柴油发动机区别讲义及数据流解析.docx
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柴油发动机区别讲义及数据流解析
1，柴油发动机原理及与汽油发动机对比
--OTTO发动机循环
--柴油发动机循环
--柴油发动机与汽油发动机对比
2，柴油发动机燃烧方式
3，捷达SDI用轴向分配泵
4，捷达SDI发动机管理系统
--系统简介
--故障诊断
5，废气再循环
--系统简介
--系统检查
6，发动机控制器
--电源电压检验
--控制器更换
•柴油发动机原理及与汽油发动机对比
KARNOT循环
为实现理想KARNOT循环，必须有这么一个气缸，它能导热同时也绝热，这可以在原理图中用简单的方法描述。
下面PV图所示循
现工况变化
DerberiihmteCamobKreis-prozeS,diegedanklicheGrundlagejedesVerbren-nungsmotor-Prazesses,imp-v-Diagramm.WieslchderVorgangab$piefttwirdimTexteingehenderkl^rt.BeiQ12wirdWarmsdurchdandurch）asstgenZyIinderabgefvhrt,iwimuB^Varmedutchdeneben-FallsdurchlassigenZylindercugefuhrtweFden.
KARNOT循环图
燃料空气混合气分两步压缩。
从点1至点2的第一个过程是恒温过程。
这时必须散热，气缸必须是导热的。
压缩产生的热量必须无损失地传入冷却液中。
整个过程温度不变，压力升高，体积减小。
下一个压缩阶段为绝热过程，它意味着压力和温度升高，气缸在这时是绝热的。
压缩过程后，高温高压气体从点3开始膨胀。
点3至点4的第一阶段是恒温的，它从外界接受热量。
从点4至点1继续膨胀，这是绝热过程，压力和温度降低。
整个循环过程能实现极高的热效率。
热效率与压缩最高温度和环境温度之差有关。
当允许膨胀至绝对零度-273K,热效率将达到100%。
Otto循环过程
Otto燃烧过程也被称为定容燃烧。
工况变化通过对压缩燃料空气混合气外部点火导入。
正如从图中看到的，在点2和点3之间压力升高而没有容积变化。
点火时火焰前沿在气缸内快速前进（15-20m/s）,
压力迅速升高。
Hjersi&htmandenideslenCar-noMCrejsprozeGOberdemtheo-retischenOttcmotor-KreisprozeR（schraffrert}aufgetragen:
KlarzuerkerifiBnist,wievieltheoreti-
Let^tungbeimOnoprozeGgegenuber聶rnot"versehenktwird.
OTTO循环图
我们现在根据PV图跟踪循环过程：
点1活塞到达气缸下止点，进气行程结束。
活塞继续上行，压力和温度升高，混合气被绝热压缩。
在点2,混合气压缩达到其最高值。
现在通过外部点火，燃烧导入。
压力迅速升高，同时没有容积的变化。
图中点3温度和压力达到最高点。
膨胀过程开始。
系统做功，活塞从上止点到下止点向下移动。
点3至点4之间的膨胀过程是绝热的，压力和温度降低。
在点4至点1
之间排出膨胀气体的剩余能量，大约1/3的机械能损失。
此理论等容图被称作示功图。
用传感器能测量不同转速时示功
图，通过它们能清楚看出机器的燃料利用程度和功率特性。
下图是
个实际示功图和理论循环图的对比
Zwischend«mreaten（schraffiert}unddemidealenOttodiagrammk^nnebenfallseingrowerllnter*schiedfestgastelItwerden.Die
weiftenFl酋匚h&nunddersGhmaleBalltMumdieAtmosph^renliniastellenVerlustarbeitdacWsistdiemdiziertemechanischeArbeit,
Vwlustarbeft（Ansaugen-AuS5lol3en}
OTTO实际示功图和理论循环对比图
几乎所有实际工况和理论工况都有偏差。
这意味着功率的损失。
可分为如下几方面：
〃燃烧延迟
〃热量散失至冷却液中
〃气缸中的涡流
〃排气和进气负功以及
〃机械损失
如果把燃料能量看作100%,那么只有1/3转换成机械功，1/3由排气带走，另外1/3由冷却液带走。
为利用排气中的能量，人们引入了排气涡轮增压的概念。
实际示功图中循环过程下面一个回路，在大
气压力线各有很窄的一部分。
对内燃机来说，整个回路都是负功。
今
天的Otto发动机约有30%的热效率。
柴油发动机循环图
柴油机原理，同样以KARNOT循环为基础。
通过与理论循环过程较好的近似，效率得以提高。
与Otto发动机相比，自燃发动机在缸内形成混合气，这意味空气能被压缩到很高温度（约700至900C）,柴油通过喷嘴喷入燃烧室，引起燃烧。
人们称柴油机循环过程为恒压过程。
燃烧，这里叫热量输送，近似于等压过程。
我们来仔细看看柴油机理论循环过程图：
Indiesemp-v-Diagrannmhabenwirdenidealsn^Carnot*1uberdenidealenDieseiXreisprozeS—affi白rt）gelegt.DieZeichnungdeut-daBderWirkungsgr^ddesDiemelmotorserseinmu3ahderdesOttomctors.OieselnitseinemMotor,dutchbessereAngl^i-iganschonaufAnhisbeinen
besserenWirkungsgradarretcht,alsOttomrtseinemMotor.wurdedertheo-
retischeWirkun^sgradvon„Carnt>t*nichterretchtnDiewei£anF惜che旬turnderischraffiertenKreisprozeC
—zeigondi«deutlick
柴油发动机理论循环图
点1为进气行程结束点，活塞处在气缸下止点。
吸入的空气被活塞从下止点绝热压缩至上止点。
工况变化时气体与环境不发生热交换，压力和温度升高。
点2和点3之间，燃油喷入高度压缩的热空气中，并通过自燃燃烧。
喷入燃油的数量如此限定，活塞回程开始时压力保持不变（恒压）。
点3为喷射结束点，达到最高燃烧温度。
点3
和4之间为绝热膨胀，压力和温度降低。
点4对应曲轴的某一位臵，在这点排气门打开。
在近似于等容的过程中，温度和压力迅速降低。
在此图中没有给出大气压力上下的回路，同Otto发动机一样都是负
功。
循环过程阴影部分面积为理论功W。
效率与压缩比和喷油量有
关。
理论上如压缩比无限升高，将得到最高的效率。
实际上将受材料热负荷以及机器的装配尺寸的限制。
柴油机的实际循环图与Otto发动机一样，只是近似于理论循环。
工况变化为多变过程。
柴油发动机实际循环图
柴油发动机和Otto发动机对比
柴油机与Otto发动机相比，比较省油，HC和CO排放值小。
但Nox和颗粒排放增加，噪声排放也增加。
但柴油机排放一个重要的优势是它能保持长时间的稳定。
汽油机使用3元催化转化器，排放特性容易随时间而恶化。
四个冲程的对比
吸气仃程
压缩行程
作功仃程
排气行程
汽油机
吸入汽油空气混合气
混合气被压
缩至11-18
bar温度400
600C
通过火花塞点燃混合气
排出燃烧完的气体
柴油机
吸入空气
空气被压缩
至30-60bar,
温度700
900C
柴油喷入高度压缩的空气里，产生自燃
排出燃烧完的气体
特征值比较
汽油机
柴油机
压缩比
6-11:
1
21-30:
1
压缩压力
bar
11-18
30-60
压缩温度
400-600
700-900
燃烧最高压力
bar
40-60
65-90
全负荷排气温度
C
700-1000
500-600
转速（平均值）
l/min
5000-6000
4000
低速扭矩
小
大
升功率
kW/l
高
低
总效率
%
15-30
25-40
点火方式
外部点火
自燃
•柴油发动机燃烧方法
柴油发动机混合气形成是在气缸内不均匀形成的，柴油以喷射油束的形式进入缸内，与现存空气混合成可燃混合气。
这种混合气形成方式使质量调节成为可能，既转速和负荷只由喷入气缸内的燃油质量控制，而不象汽油机一样通过进气节流调节（数量调节）。
混合气形成
空燃比将通过过量空气系数入描述：
入二吸入的空气量/理论空气需要量
1千克柴油完全燃烧需要14,5千克空气，这时过量空气系数入=1。
燃烧能够发生，混合气应处在0，3〈入〈1,5范围内。
柴油发动机喷油后形成的不均匀混合气覆盖了入=*（油束区域外的纯净空气）至入=0（油束中心的纯燃油）。
为了在气缸内尽可能大的区域形成可燃混合气,需通过扩散和紊流形成质量传递。
喷入的油雾和空气之间的相对速度越大,通过扩散形成混合气的过程完成得越快。
这就要求高的喷射速度和喷射压力,以及空气在燃烧室中形成强的涡流
（Verwirelung）。
优化的燃烧室形状和活塞的运动如挤气间隙将决定紊流（Turbulenzen）的形成。
〃燃烧过程
柴油发动机燃烧方式从根本上决定了其热力学品质和噪声特
性。
燃油喷入燃烧室后到一个可测量的压力升高（燃烧开始）,存在
一个约几个微秒的滞后。
这就是点火滞后,由混合气的制备,空气的
温度和压力决定。
燃油的质量同样对其有影响
DruckverbaltniimZylindereinesDieselmotors：
A=Einspritzbeginn;B=Verbrsnoungsbe-ginn；C=ZLjndvenug.
柴油发动机燃烧过程
随后的燃烧可分为两个阶段：
第一阶段：
在点火延迟期间喷入的燃油挥发，随后突然燃烧。
这种燃烧导致了一个很陡的压力升高，这就是著名的‘柴油机敲击’，
噪声污染的源泉。
原因是点火延迟期间建立的易燃混合气。
点火延迟
时间的缩短，如通过进气预热，增压和高压缩比，将有利于噪声特性的改善。
第二阶段：
压燃后喷入的燃油与空气混合并燃烧。
这个过程的
长短取决于压燃后喷入的燃油形成混合气的情况。
这个阶段的燃
烧几乎只由混合过程决定，较差的混合气建立过程将导致碳烟的形成。
柴油机燃烧过程的最后阶段，也被称为‘后燃’，相对来说燃油转换成可燃混合气的过程较慢。
原因是气体温度的降低，燃烧室内紊流空气运动速度的减慢和燃烧终了阶段氧气含量的降低。
它将对燃油消耗和碳烟的形成产生负面影响。
为了实现与此相关的较佳的发动机性能，最终燃烧应该尽可能早和快。
通过适当的措施，决定噪声特性、有害物质排放和经济性的燃烧过程能够优化。
原则是第一阶段的转换应尽可能弱，以达到一个较佳的噪声特性。
但要注意的是，不能由此使燃烧终了阶段太迟，以避免烟度排放升高。
这可以通过在点火延迟期间燃油喷射和空气运动的优化调整来实现。
第一阶段除点火需要的部分外，燃油应比较浓，由此保持惰性，第二阶段可通过燃烧自身产生的附加空气运动，最大程度加速混合的过程。
理想的燃烧过程可通过合适的燃烧方法实现。
•捷达SDI用轴向分配泵（VerteilereinspritzpumpeVE）
与直列泵相反，多缸发动机用的VE分配泵只有一个泵缸体和一个泵柱塞。
泵柱塞将所需燃油通过一个分配螺母分配至发动机相应各缸。
在分配泵密封的壳体内有下列功能组件：
△带分配器的高压泵，
△转速调节器，
△喷油起始调节器
△低压输送泵-叶轮室和
△燃油切断装臵。
如图给出了VE泵的结构组件和它们的任务。
分配泵驱动轴处于
泵室里。
它上面外部布臵有低压输送泵-叶轮室。
滑轮环在驱动轴后面，它不和驱动机构相连，同样也布臵在泵室里。
通过冲程板（Hubscheibe）-它用滑轮环上的滑轮支撑并被驱动轴驱动-产生一个旋转-前后运动，并传递到分配器柱塞上。
VE-E泵：
1•旋转执行电磁铁2•滑套位置传感器3.与控制单元连接插口4.转轴5.泵头6.供油起始时刻控制电磁阀7滑套8.正时装置
分配泵燃油输送是一个动态过程，它分成几个冲程。
喷射需要的压力由柱塞泵产生。
如图所示，分配泵柱塞的运动将燃油分配至一个缸。
这里例如对四缸机，柱塞从下死点至上死点的运动，分配泵柱塞转1/4转完成一次，对六缸机为1/6转。
分配泵输送过程
燃油输送共分为4步：
a.进油--在下止点，燃油通过进油管道和阀孔口进入高压室
b.燃油输送--随着轴向运动，分配柱塞关闭进油管道，使高压室中的燃油保持一定压力。
随着旋转运动，分配槽开启接通与发动机汽缸相对应的出油管。
c.泄压一旦调节块打开控制孔，燃油输送结束。
d.进油在柱塞回到下止点时，通过旋转一径向运动，控制孔关闭。
高压室重新注油。
e.
燃油分配泵拆卸和安装
、1
災炉0144亍
1-燃油分配泵驱动轮固定螺栓
〃注意不同的零件（零件号不一样）不同的安装力矩
2-燃油分配泵驱动轮
3-轮毂螺母
〃无论什么情况都不能松动。
分配泵的基本调整已经完成
4-连接管
〃用于进油管。
力矩28Nm。
5-密封环
〃更换
6-燃油切断控制阀
〃力矩20Nm。
7-连接管
〃用于回油管。
力矩28Nm。
8-回油管
〃至燃油滤清器
9-压紧螺母
〃25Nm。
10-高压油管
〃拧紧力矩25Nm
〃弯曲形状不能改变11-连接管
〃带压力阀
〃拧紧力矩45Nm
12-螺栓
〃拧紧力矩25Nm
13-喷油嘴
〃3缸带针阀升程传感器-G80
〃拆装和检验
14-压板螺栓
〃拧紧力矩20Nm
15-压板
16-支架轴承
17-隔热垫
〃更换
18-螺栓
〃拧紧力矩12Nm
19-喷油起始控制阀-N108
20-O型环
21-滤网
22-螺栓
〃拧紧力矩30Nm
23-轴套
〃带螺母
24-分配泵支架
25-固定螺栓
〃拧紧力矩30Nm
燃油分配泵拆卸和安装
拆卸
-拆下发动机罩盖。
-拆除燃油分配泵上的油管。
-拆下正时齿带上罩盖和缸盖罩盖
-拆除刹车助力真空泵。
-曲轴转至1缸上止点，如图。
飞轮上的标记-1-必须与变速箱上的标记-2-对齐看起来应与变速箱上铣削平面-A-垂直。
1缸气门应关闭，4缸气门应相互重叠
凸轮轴用调整尺-MP1-312-固定，如图
-调整尺的对中如下：
转动被锁住的凸轮轴至调整尺的一端碰到缸盖。
用塞规在调整尺
的另一端测量产生的间隙。
将相当于间隙尺寸一半的塞规插入调整尺和缸盖之间。
转动凸轮
轴至调整尺位于塞规之上。
将相同尺寸的塞规在另一端插入调整尺和缸盖之间。
-装上拦截装臵-MP9-200-，使发动机处于安装位臵
-拆下分配泵齿带轮固定螺栓1并从分配泵轴上取下齿带轮，如图
轮毂上的螺母-2-在任何情况下都不应松开
拆开分配泵的10芯插座，如图。
-拆下支架固定螺栓-1-，如图
-拆下箭头处后支架固定螺栓，如图
-取下分配泵
安装
-将分配泵放入支架里，并首先固定后支架螺栓
-固定前螺栓-1-，拧紧力矩30Nm如图。
-用手将分配泵齿带轮和螺栓装在轮毂上。
-用插销-MP1-301-缩住分配泵齿带轮，如图
-分配泵齿带轮处于长孔的中间位臵。
-将凸轮轴齿带轮固定螺栓松开1圈。
-检查飞轮上上止点标记是否与变速箱上的标记对齐。
-将正时齿带放在分配泵齿带轮和张紧轮上。
-将齿带装在凸轮轴齿带轮上，拧紧分配泵齿带轮固定螺栓
-正时齿带张紧，注意切口应与箭头处凸起对齐，如图。
螺母拧紧力矩：
25Nm
。
注意
注意固定夹头的正确位臵，如图。
再一次检查飞轮上止点标记-拧紧凸轮轴齿带轮固定螺栓，力矩45Nm
-取下调整尺-MP1-312-，拔出插销-MP1-301-。
-沿发动机运转方向转动曲轴两圈，重回1缸上止点
-检查飞轮上止点标记和张紧轮的调整是否正确。
-接上油管和点线束
•捷达SDI发动机管理系统EDC15+
发动机管理系统示意图:
6订；L
1.加速踏板传感器2.制动灯开关3.离合器开关4.车速信号5.转
速传感器7.针阀运动传感器8.水温传感器9.进气温度传感器10.
燃油温度传感器11.喷油泵12.废气再循环14.故障灯
自诊断I
O注意！
车辆诊断仪-VAG1552只能使用Programmkarte5.0或更高版本的程
序卡。
自诊断系统技术参数
使用车辆诊断仪-VAG1552时可供选择的功能
在什么前提条件下您能选择所希望的功能，参见下表:
功能
前提条件
发动机不转，点火钥匙开
发动机怠速运转
车辆行驶时
01询问电脑版本
Ja
Ja
Ja
02读取故障码
Ja
Ja
Ja
03执行机构诊断
Ja
Ja
Nein
04基本设臵
Nein
Ja
Nein
05清除故障码
Ja
Ja
Ja
06任务结束
Ja
Ja
Ja
07电脑编码
Ja
Nein
Nein
08读取数据块
Ja
Ja
Ja
11登录程序
ja
nein
nein
车辆诊断系统将显示电脑识别码，例如：
038906012GC1,91R4EDCOOOOSG420XCodierung00002WSCXXXXX
△1，9L二发动机排量
△只4=发动机装配型式，直列4缸
△EDC喷射系统
（ElectronicDieselControl）
△00二控制器特性曲线
△SG=手动变速箱
△编码00002二电脑编码
△WSCXXXX车间代码
执行机构诊断
利用执行机构诊断功能，下列零件将按顺序被操控：
1,喷油起始控制阀-N108-
2,废气再循环控制阀-N18-
3,空调压缩机继电器
4,发动机进气节流阀体A/157-
5,燃油切断控制阀-N109
6,预热塞继电器-52-
7,预热时间控制灯-K29-
8,小功率暖风加热继电器
9,大功率暖风加热继电器
O注意！
每一个执行机构的操控时间限制为30秒，但是可以通过在车辆诊断仪-VAG1552E键入門和J延长。
操作流程
-接上车辆诊断仪-VAG1552。
起动发动机并键入地址
字'dresswort'1选取发动机控制器。
-选取功能03'tellglieddiagnose'
直接选取喷油起始控制阀。
屏幕显示：
Stellglieddiagnose—
VentilfuerEinspritzbeginn-N108
此控制阀的操控将使燃烧噪声产生清晰可听见的变化。
如果听不到燃烧噪声的变化：
-检查喷油起始控制阀调整范围。
-键入日选取废气再循环控制阀。
屏幕显示：
Stellglieddiagnose—
VentilfuerAbgasrueckfuehrung-N18
此控制阀必须动作。
O注意！
此控制阀的动作可能因为发动机噪声而听不到，可以通过触摸感觉到
它。
如果控制阀不动作：
-检查废气再循环控制阀-N18。
-键入匕，屏幕显示：
Stellglieddiagnose—
Klimakompressoreingriff
这一步对没有空调装臵的车辆也会出现。
-忽略显示内容。
-键入—,选取发动机进气节流阀体。
屏幕显示：
Stellglieddiagnose—
MotorfuerSaugrohrklappe-V157
发动机进气节流阀体的动作将引起燃烧噪声的交替变化（伺服电机开
关进气节流阀体）。
如果听不到燃烧噪声的变化：
-检查发动机进气节流阀体-V157。
-键入匕选取燃油切断控制阀。
屏幕显示：
Stellglieddiagnosef
Kraftstoffabschaltventil-N109
发动机必须熄火。
如果发动机不熄火：
-关闭点火钥匙。
-拆下燃油切断控制阀-N109并清除杂质。
-再重复进行执行机构诊断，如果发动机仍然不熄火，检查燃油切
断控制阀-N109。
-接下来的执行机构诊断在发动机不运转，点火钥匙开时进行。
-键入匕选取预热塞控制继电器-J52。
屏幕显示：
Stellglieddiagnosef
RelaisfuerGluehkerzen-J52
继电器必须动作。
此继电器的开和关，因为预热塞通过的电流较高，能够通过车内灯光
的明暗变化注意到。
继电器不动作:
-检查预热塞控制继电器-J52f电路，检查电气设备故障，安装位
臵。
-键入f,选取预热时间控制灯-K29。
屏幕显示:
Stellglieddiagnosef
KontrolllampefuerVorgluehzeit-K29
控制灯必须闪烁。
控制灯不闪烁:
-检查预热时间控制灯-K29f电路，检查电气设备故障，安装位臵
-键入匕选取小功率暖风加热继电器-J359。
屏幕显示:
Stellglieddiagnosef
RelaisfuerkleineHeizleitung-J359
此继电器必须动作。
如果不动作:
-检查小功率暖风加热继电器-J359f电路，检查电气设备故障，安
装位臵。
-键入f,选取大功率暖风加热继电器-J360。
屏幕显示:
Stellglieddiagnosef
RelaisfuergrosseHeizleitung-J360
此继电器必须动作。
如果不动作：
-检查大功率暖风加热继电器-J360f电路，检查电气设备故障，安
装位臵。
-键入f。
屏幕显示:
Fahrzeugsystem-TestFunktionanwaehlenXX
HELP
选择功能06Ausgabebeenden‘并按Q键确认
自诊断II
故障码16500…17978
-VAG1552显示
可能的故障原因
可能的影响
故障排除
16705
发动机转速
传感器-G28
不可信信号
〃发动机不能起动
〃发动机熄火
〃预热时间控
制灯-K29
闪烁
〃转速表不显示转速
-VAG1552显示
可能的故障原因
可能的影响
故障排除
16706
发动机转速
传感器-G28
没有信号
〃转速传感器失效〃线速折断或短路〃传感器上有
升级会员 