电控柴油发动机技术的应用与发展研究汽车

1、毕业设计(论文)格式样板机电职业技术学院毕业设计（论文）题 目： 电控柴油发动机技术的应用与发展研究 指导者：评阅者： 年 月 毕业设计（论文）中文摘要电控柴油发动机是为满足日益严格的排放法规而研制的新一代动力源。本文首先对电控柴油发动机作了系统的的概述，然后介绍了柴油机电控燃油喷射系统的特点与功能，以日本电装公司的ECD-V1系统和日本电装公司的ECD-V3系统着重介绍了柴油机的电喷技术。同时还探讨了电控柴油发动机的故障以与如何检修。对电控发动机的发展前景进行了分析，还对电控发动机系统所面临的一些问题进行了探讨。关键词： 电控燃油喷射系统 工作原理 故障检修 17 / 17毕业设计（论文）外

2、文摘要Title： Electric diesel engine technology application and development research Abstract：Electric control the diesel engine is to meet increasingly stringent emission regulations and development of a new generation of power supply. Based on the electric control system of the diesel engine for the p

3、aper, and then introduced the diesel fuel injection system and the characteristics of the function, to Japan denso company of ECD-V1 system and Japan denso company of ECD-V3 system of diesel engine is introduced, including the technology. Also discusses the fault of the electric control diesel engin

4、e and how to repair. To the prospect of the development of electronic-controlled engine was analyzed, and also to electronic-controlled engine faced some problems of the system are discussedKeywords ：Electronic-control fuel injection systemWorking principleBreakdown maintenance（空2行）目录（4号黑体，居中）1引言（作为

5、正文第一章，小4号宋体，行距18磅，下同）2 概述 Y2.1柴油机电控燃油喷射系统的功能与组成2.2柴油机电控燃油喷射系统的特点工作原理2.3柴油机电控燃油喷射系统的工作原理3柴油机电控燃油喷射系统的应用3.1日本电装公司的ECD-V1系统3.2 日本电装公司的ECD-V3系统4电控柴油发动机的故障检修4.1电控柴油发动机的故障诊断与检修的基本原则4.2电控柴油发动机的故障诊断方法与原因分析5柴油机电控技术的发展5.1柴油机电控燃油喷射系统的优点5.2研究柴油机电控燃油喷射系统需要注意的几个关键问题结论 Y致 Y参考文献1 引言 电控柴油发动机是为满足日益严格的排放法规而研制的新一代动力源，由

6、于其能够实现全工况稳定可控的高压喷射，并具有灵活的多段喷射以与精确的喷油量和喷油定时控制等优势，已成为当今柴油机发展的热点之一。随着科学技术的发展，高压共轨喷油系统的应用必将更加广泛。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。共轨系统将燃油压力产生

7、和燃油喷射分离开来，如果把单体泵柴油喷射技术比做柴油技术的革命的话，那共轨就可以称作反叛了，因为它背离了传统的柴油系统而近似于顺序汽油喷射系统。共轨系统开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径欧洲可以说是柴油车的天堂，在德国柴油轿车占了39%。柴油轿车已有了近70年的历史，而最近10年可以说柴油发动机有了突飞猛进的发展。在1997年，博世与奔驰公司联合开发了共轨柴油喷射系统 (Common Rail System)。今天在欧洲，众多品牌的轿车都配有共轨柴油发动机，如标致公司就有HDI共轨柴油发动机，菲亚特公司的JTD发动机，而德尔福则开发了Multec DCR柴油共轨系统。2 概述柴油机电控技术

8、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。汽油机电控技术为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。“电控”是指喷油系统由电脑控制， ECU（俗称电脑）对每个喷油嘴的喷油量、喷油时刻进行精确控制，能使柴油机的燃油经济性和动力性达到最佳的平衡，而传统的柴油机则是由机械控制，控制精度无法得以保障。“高压”是指喷油系统压力比传统柴油机要高出3倍，最高能达到200MPa（而传统柴油机喷油压力在6070 MPa），压力大雾化好燃烧充分，从而提高了动力性，最终达到省油的目的。“共轨”是通过公共供油管同时供给各个喷油嘴，喷油量经过ECU精确的计算，同时向各个喷油嘴提供同

9、样质量、同样压力的燃油，使发动机运转更加平顺，从而优化柴油机综合性能。而传统柴油发动机由各缸各自喷油，喷油量和压力不一致，运转不均匀，造成燃烧不平稳，噪音大，油耗高。现在，国制造的具备国际先进的电控高压共轨技术的柴油发动机采用了欧美柴油机的最新核心技术，明显优于传统增压柴油机。它比传统增压柴油机燃烧效率提高8%、二氧化碳排放低10%、噪音下降15%，彻底改变了柴油机在人们心目中“噪音大、冒黑烟”的形象。2.1柴油机电控燃油喷射系统的功能与组成2.1.1燃油喷射控制 燃油喷射控制只要包括：供（喷）油量控制, 供（喷）油正时控制，供（喷）油速率控制和喷油压力控制等。2.1.2怠速控制 柴油机的怠速

10、控制只要包括怠速转速控制和怠速各缸均匀性的控制。2.1.3进气控制 柴油机的进气控制只要包括进气节流控制，可变进气涡流控制和可变配气正时控制。2.1.4增压控制 柴油机的增压控制只要是由ECU更据柴油机转速信号，负荷信号，增压压力信号等，通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度，增压器涡轮废气进口截面大小等措施，实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制，以改善柴油机的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪声。2.1.5排放控制 柴油机的排放控制只要是废气再循环（EGR）控制。ECU只要根据柴油机转速和负荷信号，按存程序控制EGR阀开度，以调节EGR率。2.1.6起动控制 柴油机起动控制只

11、要包括供（喷）油量控制，供（喷）油正时控制和预热装置控制，其中供（喷）油控制和供（喷）油正时控制与其它工况一样。2.1.7巡航控制 带有巡航控制功能的柴油机电控系统，当通过巡航控制开关选定巡航控制模式后，ECU可根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。2.1.8故障自诊断和失效保护柴油机电控系统中也包括故障自诊断和失效保护两个子系统。柴油机电控系统出现故障时，自诊断系统将点亮仪表盘上的“故障指示灯”，提醒驾驶员注意，并储存故障码。柴油机电控系统（图）2.2柴油机电控燃油喷射系统的特点2.2.1喷射压力高电控汽油发动机是点火燃烧，多数采用缸外喷射，燃油喷射压力为0.30.5MPa，而共轨柴油发

12、动机是压燃，压缩比远远高于汽油发动机。由于柴油的挥发性能较差，缸外喷射不利于混合气的形成，因此共轨柴油发动机均采用缸喷射，燃油 喷 射 压 力 高 达60150MPa，甚至可达200MPa，是电控汽油发动机的几百倍。燃油高压、高频、脉动喷射，实现喷油量的控制困难很多，加之柴油发动机喷油正时的高精度要求，使共轨柴油发动机电控制执行器 （电控喷油器）的技术含量要高得多，其电控技术的关键和难点也在于此。2.2.2电子控制系统的多样化。柴油发动机高压油泵的类型主要有直列泵、分配泵、单缸泵等，不同高压泵有不同的特点和适用围，其电子控制的方法和控制容也不一样，每种系统中又有多种不同的结构，实施电控技术的执

13、行机构比较复杂，这些决定了共轨柴油发动机电子控制系统的多样化、复杂化。2.3柴油机电控燃油喷射系统的工作原理电控柴油发动机的控制输入部分 （传感器）主要包括发动机转速、油门踏板位置、喷油时刻、车速与进气压力、进气温度、燃油温度、冷却水温度。用高压 （或中压）输油泵向共轨 （公共油道）中泵油，由压力调节器保持共轨的压恒定不变。共轨的燃油分别通向各缸喷油器，由喷 油 器 上 的 电 磁 阀 控 制 喷 油 正 时 和 喷量。 电控单元根据各传感器实时监测到的发动机运行参数，与预置参数值或图谱 （称为MAP图）进行比较，按其最佳值或计算后的目标值发出指令控制各执行器，实施喷油量、喷油压力、喷油时刻、

14、发动机排放等各种控制。 输油泵一般为电动叶片泵，将燃油从油箱中吸出并输送到中压油泵，以210MPa左右的压力向共轨油道馈送燃油，油压由电控单元通过阀调节保持恒定不变。喷油器由电磁三通阀控制，为蓄压式结构。在燃油喷射过程中，电控单元发出激励脉冲，打开喷油器电磁阀，使中压共轨油道中的燃油进入喷油器，在电磁阀去激的瞬间，针阀顶部的压力失去平衡，使针阀迅速上升，燃油从喷孔喷入燃烧室。喷油量由蓄压器的压力决定，而该压力又与共轨油道压力成正比，因此可通过改变共轨油道的油压对喷油量进行调节。 如图2所示，当电磁阀通电时，关闭了回油通道，共轨燃油在增压活塞上方，使活塞下行。由于增压活塞面积比增压柱塞面积大10

15、16倍，因此共轨燃油在增压柱塞的作用下压力可从10MPa增加到100160MPa。高压燃油通过单向阀进入蓄压室与喷油器存油槽和针阀上部，此时针阀由于其尾部的压力和喷油器弹簧力的作用而处于关闭状态。当电磁阀断电而打开回油通路时，由于三通阀的联动作用，共轨燃油不能进入增压活塞上方，增压活塞上方燃油通过回油管道而卸压、增压。33 柴油机电控燃油喷射系统的应用3.1日本电装公司的ECD-V1系统日本丰田公司柴油轿车最早装用的就是由日本电装公司开发的ECD-V1系统，该系统是在转子分配式喷油泵的基础上，加装电子控制装置而形成的。只要传感器包括：发动机转速传感器，加速踏板位置传感器，滑套位置传感器，空档开

16、关，起动开关，空调开关等。ECD-V1系统的控制功能包括：燃油喷射控制，进气节流控制，预热塞控制，自诊断和安全保护功能等。3.2日本电装公司的ECD-V3系统 日本电装公司开发的ECD-V3系统也是在转子分配式喷油泵基础上，增加电子控制装置形成的柴油机电控燃油喷射系统。与ECD-V1系统相比，只要是喷油量控制方法不同，ECD-V3系统是通过控制喷油时间来实现对喷油量控制的，即ECU在确定喷油器的喷油开始时刻后，再通过回油控制电磁阀来控制柱塞泵回油的时刻（即停止喷油的时刻），以此来控制喷油量；为控制喷油时间，在转子分配式喷油泵增设了泵角传感器。泵角传感器采用电磁感应式，向ECU提供喷油凸轮轴位置

17、和转角信号。此外，ECD-V3系统装用光电式着火正时传感器，对喷油正时实施反馈控制。发动机转速传感器安装在曲轴上。4 电控柴油发动机的故障检修4.1电控柴油发动机的故障诊断与检修的基本原则要诊断并排除一个可能涉与微机系统的柴油机故障，首先应按普通柴油机故障的诊断方法，查找可能引起的故障原因，确定故障与微机有关后，再利用电控单元自诊断系统进行故障诊断。由于电控柴油发动机的供油压力要比汽油机高几十倍甚至上百倍，因此在检修燃油系统尤其是在更换零部件时需要注意，一定要按照维修手册的步骤进行卸压。!电控柴油机常见故障原因分析常见故障原因分析柴油机不起动（1）柴油机预热时间不够。由于温度过低，造成启动柴油

18、机时排气管冒灰白烟，但不着火。（2）燃烧室积存柴油过多。启动前的准备没有做好，造成多次启动不着，使进入燃烧室的柴油积存过多，启动更加困难。（3）喷油器不喷油或喷油雾化质量太差。在摇转曲柄时听不到喷油器的喷油响声，或用起动机启动柴油机时排气管看不到灰白烟现象。（4）燃油箱至喷油器的油路进入空气。（5）供油提前角过大或过小 时间控制器有故障。（6）空气滤清器进气管全部或大部分堵塞 。（7）压缩压力不足，造成压缩终了时气体温度过低，使喷入燃烧室的柴油不能点火燃烧。（8）电控单元有故障。柴油机运转不平稳(1)电子调速器有故障，各连接件不灵活或间隙过大。(2）调速器壳体润滑油面过高，或润滑油黏度过大。（

19、3）柱塞泵的柱塞调节臂与调节拨叉间隙过大。（4）控制套筒位置传感器有故障。（5）供油拉杆或齿条衬套过大或间隙过小，运动不灵活。（6）柱塞转动不灵活。(7)个别缸的供油拨叉紧固螺钉松动，或齿箍与控制套松动。(8)多缸柴油机的供油不均匀度过大，压缩压力不一致。(9)供油提前角过大或过小；时间控制器有故障。(10)个别缸的出油阀弹簧与柱塞弹簧折断或弹力不足。(11)燃油油路进入空气。(12)空气流量计有故障。(13)进气温度传感器有故障。(14)个别缸喷油雾化不良。(15)个别缸气门弹簧过软或折断。(16)空气滤清器或进气管部分堵塞。柴油机自行停车(1)自行停车时，转速逐渐降低，但柴油机响声和尾气颜

20、色无异常发现。这类情况多为燃油系故障引起，例如油箱无油、油路进入空气、油路堵塞等。(2)自行停车时，转速虽然也是逐渐降低，但排气管排黑烟甚至浓黑烟。这类情况多为空气滤清器或进气管堵塞造成。(3)自行停车时，转速急骤降低，排黑烟。这类故障的原因有：活塞与气缸的配合间隙过小，当柴油机温度升高后，活塞在气缸中卡住；润滑油不足或过稀，温度升高，渗进柴油，使相对运动零件的表现为润滑不良，造成烧瓦、抱轴。(4)自行停车时，转速急骤降低，伴随异常响声。这一故障的常见因素有：曲轴或活塞销折断；连杆螺栓折断或连杆螺帽脱落；气门掉进气缸.柴油机飞车（1）调速器失灵、有故障。（2）供油拉杆 （或供油齿条）在供油量最

21、大位置卡住。（3）（空气滤清器油盘的润滑油加注过多，或露天作业雨水吸入油盘而使润滑油油面升高。（4）用柴油或汽油清洗空气滤清器滤网后，没有烘干就装车使用。（5）其他因素造成柴油或润滑油进入燃烧室。（6）调速器壳体的润滑油面过高，或黏度过大。喷油泵供油压力不足或不供油（1）低压油路无油或油压力过低。（2）由油箱至喷油器的油路有空气。（3）空气流量计有故障。（4）柱塞副磨损或柱塞卡住。（5）柱塞弹簧弹力不足或弹簧折断。（6）出油阀封闭不严或弹簧折断。（7）柱塞与调节臂的铆合处松动，向供油量小的方向位移。（8）供油拉杆在不供油位置卡住。（9）供油拨叉 （或齿箍）松脱。（10）电子调速器有故障。柴油机

22、冒黑烟（1）压缩压力不足。使气缸在压缩行程终了的空气量相应减少，改变了燃油与空气的正常混合比例，造成油多气少，使燃油在缺氧的条件下燃烧；使压缩终了的气体温度降低，这对燃油的蒸发、气化与燃烧都会造成不利的条件和影响；对油雾扩散、混合气的形成也会造成不良影响而排黑烟。（2）空气滤清器堵塞。（3）供油提前角过小。使活塞在压缩行程接近上止点或越过上止点下行时，喷油器才开始喷油，缩短了燃油与空气的混合时间，燃油在燃烧室局部区域缺氧的条件下燃烧，造成燃烧不良。（4）喷油器喷雾质量低劣或滴漏。会使混合气的形成条件恶化，燃油燃烧不良。（5）空气流量计损坏。（6）喷油泵供油量过大。使进入气缸的油量增多，空气不足

23、，造成油多气少，燃油燃烧不完全。（7）燃油质量低劣，工作温度过低或超负荷运行。柴油机冒白烟（1）灰白烟。进入气缸的燃油燃烧不良，部分燃油蒸发为燃油蒸气，随同废气排出。原因有：喷油器针阀在开的位置卡住、喷油器喷油雾化不良、供油提前角过小，压缩压力严重不足、工作温度过低、节温器损坏、冷却液温度传感器损坏、预热系统有故障。（2）水汽白烟。是水分进入燃烧室受热汽化而成，主要原因为：燃油中有水、气缸垫烧毁、气缸或气缸盖裂纹、柴油机工作温度过低。柴油机冒蓝烟（1）润滑油从润滑气门与导管之间的间隙下漏，进入汽缸。（2）润滑油沿活塞与汽缸之间的间隙上窜，进入汽缸。（3）燃油中混入润滑油。（4）通向汽缸盖油道附

24、近的汽缸垫烧毁。爆震（1）喷油正时不对。（2）燃油标号不对。（3）喷油器漏油。（4）烧机油 （还可能造成柴油机失控）。4.2电控柴油发动机的故障诊断方法与原因分析 电控柴油发动机常见故障现象有：不启动、运转不平稳、功率不足、自行停车、飞车、冒黑烟与白烟、爆振和过热等，其故障诊断的程序如图3所示，常见故障的原因分析见表1.5 柴油机电控技术的发展柴油机电控技术发展的三个阶段：位置控制，时间控制，压力控制。第一代柴油机电控燃油喷射系统（常规压力电控喷油系统）。优点：结构不需改动，生产继承性好，便于对现有柴油机进行升级换代。缺点：系统反应慢，控制率低，控制自由度小，控制精度不够高，喷油压力无法独自控

25、制。第二代柴油机电控燃油喷射系统（高压电控喷油系统）。改变了传统燃油供给系统的组成和结构，只要以电控共轨（各缸喷油器共用一个高压油管）式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量，喷油正时，喷油速率和喷油规律，喷油压力等进行“时间-压力控制”或“压力控制”。特点：通过设置传感器，电控单元，高速电磁阀和相关电/液控制执行元件等，组成数字式高频调节系统，有电磁阀的通，断电时间控制喷油泵供油量和供油正时。但供油压力还无法独立控制。5.1柴油机电控燃油喷射系统的优点5.1.1改善低温启动性 电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作，使柴油机低温起动更容易。5.1.2降低氮氧化物和烟度的排放 采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当围，同时根据发动机工况调节喷油时刻从而有效地抑制排烟。5.1.3提高发动机运转稳定性 采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速下以最低转速稳定运转，有利于提高经济性。5.1.4提高发动机的动力性和经