柴油机电控喷射系统ppt课件.ppt

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1、第9章电子控制柴油喷射系统,9.1 电子控制柴油喷射系统概述 9.2 高压共轨电子控制柴油喷射系统 9.3 丰田汽车公司的电控式柴油机 9.4 柴油机电子控制系统的故障诊断,9.1电子控制柴油喷射系统概述,传统的机械式柴油供给系统的两个弊病： (1)供油量的调节滞后（转速-离心力-供油拉杆） 。 (2)与发动机实际运转工况不能实时对应。 ,9.1.1电控柴油喷射系统的出现： (1) 动力性、 经济性、 排放性得以提高。 (2) 反应速度快。 (3) 具有自我保护功能和故障诊断功能。 (4) 控制策略灵活。,9.1.2电子控制柴油喷射系统的类型两大类，位置控制系统、时间控制系统。 位置控制系统第

2、一代电控柴油喷射系统。不改变传统喷油系统的工作原理和基本结构。（油量调节套筒、柱塞式喷油泵的供油齿杆的位置等）优点：生产继承性好；缺点：响应仍然较慢，很难提高喷射压力。,时间控制系统第二代电控柴油喷射系统。 在高压油路中，利用电磁阀直接控制喷油的开始时间和结束时间，以改变喷油量和喷油定时。优点：直接控制、响应快。缺点：无法灵活调节喷油压力。,共轨式电控燃油喷射系统第三代电控柴油喷射系统（控制策略仍为时间控制系统）。 用一个设置在喷油泵和喷油器之间的、 具有较大容积的共轨管（高压存储器），再通过高压油管输送到每个喷油器上，由电磁阀控制喷射的开始和终止。 电磁阀起作用的时刻决定喷油定时，起作用的持

3、续时间和共轨压力决定喷油量。按其共轨压力分为高压共轨（160MPa）、 中压共轨和低压共轨三种。,9.1.3电子控制柴油喷射系统的基本原理由传感器、电控单元(ECU)和执行机构三部分组成。传感器采集转速、温度、 压力、 流量和加速踏板位置等信 号，并将实时检测的参数输入计算机； ECU是电控系统的“指挥中心”， 对来自传感器的信息与储存的参数值进行比较、运算，确定最佳运行参数；执行机构按照最佳参数对喷油压力、喷油量、喷油时间、喷油规律等进行控制，驱动喷油系统， 使柴油机工作状态达到最佳。,9.2高压共轨电子控制柴油喷射系统,组成：低压油路、高压油路、传感与控制。,图91高压共轨电控柴油喷射系统

4、,什么叫总线？,BUS：通过分时复用的方式，信息的传输线。是电脑中传输数据的公共通道。数据总线、地址总线、控制总线。举例：通用串行总线USB（Universal Serial Bus）,总线具体的工作过程,当 总线空闲（其他器件都以高阻态形式连接在总线上）且一个器件要与目的器件通信时，发起通信的器件驱动总线，发出地址和数据。其他以高阻态形式连接在总线上的器件如果收到（或能够收到）与自己相符的地址信息后，即接收总线上的数据。发送器件完成通信，将总线让出（输出变为高阻态）。 与“送信”是否类似？,CAN总线：Controller Area Network 总线。控制器局域网 汽车环境中的微控制器通

5、讯在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制网络，大大减少了线束。,CAN-BUS,实时数据总线，不需要给出信号接受者的地址.信号发送者将安全编码后的数据发给所有的接受者。每个信号接受者从总线上读取其所需的数据。,电控柴油喷射系统使用的传感器,共轨压力传感器柴油温度传感器凸轮轴转速传感器进气温度传感器增压压力传感器空气流量计行驶速度传感器加速踏板传感器曲轴转速传感器水温传感器,预热时间控制器调压阀电控喷油器增压压力执行器废弃再循环执行器电动输油泵,电控柴油喷射系统使用的执行器,9.2.2高压泵的结构与工作原理采用三个径向布置的柱塞泵油元件9，由偏心凸轮8驱动。,图93调压阀,3.

6、 高压存储器存储高压油，保持压力稳定。共轨管上安装有压力传感器2、 限压阀3和流量限制器4。,图94高压存储器（共轨管）的结构,图95共轨压力传感器,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。,限压阀(见图96)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96限压阀,流量限制器(见图97)的作用是防止喷油器出现持续喷油。,4. 电控喷油器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98电控喷油器,

7、5. 传感与控制部分 传感与控制部分包括传感器、电控单元(ECU)和执行机构。 高压共轨喷油器的喷油量、喷油时间和喷油规律除了取决于柴油机的转速、负荷外，还跟众多因素有关，如进气流量、 进气温度、冷却水温度、燃油温度、 增压压力、电源电压、凸轮轴位置、废气排放等。 所以，必须采用相应传感器， 采集相关数据，其采集的数据量达15 000个s。传感器的结构和原理与电控汽油喷射系统的传感器的基本相同。 ,图99丰田ECD的控制系统的组成,图910丰田ECD的构成,9.3丰田汽车公司的电控式柴油机,1. 喷油量的控制如前所述，分配式喷油泵的喷油量，通过移动控制套筒加以调节。以往的机械式控制装置，把加速

8、踏板、离心式调速器(高速时起作用)和各种弹簧组合起来，移动控制套筒。 如图911所示，在ECD系统中，ECU根据加速踏板位置传感器和发动机转速传感器的信号，首先算出基本喷油量，其次， 根据来自水温传感器、进气温度传感器、进气压力传感器和起动机等的信号，对这个基本喷油量加以修正，再经来自溢流环(控制套筒)位置传感器的信号的进一步反馈修正后，才决定最佳喷油量。,图911基本喷油量的计算和修正,图913加速踏板位置传感器的结构与内部接线(a) 结构； (b) 内部接线,2. 怠速转速等的控制以往的机械式调速器除了具有限制空转最高转速的离心式调速器之外，还含有调节启动、怠速和部分负荷等工况下的喷油量的

9、弹簧，结构很复杂。怠速拟定、低温时通过蜡式节温器对快速怠速的拟定以及使用空调器时通过膜片拟定怠速增量等， 都分别由另外的机械进行调节。因此，这些机构的拟定值， 随着时间的推移，也会失常。 ,3. 喷油时刻的控制机械式供油提前角自动调节器的喷油时刻取决于喷油泵的供油压力，而供油压力则是随着发动机转速和喷油量的变化而改变，因此，只能对喷油时刻进行粗糙的线性调节。但是，就电子控制式而言，由于用电子计算机计算喷油时刻， 并能自由地调节喷油正时器，故能够进行精确控制。,图914喷油时刻的调节,图915喷油时刻的决定,4. 进气节流控制进气歧管的空气通路分成主、副两支，并在两支通路上分别设置大直径的主节气

10、门和小直径的副节气门。 副节气门按全开、 半开和全闭三种情况调节。设置副节气门的目的是为了在发动机暖机后怠速运转时减少进气量， 以降低发动机爆发压力、振动与噪声，并在发动机停止时切断充气。,图916进气节流系统,5. 自我诊断和安装装置与汽油机电子控制系统的情况相同，柴油机电子控制系统采用亮灯报警，表示有异常发生。此外，利用氧传感器检查器，能够找出异常的地方。 诊断项目装置有进气压力传感器、水温传感器、进气温度传感器、车速传感器、起动机开关、空调器开关、空挡开关、溢流传感器、促动器、溢流位置传感器、加速踏板位置传感器、转速传感器、喷油正时控制阀和喷油正时器位置传感器。当发动机的转速超过5600

11、 r/min或者发动机调速失灵时， 系统具有使发动机停止的安全功能。,9.4柴油机电子控制系统的故障诊断,9.4.1故障自诊断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，由于只接收电控单元信号，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。 (

12、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

13、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。以图917所示的冷却液温度传感器的故障诊断为例，正常工作时，其输出电压应在0.154.85 V范围内。如果输出电压低于0.1 V(相当于冷却液温度高于139）或高于4.8 V（相当于冷却液温度低于-50），则系统诊断为故障信号。,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 通常诊断的输出接口由检查发动机(CHECK ENGIN

14、E)警告灯、超速挡指示灯、ABS警告灯、电控单元检测插座、故障诊断插座(TDCL）等组成（如图918所示）。警告灯或指示灯作为指示有无故障的标志，一般位于汽车仪表板上（如图918(a)所示）；电控单元检测插座一般位于发动机舱内。当将检测插座与检测端子TE对地短接后（如图918(b)所示）， 发动机警告灯会闪烁，闪烁次数即为故障代码。 故障诊断插座通常位于仪表板下方，它是电控系统诊断信号的专用连接器，主要用于与专用的车外故障诊断仪（也称电脑解码器）相连接，进行车外诊断，以扩充随车诊断系统的诊断信息和诊断功能。它也可用于随机诊断，这时它的作用完全同电控单元检测插座。,1） 采用随车自诊断系统读取如

15、图919所示，汽车正常行驶中，若发现发动机警告灯持续点亮，意味着存在故障。为读取故障代码，先将电源钥匙开关置于“OFF”， 用一根导线连接故障诊断插座（或检测插座）内的TE1和E1。在读取故障代码之前，要使柴油机处于规定的状态： 蓄电池电压大于等于11 V；松开油门；变速器置空挡；关闭所有附属电器设备； 柴油机为热机状态。 在以上状态下，将电源钥匙开关置于“ON”，但不启动柴油机。 读取故障代码的方法有以下三种。,图919故障代码显示（a） 正常； （b） 显示故障代码,(1) 用仪表板上“检查发动机”警告灯的闪烁规律读取。 如图919(a)所示，若电控系统工作正常， 电控单元内存无故障代码，

16、则警告灯以每秒5次的频率连续闪烁。 若电控单元内存有故障代码，则警告灯以每秒2次的闪烁频率连续闪烁， 将两位数组成的故障代码的十位数和个位数， 先后用警告灯的闪烁次数表示出来（见图919(b)）。,2） 采用车外诊断系统读取 (1) 通过故障诊断仪向电控单元发出工作指令。在柴油机运转过程中或熄火状态下通过故障诊断仪可向执行器发出工作指令。例如，在柴油机运转过程中，或停止某缸喷油器的喷油；或模拟加速；或模拟各种行驶状态；或设定喷油正时； 或设定怠速所需的初始状态。再如，在柴油机熄火状态下， 让某个喷油器喷油，某个继电器或某个电磁阀工作。通过这些来检测执行器的工作情况， 查找有故障的控制电路。因此

17、， 这种功能特别适合于检测执行器及其控制电路的故障。,(2) 清除电控单元内存储的故障代码。 通过故障诊断仪发出指令， 清除电控单元内存储的故障代码，使故障警告灯熄灭。,(3) 进行数据传送，直接读取各部分电路中的诊断参数。 柴油机运行过程中，电控单元的工作情况，各种输入、 输出信号的瞬时数值（如各传感器信号、电控单元计算结果、 控制模式以及向各执行器发出的控制指令）等，都可以串行通信方式，反映在故障诊断仪上，使整个电控系统的工作情况一目了然。检修人员即可根据柴油机运行过程中电控系统的各种数据变化情况，来判断系统工作情况正常与否。它特别适用于诊断故障是因传感器故障造成的或是因连接电路开路或短路

18、造成的。,9.4.3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。 为防止因电控单元出现故障，汽车被迫停止行驶，在多数电控单元内具有备用电路以提供失效保护。当监控回路内定时信号溢出后， 系统进入失效保护程序的控制状态，立即起用备用电路。在备用电路中输出柴油机转速信号、油门位置信号以及启动信号等进行简易控制， 在简易控制状态下的启动、 油门位置变化以及其他控制均用程序设定，所对应的循环供（喷）油量、喷油提前角等为

19、一定值。汽车则在备用电路控制下，以一种行驶模式（例如10 km/h车速）开到最近的维修站检修。,9.4.4电子控制柴油喷射系统常见故障的诊断1. ECU故障 电子控制单元ECU虽然比较可靠，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， 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

20、失控或控制不正常，柴油机工作不协调，甚至不能工作。如速度传感器失效、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。,9.4.5电子控制柴油喷射系统常见故障分析,1. 发动机不启动 发动机发生不启动故障时，判断故障的步骤与汽油机的基本相同，不同的是柴油机在冷启动时有预热系统参加工作， 因此，需要检查与排除。 柴油机启动困难或不启动的原因是多方面的， 常见的有以下几种： （1） 柴油机

21、预热时间不够，温度过低，造成启动柴油机时，排气管冒灰白烟，但不着火。,（2） 燃烧室内积存柴油过多， 因启动前的准备工作没有做好，造成多次启动不着，使进入燃烧室的柴油积存过多， 从而启动困难。 （3） 喷油器不喷油或喷油雾化质量太差，在摇转曲轴时， 听不到喷油器的喷油响声，或用起动机启动柴油机时，排气管看不到灰白烟。 （4） 燃油箱至喷油器的油路进入空气。 （5） 供油提前角过大或过小（时间控制器有故障）。,（6） 空气滤清器进气管全部或大部堵塞。 （7） 压缩压力不足，造成压缩行程终了的气体温度过低， 使喷进燃烧室的柴油不能发火燃烧。 （8） 电控单元有故障。,2. 发动机运转不平稳 发动机

22、发生运转不平稳故障时， 要考虑发动机系统所采用的喷油系统的类型。不同的类型检查与排除的方法也不同。 下面以柱塞泵为例分析。 柴油机工作时，从排气和工作响声可听到转速忽高忽低。 其原因如下： （1）电子调速器有故障， 各连接件不灵活或间隙过大。 （2） 调速器壳体内润滑油面过高， 或润滑油粘度过大。 （3） 柱塞调节臂与调节拨叉间隙过大（柱塞泵）。 （4） 控制套筒位置传感器与故障。,（5） 供油拉杆（或齿杆）与拉杆衬套间隙过大， 或间隙过小，运动不灵活。 （6） 柱塞转动不灵活。 （7）个别缸的供油拨叉紧固螺钉松动，或齿箍与控制套松动。 （8） 多缸柴油机的供油不均匀度过大，压缩压力不一致。

23、（9）供油提前角过大或过小， 时间控制器有故障。 （10）个别缸的出油阀弹簧与柱塞弹簧折断，或弹力不足。 （11） 燃油油路进入空气。,（12） 空气流量计有故障。 （13） 进气温度传感器有故障。 （14） 个别缸喷油雾化不良。 （15） 个别缸气门弹簧过软或折断。 （16） 空气滤清器或进气管部分堵塞。,3. 柴油机功率不足 引起柴油机功率不足的原因是多方面的，几乎涉及柴油机各个机构和系统的技术状态。其常见的原因如下： （1） 柴油中混入水分， 或油路中有空气。 （2） 柴油质量不合乎规定要求。 （3） 空气流量计有故障。 （4） 进气温度传感器有故障。 （5） 油箱开关未完全打开、 电动

24、输油泵有故障， 或燃油管路部分堵塞。,4. 柴油机自行停车 柴油机在运行过程中，加速踏板在供油位置，但转速逐渐降低或突然降低，直到自行停车熄火。对这一故障因素， 根据自行停车时，转速降低的缓急程度和尾气的颜色，分别介绍如下： （1） 自行停车时，转速逐渐降低，但柴油机响声和尾气颜色无异常发现。这类特征多为燃油系故障引起的，例如， 油箱无油、油路进入空气、油路堵塞等。 （2） 自行停车时，转速虽然也是逐渐降低，但排气管排黑烟，甚至浓黑烟。这类情况多为空气滤清器或进气管堵塞造成的。,5. 柴油机飞车 柴油机在运行过程中，转速突然上升，不能控制，俗称飞车或跑车。 常见的原因如下： （1） 调速器失灵

25、有故障。 （2） 供油拉杆（或供油齿条）在供油量最大位置卡住。 （3） JP2空气滤清器油盘的润滑油加注过多，或露天作业雨水吸入油盘而使润滑油面升高。 （4） 用柴油或汽油清洗空气滤清器滤网后， 没有烘干就装车使用。 （5） 其他因素造成柴油或润滑油进入燃烧室。 （6） 调速器壳体内的润滑油面过高， 或粘度过大。,6. 喷油泵供油压力不足或不供油 喷油泵供油压力不足，使喷油器喷油雾化不良，启动困难，动力下降，排黑烟。 喷油泵不供油，使柴油机启动不着而不能工作。其主要原因如下： （1） 低压油路不来油， 或来油压力过低。 （2） 由油箱至喷油器的油路有空气。 （3） 空气流量计有故障。 （4）

26、柱塞副磨损或柱塞卡住。,（5） 柱塞弹簧弹力不足或弹簧折断。 （6） 出油阀封闭不严或弹簧折断。 （7） 柱塞与调节臂的铆合处松动， 向供油量小的方向位移。 （8） 供油拉杆在不供油位置卡住。 （9） 供油拨叉（或齿箍）松脱。 （10） 电子调速器有故障。,7. 柴油机冒黑烟 冒烟是柴油机常见的故障，其主要原因是发动机燃烧室缺氧。只要进气受阻就会出现这一现象。 （1） 压缩压力不足。压缩压力不足，使气缸在压缩行程终了的空气量相应减少，改变了燃油与空气的正常混合比例， 造成油多气少，使燃油在缺氧的条件下燃烧；压缩压力不足， 还会使压缩终了的气体温度降低，这对燃油的蒸发、汽化与燃烧都会造成不利的条

27、件和影响；压缩压力不足，对油雾扩散、 混合气的形成也会造成不良影响而排黑烟。 （2） 空气滤清器堵塞。,8.发动机冒白烟白烟又分为灰白烟和水汽白烟两种，分述如下：（1）灰白烟：进入气缸的燃油燃烧不良，部分燃油蒸发为燃油蒸气，随同废气排出。其主要原因如下：喷油器针阀在开的位置卡住。喷油器喷油雾化不良。供油提前角过小。压缩压力严重不足。工作温度过低。节温器损坏。冷却液温度传感器损坏。预热系统有故障。,（2）水汽白烟：水分进入燃烧室受热汽化而成。其主要原因如下：燃油中有水。气缸垫烧毁。气缸或气缸盖裂纹。柴油机工作温度过低。,9.发动机冒蓝烟发动机冒蓝烟，是因为润滑油进入气缸，受热蒸发成为蓝色油气，并随同废气一起排出气缸，在排气管口上部观察为蓝色烟气。其主要原因如下：（1）润滑油润滑气门与导管之间的间隙下漏，进入气缸。（2）润滑油沿活塞与气缸之间的间隙上窜，进入气缸。（3）燃油中混入润滑油。（4）在机体通向气缸盖油道附近的气缸垫烧毁。,10.爆震柴油发动机不经常发生爆震，因为在喷油之前燃烧室内没有燃油，也点不着火。如有爆震，可能是：（1）喷油正时不对。（2）燃油标号不对。（3）喷油器漏油。（4）烧机油（还可能造成发动机失控）。,