返回 油箱。高压油管和油轨弯曲的高压油管不允许改变，即使在 维修中，由于密封锥面由于在扭紧过程已经塑性形变，因此 必须更换。喷油器压电式喷油器决定了喷油开始点和喷油 量。压电执行器直接由 ECM 控制，驱动电压约 70130V。 每个工作循环至少包括一个用于减少燃烧噪声的预喷和一 个主喷。喷油器头部（图

7、中 A ）有一个压电执行器 ,和一个液 压伺服器（B）和一个针阀（C）。注意：在维修过程中，不 允许分解喷油器当发动机运转时，不得拆下线束接头，若在 放电过程电流切断可能使执行器保持在膨胀状态，针阀开启连续喷射而损坏发动机。喷油器编码如图，喷油器的编码标 记在喷油器的头部。在生产工厂，由于没有在成品发动机上 制造公差（选配方式） ，所以没有标记识别号。新的喷油器 可安装在任意气缸，不需要配置和与 ECM 适应。（看路虎的 要求）。 制造厂编号 PSA零件号 生产日期（A=2001 ） 月份（A=1月，B=2月）日期（1-31 ）零件号（喷 油器的结构和说明见供油系统课件）工况说明A 起动：在起

8、动中，油轨压力至少应在1 50bar ，低于此值，喷油器将不被驱动。 B 停机：在发动机停止后，压电执行器将不被 接合。喷油器中连接控制室和回油道的菌型阀（ 1 ）使燃油 回流，针阀（ 2）在弹簧力下关闭。非常少量的燃油直接从 高压侧回流以便润滑针阀和针阀导管（ 3）。在系统中没有残 余压力保持， 燃油通过开启的 PCV 返回油箱， 系统中没有压 力（与汽油机不同） 。注意：处于安全的原因，在发动机停 止 30 秒后才能开始高压系统的维修。低压系统各种传感器： CKP 曲轴位置传感器： 用于转速和气缸位置喷油量喷 油角 EGR 循环量 CMP 凸轮轴位置传感器：确定 1 缸压缩 上止点 ECT

9、 冷却液温度传感器： 喷油量和喷油角怠速控 制预热控制 EGR 控制 MAF 和 IAT （空气流量和进气温 度）：流量计为热线式，与进气温度在一体。流量计仅用于 调节 EGR 系统，不参与燃油计量。但参与包括烟度限制， 和在高海拔地区， ECM 根据 MAF 信号确定要求的正确空 /燃比，以防止过量碳烟（密度问题） 。进气温度用于对某些 特殊限制减少进气温度和特别是高海拔地区。燃油压力传感 器在维修中切记不要从油轨上拆下传感器主要用于：确定 供油量确定喷油角调节油轨油压燃油温度传感器计算 喷油量和控制燃油的冷却，在极端条件下可能进入故障模式 BARO（ 大气压力传感器 ）（可能在 ECM 中

10、）用于测量瞬时环 境压力，在高海拔地区连续下山中，较低的发动机负荷和高 车速下接通预热系统加热燃烧室，防止发动机失火和冒蓝 烟。还与 IAT 一起用于调节进气温度。 VSS 车速传感器确定 啮合的档位，优化驾驶特性和控制冷却风扇 APP 踏板位置传 感器若一个传感器信号故障，发动机被限制在最高转速（如 2750）若两个传感器信号故障，发动机转速将稳定在 1200rpmBPP 制动开关信号：在制动且在档，怠速时影响燃 油计量CPP离合器开关信号燃油计量阀 （VCV）高压压力调 节阀（PCV）在PCV故障时，（如连续无电流），油轨压力仅 可达到50bar（起动中）。该压力导致一个弹簧的关闭力 （无

11、电 流时）喷油器每个喷射的开启和关闭过程仅需要一个脉冲控 制。根据发动机的状态，驱动电压约70130V。电流约8A，充电时间约130200ms，在充电状态，压电执行器膨胀（弹 性力），喷油器开启。在喷油器关闭时还需要另一个电压脉 冲，放电时间和针阀关闭约 200ms预热塞继电器根据发动机 温度和运行状态以及大气压力， ECM 计算预热和后加热时间控制继电器。 EGR 系统电磁阀：由 ECM 根据需要的循环量 以 PWM 方式控制。 喷油控制的燃油修正： 。在工作行程， 燃 烧压力作用在活塞上产生曲轴的加速从而引起 CKP 信号的 变化。在发动机低速时曲轴的加速度被用作输入信号以对 每个汽缸控制

12、相应喷油器。 ECM 具有一个燃油修正表 （特性 MAP 图）以便对应巨大变化的速度和负荷变化。 采集的不同 转速和负荷的信息存储在燃油修正表中，用于燃油计量。 。 对预喷的修正调节用于各缸平稳性控制策略一保持燃烧噪 声在限值内。 。为在预喷阶段调节喷油量，根据ECM 的设定数据和环境参数，将喷射最大可能的预喷量。若实际值超出 ECM 特性 MAP 中的限值（过低） ，则平稳性策略将提高此 时的预喷量以减少燃烧噪声。 。修整后的数据也被存储在 ECM 的 MAP 图中。燃油压力控制。 VCV 阀调节根据 ECM 发出的 PWM 信号进入高压油泵的燃油量。 而 PCV 阀按照发 动机转速对油压进

13、行优化。最大压力（15001650bar）仅出现在发动机最高转速和全负荷时（ 40004500rpm ）.。燃油压力传感器连续通知 ECM 稳定的油压信息。若发动机转速低 于 4000rpm ，压力必须减下来。若 ECM 控制 VCV 和 PCV 阀降低了压力，则 VCV 阀关闭， PCV 阀打开。由于使用的 PWM 。因此可得到不同的控制电流而使阀在不同位置。 。此 时压电执行器也被 ECM 以相应的电压脉冲驱动以减少压力。 充电时间始终保持足够以膨胀压电执行器以使燃油回流，但不管如何，电流又保持在足够小的范围，所以针阀不会被提 升和产生不希望的喷射。发动机停止后的压力减小。在发动 机停机后

14、，燃油压力减小方式同上。即打开关闭 VCV 阀， 打开 PCV 阀在几秒中内完成减压。 由于通过打开的 PCV 阀， 燃油回流油箱，系统中没有残余压力。故障由于此系统中的 高压部分没有安全泄压阀，当高压系统产生故障时，处于低 压侧的 VCV 阀由于处于无电状态而关闭，高压侧的 PCV 阀 打开以减小压力。预热塞控制仪表上的预热指示灯点亮的时 间通常短于预热塞工作的时间。在某些情况下， （如高于 0C）,尽管预热塞还在工作，但指示灯已经熄灭。一般通过 CAN BUS ， ECM 发给仪表一个信号点亮指示灯。随着发动 机温度的降低，预热时间增加。大气压力（ BARO ）对预热 塞控制影响的主要区别

15、在海拔高度，例如当：ECT=60 C,BARO=0.95bar，预热塞关闭 ECT=60 C , BARO 小于 0.9bar, 预热塞被开启。 。后预热取决于汽车如何行驶，发动机转速 和喷油量也是同样扮演重要原则。若每个活塞行程超过 7mg 且发动机温度低于 20 C,则在发动机转速 110025rpm之间 后预热工作。 。当喷油量稍多而发动机温度较低，则根据发 动机转速， 后预热也会工作。 例如，若每活塞行程喷油 14mg， 发动机温度低于 0C,则在发动机转速11001500rpm之间， 后预热也启动。 。当在下山且发动机低负荷且在高海拔地区， 为防止发动机失火和冒蓝烟，后预热也将启动。

16、 。一般来讲，后预热被用于发动机转速最大至 3500rpm（ 取决于喷油量和 发动机冷却液温度）。EGR （废气再循环系统）。废气再循环 在部分负荷进行。循环量由 ECM 精确控制。当 EGR 阀打 开，废气再循环进行时，会直接影响 MAF 传感器的测量。 在循环过程中， MAF 测量的减少量精确的对应废气再循环的 值。若循环量过大，则吸进的空气质量下降到某个限值，则 ECM 将减少循环量， 这是一个闭环控制。 在高海拔地区， 由 于空气密度的下降，同样空气体积下，进气质量和废气再循 环量也同样减少。 在监测点， EGR 流量的估算是根据空气流 量读值和根据速度密度方式计算的总质量流量的差来决

17、定， 然后再将估算值与期望值比较以确定是否不足或超量。系统 监测系统将连续监测下述传感器和执行器的正确工作状态 CKP 传感器 CMP 传感器燃油压力传感器 VCV 阀（燃油计量） PCV 阀（高压调整）上述传感器和执行器之一有故障，传感 器将被 ECM 停机。另外下述情形也会导致发动机停机： 由 于喷油器开启时间超过系统计算的值 （如喷油器损坏、 卡滞， 过大的泄漏）导致油轨中的压力下降监测到喷油器在充放电中的压电执行器存在故障压电式共轨系统的诊断当进 行诊断时，下述步骤被建议 A 影响的子系统和部件例如 发动机机械系统，进气系统，低压和高压系统， EGR 系统， 增压器，氧化性催化器，发动

18、机管理系统，喷油器，传感器 和执行器B.低压系统的检查：检查线路是否短路或开路执行输油泵的测试断开 VCV 和 PCV 上的电气接头，断开高 压泵的回油管转动发动机至少 15 秒（约 250rpm ），用一个容 器测量回油管的回油量比较测量值和标准的最小供油量（例 如 100ml/min ）高压调节阀如由于高压调节阀或线路故障， 油轨中压力不足或无压力，则发动机不能启动或启动后迅速 失速检测前提：低压系统正常，高压管路和接头无泄漏。检 查线路是否短路或开路根据手册进行高压调节阀的检测 测量电磁阀的直流阻抗，在接头端测量电压在起动过程中测量工作电流 症状：油轨压力在起动时仅约 50bar 发动 机不能起动或起动后失速高压泵和燃油计量阀（ VCV ）测试 前提：低压系统正常高压管和接头无泄漏高压压力调节阀已 检测过先检查线路根据手册执行检测：测量