第二章柴油发动机系统故障诊断

柴油发动机燃油供给系统故障诊断第二章1柴油发动机的核心技术是其燃油供给系统其功能是：通过加压机构使燃油变成高压调节每次供油量调节每循环供油时间按工作顺序把燃油分配到每个气缸喷入燃烧室、雾化、喷停断油干脆柴油机假设能到达自由控制喷油压力，自由控制喷油时间、自由控制喷油率、精确控制每循环供油量并能做到闭环控制，就会使排放最低，噪音最小。2柴油机燃油供给系经历了以下开展阶段：1927年博士公司开展了直列喷油泵，使喷油正时喷油量随转速负荷可变，但结构复杂、体积大、安装调整复杂。1960年博士公司的VE泵大量应用，体积小、质量轻、安装方便。而石油危机、酸雨光化学烟雾、臭氧层破坏引起了人们的重视。因此在分配泵上的附加装置越来越多、越来越复杂。目的是提高功率的前提下，降低污染、减小噪声、节约燃油。3附加装置：海拔高度补偿器：在高原地区减少供油，防止冒烟。增压补偿器：根据增压压力增加供油量，使燃烧最正确。负荷敏感提前器：负荷大，喷油正时变早。低温起动装置：低温起动时使喷油最正确。动力控制系统：起步倒车时减少供油量降低功率，有利于驱动防滑。45一、喷油器性能的检验喷油器性能的检验主要包括喷油器开始喷射压力的检查与调整、喷雾质量、密封性能的检查等。喷油器的试验应在专用的试验器上进行，如以下图所示。试验器由手油泵、油箱和压力表等组成。油箱的柴油经过滤清流入手油泵的油腔中，压动手油泵泵油时，高压油经油阀流入压力表和喷油器，使喷油器喷油。喷油压力及其变化情况可以从压力表上读出。6〔1〕喷油压力的检查与调整将喷油器安装在测试器上，压动手柄排净系统内的空气，再快速压动手柄几次，去除喷油器内的积炭。然后慢慢压动手柄同时观察压力表，当喷油器喷射时，压力表指针会摆动，指针刚摆动时的压力值即为喷油压力，此值应符合标准。假设油压太低，那么拧入喷油器油压调节螺钉；反之，那么退出油压调节螺钉。调整完后，须将锁止螺母锁紧后重试。有些喷油器无调节螺钉〔如依维柯SOFIM8140发动机〕，那么应分解喷油器，更换调整垫片。〔2〕密封性能的检查将压力保持在高于喷油压力1MPa～2MPa的状态下，保持10s，喷油嘴处不应有油滴流出。〔3〕喷雾质量的检查喷出的油束应细小均匀不偏斜；各孔各自形成一个雾化良好的燃油雾束；喷射时可听到断续、清脆的声音。〔4〕喷油干脆程度的检查喷油一次后看压力表指示压力下降是否超过10％～15％，假设压力下降过多，那么喷雾质量差。7检查喷油器8调整喷油器压力9二、检测喷油压力波形以判断喷油泵和喷油器故障在不解体的情况下，用发动机综合测试仪检测高压油管中压力波形和喷油器针阀升程波形，通过比照分析，可以判断喷油泵和喷油器故障及各缸喷油过程的均匀性。10正常燃油喷射压力曲线高压油管中的压力P0--------针阀开启压力Pmax-----最高压力Pb---------针阀关闭压力Pr--------油管中的剩余压力。11正常喷射压力波形12①喷油泵不泵油或喷油器在开启位置“咬死〞不能关闭喷油泵不泵油或泵油很少时，高压油管内的压力很低；喷油器针阀在开启位置“咬死〞不能落座关闭时，高压油管内同样不能建立起足够高的喷油压力不正常喷射压力波形13

②喷油器在关闭位置不能开启针阀开启压力调整过高或喷油器针阀被高温烧蚀而“咬死〞。喷油泵正常供油但喷油器不喷油，反映在油压波形曲线上，那么曲线光滑无抖动14③喷油器喷前滴漏喷前滴漏原因是喷油器针阀密封不严，或者针阀磨损过度，或者脏物粘在针阀密封外表。在油压波形曲线上，表现为压力上升阶段有两个抖动点15

④高压油路密封不严高压油路密封不严时，油压波形曲线剩余压力局部呈窄幅振抖并逐渐降低16

⑤隔次喷射指某次喷射后，油管内剩余压力低，下次喷油量又少，油压缺乏以使喷油器针阀开启，于是燃油储存在油管中，直到第二次供油时针阀才开启，使两次供油一次喷出。隔次喷射反映在油压波形曲线上，那么剩余压力局部上下抖动。17三、检查喷油器喷油压力和雾化是否均匀、停喷是否干脆。假设喷油器喷油雾化性能不良，应检查针阀是否卡住、不灵活或密封不良，并清洗针阀偶件。18电控柴油发动机系统故障诊断第三章1970年代电子技术的革命，带来了柴油机技术的革命，80年代柴油电控技术已趋于成熟，凸轮压油、位置控制带VE泵的柴油电控系统用于柴油机电控供给系统，喷油量、喷油正时不仅考虑各种因素〔各传感器信号〕且实现闭环控制。使柴油机的排放、噪音逐步减少。经济性好动力充足，但它还不能做到喷油压力、喷油率可调，因此，90年代柴油共轨系统已用于柴油机。实现了喷油压力的可调和喷油率的可控。喷油压力可在20-140MPa可调，并可实现预喷射和主喷射。但这需要高速电磁阀技术，能准确检测高压的传感器及高超的电子控制技术，因此制造、维修的本钱比较高。20二、电控共轨燃油喷射系统历程20世纪30年代，人们在航空汽油机上开始试验汽油喷射技术，到第二次世界大战后期汽油喷射装置已经成功地用到军用飞机的发动机上。20世纪50年代末，汽油喷射装置在赛车汽油机上广泛采用；20世纪末，各型汽油机已经顺利地完成了从机械式供油系统向电控燃油系统的全面转换。20世纪60年代后半期，瑞士的Hiber教授开发成功柴油机电控共轨系统的“原型〞。其后，以瑞士工业大学的Ganser教授为中心对电控共轨系统进行了一系列研究。20世纪90年代，柴油机的供油系统开始向电控供油系统过渡。进入21世纪以后将会有一个迅速开展的阶段。1995年年末日本电装公司将ECD-U2型电控高压共轨系统成功地应用于卡车柴油机而开始批量生产，从此开创了柴油机电控共轨燃油系统的新时代。ECD-U2型电控共轨系统是电装公司和丰田汽车公司共同研制开发的。21柴油机燃油共轨系统柴油机高压电控共轨技术的开展柴油机高压电控共轨技术大致经历三个开展阶段：第一代电控共轨：1995年末，日本电装公司用ECD-U2系统批量生产卡车柴油机，开创了柴油机电控共轨燃油系统的新时代，博世公司于1997年年末，开始批量生产轿车柴油机用电控高压共轨系统。共轨油压最高到达140MPa，使用电磁阀喷油器。第二代电控共轨：2002-2003年推出使用压电晶体喷油器的第二代电控共轨喷射系统。喷油压力160MPa，并可满足欧Ⅳ排放法规。22柴油机燃油共轨系统第三代电控共轨：博世公司的第三代电控共轨燃油系统的喷油压力将提升到180MPa可以满足柴油机2021年欧Ⅴ排放法规。目前中国研发的大都属于第一代电控共轨技术，系统组成如下图：由电磁阀喷油器〔TWV〕自由控制喷油量、喷油时间、喷油率；油压高压输油泵上的压力控制电磁阀〔PCV〕自由控制共轨油压〔喷油压力〕。第一代电控共轨技术可以实现2段喷射。第二代电控共轨系统可以实现5段喷射：23柴油机燃油共轨系统根本控制工程

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共轨喷油系统的喷射压力第一代1997年开始第二代2001年开始第三代2004年开始第四代2006年开始25三、电控共轨燃油喷射系统组成及特点以下图是博世公司的第一代高压电控共轨燃油系统，其主要由燃油箱、滤清器、油泵、溢流阀、压力传感器、燃油轨、喷油器、ECU等组成。26271.空气流量计2.ECU3.高压泵4.高压蓄压器〔轨〕5.喷油器6.曲轴传感器7.水温传感器8.燃油滤清器9.加速踏板位置传感器柴油机燃油共轨系统柴油机燃油共轨系统28柴油机燃油共轨系统29柴油机燃油共轨系统30柴油机燃油共轨系统31柴油机燃油共轨系统TDl是英文TurboChargedDirectlnjection的缩写，翻译成中文就是涡轮增压+电控共轨柴油直喷的意思32共轨喷油系统执行器响应速度共轨喷油器电子执行器的响应速度对喷油过程有决定性的影响。为提高喷油系统的响应速度，喷油控制阀的选择必须限制在较小的数值内，由于缩小控制阀选择受到流动特性和结构的限制，不可能将控制阀行程进一步缩小，提高执行器的响应速度，是提高系统响应速度的主要途径。目前应用的电子执行器有两种结构，即电磁执行器〔第一代〕和压电晶体执行器〔第二代〕1、电控喷油器33进油回油电磁阀341.回油2.电器连接3.电磁阀4.高压油进口5.阀球6.泄油孔7.馈入口8.阀控制室9.阀控制活塞10.供油通道11.喷嘴针阀共轨系统部件－喷油器35压电晶体喷油器361.电控喷油器

博世电控喷油器的代表性结构如右图。37〔1〕喷油器关闭〔以存有的高压〕电磁阀在静止状态不受控制，因此是关闭的，图〔a〕。回油节流孔关闭时，电枢的钢球通过阀弹簧压在回油节流孔的座面上。控制室内建立共轨的高压，同样的压力也存在于喷油嘴的内腔容积中。共轨压力在控制柱塞端面上施加的力及喷油器调压弹簧的力大于作用在针阀承压面上的液压力，针阀处于关闭状态。38〔2〕喷油器开启〔喷油开始〕喷油器一般处于关闭状态。当电磁阀通电后，在吸动电流的作用下迅速开启，图〔b〕。392.供油泵供油泵的主要作用是将低压燃油加压成高压燃油，储存在共轨内，等待ECU的喷射指令，如以下图。40供油压力可以通过压力限制器进行设定。所以，在共轨系统中可以自由地控制喷油压力。博世公司电控共轨系统中采用的供油泵如以下图所示。41输油泵：系统中输油泵为一低压的电动叶片泵(与电控供油喷射系统电动泵一样)。共轨压力轴向柱塞泵是一种有5～7个柱塞的斜盘式轴向柱塞泵，输出压力为2～10MPa。421.驱动轴2.异形凸轮3.带柱塞的泵元件4.进油阀5.出油阀6.进口共轨系统部件－高压泵43举例：日本电器公司ECD-12系统图2-38ECD-12系统示意图443.ECUECU的根本功能是结合实时工况和外界条件，始终使发动机控制在最正确燃烧状态。ECU按照预先设计的程序计算各种传感器送来的信息，如以下图。经过处理以后，并把各个参数限制在允许的电压电平上，再发送给各相关的执行机构，执行各种预定的控制功能。454.特种传感器

〔1〕共轨压力传感器共轨压力传感器如以下图所示。作用：以足够的精度，在相应较短的时间内，测定共轨中的实时压力，并向ECU提供电信号。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电信号传送到一个向ECU提供测量信号的求值电路。461.电器连接器2.计算电路3.带传感元件的膜片4.高压连接通道5.安装螺纹压力1500bar时，变形量约1mm。输出电压0.5－4.5v共轨系统部件－油轨压力传感器47〔2〕流量限制器流量限制器的作用是防止喷油器可能出现的持续喷油现象。为此，由共轨流出的油量超过最大流量时，流量限制器将自动关闭流向相应喷油器的进油口，停止继续喷油。流量限制器〔以下图〕有一个金属外壳，外壳有外螺纹，以便拧在共轨上，另一端的外螺纹用来拧入喷油器的进油管。外壳两端有孔，以便与共轨或喷油器进油管建立液压联系。流量限制器内部有一个活塞，一根弹簧将此活塞向共轨方向压紧。活塞对外壳壁部密封。活塞上的纵向孔连接进油孔和出油孔。纵向孔直径在末端是缩小的，这种缩小的作用就像流量精确规定的节流孔效果一样。48〔3〕调压阀调压阀的作用是根据发动机的负荷状况调整和保持共轨中的压力。当共轨压力过高时，调压阀翻开，一局部燃油经集油管流回油箱；当共轨压力过低时，调压阀关闭，高压端对低压端密封。博世公司电控共轨系统中的调压阀〔以下图〕有一个固定凸缘，通过该凸缘将其固定在供油泵或者共轨上。电枢将一钢球压入密封座，使高压端对低压端密封。为此，一方面弹簧将电枢往下压，另一方面电磁铁对电枢作用一个力。为进行润滑和散热，整个电枢周围有燃油流过。调压阀有两个调节回路：一个是低速电子调节回路，用于调整共轨中可变化的平均压力值；另一个是高速机械液压式调节回路，用以补偿高频压力波动。4950〔4〕限压阀限压阀的作用相当于平安阀，它的根本作用是限制共轨中的压力。当共轨中燃油压力过高时，翻开放油孔卸压。共轨内允许的短时间最高压力为150MPa。博世公司电控共轨系统中的限压阀〔以下图〕，主要由以下构件组成：外壳〔有外螺纹，以便拧装在共轨上〕，通往油箱的回油管接头，活塞和弹簧。511.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.连喷油器共轨系统部件－油轨52油轨实物图53四、电控柴油机系统的检修〔1〕共轨柴油电子控制喷射系统的测试1.低压电动油泵测试点火钥匙在“ON〞时，电控单元向低压电动油泵供电，假设在4s内发动机没有起动，那么停止向低压电动油泵供电。加速踏板位置〔传感器K55〕决定了发动机负荷，并控制电动机的转速。具体工作参数可通过故障诊断仪上的数据流来读取。测试操作方法如下：l〕将点火开关置于“Run"〔运转〕位置，如果发动机不能起动，检查发动机温度是否过低。2〕起动发动机时，低压电动油泵〔N40〕的LED灯应点亮。用万用表电压档分别测量油泵端子间的电压应为蓄电池电压。3〕将点火开关置于STA〔起动〕位置，根据设置，系统将自动进行调整。54四、电控柴油机系统的检修2．喷油压力测试在喷油系统中，反映工作状态信息量最多的是压力信号，当喷油系统出现故障时，必然导致压力波形形态的局部畸变和波形参数值改变。因而，喷油系统故障诊断的关键是从压力波形中准确提取反映工作状态的特征参数。正常供油压力波形的周期如图3-76所示，其中Pt为剩余油压,P。为开启压力，Pb为关闭压力，Pmax为最高油压压力。55四、电控柴油机系统的检修3．喷油量测试电控单元依据发动机运行工况调整燃油喷射量，当减速时，切断燃油喷射;当发动机温度超过105℃时，减少燃油喷射量；通过切断燃油喷射或降低燃油压力，使发动机转速降至5000r/min；当发动机转速超过5400r/min时，切断低压电动油泵和喷油器电路。l〕起动发动机，检测发动机转速为5000r/min时是否断油。2〕踏下加速踏板，检测发动机转速超过5400r/min时燃油泵是否工作。3〕松开加速踏板，检测减速时是否断油。4〕观察示波器上的燃油喷射控制信号。56四、电控柴油机系统的检修4．喷油脉宽测试以YC6112型车用柴油机为例，在BD850油泵试验台上进行喷油试验。为了减少高压油的压力损耗，在高压泵上为每一个压油腔进油口都设置了一个燃油调节阀VPAV。图3-79所示为供油泵转速为400r/min、喷油脉宽为2.