第二章柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)故障診斷

柴油發(fā)動機(jī)燃油供給系統(tǒng)故障診斷第二章1柴油發(fā)動機(jī)的核心技術(shù)是其燃油供給系統(tǒng)其功能是：通過加壓機(jī)構(gòu)使燃油變成高壓調(diào)節(jié)每次供油量調(diào)節(jié)每循環(huán)供油時間按工作順序把燃油分配到每個氣缸噴入燃燒室、霧化、噴停斷油干脆柴油機(jī)假設(shè)能到達(dá)自由控制噴油壓力，自由控制噴油時間、自由控制噴油率、精確控制每循環(huán)供油量并能做到閉環(huán)控制，就會使排放最低，噪音最小。2柴油機(jī)燃油供給系經(jīng)歷了以下開展階段：1927年博士公司開展了直列噴油泵，使噴油正時噴油量隨轉(zhuǎn)速負(fù)荷可變，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、安裝調(diào)整復(fù)雜。1960年博士公司的VE泵大量應(yīng)用，體積小、質(zhì)量輕、安裝方便。而石油危機(jī)、酸雨光化學(xué)煙霧、臭氧層破壞引起了人們的重視。因此在分配泵上的附加裝置越來越多、越來越復(fù)雜。目的是提高功率的前提下，降低污染、減小噪聲、節(jié)約燃油。3附加裝置：海拔高度補(bǔ)償器：在高原地區(qū)減少供油，防止冒煙。增壓補(bǔ)償器：根據(jù)增壓壓力增加供油量，使燃燒最正確。負(fù)荷敏感提前器：負(fù)荷大，噴油正時變早。低溫起動裝置：低溫起動時使噴油最正確。動力控制系統(tǒng)：起步倒車時減少供油量降低功率，有利于驅(qū)動防滑。45一、噴油器性能的檢驗噴油器性能的檢驗主要包括噴油器開始噴射壓力的檢查與調(diào)整、噴霧質(zhì)量、密封性能的檢查等。噴油器的試驗應(yīng)在專用的試驗器上進(jìn)行，如以下圖所示。試驗器由手油泵、油箱和壓力表等組成。油箱的柴油經(jīng)過濾清流入手油泵的油腔中，壓動手油泵泵油時，高壓油經(jīng)油閥流入壓力表和噴油器，使噴油器噴油。噴油壓力及其變化情況可以從壓力表上讀出。6〔1〕噴油壓力的檢查與調(diào)整將噴油器安裝在測試器上，壓動手柄排凈系統(tǒng)內(nèi)的空氣，再快速壓動手柄幾次，去除噴油器內(nèi)的積炭。然后慢慢壓動手柄同時觀察壓力表，當(dāng)噴油器噴射時，壓力表指針會擺動，指針剛擺動時的壓力值即為噴油壓力，此值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)油壓太低，那么擰入噴油器油壓調(diào)節(jié)螺釘；反之，那么退出油壓調(diào)節(jié)螺釘。調(diào)整完后，須將鎖止螺母鎖緊后重試。有些噴油器無調(diào)節(jié)螺釘〔如依維柯SOFIM8140發(fā)動機(jī)〕，那么應(yīng)分解噴油器，更換調(diào)整墊片。〔2〕密封性能的檢查將壓力保持在高于噴油壓力1MPa～2MPa的狀態(tài)下，保持10s，噴油嘴處不應(yīng)有油滴流出?！?〕噴霧質(zhì)量的檢查噴出的油束應(yīng)細(xì)小均勻不偏斜；各孔各自形成一個霧化良好的燃油霧束；噴射時可聽到斷續(xù)、清脆的聲音?！?〕噴油干脆程度的檢查噴油一次后看壓力表指示壓力下降是否超過10％～15％，假設(shè)壓力下降過多，那么噴霧質(zhì)量差。7檢查噴油器8調(diào)整噴油器壓力9二、檢測噴油壓力波形以判斷噴油泵和噴油器故障在不解體的情況下，用發(fā)動機(jī)綜合測試儀檢測高壓油管中壓力波形和噴油器針閥升程波形，通過比照分析，可以判斷噴油泵和噴油器故障及各缸噴油過程的均勻性。10正常燃油噴射壓力曲線高壓油管中的壓力P0--------針閥開啟壓力Pmax-----最高壓力Pb---------針閥關(guān)閉壓力Pr--------油管中的剩余壓力。11正常噴射壓力波形12①噴油泵不泵油或噴油器在開啟位置“咬死〞不能關(guān)閉噴油泵不泵油或泵油很少時，高壓油管內(nèi)的壓力很低；噴油器針閥在開啟位置“咬死〞不能落座關(guān)閉時，高壓油管內(nèi)同樣不能建立起足夠高的噴油壓力不正常噴射壓力波形13

②噴油器在關(guān)閉位置不能開啟針閥開啟壓力調(diào)整過高或噴油器針閥被高溫?zé)g而“咬死〞。噴油泵正常供油但噴油器不噴油，反映在油壓波形曲線上，那么曲線光滑無抖動14③噴油器噴前滴漏噴前滴漏原因是噴油器針閥密封不嚴(yán)，或者針閥磨損過度，或者臟物粘在針閥密封外表。在油壓波形曲線上，表現(xiàn)為壓力上升階段有兩個抖動點15

④高壓油路密封不嚴(yán)高壓油路密封不嚴(yán)時，油壓波形曲線剩余壓力局部呈窄幅振抖并逐漸降低16

⑤隔次噴射指某次噴射后，油管內(nèi)剩余壓力低，下次噴油量又少，油壓缺乏以使噴油器針閥開啟，于是燃油儲存在油管中，直到第二次供油時針閥才開啟，使兩次供油一次噴出。隔次噴射反映在油壓波形曲線上，那么剩余壓力局部上下抖動。17三、檢查噴油器噴油壓力和霧化是否均勻、停噴是否干脆。假設(shè)噴油器噴油霧化性能不良，應(yīng)檢查針閥是否卡住、不靈活或密封不良，并清洗針閥偶件。18電控柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)故障診斷第三章1970年代電子技術(shù)的革命，帶來了柴油機(jī)技術(shù)的革命，80年代柴油電控技術(shù)已趨于成熟，凸輪壓油、位置控制帶VE泵的柴油電控系統(tǒng)用于柴油機(jī)電控供給系統(tǒng)，噴油量、噴油正時不僅考慮各種因素〔各傳感器信號〕且實現(xiàn)閉環(huán)控制。使柴油機(jī)的排放、噪音逐步減少。經(jīng)濟(jì)性好動力充足，但它還不能做到噴油壓力、噴油率可調(diào)，因此，90年代柴油共軌系統(tǒng)已用于柴油機(jī)。實現(xiàn)了噴油壓力的可調(diào)和噴油率的可控。噴油壓力可在20-140MPa可調(diào)，并可實現(xiàn)預(yù)噴射和主噴射。但這需要高速電磁閥技術(shù)，能準(zhǔn)確檢測高壓的傳感器及高超的電子控制技術(shù)，因此制造、維修的本錢比較高。20二、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)歷程20世紀(jì)30年代，人們在航空汽油機(jī)上開始試驗汽油噴射技術(shù)，到第二次世界大戰(zhàn)后期汽油噴射裝置已經(jīng)成功地用到軍用飛機(jī)的發(fā)動機(jī)上。20世紀(jì)50年代末，汽油噴射裝置在賽車汽油機(jī)上廣泛采用；20世紀(jì)末，各型汽油機(jī)已經(jīng)順利地完成了從機(jī)械式供油系統(tǒng)向電控燃油系統(tǒng)的全面轉(zhuǎn)換。20世紀(jì)60年代后半期，瑞士的Hiber教授開發(fā)成功柴油機(jī)電控共軌系統(tǒng)的“原型〞。其后，以瑞士工業(yè)大學(xué)的Ganser教授為中心對電控共軌系統(tǒng)進(jìn)行了一系列研究。20世紀(jì)90年代，柴油機(jī)的供油系統(tǒng)開始向電控供油系統(tǒng)過渡。進(jìn)入21世紀(jì)以后將會有一個迅速開展的階段。1995年年末日本電裝公司將ECD-U2型電控高壓共軌系統(tǒng)成功地應(yīng)用于卡車柴油機(jī)而開始批量生產(chǎn)，從此開創(chuàng)了柴油機(jī)電控共軌燃油系統(tǒng)的新時代。ECD-U2型電控共軌系統(tǒng)是電裝公司和豐田汽車公司共同研制開發(fā)的。21柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)柴油機(jī)高壓電控共軌技術(shù)的開展柴油機(jī)高壓電控共軌技術(shù)大致經(jīng)歷三個開展階段：第一代電控共軌：1995年末，日本電裝公司用ECD-U2系統(tǒng)批量生產(chǎn)卡車柴油機(jī)，開創(chuàng)了柴油機(jī)電控共軌燃油系統(tǒng)的新時代，博世公司于1997年年末，開始批量生產(chǎn)轎車柴油機(jī)用電控高壓共軌系統(tǒng)。共軌油壓最高到達(dá)140MPa，使用電磁閥噴油器。第二代電控共軌：2002-2003年推出使用壓電晶體噴油器的第二代電控共軌噴射系統(tǒng)。噴油壓力160MPa，并可滿足歐Ⅳ排放法規(guī)。22柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)第三代電控共軌：博世公司的第三代電控共軌燃油系統(tǒng)的噴油壓力將提升到180MPa可以滿足柴油機(jī)2021年歐Ⅴ排放法規(guī)。目前中國研發(fā)的大都屬于第一代電控共軌技術(shù)，系統(tǒng)組成如下圖：由電磁閥噴油器〔TWV〕自由控制噴油量、噴油時間、噴油率；油壓高壓輸油泵上的壓力控制電磁閥〔PCV〕自由控制共軌油壓〔噴油壓力〕。第一代電控共軌技術(shù)可以實現(xiàn)2段噴射。第二代電控共軌系統(tǒng)可以實現(xiàn)5段噴射：23柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)根本控制工程

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共軌噴油系統(tǒng)的噴射壓力第一代1997年開始第二代2001年開始第三代2004年開始第四代2006年開始25三、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)組成及特點以下圖是博世公司的第一代高壓電控共軌燃油系統(tǒng)，其主要由燃油箱、濾清器、油泵、溢流閥、壓力傳感器、燃油軌、噴油器、ECU等組成。26271.空氣流量計2.ECU3.高壓泵4.高壓蓄壓器〔軌〕5.噴油器6.曲軸傳感器7.水溫傳感器8.燃油濾清器9.加速踏板位置傳感器柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)28柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)29柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)30柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)31柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)TDl是英文TurboChargedDirectlnjection的縮寫，翻譯成中文就是渦輪增壓+電控共軌柴油直噴的意思32共軌噴油系統(tǒng)執(zhí)行器響應(yīng)速度共軌噴油器電子執(zhí)行器的響應(yīng)速度對噴油過程有決定性的影響。為提高噴油系統(tǒng)的響應(yīng)速度，噴油控制閥的選擇必須限制在較小的數(shù)值內(nèi)，由于縮小控制閥選擇受到流動特性和結(jié)構(gòu)的限制，不可能將控制閥行程進(jìn)一步縮小，提高執(zhí)行器的響應(yīng)速度，是提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的主要途徑。目前應(yīng)用的電子執(zhí)行器有兩種結(jié)構(gòu)，即電磁執(zhí)行器〔第一代〕和壓電晶體執(zhí)行器〔第二代〕1、電控噴油器33進(jìn)油回油電磁閥341.回油2.電器連接3.電磁閥4.高壓油進(jìn)口5.閥球6.泄油孔7.饋入口8.閥控制室9.閥控制活塞10.供油通道11.噴嘴針閥共軌系統(tǒng)部件－噴油器35壓電晶體噴油器361.電控噴油器

博世電控噴油器的代表性結(jié)構(gòu)如右圖。37〔1〕噴油器關(guān)閉〔以存有的高壓〕電磁閥在靜止?fàn)顟B(tài)不受控制，因此是關(guān)閉的，圖〔a〕?；赜凸?jié)流孔關(guān)閉時，電樞的鋼球通過閥彈簧壓在回油節(jié)流孔的座面上?？刂剖覂?nèi)建立共軌的高壓，同樣的壓力也存在于噴油嘴的內(nèi)腔容積中。共軌壓力在控制柱塞端面上施加的力及噴油器調(diào)壓彈簧的力大于作用在針閥承壓面上的液壓力，針閥處于關(guān)閉狀態(tài)。38〔2〕噴油器開啟〔噴油開始〕噴油器一般處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)電磁閥通電后，在吸動電流的作用下迅速開啟，圖〔b〕。392.供油泵供油泵的主要作用是將低壓燃油加壓成高壓燃油，儲存在共軌內(nèi)，等待ECU的噴射指令，如以下圖。40供油壓力可以通過壓力限制器進(jìn)行設(shè)定。所以，在共軌系統(tǒng)中可以自由地控制噴油壓力。博世公司電控共軌系統(tǒng)中采用的供油泵如以下圖所示。41輸油泵：系統(tǒng)中輸油泵為一低壓的電動葉片泵(與電控供油噴射系統(tǒng)電動泵一樣)。共軌壓力軸向柱塞泵是一種有5～7個柱塞的斜盤式軸向柱塞泵，輸出壓力為2～10MPa。421.驅(qū)動軸2.異形凸輪3.帶柱塞的泵元件4.進(jìn)油閥5.出油閥6.進(jìn)口共軌系統(tǒng)部件－高壓泵43舉例：日本電器公司ECD-12系統(tǒng)圖2-38ECD-12系統(tǒng)示意圖443.ECUECU的根本功能是結(jié)合實時工況和外界條件，始終使發(fā)動機(jī)控制在最正確燃燒狀態(tài)。ECU按照預(yù)先設(shè)計的程序計算各種傳感器送來的信息，如以下圖。經(jīng)過處理以后，并把各個參數(shù)限制在允許的電壓電平上，再發(fā)送給各相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行各種預(yù)定的控制功能。454.特種傳感器

〔1〕共軌壓力傳感器共軌壓力傳感器如以下圖所示。作用：以足夠的精度，在相應(yīng)較短的時間內(nèi)，測定共軌中的實時壓力，并向ECU提供電信號。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(dǎo)體型敏感元件，可將壓力轉(zhuǎn)換為電信號。通過連接導(dǎo)線將產(chǎn)生的電信號傳送到一個向ECU提供測量信號的求值電路。461.電器連接器2.計算電路3.帶傳感元件的膜片4.高壓連接通道5.安裝螺紋壓力1500bar時，變形量約1mm。輸出電壓0.5－4.5v共軌系統(tǒng)部件－油軌壓力傳感器47〔2〕流量限制器流量限制器的作用是防止噴油器可能出現(xiàn)的持續(xù)噴油現(xiàn)象。為此，由共軌流出的油量超過最大流量時，流量限制器將自動關(guān)閉流向相應(yīng)噴油器的進(jìn)油口，停止繼續(xù)噴油。流量限制器〔以下圖〕有一個金屬外殼，外殼有外螺紋，以便擰在共軌上，另一端的外螺紋用來擰入噴油器的進(jìn)油管。外殼兩端有孔，以便與共軌或噴油器進(jìn)油管建立液壓聯(lián)系。流量限制器內(nèi)部有一個活塞，一根彈簧將此活塞向共軌方向壓緊。活塞對外殼壁部密封。活塞上的縱向孔連接進(jìn)油孔和出油孔。縱向孔直徑在末端是縮小的，這種縮小的作用就像流量精確規(guī)定的節(jié)流孔效果一樣。48〔3〕調(diào)壓閥調(diào)壓閥的作用是根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷狀況調(diào)整和保持共軌中的壓力。當(dāng)共軌壓力過高時，調(diào)壓閥翻開，一局部燃油經(jīng)集油管流回油箱；當(dāng)共軌壓力過低時，調(diào)壓閥關(guān)閉，高壓端對低壓端密封。博世公司電控共軌系統(tǒng)中的調(diào)壓閥〔以下圖〕有一個固定凸緣，通過該凸緣將其固定在供油泵或者共軌上。電樞將一鋼球壓入密封座，使高壓端對低壓端密封。為此，一方面彈簧將電樞往下壓，另一方面電磁鐵對電樞作用一個力。為進(jìn)行潤滑和散熱，整個電樞周圍有燃油流過。調(diào)壓閥有兩個調(diào)節(jié)回路：一個是低速電子調(diào)節(jié)回路，用于調(diào)整共軌中可變化的平均壓力值；另一個是高速機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)回路，用以補(bǔ)償高頻壓力波動。4950〔4〕限壓閥限壓閥的作用相當(dāng)于平安閥，它的根本作用是限制共軌中的壓力。當(dāng)共軌中燃油壓力過高時，翻開放油孔卸壓。共軌內(nèi)允許的短時間最高壓力為150MPa。博世公司電控共軌系統(tǒng)中的限壓閥〔以下圖〕，主要由以下構(gòu)件組成：外殼〔有外螺紋，以便擰裝在共軌上〕，通往油箱的回油管接頭，活塞和彈簧。511.油軌2.來自高壓泵的進(jìn)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.連噴油器共軌系統(tǒng)部件－油軌52油軌實物圖53四、電控柴油機(jī)系統(tǒng)的檢修〔1〕共軌柴油電子控制噴射系統(tǒng)的測試1.低壓電動油泵測試點火鑰匙在“ON〞時，電控單元向低壓電動油泵供電，假設(shè)在4s內(nèi)發(fā)動機(jī)沒有起動，那么停止向低壓電動油泵供電。加速踏板位置〔傳感器K55〕決定了發(fā)動機(jī)負(fù)荷，并控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體工作參數(shù)可通過故障診斷儀上的數(shù)據(jù)流來讀取。測試操作方法如下：l〕將點火開關(guān)置于“Run"〔運(yùn)轉(zhuǎn)〕位置，如果發(fā)動機(jī)不能起動，檢查發(fā)動機(jī)溫度是否過低。2〕起動發(fā)動機(jī)時，低壓電動油泵〔N40〕的LED燈應(yīng)點亮。用萬用表電壓檔分別測量油泵端子間的電壓應(yīng)為蓄電池電壓。3〕將點火開關(guān)置于STA〔起動〕位置，根據(jù)設(shè)置，系統(tǒng)將自動進(jìn)行調(diào)整。54四、電控柴油機(jī)系統(tǒng)的檢修2．噴油壓力測試在噴油系統(tǒng)中，反映工作狀態(tài)信息量最多的是壓力信號，當(dāng)噴油系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，必然導(dǎo)致壓力波形形態(tài)的局部畸變和波形參數(shù)值改變。因而，噴油系統(tǒng)故障診斷的關(guān)鍵是從壓力波形中準(zhǔn)確提取反映工作狀態(tài)的特征參數(shù)。正常供油壓力波形的周期如圖3-76所示，其中Pt為剩余油壓,P。為開啟壓力，Pb為關(guān)閉壓力，Pmax為最高油壓壓力。55四、電控柴油機(jī)系統(tǒng)的檢修3．噴油量測試電控單元依據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況調(diào)整燃油噴射量，當(dāng)減速時，切斷燃油噴射;當(dāng)發(fā)動機(jī)溫度超過105℃時，減少燃油噴射量；通過切斷燃油噴射或降低燃油壓力，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降至5000r/min；當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過5400r/min時，切斷低壓電動油泵和噴油器電路。l〕起動發(fā)動機(jī)，檢測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為5000r/min時是否斷油。2〕踏下加速踏板，檢測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過5400r/min時燃油泵是否工作。3〕松開加速踏板，檢測減速時是否斷油。4〕觀察示波器上的燃油噴射控制信號。56四、電控柴油機(jī)系統(tǒng)的檢修4．噴油脈寬測試以YC6112型車用柴油機(jī)為例，在BD850油泵試驗臺上進(jìn)行噴油試驗。為了減少高壓油的壓力損耗，在高壓泵上為每一個壓油腔進(jìn)油口都設(shè)置了一個燃油調(diào)節(jié)閥VPAV。圖3-79所示為供油泵轉(zhuǎn)速為400r/min、噴油脈寬為2.