柴油机的燃料喷射系统的原理与检测.docx

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柴油机的燃料喷射系统的原理与检测

柴油机的燃料喷射系统的原理与检测

　　随着电子技术的发展，汽油机的电控喷射技术已发展到相当完善的程度。

而直到20世纪80年代中期，国外一些大型汽车工业公司才开始着手研究开发电子控制式柴油机，以提高其各项使用性能、降低燃料消耗、降低噪声，并满足日益严格的排放法规等要求。

我国一汽集团在2005年4月才拥有了自主知识产权并达到世界先进水平的电控喷射的柴油机．　　　　

下面以日本电器公司ECU-U2系统为例，介绍一下柴油机的燃料电控喷射系统。

ECU-U2系统已于1995年用于日本日野公司Ｊ系统轿车上，同时日本三菱、五十铃、日产等公司的多种车型上也有应用。

一、柴油机燃料电控喷射系统的组成　

　该系统（如图1所示）主要有喷油泵、喷油器、公共油槽、ECU及转速、曲轴转角位置等传感器等。

此系统通过各传感器检测出的发动机不同工况的转速、油门、水温等信号，由ECU来决定燃油的喷油量、喷油时刻、喷油压力，使发动机运行最佳；并且ECU不断进行自我检测。

如果发现有任何异常，就会发出警告信号提醒驾驶员，同时ECU具有自我保护程序，能自动地停机或使发动机进入安全的作业模式运行。

系统的工作过程如图2所示。

高压燃油油压由喷油泵产生，通过公共油槽进人到各喷油器中，喷油的开始与结束是由喷油器中的电磁阀（TWV）控制喷油器针阀的开与闭来实现的。

二、系统结构与功能　　　　

1.NE（转速）传感器：

NE传感器的主要功能是用来检测发动机转速的，是电磁式传感器。

ECU接受此信号后控制喷油器的喷油时间。

此传感器安装在飞轮壳上。

2.G（曲轴转角位置）传感器：

G传感器的主要作用是检测发动机曲轴转角位置的，也是电磁式传感器．ECU接受此传感器的信号后确定喷油的开始时刻。

G传感器安装在喷油泵上。

　3.公共油槽：

喷油泵将高压柴油送至公共油槽（如图４所示），公共油槽将其送至各个汽缸的喷油器中。

公共油槽中的油压由油压传感器检测，并将信号传至ECU，保证油压与发动机在该转速和负荷下所需要的压力相吻合。

系统油压一般控制在120-130MPa。

当油压高了以后，ECU控制PCV阀打开，喷油泵停止供油；当油压低到一定程度时，ECU控制PCV阀关闭。

4.压力传感器（如图4所示）：

压力传感器用于检测公共油槽的油压，并将测到的信号传给ECU，由ECU控制PCV阀的开闭。

压力传感器是一种压变电阻式传感器。

5.流量阻尼器（如图4所示）流量阻尼器的作用是用来消除高压油管中的压力脉动，使供给喷油器的油压稳定在一定范围内。

6.限压阀（原理见图1，安装如图4所示）：

限压阀在异常高压时打开，以释放高压。

当公共油槽中的压力达到约140MPa时打开，当压力下降到30MPa时又关闭，以此来维持压力。

三、喷油泵

１．喷油泵的结构（如图5所示）喷油泵由发动机通过齿轮驱动，PCV压力控制阀（Pressurecontrolvalve）与喷油泵一起控制燃油压力。

凸轮轴有三个峰，泵的柱塞数就可降为汽缸数的1/3，同时给公共油槽的加压次数与汽缸数相同，这样就容易达到公共油槽中的压力平稳。

２．喷油泵的工作过程（如图6、图7所示）

A.在柱塞的下降行程中，PCV打开，低压油经过PCV被吸入柱塞腔。

B.即使柱塞进人上升行程，只要没有电信号流到PCV，阀就保持打开，进入PCV的油被回流掉，所以压力不上升。

Ｃ．当需要加压时，电控信号被送到PCV，把阀关闭，燃油的回流通路被切断，柱塞腔中的压力就上升，燃油通过出油阀加注进公共油槽。

即当阀关闭时，柱塞的上升行程就是要排出的油量，因此只要调节关闭阀的时间，就可以调节加注的油量和公共油槽中的压力。

D.当凸轮超过最高点后进人下降行程，柱塞腔中的压力下降，此时出油阀就关闭，防止柴油回流。

同时，流到PCV的电流被切断，PCV就打开，低压的燃油就进人柱塞腔，又开始了下一个循环。

四、喷油器　

　在每个喷油器上方有一个电控三通阀（TWV阀），如图８所示。

三通阀由内阀、外阀和阀体组成。

内阀是一个自由活塞，外阀和电磁线圈的铁心做成一体，由线圈通电来使外阀上下运动，阀体则用来支承外阀。

这三部分相互配合精度很高，分别形成密封锥座Ａ和Ｂ。

随着外阀的运动，A,B锥座交替关闭，三个油道两两交替连通。

电磁阀不通电时，外阀处在下面位置，B座关闭。

从公共油槽中来的高压燃油进入喷油器座面处，也通过三通阀进入液力活塞上方。

液力活塞在公共油槽高压燃油作用下企图下行，喷油器针阀升不起来，喷油器不喷油。

当电控三通阀通电时，三通阀的外阀向上运动，Ａ座关闭，挡住了公共油槽高压燃油进油口，阻止燃油进入液力活塞上方，同时外阀上行，Ｂ座打开，泄油道打开，使液力活塞上方的油压通过泄油道泄压，喷油器针阀在公共油槽高压燃油作用下升起，开始喷油。

为使针阀升起速度不要太快，达到低于柴油机所需的初期喷油速率的要求，在液力活塞上方专门设计了一个单向阀和一个小孔节流通道（如图８）。

单向阀阻止液力活塞上方燃油通过，燃油只有通过小孔逐步泄出，造成液力活塞上方燃油压力下降速度放慢，针阀升起缓慢。

当喷油结束时，三通阀断电，在弹簧力作用下外阀向下运动，B座关闭，泄油道关闭，而Ａ座打开，亦即打开了燃油进入液力活塞的通道，共轨高压燃油通过单向阀迅速加到液力活塞上方，活塞下行。

由于活塞直径比针阀直径大得多，因此就会产生很大油压力使针阀迅速关闭，实现快速停止喷油，以满足柴油机的要求。

三通阀通电时刻决定了喷油始点，通电持续时间决定喷油量大小。

喷射压力可以根据柴油机工况要求进行调节。

低速低负荷工况时，可以实现所需要的某种程度高压。

喷射压力的调节可以完全不受转速、负荷工况的制约。

三通阀开启响应时间为0.35ms，关闭响应时间为0.4ms，三通阀全负荷能耗50W。

五、系统的检测方法　　　

1.量燃油压力：

燃油压力的测量指低压回路中的压力，高压回路中的压力由于压力非常高，不能测量。

其步骤为：

１）拆下燃油压力测量塞；

２）接上压力测试接头，连好压力表；

３）启动发动机，在高怠速下测出压力；

４）测量完毕后把机器恢复原样。

当燃油被烧干或燃油系统的零部件更换以后，要进行排气，使用手油泵进行排气。

２排气方法：

１）拆下燃油滤芯，装满燃油并安装好；（注意：

装入的燃油一定要干净，不能有脏物混入。

如果没有干净的燃油，则不要拆下燃油滤芯，用手油泵泵入燃油。

）

２）拆下燃油滤芯上的排气塞操作手油泵。

手油泵泵油直到油从排气塞处冒出，装上排气塞，扭矩约为78-98N•m（0.8-1.0kgm）

３）松开供油泵上的排气塞，用手油泵进行排气操作90-100次，，直到油从排气塞处冒出，拧紧排气塞，再操作几下手油泵直到很重时，排气塞扭矩约4.9-6.9N•m（0.5-0.7kgm）　

４）启发动机。

如果发动机不能启动，说明低压回路中的空气没有完全排出，重复从第２步的操作。

（注高压回路中的空气在发动机回转时可以自动排出。

）　　　

３．检查燃油系统的泄漏：

由干高压回路中的压力很高，如果发动机在运转时有燃油泄漏，有着火的危险。

为了使检查方便，在检查前要把发动机周围清理干净，特别是机油和黄油。

检查步骤如下：

　　　　１）在供油泵、公共油槽、喷油嘴、高压管周围喷上着色剂；　　　　２）启动发动机，在1000r/min以下运行，当发动机速度稳定后，关闭发动机；　　　　

３）检查燃油硬管和燃油系统设备是否漏油。

检查高压回路，特别是喷有着色剂的地方。

如有漏油要立即修复，再次从第２步开始检查；　　　　４）启动发动机高怠速运转；　　　　

５）检查燃油硬管和燃油系统设备是否漏油。

检查高压回路，特别是涂有着色剂的地方。

如有漏油要立即修复，再次从第２步开始检查；　　　　６）启动发动机高怠速运转，然后给发动机加载。

安装在机器上的情况下，可以做变速箱失速或液压失速；　　　　

７）检查燃油硬管和燃油系统设备是否漏油。

检查高压回路，特别是喷有着色剂的地方。

如有漏油要立即修复，再次从第２步开始检查。

如果没有发现漏油，检查完毕。

４．发动机断缸试验：

断缸试验是指切断一个或多个缸的燃烧，通过速度变化来判断哪个缸的燃烧有问题。

断缸方法如下：

　１）启动开关ON；　　　

　２）同时按时钟开关、右行走开关和工作模式开关至少2.5s，面板显示转入断缸模式，时间区显示发动机转速，工时区显示汽缸数；

　３）启动发动机，记录高低怠速；　　　

　４）用下面的方法设定断缸模式操作：

按着时钟开关，通过操作工作模式开关来选择要断开的缸，被选到的缸数会闪亮；按着时钟开关，操作重举升开关来执行断缸操作。

此时液晶显示由闪亮数字变成上下两段码。

要断开多个缸时，重复上两步操作；　　　

　５）记录断缸模式下发动机的低怠速与高怠速，此转速与步骤３中的数据相比较，就能发现哪一缸有问题；　　　

　６）用下面的方法解除断缸模式按着时钟开关，通过操作工作模式开关来选择要解除断开的缸，被选到的缸数的上下两段码会闪亮。

按着时钟开关，操作重举升开关来解除断缸操作。

此时液晶体显示由闪亮的上下两段码变成闪亮的数字码，要解除多个缸时，重复上两步操作；　　　

　７）试验结束后，同时按时钟开关、右行走开关和工作模式开关至少2.5s，结束断缸操作。

５．燃油泵无负荷供油异常故障检查（见图９）

　１）清洗滤芯与粗滤器的检查、更换：

①滤网一分解检查，如有堵塞则清洗；②粗滤器在滤网的上游，如果滤网堵塞，则也要清洗粗滤器；③如果上述２步没有解决问题，则更换滤芯。

　２）如果低压回路装置有故障，检查下列要点：

①残存部分燃油；②供油泵的粘接与磨损；③低压油管的漏油与堵塞；④旁通阀故障、错装；⑤柴油进入油底盘（缸头内漏）

3）检查回油量的方法：

（注意：

回油温度较高，超过90℃,小心烫伤。

）①拆下发动机后侧的回油管接头；②连上一条管子，收集回油到一容器中；③启动发动机，测量在各稳定转速时每分钟的回油量，如表一: