电控柴油机检修.docx

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电控柴油机检修

电控柴油机检修

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　电控柴油机检修

日益严格的排放法规和用户对汽车经济性，舒适性，耐久性等越来越高的要求，对现代柴油机的设计志在千里提出更严峻的挑战。

燃油喷射系统是柴油机的核心，然而传统的机械式燃油喷射系统存在着以下的缺陷和不足：

 1）柱塞脉动式供油方式导致进一步提高燃油喷射压力受到限制，并且喷射压力受到柴油机的转速和负荷的影响；因而高压喷射及柔性的喷射压力控制是提高柴油机经济性，特别是减少微粒和烟度排放的前提之一。

 2）传统的机械调速器控制油量调节方式不能在柴油机全工作范围内达到最佳——特别是在动态工况时，因此，柴油机的动力经济指标进一步提高受到限制。

 3）传统的机械式提前器不能达到柴油机全工作范围内喷油定时最佳；这不仅影响柴油机的动力经济性而且影响排放，噪声及发动机的耐久性。

 4）传统的机械式燃油喷射系统供油规律控制困难，为了进一步提高柴油机的性能，主要地依赖于燃烧效率的提高，这就需要燃油系统提供理想供油规律。

 5）传统的燃油喷射系统可操纵性差，导致汽车的可行驶性差。

然而现代汽车往往要求发动机和汽车其它部分如变速箱，制动系，空调等在汽车各种行驶情况下达到最佳配合，从而达到汽车最佳的动力经济性，舒适性，安全清洁等等。

 为了克服以上缺陷和不足，柴油机及燃料供应系统设计师们一直致力于开发更先进的燃油喷射系统。

总的来看，柴油机燃油喷射系统电控化是现代柴油机发展的必然趋势。

 柴油机电控技术在世界发达国家，如：

美国，德国，日本，英国近十年发展十分迅速，现在已有较成熟的产品推向市场。

柴油机采用电控技术后在控制排放，降低噪声，改善性能方面取得了很大成效。

柴油机电控系统用在汽车上，与整车控制系统结合，其性能改善更加明显。

我国在柴油机电控技术的应用方面，尚处于起步阶段。

机械部工程农机司和内燃机大行业办公室已把柴油机电控技术列入了“九五”期间应重点发展的新技术，新产品。

因此，发展柴油机电控技术的研究和发展，进行国际合作和交流，已迫切需要提到重要的议事日程。

1．柴油机电控技术是柴油机发展的需要，是柴油机发展的方向。

 柴油机电控技术的发展，目前在国外首先是为满足各国日益严格的排放法规。

现在排放法规正在逐步扩大到机车，工程机械，拖拉机等其它发动机上。

在强烈要求降低排放指标的同时，对于降低柴油机油耗的要求，始终保持着。

为了满足这些要求，国外的研究指出了柴油机应该采取的几种新技术，但有些技术如喷油延迟对性能和排放是有矛盾的，有些技术如排气再循环和喷油延迟对颗粒和NOX的排放是有矛盾的。

因此，要实现最佳排放，须要能根据各种工况和各种环境下，实现最佳组合的电子控制排气再循环，可变涡流，废气催化这些技术也只有采用电子控制才能与柴油机的运行工况配合起来，发挥其作用。

 因此，在柴油机上采用高压喷射和电控技术是当代柴油机发展的需要，也是今后发展的方向。

2．柴油机电控技术的特点和难点。

 柴油机电控技术与汽油机电控技术有相似之处，都是由传感器，电控单元和执行器三大部分组成。

在执行器中，大多数传感器，如转速，压力，温度传感器，油门踏板传感器等等都是一样的。

电控单元在硬件方面相似，在整车管理系统的软件方面也很相似，电控单元都在朝着集成化，智能化，综合控制化方面发展。

国外汽油机电控技术已经成熟，商品化程度很高，因此，大部分传感器和电控单元已不是难点，但是柴油机的燃油喷射具有高压，高频脉动等特点，其喷射压力为汽油喷射的几百倍，上千倍，要求有很好的可靠性和耐久性，而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，相对于上死点的角度位置要求很精确，着就导致了柴油喷射的执行器要复杂得多。

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柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似之处，整个系统由传感器、电控单元和执行器三大部分组成。

电控柴油喷射系统是多样化的，目前，国内汽车生产厂家中，一汽大众推出了三款柴油轿车，分别采用不同的电控柴油喷射系统，主要是控制喷油量和喷油定时。

一、柴油机电控系统的发展

近几年来柴油机电控系统的发展势头是令人瞩目的。

以使用柴油汽车最多的欧洲为例，由于欧洲道路车辆用多缸柴油机从2000年开始执行欧Ⅲ排放标准，电控技术已在需满足欧Ⅲ标准的柴油机上普遍使用，一些研究机构和大的厂商则早已着手研制满足欧Ⅳ排放标准的电控柴油机，目前已有欧Ⅳ排放发动机批量投放市场，100%的重型车，90%的轻型车目前使用柴油机电子控制技术。

而我国对柴油机电控技术的尚处于起步阶段，这两年随着社会经济的发展，对环保的要求越来越高，柴油机电控系统在汽车上的应用也愈来愈广泛，譬如电控共轨系统和电控单体泵系统在多缸柴油机上的应用已明显增多。

二、柴油机电控技术的特点

采用电控技术的柴油机由于能够拥有更好的燃烧，能简单实现各种灵活的控制（比如停缸、排气制动、ABS、电子仪表指示等），因此主要有以下优点：

1、提高发动机的动力性和经济性。

柴油机电控系统中，ECU根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时，从而提高发动机的动力性和经济性。

大众公司曾经用一台功率为102hp的电控汽油机与一台功率为100hp的电控柴油机装备在同一款车上进行油耗实验，结果显示柴油机比汽油机在城市功况下的油耗比汽油机低42%，郊区功况下的油耗比汽油机低32%,综合功况下的油耗比汽油机低37%。

2、降低氮氧化物和烟度的排放。

采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻，从而有效地抑制排烟。

在欧洲，氮氧化物和烟度排放的处理已经得到解决，可实现“零”排放。

3、减小了噪声。

传统发动机噪声大，但采用电子控制柴油技术和预喷射技术相结合后，柴油机的工作噪声被有效的减小。

4、改善低温起动性。

电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作，使柴油机低温起动更容易。

5、提高发动机运转稳定性。

采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转，同时为防止齿条卡死“飞车”，在减油复位同时迅速切断高压泵油，关闭进气通道。

6、具有良好的自学习和自适应功能。

由于喷油量、喷油规律、喷油提前角、怠速等都由ECU自动控制。

可以通过电子油门、附件功率、水温等自动控制上述各喷油参数，从而具有自学习和自适应功能。

7、适应性广。

只要改变ECU的控制程序和数据，可以有几十种喷油量控制模式（稳态和瞬态）。

一种柴油喷射系统因此就能广泛用在各种柴油机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统开发周期，并降低成本，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。

譬如全能电动调速器在出厂前的软件编程中已预设有各种不同调速率的程序，并在控制盒上设有调速率的转换开关，用户可根据柴油发动机的用途和要求设定不同的调速率，这提高了电动调速器的匹配适应能力。

8、控制涡轮增压。

采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制，以改善柴油机的各种性能。

9、故障检测简易。

大多数故障可以通过厂家提供的专用诊断和设置软件进行检测和判断。

10、具有自动保护功能、失效安全策略。

电控柴油机控制系统可以根据监测到的传感器和开关数据，判断发动机工况，例如发动机温度、机油压力、冷却液位置、排放值等（欧4）自动控制发动机的输出功率，达到保护发动机的目的。

三、柴油机电子控制系统类型及结构

各种柴油电控系统的主要根据控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、ＥＣＵ控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，通常将其分为电子控制式喷油泵、泵喷嘴、喷油泵—喷油器式（单体泵）和高压共轨系统。

1、电子控制式喷油泵

这类泵主体是普通喷油泵、电子控制调速器和喷油提前角调节器，又分为直列式和分配式两种。

（1）电子控制直列式喷油泵

如图1所示装用直流电动机式电子调速器的直列柱塞泵电控系统，用电子调速器取代原有的机械调速器，以实现对喷油量的控制；用正时控制器取代原有的机构离心式供油提前角自动调节器，来对喷油正时进行控制；并设有油量调节拉杆（或齿条）位置传感器和正时传感器，对喷油量和喷油正时的控制均采用闭环控制方式。

图1

（2）分配泵电控喷射系统。

可分为轴向和径向两种分配泵。

如图2所示轴向泵是早期带电子控制的分配泵的进一步完善，增加了高压电磁阀、电子控制单元和转角位置传感器。

电磁阀关闭就是供油过程的开始，连续供油直至电磁阀打开为止。

供油量取决于电磁阀关闭的时间的长短，喷嘴端的压力约为150Mpa。

图2

2、泵喷嘴电控系统

从前BOSCH称之为PDE系统，现在被称为UIS系统，DELPHI称之为EUI。

如图3所示电子控制的泵喷嘴是一个单缸喷油泵，集成有喷嘴和直接装在柴油机气缸盖上的电磁阀，每个气缸都配有单独的泵喷嘴，由摇臂操作，该摇臂由发动机凸轮轴上的喷射凸轮驱动。

高速电磁阀控制喷射始点和喷射油量。

在不通电的状态下，电磁阀是打开的。

这意味着从低压系统进油口到油泵及返回到发动机缸盖中的低压通路的油流不受限制，因此，柱塞的吸入行程允许燃油被充入油泵腔室，而只有在油泵供油行程中，电磁阀通电后关闭旁通油路，在高压油路产生高压，当超过喷嘴开启压力，燃油才能喷入发动机燃烧室。

这种紧凑设计使得高压容积非常小，而液压强度非常高。

因此喷射压力可高达180－200Mpa。

图3

3、单体泵系统

从前BOSCH称之为PLD系统，现在被称为UPS系统，DELPHI称之为EUP。

单体泵也是一种模块化、时间控制的单缸高压泵系统，如图4所示由集成高速电磁阀的单缸高压泵、短的高压管和喷油器组成。

单体泵一般作为整体部件装在柴油机的气缸体上，直接由发动机凸轮轴上的喷射凸轮经滚柱挺杆驱动，电磁阀动作模式与泵喷嘴系统相同，即喷油始点与喷油量分别由电磁阀关闭时刻与关闭的持续时间决定。

喷射压力和泵喷嘴一样可高达180－200Mpa。

现在玉柴等多家柴油生产厂已经采用此技术，如玉柴的YC6L-30、YC6G-30发动机就使用的是德尔福的单体泵。

图4

4、共轨系统

共轨技术BOSCH称之为CRS，如图5（a）所示是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。

ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。

它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且还能实现预喷射和分段喷射，从而优化喷油特性、减低柴油机噪声和大大减少废气有害成分的排放量。

共轨系统我们以BOSCH公司的APCRS为例来进行说明，如图5（b）所示，其油路分为低压部分和高压部分。

低压部分油路为高压部分油路供给足够的油量，其中最重要的零部件有：

油箱，带有粗滤装置的供油泵，低压回路的进、出油管，细滤器，喷油泵，高压泵的低压区。

高压部分油路除了产生高压外，燃油分配和燃油计量也发生于高压部分。

最重要的零部件：

配有高压控制阀的高压泵，高压蓄能器，共轨压力传感器，压力控制阀，流量控制阀和喷油器。

（a）

1电动输油泵 2燃油滤清器 3回油阀 4回油存储器 5CP1高压泵6高压控制阀 7共轨压力传感器（RPS）    　8共轨      9喷油器   10　控制单元      11燃油温度传感器      12其它传感器

（b）

图5

高压共轨系统的优点是：

在电／液控制喷油器中电磁阀控制的是小油量，控制活塞具有小的截面积和行程，不仅电磁阀开关的速率可以提高，而且喷油器结构简单，尺寸小，在气缸盖上布置方便，制造成本相对较低，其喷油压力已达到140～160MPa。

同时，由于是小油量的控制，所以对喷油速率的控制比较简单，容易实现预喷油。

其缺点是：

需要有高压的供油泵，系统中许多零部件处在高压下工作。

现在CUMMINS（康明斯）ISB和ISBe发动机、上海日野的SHECP11C发动机、大柴的CA4DC2发动机即采用的是这一系统。

5、HEUI系统

HEUI由于理解的不同被称为有液压共轨系统，或液压驱动的泵喷嘴系统。

如图6所示，系统主要由喷油器、液压泵、喷油器驱动压力控制阀IAPCV（InjectionActuationPressureControlValve）、IAP传感器、管路、电控模块（ECM）、燃油滤清器等组成，由系统构成特点可以将其分成高压驱动系统、燃油系统和控制系统。

系统主要特点是：

（1）它是一种中压共轨电控液压式喷射系统；

（2）系统的共轨中不用燃油而用柴油机润滑油，因此在系统中有润滑油和燃油两套油路；（3）采用机油共轨油道油压驱动燃油增压活塞，对燃油进行增压，实现高压喷油；（4）利用高速开关电磁阀控制共轨中机油进出增压活塞，实现燃油压力的上升与下降，从而实现喷油的定时控制；（5）通过采用预喷射量孔控制初期喷油率来实现预喷；（6）喷油压力与柴油机转速和负荷无关。

日前HEUI系统能在－40℃条件下起动，起动时间只有30ms（1～2转），喷射压力可迅速提高到30～120Mpa，正常时的喷射压力可达150MPa。

图6

四、电控单体泵、泵喷嘴和高压共轨技术的比较

   由于电控单体泵、泵喷嘴和高压共轨技术是当前应用较为广泛的的电喷技术，三者均可实现高压喷射和灵活的分缸独力控制，大大改善了柴油机的排放控制，同时三者又因各自的结构特点而各具优缺点，但单体泵和泵喷嘴在原理和实施结果上极为相近，所以下表列举了高压共轨系统和电控单体泵（泵喷嘴）系统的主要特征，并进行相应的比较。

高压共轨

电控单体泵（泵喷嘴）

喷射压力

＋

＋＋＋

喷油规律

＋

＋＋

多次喷射

＋＋＋

＋

全转速内高压喷射

＋＋

＋

喷油压力柔性控制

＋＋

＋

噪声

＋＋

＋

应用车辆

中、轻型卡车，轿车

中、重型卡车

排放潜力

＋＋＋

＋＋＋

系统复杂导致用户适应性

＋

＋＋

燃油品质适应性

＋

＋＋＋

匹配周期

＋

＋＋＋

可靠性

＋＋

＋＋＋

维修成本

＋

＋＋

对用户使用的便利性

＋

＋＋

备注：

＋表示评价低；  ＋＋表示评价好；  ＋＋＋表示评价最好

五、

电控柴油发动机的使用与维修保养

1．使用及日常维护

（1）            使用：

①     柴油：

电控柴油发动机对柴油的要求很高，对柴油中颗粒物、水份、石蜡和含硫量有较为严格的要求，但由于我国的汽车工业发展较快，而石油化工业由于其高垄断性制约了其技术上的发展速度，以及其它方面的原因制约了高品质柴油的生产。

因此在使用中尽量使用高品质的符合标号要求的柴油，另外最好是不直接到油站进行柴油的加入，最好将柴油静置一段时间后再注入油箱，严禁加入汽油或其它油料以改变起动性能，但可以加入合格的添加剂。

②     起动：

应按各机型的不同要求进行操作，如五十铃4KH1－1TC电控柴油发动机在起动时首先将起动开关拧转到“ON”位置时，预热指示灯点亮，经过约0.5秒（发动机暖机状态），预热指示灯一熄灭就将离合器踏板踩到底，同时将起动开关拧转到“START”位置，即可起动发动机；或经过4.0-7.0秒（发动机冷机状态），预热指示灯一熄灭就将离合器踏板和油门踏板踩到底，同时将起动开关拧转到“START”位置，即可起动发动机。

起动后立即松开加速踏板和离合器踏板，发动机自动进行快怠速。

但同时注意在点火开关处于“ON”位置前，不许踩下加速踏板，否则将导致发动机起动困难。

③     行驶：

在行驶过程中要注意关注仪表信息，如故障灯或警告灯的点亮，水温高，机油压力低等信息，以及发动机是否有异响，并进行及时的处理。

此外还要注意排气辅助制动的合理使用等。

④     停机：

至少在怠速运行3分钟，才能熄火，如果是高速或大负载运行后时间应该进行相应的延长，同时应注意辅助制动开关的关闭。

⑤     出现熄火或故障：

按要求采取行动，如进行车辆的制动，并停靠在安全位置，放置警示标识等。

如果是由于燃油系统燃油消耗完的熄火，在加油后则应按要求排空；如是其它故障最好不要轻易拆缷相关部件，而是等专业人士来进行维修。

（2）            日常维护

①     油液的检查与更换：

发动机润滑油一定要使用符合发动机技术要求的润滑油，并符合所需要的加注量，否则将缩短发动机的使用寿命和导致相关元件的损坏。

其次冷却液不仅关系到发动机的冷却效果，还影响到发动机的工作情况，如沸点过低等易造成不必要的“开锅”，质量不过关，酸碱性过强导致发动机部件（包括传感器）的过早腐蚀等。

②     滤清器和油水分离器的清洁与更换：

机油滤清器的更换与传统的柴油机无区别，但在更换燃油滤清器时需要注意这两方面：

一是有的滤清器和油水分离器是一体的，并安装有水份（含水）传感器、燃油温度传感器和燃油加热器等，清洁和更换时都应该注意是在点火开关关闭后，且要注意插头和线束的紧固。

二是欧2要求的颗粒过滤度主要是对10微米以上的颗粒过滤精度要达到95%，5-10微米的颗粒过滤精度只要85%，3-5微米的颗粒过滤精度只要65%。

欧3要求的颗粒过滤度10微米以上要达到98%，5-10微米要达到97%，3-5微米要达到94%。

所以对滤清清器的要求很高，一定要用正规的合格产品，否则将会导致油泵和喷油器柱塞的过早磨损或卡滞。

同样也就不能在更换滤清器时，为便于发动机的起动而提前灌注柴油，而应该用相应的排空方法进行排空。

空气滤清器应注意经常进行清洁，并根据情况进行更换，同样更换的空气滤清器质量一定要过关，因为它质量的好坏除导致发动机的早期磨损，还将影响到空气流量计和涡轮增压器的损坏，所以有的空气滤清器采用了两级滤芯，这样一是初滤有超大容垢量，并能保障空气进气阻力小，同时更换操作简单、密封严实可靠、具有防水功能，耐用性变强。

③     燃油系统的维护：

一是要求进行油水分离器中水的排放，柴油里面的硫和水反应产生硫酸，从而损坏燃油系统，并且通过活塞环串气进入润滑系统，导致润滑油失效，轴承磨损等问题。

二是在更换滤清器后一定要按要求进行排空，对于有手动输油泵的按要求将滤清器座上的排气塞旋开后，按压操作开关直到无气泡输出时再扭紧排气塞。

三是检查相关管路的密封情况，注意是否有渗漏处，并进行及时的紧固和相应密封件的更换。

④     电器系统的维护：

一是电控系统的工作是在一定的电压范围之内，如五十铃4KH1－1TC电控柴油发动机是8---16伏，东风康明斯ISBE是16----32伏，应保障蓄电池电压的充足和发电机的正常工作。

二是蓄电池充电时，需拆下蓄电池进行，不能在车充电，但拆缷前一定要将点火开关关闭。

三是在蓄电池的更换时，一定要注意蓄电池的极性和控制单元的极性不能接反，也不允许在发动机工作过程中将蓄电池从车内电网拆卸。

四是注意系统中所有电器元件或插接头防水罩的密封性以及线束的紧固情况及位置的合理性。

并定期清洁线束和传感器器上的油污与灰尘，保持其连接部份的干燥与清洁。

五部分机型应根据燃油情况或在一定的行驶里程时对利用燃油进行冷却的ECU（电控单元）冷却腔进行清洁。

⑤     气门间隙的调整：

电控柴油发动机对气门间隙的要求比传统柴油机要高，必须用塞尺（厚薄规）进行测量，并严格按技术标准进行调整。

此外车辆清洗过程中应注意水的压力调整，更不能对直接冲刷电器部件，并注意相关插接头和元件的密封性。

2． 维修

（1）       发动机的蓄电池电容量不足时，不能用快速起动电源来进行起动，但可以只能采用蓄电池辅助起动。

（2）       在进行发动机的故障检查过程中不能随便拨插电器接头及元件，应在点火开关关闭后进行，并注意不要直接用万用表笔在插接头前端进行相应的测量，而应采用专用接头或按技术手册要求进行，此外还应注意接头及元件的保洁，不要让水、燃油或灰尘进入。

（3）       不能直接对装备电控柴油发动机的车辆进行电焊工作，需将控制单元拆除后才能进行这些方面的作业，冬天还应注意人体静电对电器元件的损害。

（4）       如需要对燃油系统进行拆缷时，一定要在发动机停机一断时间后才能进行管路和器件的拆缷，具体时间由各车型、发动机型号和电控系统的不同而不同。

在组装时要注意保持接头的清洁及紧固后的密封性，根据拆缷的情况进行排空。

对于部份发动机要逐段进行排空，首先是油箱到滤清器，然后是滤清器到油泵，即将泵体上的排气塞或排气口旋开，用手动真空泵将泵体内的气体排空。

（5）       不能传统的方法进行新型电控柴油发动机的故障诊断，只有经过该系统专业知识的培训的技师方能从事新型电控柴油系统的故障诊断，并应用合适的诊断设备、专用工具进行电控柴油系统的故障诊断。

同时在故障诊断前需要详细阅读发动机制造厂的操作指南和技术说明。

（6）       电控柴油机系统故障诊断多采用逆源诊断法，先使用诊断设备找出故障的可能原因，然后从外围设备到控制单元逐步寻找故障所在的部位，最后加以解决。

　　捷达轿车采用位置控制式的柴油机电控分配泵系统，宝来轿车采用时间控制式的柴油机电控泵喷嘴系统，奥迪A6轿车采用时间一压力控制式的柴油机电控共轨系统。

由于装用的电控柴油喷射系统不同，所以电控柴油喷射系统的故障检修也有所不同。

　　－、电控柴油机检修注意事项

　　1．维修安全注意事项

　　为了防止损伤喷油和预热系统，维修中应注意以下几点。

（1）在断开喷油和预热系统导线和插接器之前，必须关闭点火开关。

（2）进行缸压检查之前，必须拔掉喷油泵的插头。

　　（3）在断开或连接蓄电池电缆之前，必须关闭点火开关，否则可能损坏柴油机电控

　　单元。

　　（4）对于带防盗密码的音响系统，在断开或连接蓄电池电缆之前，应先获得音响系统的防盗密码。

　　2．对废气蜗轮增压系统维修时的清洁规则

（1）松开零部件前，清洁连接部位及其周围。

（2）拆下的零部件置于干净处，注意不用有绒毛的抹布擦拭零件。

　　（3）打开的部件要盖好。

　　（4）只能装用干净的部件，部件安装前才能打开备件包装，不能使用散放的零件。

　　（5）尽可能不使用压缩空气，尽可能不移动车辆。

　　3．路试

　　路试中如需用检测仪进行检测，应注意以下事项。

（1）检测仪必须固定在后排座位上，由另一个人进行操作。

（2）检测时必须将检测仪固定在后排座椅上，并在该位置操作。

如在前排乘客座椅上操作检测仪，一旦触发安全气囊时，极易严重致伤该位置的操作人员。

　　4．加注燃油注意事项

　　加注燃油时一定要注意，如果误加汽油应立即熄火，否则会造成高压泵损坏。