第二章柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)故障診斷

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)故障診斷第二章1柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的核心技術(shù)是其燃油供給系統(tǒng)其功能是：通過(guò)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(shí)間按工作順序把燃油分配到每個(gè)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(shí)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(huì)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(kāi)展階段：1927年博士公司開(kāi)展了直列噴油泵，使噴油正時(shí)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(lái)越多、越來(lái)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(shí)變?cè)纭５蜏仄饎?dòng)裝置：低溫起動(dòng)時(shí)使噴油最正確。動(dòng)力控制系統(tǒng)：起步倒車時(shí)減少供油量降低功率，有利于驅(qū)動(dòng)防滑。45一、噴油器性能的檢驗(yàn)噴油器性能的檢驗(yàn)主要包括噴油器開(kāi)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(yàn)應(yīng)在專用的試驗(yàn)器上進(jìn)行，如以下圖所示。試驗(yàn)器由手油泵、油箱和壓力表等組成。油箱的柴油經(jīng)過(guò)濾清流入手油泵的油腔中，壓動(dòng)手油泵泵油時(shí)，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(cè)試器上，壓動(dòng)手柄排凈系統(tǒng)內(nèi)的空氣，再快速壓動(dòng)手柄幾次，去除噴油器內(nèi)的積炭。然后慢慢壓動(dòng)手柄同時(shí)觀察壓力表，當(dāng)噴油器噴射時(shí)，壓力表指針會(huì)擺動(dòng)，指針剛擺動(dòng)時(shí)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(wú)調(diào)節(jié)螺釘〔如依維柯SOFIM8140發(fā)動(dòng)機(jī)〕，那么應(yīng)分解噴油器，更換調(diào)整墊片?！?〕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(gè)霧化良好的燃油霧束；噴射時(shí)可聽(tīng)到斷續(xù)、清脆的聲音。〔4〕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(guò)10％～15％，假設(shè)壓力下降過(guò)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(cè)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(dòng)機(jī)綜合測(cè)試儀檢測(cè)高壓油管中壓力波形和噴油器針閥升程波形，通過(guò)比照分析，可以判斷噴油泵和噴油器故障及各缸噴油過(guò)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(kāi)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(kāi)啟位置“咬死〞不能關(guān)閉噴油泵不泵油或泵油很少時(shí)，高壓油管內(nèi)的壓力很低；噴油器針閥在開(kāi)啟位置“咬死〞不能落座關(guān)閉時(shí)，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(kāi)啟針閥開(kāi)啟壓力調(diào)整過(guò)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(wú)抖動(dòng)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(guò)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(gè)抖動(dòng)點(diǎn)15

④高壓油路密封不嚴(yán)高壓油路密封不嚴(yán)時(shí)，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(kāi)啟，于是燃油儲(chǔ)存在油管中，直到第二次供油時(shí)針閥才開(kāi)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(dòng)。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(dòng)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(lái)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(shí)不僅考慮各種因素〔各傳感器信號(hào)〕且實(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)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(cè)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?cè)诤娇掌蜋C(jī)上開(kāi)始試驗(yàn)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(dòng)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(kāi)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(duì)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(kāi)始向電控供油系統(tǒng)過(guò)渡。進(jìn)入21世紀(jì)以后將會(huì)有一個(gè)迅速開(kāi)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(kāi)始批量生產(chǎn)，從此開(kāi)創(chuàng)了柴油機(jī)電控共軌燃油系統(tǒng)的新時(shí)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(kāi)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(kāi)展柴油機(jī)高壓電控共軌技術(shù)大致經(jīng)歷三個(gè)開(kāi)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(kāi)創(chuàng)了柴油機(jī)電控共軌燃油系統(tǒng)的新時(shí)代，博世公司于1997年年末，開(kāi)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(guó)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(shí)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(shí)現(xiàn)2段噴射。第二代電控共軌系統(tǒng)可以實(shí)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(kāi)始第二代2001年開(kāi)始第三代2004年開(kāi)始第四代2006年開(kāi)始25三、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)組成及特點(diǎn)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(jì)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(xiě)，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(duì)噴油過(guò)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(dòng)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(shí)，電樞的鋼球通過(guò)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(kāi)啟〔噴油開(kāi)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(dòng)電流的作用下迅速開(kāi)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(chǔ)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(guò)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(dòng)葉片泵(與電控供油噴射系統(tǒng)電動(dòng)泵一樣)。共軌壓力軸向柱塞泵是一種有5～7個(gè)柱塞的斜盤式軸向柱塞泵，輸出壓力為2～10MPa。421.驅(qū)動(dòng)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(shí)時(shí)工況和外界條件，始終使發(fā)動(dòng)機(jī)控制在最正確燃燒狀態(tài)。ECU按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序計(jì)算各種傳感器送來(lái)的信息，如以下圖。經(jīng)過(guò)處理以后，并把各個(gè)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(shí)間內(nèi)，測(cè)定共軌中的實(shí)時(shí)壓力，并向ECU提供電信號(hào)。燃油經(jīng)一個(gè)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(hào)。通過(guò)連接導(dǎo)線將產(chǎn)生的電信號(hào)傳送到一個(gè)向ECU提供測(cè)量信號(hào)的求值電路。461.電器連接器2.計(jì)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(shí)，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(guò)最大流量時(shí)，流量限制器將自動(dòng)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(gè)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(lái)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(gè)活塞，一根彈簧將此活塞向共軌方向壓緊?；钊麑?duì)外殼壁部密封。活塞上的縱向孔連接進(jìn)油孔和出油孔?？v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(dòng)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(guò)高時(shí)，調(diào)壓閥翻開(kāi)，一局部燃油經(jīng)集油管流回油箱；當(dāng)共軌壓力過(guò)低時(shí)，調(diào)壓閥關(guān)閉，高壓端對(duì)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(gè)固定凸緣，通過(guò)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(duì)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(duì)電樞作用一個(gè)力。為進(jìn)行潤(rùn)滑和散熱，整個(gè)電樞周圍有燃油流過(guò)。調(diào)壓閥有兩個(gè)調(diào)節(jié)回路：一個(gè)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(gè)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(dòng)。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(guò)高時(shí)，翻開(kāi)放油孔卸壓。共軌內(nèi)允許的短時(shí)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(lái)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(shí)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(cè)試1.低壓電動(dòng)油泵測(cè)試點(diǎn)火鑰匙在“ON〞時(shí)，電控單元向低壓電動(dòng)油泵供電，假設(shè)在4s內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有起動(dòng)，那么停止向低壓電動(dòng)油泵供電。加速踏板位置〔傳感器K55〕決定了發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，并控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體工作參數(shù)可通過(guò)故障診斷儀上的數(shù)據(jù)流來(lái)讀取。測(cè)試操作方法如下：l〕將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“Run"〔運(yùn)轉(zhuǎn)〕位置，如果發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)溫度是否過(guò)低。2〕起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，低壓電動(dòng)油泵〔N40〕的LED燈應(yīng)點(diǎn)亮。用萬(wàn)用表電壓檔分別測(cè)量油泵端子間的電壓應(yīng)為蓄電池電壓。3〕將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于STA〔起動(dòng)〕位置，根據(jù)設(shè)置，系統(tǒng)將自動(dòng)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(cè)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(hào)，當(dāng)噴油系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，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(kāi)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(cè)試電控單元依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況調(diào)整燃油噴射量，當(dāng)減速時(shí)，切斷燃油噴射;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度超過(guò)105℃時(shí)，減少燃油噴射量；通過(guò)切斷燃油噴射或降低燃油壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至5000r/min；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)5400r/min時(shí)，切斷低壓電動(dòng)油泵和噴油器電路。l〕起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為5000r/min時(shí)是否斷油。2〕踏下加速踏板，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)5400r/min時(shí)燃油泵是否工作。3〕松開(kāi)加速踏板，檢測(cè)減速時(shí)是否斷油。4〕觀察示波器上的燃油噴射控制信號(hào)。56四、電控柴油機(jī)系統(tǒng)的檢修4．噴油脈寬測(cè)試以YC6112型車用柴油機(jī)為例，在BD850油泵試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行噴油試驗(yàn)。為了減少高壓油的壓力損耗，在高壓泵上為每一個(gè)壓油腔進(jìn)油口都設(shè)置了一個(gè)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.