國產(chǎn)長城高壓共軌柴油機實驗臺架設計研究設計說明書

1、目 錄1 引言11.1 設計的目的和意義11.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.3 設計的主要工作22電控高壓共軌柴油機的結構與原理32.1電控高壓共軌柴油機的結構特點32.1.1電控高壓共軌系統(tǒng)的基本組成32.1.2電控高壓共軌系統(tǒng)的特點42.1.3共軌噴射特性52.2電控高壓共軌柴油機的工作原理72.2.1系統(tǒng)原理72.2.2供油泵112.2.3噴油器163 博世柴油共軌發(fā)動機實驗臺設計方案183.1實驗臺臺架的設計183.2實驗臺的設計193.2.1實驗臺架面板圖的設計193.2.2 柴油機共軌控制電路圖的設計203.3實驗臺故障控制的設計213.3.1故障設置與消除的設計213.3.2故障分

2、析與設置功能223.3.3傳感器信號模擬功能224實驗臺的使用234.1發(fā)動機運轉及顯示功能234.2使用注意事項23結 論25參考文獻26致 謝27英文翻譯28I天津工程師范學院2009屆本科生畢業(yè)設計1 引言1.1 設計的目的和意義隨著汽車保有量的增加，同時也帶來了能源的緊張，環(huán)境的污染等問題。降低能源消耗和減少廢氣排放污染，滿足節(jié)能和排放法規(guī)的要求，將是今后汽車工業(yè)發(fā)展的重中之重，而基于柴油機本身的性能優(yōu)勢，電控柴油機的發(fā)展將是解決該問題的一個重要方向。而當今電控柴油汽車技術的發(fā)展日新月異，特別是電控柴油高壓共軌技術將是電控柴油技術的重要發(fā)展方向。對于汽車維修類專業(yè)的學生對電控柴油共軌技

3、術的深入了解將是一個必不可少的內容，而在實踐教學中，由于在實車上難于設置故障及演示故障現(xiàn)象。因此，使學生理解與學習過程中遇到一定的困難。為了解決該問題，使學生對新興的電控柴油共軌發(fā)動機系統(tǒng)更直觀的理解和掌握，本文將特別針對開發(fā)設計一臺適合實訓實驗教學使用的高壓柴油共軌發(fā)動機實驗臺的原理與設計方案進行一些探討。同時，介紹高壓柴油共軌發(fā)動機的基本原理。為制作一臺更合理、更實用的教學設備起一定的鋪墊作用。另外，與同類產(chǎn)品比較，通過對結構的優(yōu)化使該實驗臺更具合理性，無論是在性能指標上還是在耐用程度上都將具有一定的提高?？傊?，該實驗設備將會以其較強的實踐應用價值，在實訓實驗教學中發(fā)揮出它的作用，服務于教

4、學，協(xié)助教師獲得良好的教學效果，同時使學生獲得良好的學習效果。因此，它必將成為實踐教學中不可缺少的實驗實訓設備，廣泛的應用于我們的教學當中。希望該設計方案的研究結果會為實驗臺的制作能夠起到一定的作用。1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國對現(xiàn)代柴油機電控技術的研究和開發(fā)尚處于起步階段，目前還主要集中在對柴油機電控噴射系統(tǒng)的研究與開發(fā)上。在學校層面基于各方面因素，目前發(fā)動機試驗臺大多數(shù)為汽油機實驗臺，只有極少數(shù)為柴油機實驗臺，而高壓共軌柴油機試驗臺則更少，因此研究設計適合于教學以及實訓需要的柴油高壓共軌教學實驗臺就有著極其重要的現(xiàn)實意義。本實驗臺將是一臺多功能柴油共軌發(fā)動機綜合實驗臺，是一種以實物裝置與

5、檢測、模擬裝置相結合的新型教學實驗實訓設備。利用該設備能夠方便地學習柴油共軌發(fā)動機電控系統(tǒng)的組成、各元件的結構、原理、和安裝位置，使學生更容易的掌握電控系統(tǒng)的結構和工作過程，縮短實際汽車維修與教學的距離，將是一臺提高實驗實訓教學水平的良好工具。本實驗臺將包括電路顯示部分和控制電路部分、外接計算機（主機用數(shù)據(jù)線與發(fā)動機ECU相連的計算機）。操作時可以直接通過外接計算機對發(fā)動機實驗臺進行故障設定、清讀故障碼、讀取動態(tài)數(shù)據(jù)流、基本設定、終端執(zhí)行器操作以及所有解碼器具備的功能。所以本實驗臺操作更簡單，所實現(xiàn)的內容更全面。發(fā)動機電路原理圖在實驗臺面板上清楚的顯示出來，實驗臺面板上設置了相關檢測點。通過測

6、量實驗臺上設置的檢測端子可方便的對發(fā)動機電控系統(tǒng)的各種傳感器、執(zhí)行器的參數(shù)進行系統(tǒng)的分析與研究，使學生能夠理解各種工況下發(fā)動機ECU的控制原理，以及傳感器、執(zhí)行器的動態(tài)參數(shù)的變化情況，如反饋電壓和傳感器波形變化，及各電控元件的動態(tài)數(shù)據(jù)流等。同時，該實驗臺具有主要數(shù)據(jù)參數(shù)的數(shù)碼顯示功能，以便使用者能夠隨時了解一些主要傳感器、執(zhí)行器在各種工況下的工作狀態(tài)和具體參數(shù)。實驗臺的故障設置部分采用了程序控制的隱蔽式故障點，可以迅速使發(fā)動機切換進入不同故障狀態(tài)，學生可以觀察各種故障對發(fā)動機工況的影響，確定故障現(xiàn)象，并可以利用電腦檢測儀、萬用表等儀器在實驗臺上進行檢測和故障診斷與排除。隱蔽的故障設置點使教師也

7、可以在實驗臺上對學生進行“電控柴油共軌發(fā)動機故障診斷與排除”的考核。既有利學生的學習，又有利于教師的教學，是一種非常有效的教與學的結合產(chǎn)物。1.3 設計的主要工作在系統(tǒng)的了解長城汽車GW2.8TC型柴油發(fā)動機(全負荷最低油耗小于209g/(kw.h)，凈重只有100kg，升功率為46W/L)的工作原理，電子控制系統(tǒng)的前提下。明確要設計的實驗臺的適用范圍，要達到的預期目的，整理所需要的可能會用到的儀表，儀器等附件。1)確定實驗臺的整體結構：面板電路、控制電路、故障點和臺架；2)實驗臺架的設計：設計實驗臺架的整體結構圖； 3)發(fā)動機實驗臺面板的設計；4)控制面板電路圖的設計；5)實驗臺的故障控制設

8、計；6)編寫設計說明書。2電控高壓共軌柴油機的結構與原理只有了解了被測試件的結構、工作原理及其他部件的匹配關系后，才能對發(fā)動機與實驗臺臺架的連接及實驗臺機械部分進行合理的設計。在此根據(jù)實驗臺設計及測試過程的要求，簡要闡述其工作原理和結構，進而設計實驗臺的面板電路和控制電路并制定發(fā)動機實驗臺臺架的制作方法。2.1電控高壓共軌柴油機的結構特點2.1.1電控高壓共軌系統(tǒng)的基本組成電控高壓共軌式燃油系統(tǒng)的基本組成如圖2-1所示。從功能方面分析，電控共軌系統(tǒng)可以分成兩大部分：電控系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)。圖 2-1 燃油供給系統(tǒng)構成框圖(1)電控系統(tǒng): 電控系統(tǒng)可分成三大部分：傳感器、發(fā)動機電控單元和執(zhí)行器。

9、發(fā)動機電控單元是電控共軌燃油系統(tǒng)的核心部分。根據(jù)各個傳感器的信息，發(fā)動機電控單元計算出噴油時間和最合適的噴油量，并且計算出在什么時刻，在多長時間范圍內向噴油器發(fā)出開啟電磁閥或關閉電磁閥的指令等，從而精確控制發(fā)動機的工作過程。ECU的輸入是安裝在車輛和發(fā)動機上的各種傳感器和開關，ECU的輸出是送往各個執(zhí)行機構的電子信息。電子控制系統(tǒng)的框圖，如圖2-2所示圖2-2高壓共軌系統(tǒng)的電子控制框圖(2)燃料供給系統(tǒng): 燃料供給系統(tǒng)的主要組成部分如圖2-3所示。由圖可見，燃油供給系統(tǒng)的主要構成是供油泵、共軌和噴油器等。燃油供給系統(tǒng)的基本工作原理是：供油泵將燃油加壓成高壓，供入共軌內；共軌實際上是一種燃油分配

10、管。儲存在共軌內的燃油在適當?shù)臅r刻通過噴油器噴入發(fā)動機氣缸內。電控共軌系統(tǒng)中的噴油器是一種由電磁閥控制的噴油閥，電磁閥的開啟和關閉由計算機控制。圖2-3燃油供給系統(tǒng)的組成2.1.2電控高壓共軌系統(tǒng)的特點（1）自由調節(jié)噴油壓力（共軌壓力）：利用共軌壓力傳感器測量共軌內的燃油 壓力，從而調整供油泵的供油量、控制共軌壓力。共軌壓力就是噴油壓力。此外，還可以根據(jù)發(fā)動機轉速、噴油量的大小與設定了的最佳值（指令值）始終一致地進行反饋控制。（2）自由調節(jié)噴油量：以發(fā)動機的轉速及油門開度信息等為基礎，由計算機 計算出最佳噴油量，通過控制噴油器電磁閥的通電、斷電時刻直接控制噴油參數(shù)。（3）自由調節(jié)噴油形狀：根據(jù)

11、發(fā)動機用途的需要，設置并控制噴油形狀：預噴射、后噴射、多段噴射等。（4）自由調節(jié)噴油時間：根據(jù)發(fā)動機的轉速和負荷等參數(shù)，計算出最佳噴油時間，并控制電控噴油器在適當?shù)臅r刻開啟，在適當?shù)臅r刻關閉等，從而準確控制噴油時間。在電控共軌系統(tǒng)中，由各種傳感器，如發(fā)動機轉速傳感器、油門開度傳感器、溫度傳感器等。實時檢測出發(fā)動機的實際運行狀態(tài)，由微型計算機根據(jù)預先設計的計算程序進行計算后，定出適合于該運行狀態(tài)的噴油量、噴油時間、噴油率等參數(shù)，使發(fā)動機始終都能在最佳狀態(tài)下工作。使發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性得到有效的發(fā)揮，并且可使排放污染降到最低。計算機具有自我診斷功能，對系統(tǒng)的主要零部件進行技術診斷，如果某個零件產(chǎn)

12、生了故障，診斷系統(tǒng)會向駕駛員發(fā)出警報，并根據(jù)故障情況自動作出處理，或使發(fā)動機停止運行，即所謂故障應急功能，或切換控制方法，使車輛繼續(xù)行駛到安全的地方。傳統(tǒng)的泵管嘴系統(tǒng)中，噴油壓力與發(fā)動機的轉速、負荷有關，不是獨立變量。在高壓電控共軌系統(tǒng)中，供油壓力與發(fā)動機的轉速、負荷無關，是可以獨立控制的。由共軌壓力傳感器測出燃油壓力，并與設定的目標噴油壓力進行比較后進行反饋控制。2.1.3共軌噴射特性與傳統(tǒng)噴射特性相比，理想的噴射特性如下：（1）互相獨立，噴油的數(shù)量和壓力應該由各個發(fā)動機工況決定（為產(chǎn)生理想的A/F混合氣提供更多的自由）。（2）在噴油過程的起點，噴油量應該盡可能少（簡而言之，在噴射的開始和燃

13、燒的開始之間將點火滯后）蓄壓式共軌燃油噴射系統(tǒng)特性曲線，見圖2-4圖2-4 共軌噴射特性曲線共軌系統(tǒng)是一個模塊系統(tǒng)，下列部件對噴射特性負責：用螺絲擰到缸蓋上的噴油器、共軌高壓蓄壓器、高壓油泵、電子控制單元（ECU）、曲軸轉速傳感器、凸輪軸位置傳感器（相位傳感器）。發(fā)動機噴射的三個階段：引燃噴射、主噴射、二次噴射引燃噴射：引燃噴射可以在曲軸上止點前90°，如果噴射開始于上止點前不到40°，則燃油會聚集在活塞表面和缸壁上，能夠使機油稀釋。在引燃噴射的作用下，少量的柴油（14mm3）被噴射到汽缸中，來預處理一下燃燒室，燃燒效率因此被改進，并且有以下作用：（1）壓縮壓力輕微增加。（

14、2）壓縮延遲時間減少。（3）燃燒壓力的上升值和燃燒壓力的峰值都降低（燃燒平順）。這些作用降低了燃燒噪聲和燃油消耗，并且廢氣排放情況也好了很多。圖2-5是不帶引燃噴射的曲線圖。缸壓上止點前平穩(wěn)上升，在上止點達到峰值，當達到引燃最大的壓力峰值時將產(chǎn)生大的噪聲。圖2-6是帶引燃噴射的曲線圖。在接近TDC時壓力達到更高的值，并且燃燒壓力的增加也是迅速的，縮短點火延遲期，引燃噴射間接增加了發(fā)動機扭矩。主噴射和引燃噴射之間的時間差和連續(xù)主噴射將影響燃油消耗的數(shù)量。7圖2-5不帶引燃噴射的曲線圖圖2-6帶引燃噴射的曲線圖天津工程師范學院2009屆本科生畢業(yè)設計主噴射：發(fā)動機輸出功率來源于主噴射環(huán)節(jié)，這就意味

15、著主噴射從根本上主導發(fā)動機扭矩。實際上共軌燃油噴射系統(tǒng)的噴射壓力在整個噴射過程中始終不變。二次噴射：帶有NOX觸媒轉換器的二次噴射能減少NOX排放。二次噴射緊接著主噴射，并且發(fā)生在膨脹階段或排放階段上止點后200°。通過二次噴射把通過精確測量的燃油噴到廢氣中。引燃在主噴射過程中，廢氣中殘余的熱量導致未燃燒的燃油蒸發(fā)，在廢氣排放行程將廢氣混合物和燃油一起通過排氣閥排入廢氣系統(tǒng)。部分燃油通過EGR系統(tǒng)進行下一循環(huán)的引燃噴射。若裝個合適的NOx觸媒轉換器，將降低廢氣中NOx的含量2.2電控高壓共軌柴油機的工作原理2.2.1系統(tǒng)原理對照圖2-7和圖2-8，燃油從油箱被電動輸油泵吸出后，經(jīng)油水

16、分離器和濾清器濾清后，被送入VP分配式高壓油泵，這時燃油壓力為0.2MPa。進入VP分配泵的燃油一部分通過高油泵上的安全閥迸入油泵的潤滑和冷卻油路后，流回油箱；一部分進入VP分配式油泵，在VP分配式高壓泵中，燃油被加壓到135MPa后，被輸送到蓄壓器。在蓄壓器上有一個壓力傳感器和一個通過切斷油路來控制油量的壓力限制閥。用壓力限制閥來調節(jié)ECU設定的共軌壓力。高壓柴油從蓄壓器、流量限制閥經(jīng)高壓油管進入噴油器后，又分兩路:一路直接噴入燃燒室;而另一路在噴油期間針閥導向部分和控制套筒與柱塞縫隙處泄漏的多余燃油一起流回油箱。1.油箱 2.粗濾器 3.電動輸油泵 4.柴油濾清器 5.低壓燃油管 6.高壓

17、油泵低壓端 7.回油管8.ECU圖2-7 高壓共軌低壓部分1.VP分配式高壓油泵 2.切斷閥 3.壓力控制閥 4.高壓油管 5.高壓蓄壓器 6.油壓傳感器 7.限壓閥 8.流量限制閥 9.噴油器 10.ECU圖2-8高壓共軌高壓部分電控高壓共軌技術是指在高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，噴油壓力大小與發(fā)動機轉速無關的一種供油方式。在共軌系統(tǒng)中，噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程是完全彼此分開的。高壓油泵把高壓燃油輸入到蓄壓器中，通過對蓄壓器內油壓調整實現(xiàn)精確控制，使最終高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉速無關。高壓共軌供油方式可以大大減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉速的變化，也就減少了傳統(tǒng)柴油機的

18、缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，而噴油量大小則由蓄壓器中燃油壓力和電磁閥開啟時間的長短決定。在ECU控制系統(tǒng)中，曲軸位置傳感器用來測定發(fā)動機的轉速;凸輪軸位置傳感器用來確定發(fā)動機的發(fā)火順序;加速踏板位置傳感器是一種電位計，它通過電信號告知ECU駕駛員對轉矩的要求?？諝赓|量流量傳感器用于檢測空氣質量流量。ECU根據(jù)空氣質量流量大小，按空燃比控制噴油量。在渦輪增壓并帶有增壓壓力調節(jié)裝置的發(fā)動機中，增壓壓力傳感器用于檢測增壓壓力，ECU根據(jù)增壓壓力大小，按空燃比控制噴油量。在發(fā)動機冷機啟動或溫度較低時，ECU可以根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度傳感器和空氣溫度傳感器的信號電壓值對噴油始點、預噴油量、主噴射量及其

19、他參數(shù)進行匹配。ECU還根據(jù)其他傳感器和數(shù)據(jù)傳輸線(CAN)輸人的數(shù)值，進行各項綜合控制。在電控高壓共軌系統(tǒng)中，供油壓力與發(fā)動機的轉速、負荷無關，它是獨立控制的。在油軌中的壓力傳感器檢測燃油壓力，并與ECU設定的目標噴射壓力進行比較后進行反饋控制。圖2-9為高壓共軌系統(tǒng)的傳感器和燃油系統(tǒng)部件連接關系。1.VP分配式油泵 2.燃油切斷閥 3.壓力控制閥 4.柴油濾清器 5.油箱 6.ECU 7.蓄電池 8.蓄壓器 9.燃油壓力傳感器 10.燃油溫度傳感器 11.噴油器 12.冷卻液溫度傳感器 13.曲軸轉速傳感器 14.加速踏板位置傳感器 15凸輪軸位置傳感器 16空氣質量流量傳感器 17.增壓

20、壓力傳感器 18進氣溫度傳感器 19渦輪增壓器圖2-9 高壓共軌系統(tǒng)的傳感器和燃油系統(tǒng)部件連接關系柴油機上廣泛采用的是廢氣渦輪增壓，實現(xiàn)空氣增壓的裝置是渦輪增壓器。渦輪增壓器由渦輪機和壓氣機構成。將發(fā)動機排出的廢氣引入渦輪機，利用廢氣所包含的能量推動渦輪機葉輪旋轉，并帶動與其同軸安裝的壓氣機葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機內增壓后進入氣缸，工作原理如圖2-10增壓后的車用發(fā)動機功率可以和比它排量大40%的發(fā)動機功率相媲美。圖2-10渦輪增壓工作原理在本機中采用的是旁通式渦輪增壓器，增壓器按低速大轉矩工況匹配，在高轉速工況時，得用放氣閥在渦輪前放走一部分廢氣。渦輪前的放氣雨硅由增壓壓力自動控制，當發(fā)動

21、機轉速超過一定大小時，增壓壓力便克服彈簧阻力使放氣閥打開開始放氣。本機的渦輪增壓器工作原理如圖2-11：圖2-11旁通式渦輪增壓器原理2.2.2供油泵功能：本機采用的是VP分配泵。供油泵是低壓和高壓部分之間的接口，它的作用是在車輛所有工作范圍和整個使用壽命期間準備足夠的、已被壓縮了的燃油。除了供給高壓燃油之外，它的作用還在于保證在快速起動過程和共軌中壓力迅速上升所需在的燃油儲備、持續(xù)產(chǎn)生高壓燃油共軌所需的系統(tǒng)壓力。結構（如圖2-12）性能：本機的供油泵通過聯(lián)軸器、由凸輪軸上的油泵驅動齒輪帶動旋轉，油泵的轉速是發(fā)動機轉速的一半。供油泵由三個徑向排列、互相呈120°夾角的柱塞組成。如圖2

22、-13供油泵總成中的三個泵油柱塞由驅動軸上的凸輪驅動進行往復運動，每個泵油柱塞有彈簧對其施加作用力，目的是減小柱塞振動，并且使柱塞始終與驅動軸上的偏心凸輪接觸。當柱塞向下運動時，為吸油行程，吸油閥將會開啟，允許低壓燃油進入泵腔，而當柱塞到達下止點時，進油閥將會關閉，泵腔內的燃油在向上運動的柱塞作用下被加壓后輸送到蓄壓器中，高壓燃油被存儲在蓄壓器油軌中等待噴射。圖2-12高壓油泵（原理圖）1.驅動軸 2.偏心輪 3.帶活塞的泵元件 4.進油閥 5.出油閥 6.入口圖2-13高壓油泵（斷面圖）(1)共軌高壓蓄壓器:功能：共軌高壓蓄壓器存儲高壓燃油，同理壓力波動的產(chǎn)生取決于高壓油泵的燃油分配和共軌管

23、燃油容積的衰減。共軌高壓蓄壓器對所有缸而言都是公用的，因此叫共軌，當大量的燃油排出時，幾乎能維持內部的壓力不變，這可確保噴油剩余的壓力在噴油器打開時仍然恒定。燃油總是充滿可用的軌道，燃油的壓縮性使燃油從噴油器噴出時共軌高壓蓄壓器的壓力幾乎保持恒定。同樣，壓力變化也在高壓油泵產(chǎn)生脈動中得到補償。結構：為了適應各種各樣的安裝條件，軌道上有流量限制器、共軌壓力傳感器。（如圖2-14）(2)壓力控制閥:功能：壓力控制閥保持共軌管中的壓力正確和恒定。如果共軌壓力過高，壓力控制閥打開，部分燃油通過回油管回到燃油箱；如果共軌壓力過低，壓力控制閥關閉，由低壓力升為高壓。壓力控制閥通過一個法蘭盤裝在高壓油泵上，

24、結構如圖2-15。高壓和低壓間的轉換是通過電樞頂在密封座上來實現(xiàn)的。有兩個力作用于電樞，一個是彈簧的彈力，另一個是通過電磁鐵作用的附加力。電樞一直被燃油包圍，燃油除了起到潤滑作用外，還可以幫助散熱。1油軌 2.來自高壓泵的進口 3.油軌壓力傳感器 4.壓力控制閥 5.回油箱 6.流量限制器7連噴油器圖2-14共軌高壓蓄壓器1.球閥 2.電樞 3.電磁鐵 4.彈簧 5.電插頭圖2-15壓力控制閥工作方式：壓力控制閥由兩個控制環(huán)組成：一個響應緩慢的電控制共軌管壓力的變化，一個響應快速的機械環(huán)補償高頻壓力波動。1)壓力控制閥不通電時，共軌管中的高壓油或高壓油泵輸出的油通過高壓入口進入壓力控制閥，不通

25、電時沒有電磁鐵的外力作用，過量的高壓油的壓力大于彈簧的彈力，頂開彈簧，壓力控制閥開啟的大小由油量決定。彈簧預先設計最大壓力約為10000kpa。2)壓力控制閥通電時，壓力繼續(xù)增加，電磁鐵通電，彈簧的彈力加，使壓力控制閥保持關閉狀態(tài)，直到一邊的高壓壓力與另一邊的彈簧力達到平衡，閥門打開，燃油壓力保持恒定。油泵油量的變化或過量高壓油的排除通過控制閥門來實現(xiàn)。PWM脈寬的勵磁電流和電磁力是對稱的。1kh脈沖頻率提供足夠的電磁力，防止不必要的電磁鐵移動或共軌管壓力的波動。(3)共軌壓力傳感器:功能：共軌壓力傳感器的作用是以足夠的精度，在相對較短的時間內，測定共軌中的實時壓力，并向ECU提供電信號。共軌

26、壓力傳感器由下列構件組成：壓力敏感元件（焊接在壓力拉頭上）；帶求值電路的電路板和帶電氣插頭的傳感器外殼。(如圖2-16)燃油經(jīng)一個小孔流向共軌壓力傳感器，傳感器的膜片將孔的末端封住。高壓燃油經(jīng)壓力室的小孔流向膜片，膜片上裝有半導體型敏感元件，可將壓力轉換為電信號。通過連接導線將產(chǎn)生的信號傳送到一個向ECU提供測量信號的求值電路。共軌壓力傳感器的工作原理是：當膜片形狀改變時，膜片上涂層的電阻發(fā)生變化。這樣，由系統(tǒng)壓力引起膜片形狀變化（150MPa時變化量約1mm ）,促使電阻值改變，并在用5V供電的電阻電橋中產(chǎn)生電壓變化。電壓在070mV之間變化（具體數(shù)值由壓力而定），經(jīng)求值電路放大到0.54.

27、5V。精確測量共軌中的壓力是電控共軌系統(tǒng)正常工作的必要條件。為此，壓力傳感器在測量壓力時允許偏差很小。在主要工作范圍內，測量精度約為最大值的2%。1.電線插頭 2.電路裝置 3.皮膜 4.高壓接頭 5.固定螺紋圖2-16共軌壓力傳感器(4)流量限制器:功能：噴油器總在打開的位置，為了阻止燃油連續(xù)不斷地噴入，流量限制器將關閉油路。結構如圖2-17：1.連接油軌 2.密封圈 3.柱塞 4.彈簧5.外殼 6.連接噴油器 7.底座 8.節(jié)流孔圖2-17流量限制器性能：流量限制器一側通過螺紋擰到軌道上（高壓），另一側通過螺紋擰到噴油器的進油管。每個底座上都帶有一個通道，目的與軌道進行液壓連接，與噴油器進

28、行油路連接。限制器內部有一個柱塞，通過彈簧直接與共軌高壓蓄壓器相連。柱塞后底座密封，通道貫穿進出口。通道尾部直徑減少，起節(jié)流作用。工作原理：1)正常情況下，柱塞位于停止位置，也就是說流量限制器的導軌端向上頂著止動器。噴射燃油時，噴油器端部的噴射壓力下降，使柱塞在噴油器內移動的方向改變。流量限制器通過柱塞改變燃油的體積，以補償噴油器從導軌內噴出的燃油體積，而不是通過節(jié)流孔（因為通過這種方式是遠遠不夠的）。在噴油末期，柱塞偏離低座而占據(jù)中間位置，沒有將出口完全關閉。彈簧迫使柱塞回到最初位置，同時燃油可以流過節(jié)流孔。彈簧與節(jié)流孔徑是規(guī)定好的，那樣即使在最大的噴油量狀態(tài)（加上安全儲備），柱塞也有可能返

29、回到流量限制器軌道底端（頂著止動器的位置），然后保持在這個位置，等候下一個噴油時刻的到來。2)嚴重泄露時，由于大量燃油離開燃油導軌，流量限制器柱塞被迫離開靜止位置并且向上頂著出口上的密封底座。柱塞保持在這個位置，向上頂著流量限制器噴油器側的止動器，阻止燃油到達噴油器。3)輕微泄露時，由于存在泄露量，流量限制器柱塞不能回到靜止位置。幾次噴射發(fā)生之后，柱塞移動到出口上的密封底座上。柱塞保持在這個位置，向上頂著流量限制器噴油側的止動器，直到發(fā)動機熄火、切斷油器的燃油輸入為止。(5)限壓閥：功能：當過壓時限壓閥通過打開軌道旁通道限制軌道中的壓力。限壓閥允許短時間內軌道上的最大壓力為150Mpa。結構如

30、圖2-18：1.高壓連接部分 2.閥 3.通道 4.柱塞5.彈簧 6.擋塊 7.底座 8.回油圖2-18限壓閥性能：限壓閥是個機械裝置，包含如下部件：底座螺絲，一端連接到油箱的回油管、一個可移動的柱塞、一個彈簧。限壓閥連接到軌道上以后，底座上有一個通道，一個圓錐形的柱塞與底座的表面接觸，形成密封面，在正常的工作壓力（大于135Mpa）下，彈簧推動柱塞與底座接合，軌道保持壓力。當壓力過高時，柱塞被軌道壓力推動，克服彈簧的彈力，燃油通過柱塞內部的通道流到燃油箱。當閥門打開時，軌道中的壓力便會降低。2.2.3噴油器本機的噴油器主要由控制柱塞、噴油嘴針閥和電磁閥等組成。工作方式：噴器的工作可分為4步（

31、發(fā)動機運轉而且高壓油泵供油）：噴油器關閉（產(chǎn)生高壓）、噴油器打開（開始噴油）、噴油器全部打開、噴油器關閉（結束噴油）。作用在噴油器元件上的分配力產(chǎn)生操作結果。若發(fā)動機停轉或軌道中沒有壓力，則噴油器彈簧將關閉噴油器。(1)噴油器關閉（復位狀態(tài)）。在復位狀態(tài)下，電磁閥不吸合，因此噴油器關閉，(見圖2-19a)。彈簧力將電樞下的球閥壓向節(jié)流孔座處，節(jié)流孔關閉。軌道中的高壓作用在閥控制室中，而且相同的壓力也作用在噴油器腔內。軌道壓力作用在柱塞的末端，與噴油器彈簧的彈力一起使噴油器保持關閉狀態(tài)。(2)噴油器打開（開始噴油）。噴油器停留在最初靜止位置。電磁閥由伺服電流激活，伺服電流能夠確保電磁閥迅速開啟，

32、(見圖2-19b)。由觸發(fā)的電磁閥施加的吸合力大于閥彈簧的拉力時，電樞打開節(jié)流孔。幾乎與此同時，執(zhí)行電流減到最小并保持不變，滿足電磁鐵的需要。由于電磁鐵電流的作用，間隙減小是有可能的。節(jié)流孔打開，燃油從閥控制室流到剛好位于其上部的腔室，并且從那里通過回油管返回燃油箱。節(jié)流孔防止完全的壓力平衡，閥控制室中的壓力因此下降。由此導致閥控制室內的壓力低于噴油器在柱塞上的外力，因此針閥打開，燃油噴出。噴油器針閥打開的速度取決于節(jié)流孔和反饋孔的流量。噴油器全開時，噴油器噴入燃燒室的油壓幾乎等于軌道中的油壓，其它的分力很小。(3) 噴油器關閉（噴油結束）電磁閥不吸合，彈簧力將球閥壓回球雨硅座中。節(jié)流孔關閉，

33、燃油通過反饋孔，閥控制室內充滿燃油，壓力與針閥彈簧力一起將針閥關閉，噴油器不噴油。針閥關閉的速度取決于進油節(jié)流孔的流量。a) 噴油器關閉（不噴油）b)噴油器開啟（噴油）1回油管 2電氣接頭 3觸發(fā)元件（電磁閥） 4來自共軌的燃油進口（高） 5球閥 6泄油孔 7供油孔 8閥的控制腔 9閥的控制柱塞 10通向噴油嘴的供油通道 11噴油嘴針閥圖2-19噴油器構造及工作過程3 博世柴油共軌發(fā)動機實驗臺設計方案長城汽車GW2.8TC型柴油發(fā)動機是長城公司與德國博世公司聯(lián)合設計、開發(fā)用于微型客車、轎車的柴油機，該發(fā)動機技術采用博世電控共軌系統(tǒng)和渦輪增壓器、全負荷最低油耗小于209g/(kw.h)，凈重只有

34、100kg，升功率為46W/L。3.1實驗臺臺架的設計本實驗臺臺架（圖3-1）造型現(xiàn)代、美觀、合理、安全，采用45號鋼質結構。實驗臺架上部（圖3-2）放置面板圖、顯示器、電子儀表；中部（圖3-3）控制臺放置發(fā)動機控制單元ECU、點火開關、儀表盤總成、防盜控制單元、診斷座及保險座裝置；下部（圖3-4）放置GW2.8TC型柴油發(fā)動機的總成和冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、燃油箱。發(fā)動機支架及臺架的底邊采用方鋼焊制具有足夠的支撐剛度，安全耐用。為了方便實驗臺移動，在實驗臺的四角分別制作有四個腳輪，并且為安全起見，前腳輪上都設置了鎖止裝置防止實驗臺自由滑動。發(fā)動機周圍的輔件采用薄鋼管作護欄，

35、安全、美觀。圖3-1實驗臺架總成 圖3-2實驗臺架上部 圖3-3實驗臺架中部圖3-4實驗臺架下部3.2實驗臺的設計3.2.1實驗臺架面板圖的設計第一部分銘刻著博世柴油共軌發(fā)動機的電控原理圖(圖3-5)，以顯示出發(fā)動機電腦與傳感器、執(zhí)行器之間的輸入輸出關系，并且在電路圖的元器件相應節(jié)點均安裝檢測插孔，以便于對照電路原理圖可以對電控系統(tǒng)相應元器件的故障點、檢測點進行靜態(tài)或動態(tài)信號的檢測，通過檢測電控系統(tǒng)各信號參數(shù)，從而進行故障判斷或標準參數(shù)測量。圖3-5實驗臺架面板圖第二部分為動態(tài)顯示區(qū)(圖3-5)，具有主要數(shù)據(jù)參數(shù)的數(shù)碼顯示功能，在實驗臺前面板上設置有6塊電子指示儀表方便數(shù)據(jù)讀取，將傳感器或模擬

36、裝置的輸入信號接到該儀表的信號輸入端。通過儀表屏幕便可觀察傳感器或者模擬裝置的工作情況，包括蓄電池電壓、油門踏板位置傳感器、共軌壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣壓力傳感器、燃油溫度傳感器。第三部分為電腦液晶顯示區(qū)(圖3-5)，顯示燃油供給系統(tǒng)結構原理示意圖和實驗臺的控制面板上顯示故障，傳感器的波形圖以及數(shù)據(jù)，以方便學生先看原理示意圖有一個宏觀認識再結合實物了解其原理，這樣會取得更好的學習效果，同時也方便于教師教學以獲得更好的教學效果。3.2.2 柴油機共軌控制電路圖的設計在發(fā)動機實驗臺設計前系統(tǒng)了解發(fā)動機自診斷系統(tǒng)的組成與功能、監(jiān)測控制系統(tǒng)、控制程序、數(shù)學計算和邏輯判斷，以及系統(tǒng)故障判斷的發(fā)

37、生條件。以便有目的地創(chuàng)造滿足ECU判斷故障生成條件的運行環(huán)境。本電路圖采用Auto CAD 軟件進行繪制，柴油機共軌電路圖（圖3-6）主要由電控單元，傳感器，執(zhí)行器，電源，診斷座和其他電器元件組成。圖3-6柴油機共軌電路圖3.3實驗臺故障控制的設計3.3.1故障設置與消除的設計本實驗臺裝有一臺計算機，將采用智能故障設置裝置（圖3-7），其由硬件和軟件兩部分組成。軟件是由VB語言編制的驅動程序，該程序裝在本實驗臺裝備的電腦主機中。該裝置的硬件部分由電磁繼電器、串轉并模塊、電磁繼電器電源（包括變壓器、整流器）、數(shù)據(jù)傳輸線及端口、單片機5V供電端口及傳輸線等組成。圖3-7智能故障設置此計算機與發(fā)動機

38、的ECU通過數(shù)據(jù)線相連，可以進行數(shù)據(jù)交換，所以可以不用外接解碼器進行讀碼、消碼、動態(tài)數(shù)據(jù)流讀取、基本設定、終端執(zhí)行器操作。這些功能項目將通過計算機的顯視器顯視出，且更為直觀、全面。同時本實訓臺在操作顯示面板上安置的診斷口可連接解碼器,用來清、讀故障碼、讀取動態(tài)數(shù)據(jù)流、基本設定和終端執(zhí)行器操作，設置故障或發(fā)生故障經(jīng)排除后，關閉點火開關，使用計算機或解碼器進行消碼。3.3.2故障分析與設置功能本實驗臺操作顯示面板上安裝了與原機電腦數(shù)量相同的端子引出口，可方便地將各部位導線接通和斷開，并通過端子引出口上的裸露部分進行電壓和電阻的測量，以便獲取故障碼后的故障分析。測量電壓操作：發(fā)動機運轉時無須拔下端子

39、引出口的插頭，直接用高阻抗萬用表接觸引出口的裸露部分即可測量各部位間的電壓；測量電阻操作：關閉點火開關后，無須拔下端子引出口的插頭，直接用高阻抗萬用表接觸引出口的裸露部分即可測量傳感器、執(zhí)行器等各部位的電阻。故障設置功能：本機設有兩個故障設置區(qū)：（1）開路設置區(qū)：操作顯示面板下方的電腦端子引出口為開路設置區(qū)，插頭外緣為傳感器連接線點，插頭內緣為電腦連線點，故障設置時，關閉點火開關后，只須拔下電腦相應端子引出口插頭，換上專用的開路模擬插頭即可造成開路故障（當設置故障后故障燈在點火開關接通及發(fā)動機運轉狀態(tài)下都會點亮）。（2）斷路設置區(qū)：操作顯示面板下的電腦柜中；設有圓形板式按鈕十個，機油高壓顯示、

40、機油低壓顯示、防盜燈、起動機、燃油泵、燃油油位顯示、風扇、水溫顯示、水位顯示、蓄電池充電指示、時間顯示表等線路的斷路設置故障點，以方便教學設置故障。本機不提倡短路設置故障，如果采用了短路設置方式，則對有可能發(fā)生的元器件損壞。3.3.3傳感器信號模擬功能（1）電壓模擬：首先根據(jù)所需模擬電壓值的范圍選擇電壓轉換開關的5V或1V檔，關閉點火開關后，取專用連接線一根，一頭插在電壓模擬旋鈕下的模擬插孔中，另一頭插入需輸入電壓的端子引出口插孔中，打開點火開關啟動發(fā)動機，此時調節(jié)旋鈕便可改變電壓輸入值，而操作顯示面板上的蓄電池電壓表則顯示模擬值。電壓模擬主要用來模擬節(jié)氣門傳感器電壓信號、氧傳感器電壓信號等，

41、通過模擬可用來判斷傳感器的好壞，也可通過解碼儀數(shù)據(jù)流的顯示觀察噴油脈寬和點火正時的改變。（2）電阻模擬：關閉點火開關后，取專用連接線一根，一頭插入電阻模擬旋鈕下的模擬插孔中，另一頭插入需輸入電阻值的端子引出口插孔中，此時調節(jié)旋鈕即可改變電阻輸入值。電阻模擬主要用來模擬水溫信號、進氣溫度傳感器信號等的電阻值變化。4實驗臺的使用4.1發(fā)動機運轉及顯示功能（1） 接通操作顯示面板上的點火開關后，此時，組合儀表燈、機油報警燈、蓄電池充電指示燈、防盜燈點亮、同時顯示蓄電池電壓值，若冷卻液不足時則冷卻液液位燈也同時點亮，只有在添加冷卻液后其燈熄滅方可進行下一步操作。（2） 旋轉點火開關至起動檔位，起動機運

42、轉（最長可延續(xù)5秒鐘）發(fā)動機運轉后應立即松開鑰匙。（蓄電池電壓值低于11V需充電或檢查蓄電池）。發(fā)動機運轉正常時防盜燈應熄滅（否則發(fā)動機可能無法起動或運轉不正常），機油報警燈、蓄電池充電指示燈也同時熄滅。（3） 此時發(fā)動機若在冷機下運轉則進入快怠速運轉工況，操作顯示面板上的相關儀表顯示；發(fā)動機轉速在1000r/m以上、真空壓力顯示0.06Mpa、燃油壓力顯示130Mpa左右,蓄電池電壓表應顯示13.5V以上，發(fā)動機開始熱機。（4） 當水溫表顯示溫度為70-80時發(fā)動機熱機結束，此時怠速降在800r/m左右，發(fā)動機進入怠速工況。真空壓力顯示0.06Mpa左右，燃油壓力顯示130Mpa左右，若顯示

43、溫度超過90時散熱器風扇開始運轉進行強制冷卻，蓄電池電壓表應顯示13.5V以上。（5） 輕踏油門踏板，操作顯示面板上的相關儀表顯示發(fā)動機轉速在1500-2500r/m左右，此時發(fā)動機進入中速工況。真空壓力顯示略有增加、燃油壓力顯示130Mpa以上，蓄電池電壓表應顯示13.8V以上。（6） 加大油門開度，操作顯示面板上的相關儀表顯示發(fā)動機轉速在2500-4000r/m左右，此時發(fā)動機進入高速工況。燃油壓力顯示130Mpa以上、真空壓力顯示真空壓力顯示0.065Mpa，蓄電池電壓表應顯示13.8V以上。（7） 把油門踏板從原始狀態(tài)迅速踏下，操作顯示面板上的相關儀表顯示發(fā)動機轉速從800r/m瞬間增

44、至 3000r/以上，此時發(fā)動機進入急加速工況。真空壓力顯示瞬間歸零然后驟升至0.08Mpa隨后回至0.06Mpa，燃油壓力顯示130Mpa以上。4.2使用注意事項(1) 發(fā)動機運轉前應察看潤滑油、冷卻液、蓄電池的液面高度是否滿足要求，若不足時應進行補充后再運轉發(fā)動機。(2) 每運轉125小時應更換發(fā)動機潤滑油、機油濾清器一次，并清潔空氣濾清器一次。(3) 運轉中應隨時檢查機油油壓、水溫、充電狀態(tài)以及是否有 油、水、電氣的泄露和機體異響，出現(xiàn)故障應立即停機檢修。要盡量避免長時間怠速或高速運轉。(4) 操作時應注意與旋轉件、高溫件保持一定距離以免發(fā)生事故。(5) 操作時應遵循電控系統(tǒng)要求，嚴禁運

45、行中拔接插頭，測量時務必使用高阻抗電表。(6) 汽油箱油位報警燈亮時，須及時加油以免燒壞汽油泵。(7) 本機熄火前應讓發(fā)動機進入怠速狀態(tài)5秒鐘后方可熄火。(8) 超過十天不使用本機時，務必斷開蓄電池負極接線。(9) 發(fā)動機不工作時點火開關接通不得超過十分鐘。(10) 嚴格按照規(guī)定使用符合要求的汽油、潤滑油、冷卻液。(11) 移動臺架應盡量推動機架主體（盡可能不要推動不銹鋼防護欄）。結 論本文以長城柴油共軌發(fā)動機為說明對象，探討了高壓共軌柴油機的組成及工作原理，介紹了高壓共軌柴油機實驗臺的結構特點和原理及性能參數(shù)等情況。并加入了實驗使用功能介紹，方便使用者進行實訓實踐操作，此實驗設備為師生的實驗

46、交流提供了一個平臺，使學習者更深刻的理解電控柴油共軌系統(tǒng)的組成，全面掌握其外型結構、工作原理等知識。所作的主要工作如下：1.搜集本課題共軌柴油機的相關資料，主要是長城（博世）柴油共軌發(fā)動機的各項參數(shù)，以及總體的柴油燃油系統(tǒng)的課題文章；2.運用CAD軟件參與了實驗臺面板電路圖的繪制；3.在本文中介紹了本驗臺的功能及特點；4.完成了實驗臺使用說明。參考文獻1徐家龍 柴油機電控噴油技術.第一版.人民交通出版社，2004，1-3592李紹安 中國柴油機電噴的發(fā)展戰(zhàn)略.第一版.人民交通出版社，2001，33-403曾小珍 柴油機維修技術.電子工業(yè)出版社，2005，65-1484鄧東密 鄧杰 柴油機噴油系

47、統(tǒng).北京機械工業(yè)出版社，2004，20-1005楊妙梁 汽車發(fā)動機與環(huán)境保護.中國物質出版社，2001，60-1126王尚勇 楊青 柴油機電子控制技術.機械工業(yè)出版社 ,2005，89-1337趙雨旸 柴油發(fā)動機.化學工業(yè)出版社，2005，30-808賀建波 賀展開 汽車傳感器的檢測.第一版，機械工業(yè)出版社，2005，66-689邵恩坡 柴油車使用維護一書通.第一版，廣東科技出版社，2004，5-1810楊 峰 國產(chǎn)轎車柴油電控發(fā)動機維修手冊.第一版，遼寧科學技術出版社， 2006，28-38，118-157，231-259，308-33511欒琪文 汽車電控柴油機結構原理與維修.第一版，機械

48、工業(yè)出版社， 2006，1-29412宋福昌 電子控制高壓共軌柴油機故障檢修.第一版，國防工業(yè)出版社， 2007，1-23113馮崇毅 汽車電子控制技術.人民交通出版社，2005，33-10714嚴安輝 韋忠霞 汽車柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)原理與檢修.第一版，國防工業(yè)出版社，2007，1-30915李春明 汽車發(fā)動機燃油噴射技術.第一版，北京理工大學出版社，2002，25-9816EFC.Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik.德國EUROPA LEHRMITTEL,2000,47-74致 謝通過本次畢業(yè)設計，我不但鞏固了以前學過的知識，還學到了很多課堂上沒有學到的知識，同時也

49、培養(yǎng)了我的自學能力。讓我真正體會到理論聯(lián)系實際，學以致用的正確性，通過查閱大量的文獻資料及研究大量汽車的相關書籍，詳細的汽車柴油機技術知識，使我對當前的許多新技術有了一定的了解。在姜紹忠老師的指導下，我學會了面對自己不熟悉的知識內容時不慌張，要仔細去研究，理清它的思路，掌握它的脈絡，并學習相關的知識。在設計過程中，使我學會對待實際問題的方法及嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，提高了綜合運用所學的知識的能力，也是我的另外一大收獲。我由最初的不懂，在不知道該如何入手的情況下，姜紹忠老師給了我細心的指點，還給我提供了一些相關的資料及書籍，給了我莫大的勇氣。但是，由于我的基礎知識還不夠扎實，再加上對汽車柴油機的理解還不

50、夠，以致于我剛開始動手設計時有所茫然。本次設計仍然存在著一些方面的缺點與不足，這些方面是我以后努力改正的地方。在姜紹忠老師的耐心指導和啟發(fā)下，最后，我圓滿完成了本文的畢業(yè)設計，但是由于時間倉促及水平有限，缺點和錯誤在所難免，希望各位老師給予批評指正。在此，我表示忠心的感謝。英文翻譯Common Rail accumulator fuel-injection systemSystem overview Field of applicationThe introduction of the first series-production in-line fuel-injection pump in

51、 1927 marked the beginning of diesel fuel-injection system manufacture at Bosch. The in-line fuel-injection pumps main area of application is still in all sizes of commercial-vehicle diesel engines, stationary diesel engines, locomotives and ships. Injection pressures of up to approx. 1350bar are us

52、ed to generate output powers of up to about 160kW per cylinder. Over the years, a wide variety of different requirements, such as the installation of direct-injection (DL) engines in small delivery vans and passenger cars, have led to the development of various diesel fuel-injection systems which ar

53、e aligned to the requirements of a particular application. Of major importance in these developments are not only the increase in specific power, but also the demand for reduced fuel consumption, and the call for lower noise and exhaust-gas emissions. Compared to conventional cam-driven systems, the

54、 Bosch “Common Rail” fuel-injection system for direct-injection (DL) diesel engines provides for considerably higher flexibility in the adaptation of the injection system to the engine, for instance:- Extensive area of application (for) passenger cars and light commercial vehicles with output powers

55、 of up to 30kW/cylinder, as well as for heavy-duty vehicles, locomotives, and ships with outputs of up to approx, 200 kW/cylinder, - High injection pressures of up to approx, 1400 bar,- Variable start of injection,- Possibility of pilot injection, main injection, and post injection,- Matching of inj

56、ection pressure to the operating mode.FunctionsPressure generation and fuel injection are completely decoupled from each other in the “Common Rail” accumulator injection system. The injection pressure is generated independent of engine speed and injected fuel quantity. The fuel is stored under press

57、ure in the high-pressure accumulator (the “Rail”) ready for injection. The injected fuel quantity is defined by the driver, and the start of injection and injection pressure are calculated by the ECU on the basis of the stored maps. The ECU then triggers the solenoid valves so that the injector (injection unit) at each engine cylinder injects accordingly. The ECU a