《汽车发动机构造与维修》课件项目8

8.1电子控制柴油喷射系概述8.2高压共轨电子控制柴油喷射系的组成及工作原理

8.3奥迪3.01-V6-TDI柴油机共轨燃料系8.4电子控制柴油喷射系的故障诊断8.5电子控制汽车的随车电脑诊断系(OBD)8.6电控柴油机起动困难故障诊断项目八电子控制柴油喷射系

8.1电子控制柴油喷射系概述

8.1.1电子控制柴油喷射系的优点

电子控制柴油喷射系在20世纪80年代开始投放市场，该技术的发展动力来源于改善柴油机的经济性，最大的推动力来源于国际上日益严格的排放法规。与传统的机械方式比较，电子控制柴油喷射系具有如下

优点：

(1)对喷油定时的控制精度高(高于0.5°)，反应速度快。

(2)对喷油量的控制精确、灵活、快速，喷油量可随意调节，可实现预喷射和后喷射，可改变喷油规律。

(3)喷油压力高(高压共轨电控喷油系统高达200MPa)，不受发动机转速的影响，优化了燃烧过程。

(4)无零部件磨损，长期工作稳定性好。

(5)结构简单，可靠性好，适用性强，可以在新老发动机上应用。8.1.2电子控制柴油喷射系的发展

电子控制柴油喷射系发展到今天，已经是第三代产品了。

(1)第一代电子控制柴油喷射系是采用位置控制的系统。

(2)第二代电子控制喷柴油射系是采用时间控制的系统。

(3)第三代电子控制柴油喷射系是采用时间—压力控制的系统。8.1.3电子控制柴油喷射系的基本原理

电子控制柴油喷射系由传感器、控制单元(ECU)和执行机构三部分组成。

8.2高压共轨电子控制柴油喷射系

的组成及工作原理

8.2.1高压共轨电子控制柴油喷射系的组成

高压共轨电子控制柴油喷射系的基本组成如图8-1所示，其详细构造如图8-2所示，它主要由低压油路、高压油路、传感与控制等几部分组成。图8-1高压共轨电子控制柴油喷射系图8-2高压共轨电子控制柴油喷射系详细图

1．低压油路

如图8-2所示，低压油路含油箱34、柴油粗滤器32、电动输油泵33和柴油细滤器35等组成，其作用是产生低压柴油，输往高压泵，结构原理与传统的柴油供给系统低压油路相似。

2．高压油路

如图8-2所示，高压油路由喷油泵1、调压阀36、高压油管3、高压存储器(共轨管)5、流量限制器8、限压阀9和电控喷油器10等组成。其基本作用是产生高压(160MPa)柴油。8.2.2高压共轨电子控制柴油喷射系主要部件的结构与工作原理

1．高压泵

高压泵(见图8-3)的作用是产生高压油。它采用三个径向布置的柱塞泵油元件9，相互错开120°，由偏心凸轮8驱动，出油量大，受载均匀。图8-3高压泵

2．压力控制阀

压力控制阀安装在高压泵旁边或共轨管上(见图8-4)。其作用是根据发动机负荷状况调整和保持共轨管中的压力。图8-4压力控制阀

3．高压存储器(共轨管)

高压存储器的结构如图8-5所示，其作用是存储高压油，保持压力稳定。共轨管上安装有共轨压力传感器2、限压阀3和流量限制器4。图8-5高压存储器(共轨管)共轨压力传感器(见图8-6)用螺纹6紧固在共轨管上，其内部的压力传感膜片4感受共轨压力，通过分析电路，把压力信号转换成电信号传至ECU进行控制。

图8-6共轨压力传感器限压阀(见图8-7)的作用是限制共轨管中的压力。当压力超过弹簧5的弹力时，阀门2打开卸压，高压油经通流孔3和回油孔8流回油箱。

图8-7限压阀流量限制器(见图8-8)的作用是防止喷油器出现持续喷油。活塞2在静止时，由于受弹簧4的作用力，总是靠在堵头一端。在一次喷油后，喷油器端压力下降，活塞在共轨压力作用下向喷油器端移动，但并不关闭密封座面6。只有在喷油器出现持续喷油，导致活塞下移量大，才封闭通往喷油器的通道，切断供油。图8-8流量限制阀

4．电控喷油器

如图8-9所示，电控喷油器是共轨柴油喷射系统的核心

部件，其作用是准确控制向气缸喷油的时间、喷油量和喷油

规律。图8-9电控喷油器

5．传感与控制部分

传感与控制部分包括传感器、控制单元(ECU)和执行

机构。8.2.3高压共轨电子控制柴油喷射系的工作原理

1.高压共轨电子控制柴油喷射系的工作原理

如图8-10所示，燃油由电动油泵(预供油泵)吸出，经滤清器通过低压油管流入高压油泵。图8-10高压共轨电子控制柴油喷射系的工作原理

2.系统的控制功能

1)喷油量的控制

以发动机的转速及油门开度信号为基础，由ECU计算出最佳喷油量，通过控制喷油器电磁阀的通电、断电时刻直接控制喷油量。

2)喷油时间的控制

根据发动机的转速和负荷量参数，ECU计算出最佳喷油时间，并控制电子控制喷油器在适当的时刻开启，在适当的时刻关闭等，从而准确控制喷油时间。

3)喷油率的控制

根据发动机运行的需要，设置并控制喷油率、预喷射、后喷射、多段喷射等。

4)喷射压力(共轨压力)的控制

利用共轨压力传感器测量共轨内的燃油压力，从而调整供油泵的供油量，控制共轨压力。此外还可以根据发动机转速、喷油量的大小与设定的最佳值(指令值)始终一致地进行反馈控制。8.2.4博世(BOSCH)第三代压电直接控制式喷油器共轨喷油系

1997年至今，博世公司已经推出了三代共轨系统，在第一和第二代共轨系统中主要重视喷油压力的提升，第一代喷油压力是135MPa，第二代是160MPa。而第三代共轨系统的重心转移到系统的技术复杂度和精密度上，其压力暂时保持在160MPa。

第三代共轨系统是在2003年推出的，称为压电直接控制式喷油器共轨喷油系(见图8-11)。图8-11博世第三代压电直接控制式喷油器共轨喷油系

图8-12压电喷油器的结构图8-13压电喷油器的工作原理图8-14压电喷油器连续喷射图

8.3奥迪3.01-V6-TDI柴油机共轨燃料系

8.3.1奥迪3.01-V6-TDI柴油机共轨燃料系的组成

奥迪A6L轿车上搭载的3.01-V6-TDI柴油机共轨燃料系采用了博世公司第三代压电直接控制式共轨喷射系统，如图8-15所示，包括燃油箱、预供油泵、燃油滤清器、输油泵、高压泵、燃油计量阀、压力保持阀、共轨管(2条)压力传感器、压力限制阀和节流器等。该系统左右气缸体各有一条燃油分配管及共轨管，它的喷油压力为160MPa。图8-153.01-V6-TDI柴油机共轨燃料系8.3.2奥迪3.01-V6-TDI柴油机共轨燃料系主要部件的结构与原理

1.高压泵

奥迪3.01-V6-TDI柴油机共轨燃料系的高压泵由齿形带驱动，其结构如图8-16所示。当齿形皮带带动高压泵贯穿偏心轴转动时，偏心轴又带动齿轮泵(输油泵)转动，将燃油(油箱内的燃油泵从油箱输送来的)输送到高压油泵中。图8-163.01-V6-TDI柴油机共轨燃油系高压泵

2.压电喷油器

第三代压电控制式共轨系最重要的改进是使用了压电喷油器(Piezo喷油阀)，燃油喷射控制采用了压电效应。

3.01-V6-TDI柴油机共轨燃料系压电喷油器的结构如图

8-17所示。图8-173.01-V6-TDI柴油机共轨燃油系压电喷油器喷油器使用压电执行元件可以实现以下目标：

(1)每个工作行程可以产生多个触发周期；

(2)大大缩短了多个喷油器之间的切换时间；

(3)可以产生很大的力以对抗共轨压力；

(4)燃油泄压时，可以精确地控制行程。

图8-18执行元件模块

图8-19连接模块图8-20切换阀的结构图8-21喷油器的工作原理8.3.3BOSCH电控共轨燃料喷射系的维修要点

1.电控单元维护要注意的问题

柴油机电控单元和线束一定要保持干燥、无油和无尘。电喷共轨柴油机的日常维护应注意以下几点：

(1)插拔线束及其传感器或执行器插接器之前，必须先关掉点火开关、电源总开关关掉之后，可以进行柴油机电器部分的日常维护操作。

(2)关闭电源总开关之前，应首先关闭点火开关。因为柴油机ECU在点火开关断开后，需要一段时间存储柴油机运行状态参数，建议在点火开关关闭10s后再断开电源总开关；接通电源总开关和点火开关时，应先接通电源总开关，然后在接通点火开关。

(3)电控燃料喷射系统的正常工作电压是18～34V，但蓄电池电压应尽可能保持在22～26V之间。

(4)严禁用水直接冲洗柴油机电控部分的零部件，当电器部分意外进水后，应首先切断电源总开关，并立即找维修人员处理，不要自行起动发动机。

(5)定期用清洁的软布擦拭柴油机线束上积聚的油污和灰尘，保持线束及其与传感器或者执行器的连接部分的干燥清洁；当对柴油机维修后，应立即用软布将溅到插接器上的油吸干。

(6)因为所有插接器都是塑料材料，安装或拔出时禁止野蛮操作，拔下时要手握插接器，按下锁止部位，再拔出；安装时一定要保持锁紧定位装置插到位，插口中无异物。

(7)注意维护整车电路时，若有线束老化、接触不良或外层剥落时要及时更换。但对于传感器本身出现损坏时，一定要由专业维修人员进行整体更换，不能自行在车上简单对接或维修。进行电焊作业时，一定要先关闭总电源开关并拔掉ECU上所有插接器。

2.电控燃油系维护要注意的问题

(1)相对于传统的机械式系统而言，电控燃油系统对燃油的清洁度与含水量要求更高。不洁的燃油会使共轨产生穴蚀，也会是运动副和偶件因磨损而导致其缩短使用寿命。因此对电控系统维护时要特别注意操作现场的清洁。

(2)在车辆维护中要定期更换燃油滤清器和油水分离器。

(3)不要加注不符合国标的燃油。由于国内品油整体水平不高，水分和杂质较多，用户应该定期放出油水分离器中的

水分。

(4)燃油管路在拆装过程中要妥善保管，避免脏污。严禁在柴油机运转时拆缷高压油管，一定要在停机静置15min后拆卸，以确保安全。

(5)磨合后的维护及以后的维护必须使用柴油机生产厂家认可的国Ⅲ机型专用柴油滤芯，否则容易造成高压泵、喷油器及共轨损坏。

(6)柴油滤芯更换周期：每运行15000km或累计运行300h更换一次。

8.4电子控制柴油喷射系的故障诊断

8.4.1故障自诊断

控制项目越多，控制系统就越复杂，故障率相对也高。为此，现代汽车电控柴油系统都具有故障自诊断和失效保护功能。

1．故障自诊断的内容

1)发现故障

柴油机在正常运转情况下，输入电控单元的各种传感器电平信号是处在一定范围内的。

一旦出现该范围外的信号，电控单元即诊断为故障信号。但对开环控制系统中的执行器，由于只接受电控单元信号，不反馈“执行”情况，故需设置专门电路来检测执行器的工作情况。

2)故障分类

制造厂在设计自诊断系统时，预先根据不同的故障部位信号的输入、输出电平信号，将故障代码编制在程序中。电控单元一旦发现故障，立即按故障信号对号入座，并编上预定的故障代码。

3)故障储存

为了给维修人员提供方便，通常将上述的故障代码存入存储器中．即使在电源钥匙开关(俗称点火开关)断开的情况下，电控单元的存储器电源仍处在通电状态下，不会失去已存储的故障代码。

4)故障报警

当电控单元检测到故障后，通过设置在仪表板内的报警灯向用户报警，或通过液晶显示仪直接以文字的形式向用户报警，同时还显示故障部位。

5)应急反应

汽车在运行中如果发生故障，为了不妨碍正常行驶，电控单元通常采用应急反应措施，即利用预编程序中的代用位(标准值的电平信号)进行计算，以保证正常的行驶功能。停车后再由用户或维修人员进行检修。

2．故障自诊断的工作原理

1)传感器的故障诊断

柴油机运行时，如果传感器电压信号多次或持续一定时间超出了规定范围，则自诊断系统诊断为故障信号。图8-22冷却液温度传感器故障诊断实例

2)执行器的故障诊断

柴油机运转时电控单元按柴油机工况的要求不断地向执行器发出各种指令。但开环控制系统中的执行器不可能反馈“执行”情况信息，需增加专用电路监视其工作情况，并对执行器故障采取相应措施。

3．自诊断故障代码的读取与清除

故障代码可采用汽车故障诊断仪读取。

将汽车故障诊断仪通过插头与汽车上位于转向盘下方的OBD故障诊断插座连接，打开电源钥匙开关，就可以很方便地从故障诊断仪的显示屏上，读出所有储存在电控单元中的故障代码。

故障代码的清除也可通过故障诊断仪发出指令来清除。

在读取故障代码后，要先清除历史故障代码，以保证当前故障代码的正确读取。8.4.2失效保护

电控单元内设有监控回路，用以监视电控单元是否按正常的控制程序工作。在监控回路内设有监控时钟，按时对电控单元进行复位，当电控单元发生故障时，程序不能正常执行，时钟就不能使电控单元复位，造成溢出。据此便判断为故障并予以显示。8.4.3电子控制柴油喷射系的常见故障

1. ECU故障

ECU虽然一般比较可靠，不易出问题，但有时也难免出现故障。例如某集成块损坏，电控单元固定螺栓松动，某电子元件焊接头松脱，以及电容元件失效等。

2．接插件连接故障

自动控制系统的电路引线有很多接插件，常常因为时间长而使插件老化，或由于多次拆卸造成接头松动或接触不良，造成柴油机工作不稳定，时好时坏。

3．传感器故障

由于传感器的零件损坏，如弹片弹性失效、真空膜片破损、回位弹簧断裂或脱落，都将不能及时、准确地反映柴油机工况，从而使得电子控制系统失控或控制不正常，柴油机工作不协调，甚至不能工作。速度传感器失效、加速踏板传感器失效、燃油温度传感器失效等都会引起柴油机工作不正常。

4.执行机构故障

电磁阀工作是由所控制单元产生的电脉冲控制的，有时候因电磁线圈工作不良，造成柴油机工作不正常。此外，供油齿杆、执行机构活塞、伺服阀卡死和伺服阀电路失效等都会引起柴油机的故障。

8.5电子控制汽车的随车电脑诊断系(OBD)

OBD的英文全称为On-BoardDiagnostic，翻译为随车电脑诊断系。

1. OBD-Ⅰ

随着全球空气质量的恶化和人们环保意识的提高，同时由于汽车的尾气排放也是造成空气污染的一个重要的因素，因此，到了1985年美国加州大气资源局(CARB)开始制定法规，要求各汽车制造厂在加州销售的车辆，必须装备OBD系统，称为OBD-Ⅰ(第一代随车电脑诊断系统)。

2．OBD-Ⅱ

OBD-Ⅱ是第二代随车电脑诊断系统的简称，在1993年以前的诊断系统称为第一代随车电脑诊断系统。为此美国汽车工程师学会(SAE)制定了一套标准规范，经美国环保局及美国加州大气资源局认证通过这一标准，并要求各汽车制造厂依照OBD-Ⅱ的标准提供统一的诊断模式及统一的诊断座，只要一台仪器即可对各车种进行诊断检测。

1) OBD-Ⅱ的特点

①统一各车种诊断座形状为16端子，如图8-23所示，并装在驾驶侧仪表板的下方。图8-23OBD-Ⅱ诊断座②具有数值分析资料传输功能DLC(DataLinkConnector)。资料传输线有两个标准：

ISO标准(InternationalStandardizationOrganization194l-2)利用7#，15#端子。

SAE标准(SAE-J1850)利用2#，10#端子。

③统一各车种故障代码及意义。

④具有行车记录器功能。

⑤具有重新显示记忆的故障代码功能。

⑥具有可由仪器直接消除故障代码功能。

标准的OBD-Ⅱ诊断座端子的功用见表8-1。

2) OBD-Ⅱ统一故障代码标准

SAE将OBD-Ⅱ故障代码用一个字母和四位数字组合而成，第一个为英文字母，代表测试系统，如B代表车身电脑(BODY)，C代表底盘电脑(CHASSIS)，P代表发动机变速器电脑，即动力控制总成(POWERTRAIN)，U代表车身网络。

第2～5位为数字，其含义如图8-24所示。

OBD-Ⅱ故障代码前两位的含义见表8-2。图8-24OBD-Ⅱ故障代码表示图

3．OBD-Ⅲ

在OBD-Ⅱ控制系统中，每一个电脑都是相对独立的。在维修过程中诊断仪器要分别进入到发动机、变速器、ABS、防盗等电脑中去读取故障代码和读取有关数据。而在OBD-Ⅲ系统中，所有的电脑都通过CAN-BUS线路连接。因此，OBD-Ⅲ电脑也能利用CAN-BUS线路同时监控其他电脑的故障代码和数据，检查车辆的技术状况是否符合环保要求。图8-25OBD-Ⅲ系统示意图

8.6电控柴油机起动困难故障诊断

1.实操目的与要求

(1)了解电控柴油机起动困难的故障现象。

(2)能分析电控柴油机起动困难故障的原因。

(3)掌握电控柴油机起动困难故障的诊断方法。

2.相关设备及工机具

(1)电控柴油机若干台。

(2)诊断仪、万用表若干部。

(3)常用工具若干套。

3.实操方法