項(xiàng)目八 柴油機(jī)電控系統(tǒng)的維修

1、 主編： 孟慶雙【項(xiàng)目描述】 柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用有助于改善柴油機(jī)的使用性能，提高其經(jīng)濟(jì)性，降低噪聲、減少排放污染、實(shí)現(xiàn)工況監(jiān)測與故障自診斷。本項(xiàng)目主要介紹柴油機(jī)電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、使用維護(hù)和檢修方法，為正確使用和維修柴油機(jī)電控系統(tǒng)打好基礎(chǔ)?！局R要點(diǎn)】1.識記柴油機(jī)電控系統(tǒng)的組成。2.熟悉柴油機(jī)電控系統(tǒng)的控制原理和工作過程。3.理解柴油機(jī)電控系統(tǒng)的故障診斷思路?！炯寄芤c(diǎn)】1.能夠按要求維護(hù)柴油機(jī)電控系統(tǒng)。2.能夠看懂柴油機(jī)電控系統(tǒng)的電路圖。3.知道并遵循柴油機(jī)電控系統(tǒng)的檢修程序。4.會對柴油機(jī)電控系統(tǒng)的簡單故障進(jìn)行診斷、檢測和維修?！局R準(zhǔn)備】1.柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展 柴油機(jī)電子

2、控制技術(shù)(主要指燃油供給系統(tǒng))的開發(fā)研究從20世紀(jì)70年代發(fā)展至今，在傳統(tǒng)柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，已先后推出了三代產(chǎn)品，如圖8-1所示。圖8-1柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展圖8-2柴油機(jī)電控系統(tǒng)的基本組成2.柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的組成與原理 雖然柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的控制功能有很多擴(kuò)展，如噴油系統(tǒng)控制、進(jìn)/排氣控制和廢氣渦輪增壓控制等，但其基本組成是相同的，如圖8-2所示。通常可將電控柴油機(jī)分為四個(gè)部分，即被控對象柴油機(jī)和以微機(jī)為核心的傳感器、控制器和執(zhí)行器。后三個(gè)部分稱為柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)。圖8-3電控泵-噴嘴燃油系統(tǒng)的組成1.泵-噴嘴式電控系統(tǒng)的組成 泵-噴嘴式，顧名思義，就是噴油泵和噴油器組合在一起，即高壓

3、油管長度為零的燃油系統(tǒng)。電子控制泵-噴嘴系統(tǒng)主要由泵-噴嘴、驅(qū)動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)、電子控制單元(ECU)和各種傳感器(曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、凸輪軸位置傳感器、增壓壓力傳感器、空氣溫度傳感器、機(jī)油溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器和加速踏板位置傳感器等)組成，如圖8-3所示。圖8-4電控泵-噴嘴的外形2.電控泵噴嘴的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)電控泵-噴嘴的結(jié)構(gòu)電控泵-噴嘴的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖8-4和圖8-5所示。發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸都有一個(gè)泵-噴嘴。泵-噴嘴通過卡塊固定在氣缸蓋上，凸輪軸上的凸輪通過滾柱式搖臂來驅(qū)動(dòng)泵-噴嘴的泵活塞。圖8-5電控泵-噴嘴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(2)電控泵-噴嘴的工作過程電控泵-噴嘴的工作過程包括高壓腔充

4、注燃油、預(yù)噴射循環(huán)、主噴射循環(huán)和噴射結(jié)束四個(gè)階段。1)高壓腔充注燃油。向高壓腔充注燃油是為噴射循環(huán)做準(zhǔn)備。泵活塞的向上移動(dòng)使高壓腔內(nèi)的容積擴(kuò)大，于是燃油流入高壓腔，如圖8-6所示。2)預(yù)噴射循環(huán)。圖8-6高壓腔充注燃油階段3)主噴射循環(huán)。以高噴射壓力將燃油噴入燃燒室。此時(shí)空氣與燃油混合、霧化，充分燃燒，從而減少排放污染并確保發(fā)動(dòng)機(jī)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖8-7所示。4)噴射結(jié)束圖8-7主噴射循環(huán)開始圖8-8電控泵-噴嘴的驅(qū)動(dòng)形式a)由安置在氣缸體內(nèi)的凸輪軸驅(qū)動(dòng)的電控單體式噴油器b)由安置在氣缸蓋上的凸輪軸(頂置式)驅(qū)動(dòng)的電控單體式噴油器(3)泵-噴嘴的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)泵-噴嘴的凸輪軸可以安裝在氣缸體上(見圖8

5、-8a)或氣缸蓋上(見圖8-8b)。1.單體泵式電控系統(tǒng)的組成 單體泵式電控系統(tǒng)主要由單體泵、噴油器、電控單元和各種傳感器組成，如圖8-9所示，各元件之間的工作關(guān)系如圖8-10所示。圖8-9單體泵式電控系統(tǒng)的組成圖8-10單體泵式電控系統(tǒng)各元件之間的工作關(guān)系圖8-11電控單體泵的外形2.電控單體泵的結(jié)構(gòu)與工作過程(1)電控單體泵的結(jié)構(gòu)電控單體泵的外形如圖8-11所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-12所示。圖8-12電控單體泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖8-13電控單體泵的充油過程(零件名稱見圖8-12)(2)電控單體泵的工作過程1)充油過程。電磁閥斷電，針閥受電磁閥彈簧作用而開啟，進(jìn)油口與柱塞上腔接通。當(dāng)柱塞下移時(shí)，燃

6、油被吸入柱塞上腔，完成充油過程，如圖8-13所示。2)旁通過程。當(dāng)柱塞上移時(shí)，柱塞上腔里的燃油被壓縮，若電磁閥仍斷電，則針閥保持開啟，燃油通過回油道回到油箱，如圖8-13所示。3)噴射過程。在柱塞上移過程中，當(dāng)電磁閥接收到ECU的噴油指令而通電時(shí)，針閥所受電磁力大于電磁閥彈簧力而右移關(guān)閉，柱塞上腔內(nèi)的壓力迅速上升，當(dāng)壓力高于噴油器的開啟壓力時(shí)，燃油經(jīng)噴油器噴入燃燒室，如圖8-14所示。4)卸荷過程圖8-14噴射過程圖8-15安裝在缸體上的電控單體泵(3)電控單體泵的安裝與驅(qū)動(dòng)電控單體泵可以安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上，由凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)，如圖8-15所示，這種布置方式系統(tǒng)剛度高，便于拆裝和維修；也可以將電

7、控單體泵組合在一起，形成外掛式單體泵，安裝在原直列柱塞泵的位置，如圖8-16所示，這種布置方式不需要對發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的改動(dòng)，是柴油機(jī)升級換代的有效方法。圖8-16外掛式單體泵圖8-17共軌系統(tǒng)的組成四、共軌式電控系統(tǒng)1.共軌式電控系統(tǒng)概述(1)共軌系統(tǒng)的發(fā)展(2)共軌系統(tǒng)的原理、功能及組成 共軌系統(tǒng)由燃油供給系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)組成，其中燃油供給系統(tǒng)包含低壓部分和高壓部分，電子控制系統(tǒng)包含傳感器、電控單元和執(zhí)行器三部分，如圖8-17所示。圖8-18電動(dòng)輸油泵示意圖2.共軌系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理(1)輸油泵輸油泵的任務(wù)是為高壓泵提供足夠的所需壓力的燃油。輸油泵有電動(dòng)(安裝在油箱內(nèi)或油管上)和機(jī)

8、械驅(qū)動(dòng)(集成在高壓泵內(nèi)或裝在發(fā)動(dòng)機(jī)旁)兩類，泵體的結(jié)構(gòu)形式有轉(zhuǎn)子式、滾柱式和齒輪式，如圖8-18和圖8-19所示。圖8-19輸油泵泵體的結(jié)構(gòu)形式a)齒輪輸油泵示意圖b)滾柱泵示意圖c)轉(zhuǎn)子泵示意圖圖8-20燃油濾清器的工作原理(2)燃油濾清器燃油濾清器用于濾除燃油中的水分和雜質(zhì)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，其工作原理如圖8-20所示。有的燃油濾清器上還裝有燃油溫度傳感器、積水傳感器及其他裝置，如圖8-21所示。當(dāng)儀表板積水指示燈點(diǎn)亮?xí)r，可旋下放水螺塞放出水分。圖8-21燃油濾清器的附加裝置圖8-22HP3型高壓泵(3)高壓泵1)DENSO公司的HP3型高壓泵。HP3型高壓泵主要

9、由兩個(gè)泵單元(偏心凸輪、環(huán)形凸輪和兩個(gè)柱塞)、SCV(吸入控制閥)、出油閥、燃油溫度傳感器和進(jìn)油泵(次擺線型)等組成，如圖8-22所示。圖8-23HP3型高壓泵泵單元的結(jié)構(gòu)和工作原理 泵單元。泵單元的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖8-23所示。泵單元由偏心凸輪、環(huán)形凸輪和柱塞組成。環(huán)形凸輪安裝在凸輪軸的偏心凸輪上，兩個(gè)柱塞對稱位于環(huán)形凸輪的上方和下方。圖8-24出油閥的結(jié)構(gòu) 出油閥。出油閥的結(jié)構(gòu)如圖8-24所示。它是一個(gè)集成元件，由止回球閥、彈簧和保持件組成。當(dāng)柱塞中的燃油壓力超過油軌中的壓力時(shí)，止回球閥打開，向外供油。圖8-25常開型吸入控制閥(通電狀態(tài))的結(jié)構(gòu) 吸入控制閥SCV 常開型SCV的結(jié)構(gòu)如圖

10、8-25所示，當(dāng)電磁線圈不通電時(shí)，回位彈簧推動(dòng)閥心完全打開燃油通道并向柱塞輸送燃油(全部吸入和全部排放)；當(dāng)電磁線圈通電時(shí)，鐵心推動(dòng)閥心，從而壓縮回位彈簧，關(guān)閉燃油通道。常閉型SCV的結(jié)構(gòu)如圖8-26所示，當(dāng)電磁線圈不通電時(shí)，鐵心推動(dòng)閥心完全打開燃油通道并向柱塞輸送燃油(全部吸入和全部排放)；當(dāng)電磁線圈通電時(shí)，回位彈簧推動(dòng)閥心使其返回，從而關(guān)閉燃油通道。圖8-26常閉型吸入控制閥的結(jié)構(gòu)圖8-25常開型吸入控制閥(通電狀態(tài))的結(jié)構(gòu)圖8-27調(diào)節(jié)閥 調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥(見圖8-27)用于調(diào)節(jié)高壓泵的進(jìn)油壓力(進(jìn)油泵排放壓力)，并使其保持在一定范圍內(nèi)。如果高壓泵轉(zhuǎn)速增加，且進(jìn)油壓力超過調(diào)節(jié)閥預(yù)設(shè)的壓力，

11、調(diào)節(jié)閥就會克服彈簧力而打開，從而使燃油能夠返回到吸入側(cè)。圖8-28燃油流程 HP3高壓泵的工作過程。燃油從燃油箱經(jīng)濾清器被吸入到進(jìn)油泵，然后輸送到吸入閥SCV。此時(shí)，調(diào)節(jié)閥將燃油壓力調(diào)整到一定水平。由進(jìn)油泵輸送的燃油經(jīng)SCV調(diào)整達(dá)到所需的排放量，然后通過吸入閥進(jìn)入泵單元中。泵單元將燃油通過出油閥壓送到油軌，如圖8-28所示。 在抽吸行程中，經(jīng)過SCV調(diào)整的燃油量也被抽吸入泵主單元，如圖8-29所示。圖8-29燃油抽吸過程圖8-30HP4型高壓泵單元2)DENSO公司的HP4型高壓泵。HP4型高壓泵的結(jié)構(gòu)與HP3型高壓泵基本相同，也由泵單元(偏心凸輪、環(huán)形凸輪、柱塞)、SCV(吸入控制閥)、出油

12、閥、燃油溫度傳感器和進(jìn)油泵組成，主要差別是它有三個(gè)柱塞。三個(gè)柱塞以120的間隔圍繞在環(huán)形凸輪外側(cè)，其燃油輸送量是HP3型高壓泵的1.5倍，其結(jié)構(gòu)如圖8-30所示。圖8-31Multec DCR單缸高壓燃油泵縱剖面圖3)德爾福(DELPHI)公司的DCR型高壓燃油泵。德爾福公司的Multec DCR型高壓燃油泵具有一對相向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的對置式柱塞，油泵每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生4個(gè)進(jìn)油和泵油行程(見圖8-31和圖8-32)。驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)凸輪環(huán)繞著油泵軸線旋轉(zhuǎn)，使柱塞相向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該柱塞位于固定不動(dòng)的泵頭內(nèi)的徑向油缸中，而進(jìn)油單向閥和出油單向閥與柱塞位于同一平面內(nèi)。圖8-32Multec DCR高壓燃油泵橫剖

13、面圖圖8-33博世高壓泵縱剖面圖4)博世(BOSCH)高壓泵。 結(jié)構(gòu)。如圖8-33和圖8-34所示，燃油是由高壓泵內(nèi)的3個(gè)相互呈120、徑向布置的柱塞壓縮的。由于驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)1周有3個(gè)供油行程，因此驅(qū)動(dòng)峰值轉(zhuǎn)矩小(16Nm)，泵驅(qū)動(dòng)裝置受載均勻。驅(qū)動(dòng)高壓泵所需的動(dòng)力隨共軌壓力和泵轉(zhuǎn)速(供油量)的增加而增加。排量為2L的柴油機(jī)，額定轉(zhuǎn)速下共軌壓力為135MPa時(shí)，高壓泵(機(jī)械效率約為90%)所消耗的功率為3.8kW。 工作過程 供油效率。圖8-34博世高壓泵橫剖面圖圖8-35調(diào)壓電磁閥 調(diào)壓電磁閥調(diào)壓電磁閥的結(jié)構(gòu)如圖8-35所示。調(diào)壓閥有兩個(gè)調(diào)節(jié)回路：低速電調(diào)節(jié)回路，用于調(diào)整共軌中可變化的平均壓力

14、值；高速機(jī)械液壓調(diào)節(jié)回路，用于補(bǔ)償高頻壓力波動(dòng)。圖8-36共軌組件(4)共軌組件共軌的功能是儲存高壓燃油，并利用自身容積來減小由高壓泵供油和燃油噴射引起的壓力波動(dòng)。共軌組件包括油軌、油軌壓力傳感器(Pc傳感器)和壓力限制器，有些車型上還有流量限制器和壓力排放閥，如圖8-36所示。圖8-37油軌壓力傳感器a)實(shí)物圖b)線路圖c)輸出特性曲線1)油軌壓力傳感器。油軌壓力傳感器(Pc傳感器)用于檢測油軌內(nèi)的燃油壓力，它利用半導(dǎo)體(硅)元件的壓電效應(yīng)原理工作。當(dāng)施加到硅元件上的壓力變化時(shí)，信號電壓發(fā)生相應(yīng)的變化，其實(shí)物、電路和輸出特性曲線如圖8-37所示。圖8-38壓力限制器2)壓力限制器。如果油軌中

15、的壓力異常高，壓力限制器工作(打開)以釋放壓力，且在壓力降低到一定水平之后恢復(fù)(關(guān)閉)，如圖8-38所示。由壓力限制器釋放的燃油返回到油箱。圖8-39活塞和球結(jié)合型流量限制器a)壓力脈動(dòng)吸收期間b)燃油切斷 活塞和球結(jié)合型。如圖8-39所示，當(dāng)高壓管中出現(xiàn)壓力脈動(dòng)時(shí)，燃油穿過量孔產(chǎn)生的阻力破壞了油軌側(cè)和噴油器側(cè)的壓力平衡，因此活塞和球?qū)⒁频絿娪推饕粋?cè)，從而吸收壓力脈動(dòng)。圖8-40單活塞型流量限制器 單活塞型流量限制器。如圖8-40所示，單活塞型流量限制器的活塞直接接觸座，然后直接切斷燃油通道，其工作原理與活塞和球結(jié)合型流量限制器相同。4)壓力排放閥。壓力排放閥的結(jié)構(gòu)與工作原理如圖8-41所示，

16、用于控制油軌中的燃油壓力。當(dāng)油軌壓力超過目標(biāo)噴射壓力或者當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU判斷油軌的燃油壓力超過目標(biāo)值時(shí)，壓力排放閥電磁線圈通電，打開壓力排放閥通道，使燃油能夠流回到燃油箱，并使油軌的燃油壓力降低到目標(biāo)壓力。圖8-41壓力排放閥的結(jié)構(gòu)與工作原理圖8-42電裝噴油器(5)噴油器噴油器根據(jù)ECU發(fā)出的信號將油軌中的加壓燃油以最佳的噴射正時(shí)、噴射量、噴射率和噴射方式噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中。1)日本電裝公司的噴油器。如圖8-42所示，該噴油器由一個(gè)噴嘴、一個(gè)控制噴射率的量孔、控制活塞和一個(gè)TWV(雙向電磁閥)組成。2)博世電磁式噴油器。該噴油器由孔式噴嘴、液壓伺服系統(tǒng)和電磁閥組件構(gòu)成，如圖8-43所示。圖8

17、-43博世電磁式噴油器a)噴油器關(guān)閉(靜止)狀態(tài)b)噴油器打開(噴油)狀態(tài)圖8-44壓電式噴油器的結(jié)構(gòu)示意圖3)壓電式噴油器。壓電控制式噴油器的結(jié)構(gòu)如圖8-44所示，其針閥由一個(gè)伺服閥來控制，噴油量則由其控制持續(xù)期確定，其工作原理如圖8-45所示。壓電執(zhí)行器在非工作狀態(tài)時(shí)處于原始位置，伺服閥關(guān)閉，高壓范圍和低壓范圍相互隔斷。此時(shí)，液壓接桿補(bǔ)償可能存在間隙，針閥借助于緊挨著控制室的共軌壓力保持關(guān)閉狀態(tài)。圖8-45壓電式噴油器的工作原理圖8-47加速踏板位置傳感器的輸出特性(6)傳感器1)加速踏板位置傳感器。 加速踏板位置傳感器的外形電路及其輸出特性分別如圖8-46和圖8-47所示。加速踏板位置傳

18、感器分為接觸式(可變電阻式)和非接觸式(磁阻式)兩種。圖8-46加速踏板位置傳感器的外形及其電路圖8-48磁電式曲軸轉(zhuǎn)速傳感器2)曲軸轉(zhuǎn)速傳感器。曲軸轉(zhuǎn)速傳感器檢測曲軸的位置和轉(zhuǎn)速，用于計(jì)算噴油提前角和噴油量。 曲軸轉(zhuǎn)速傳感器安裝在曲軸前端或后端附近，有磁電式(見圖8-48)和霍爾式兩種。磁電式曲軸轉(zhuǎn)速傳感器無需工作電壓，產(chǎn)生的是交變模擬量信號；霍爾式曲軸轉(zhuǎn)速傳感器需要5V的工作電壓，產(chǎn)生的是脈沖數(shù)字量信號。圖8-49凸輪軸位置傳感器3)凸輪軸位置傳感器(氣缸識別傳感器)。凸輪軸位置傳感器檢測氣缸中活塞的位置，用于確定噴油始點(diǎn)。凸輪軸位置傳感器安裝在靠近凸輪軸的位置或高壓泵上，屬霍爾效應(yīng)式，如圖8-49所示。4)溫度傳感器。溫度傳感