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1、第三节WD618WD12系列柴油机第二章 发动机 第一节 概 述陕汽新M3000系列重卡，装配潍柴动力股份有限公司的WP系列发动机，主要有WP9H、WP10H、WP10、WP12、 WP13等系列发动机。该系列柴油机具有结构紧凑，使用可靠，动力性、经济性及排放等技术指标优良，起动迅速，操作简单和维护方便等特点，特别是排放指标先进，达到国排放标准（即欧），是重型货车的理想动力。 WP9H、WP10H、WP10、WP12、 WP13系列发动机是潍柴动力采用BOSCH电控共轨系统自行开发设计排放达国的新一代柴油机产品，该系列发动机可靠性好、扭矩储备大、保养维修简便等；同时还具备了更优越的燃油经济性、

2、符合了更高的排放要求、更出色的低温启动性能以及更低的噪音。潍柴动力WP系列发动机，满足国排放，经济性、动力性、可靠性、排放和噪音等技术指标居国内领先水平。 WP9H、WP10H、WP10、WP12、 WP13系列发动机装配发动机缸内制动。发动机的编号含义如下：WP 10 336 功率336马力 总排量10升 潍柴动力1.WP10系列发动机技术参数WP10国系列发动机型号WP10.240WP10.270WP10.290WP10.310WP10.336WP10.375发动机进气方式增压中冷发动机供油方式高压共轨发动机冷却方式水冷发动机气缸数6缸排量(L)9.726容积压缩比17:1缸径(mm)12

3、6行程(mm)130额定功率(kW)175199213228247276额定转速(rpm)2200最大扭矩(N.m)100011001160118012501460最大扭矩转速(rpm)1200-16002、WP9H国系列柴油机主要技术参数序号项目内容1发动机型号WP9H290E50 WP9H310E50WP9H336E50WP9H350E502发动机型式四冲程水冷，直喷，增压中冷3排量（L）8.84气缸数65每缸气门数46喷油装置电控高压共轨7排放水平国V/国8制动系统皆可博排气制动系统9额定功率(kW)21322824725710怠速（r/min）6005011额定转速（r/min）190

4、012最大扭矩（Nm）140015001600170013最大扭矩转速（r/min）100014001100140014额定工况燃油消耗率g/(kW/h)21515外特性最低燃油消耗率g/(kW/h)19516进气门间隙（冷态）（mm）0.4排气门间隙（冷态）(mm)0.0 (排气摇臂与排气推杆处)1.35（排气摇臂制动阀处） 0.5（排气摇臂与排气门桥处）17机油压力（kPa）怠速点100320额定点37058018发火顺序1-5-3-6-2-419标定点排气烟度 FSN0.420大扭矩点烟度 FSN0.521噪声（声压级）dB(A)9622柴油进油温度()38323排气温度()55024中

5、冷后进气温度()45525曲轴旋转方向（从自由端看）顺时针26油底壳容量（L）3027外形尺寸(增压器中置)长(mm)1196宽(mm)1026高(mm)11333、WP10H国系列柴油机主要技术参数序号项目内容1发动机型号WP10H310E50 WP10H336E50WP10H350E50WP10H375E502发动机型式四冲程水冷，直喷，增压中冷3排量（L）9.54气缸数/每缸气门数6/46喷油装置电控高压共轨7排放水平国V/国8制动系统皆可博排气制动系统9额定功率(kW)22824725727610怠速（r/min）6005011额定转速（r/min）190012最大扭矩（Nm）1500

6、16001700180013最大扭矩转速（r/min）1000140014额定工况燃油消耗率g/(kW/h)21515外特性最低燃油消耗率g/(kW/h)192序号项目内容16进气门间隙（冷态）（mm）0.4排气门间隙（冷态）(mm)0.0 (排气摇臂与排气推杆处)1.35（排气摇臂制动阀处） 0.5（排气摇臂与排气门桥处）17机油压力（kPa）怠速点100320额定点37058018发火顺序1-5-3-6-2-419标定点排气烟度 FSN0.420大扭矩点烟度 FSN0.521噪声（声压级）dB(A)9622柴油进油温度()38323排气温度()55024中冷后进气温度()45525曲轴旋转

7、方向（从自由端看）顺时针26润滑油油底壳容量（L）3027外形尺寸(增压器中置)长(mm)1196宽(mm)1026高(mm)11334、WP13国系列柴油机主要技术性能参数4.1 WP13国系列柴油机主要技术参数4.2 WP13国系列柴油机主要性能参数第二节 潍柴国电控高压共轨燃料喷射系统一、概述实现更高效、更清洁的燃烧，是世界性的两个问题，即能源和环境问题。目前世界上汽车已成为可吸入颗粒和NOX排放的主要污染源。在一些国家和地区，车用柴油机的排放在发动机对环境排放污染中已占具了37%的比例。而我国中重型汽车基本上实现了柴油化，承担着我国公路运输的主要任务，车用柴油机对我国环境的影响越来越大

8、。近年来，在排放法规的推动下，我国车用柴油机的技术水平有了明显的提高，大多数国内开发的机型都已达到欧洲II号排放标准的要求。为了创造一个洁静的环境，我国已相应制定了国标I号、国标II号，国标III号以、国标IV号及国标号等相应的排放标准，简称国I、国II、国III、国V、国号等。从八十年代起，电脑技术的飞速发展，使柴油机的喷油量、喷油正时、喷油次数、喷油压力等影响柴油机性能（动力性与经济性）和排放的主要参数，根据柴油机的工况进行全方位的控制成为可能。通过柴油机的台架试验，设定各个工况（转速、负荷和工作条件，例如：水温、油温、机油压力、进气压力、进气温度等）所要求的最佳喷油量、喷油正时、喷油次数

9、及喷油压力输入电脑（即发动机的中央处理器，简称ECU），装机后，柴油机的燃料喷射系统完全由ECU电脑掌控，使柴油机在任何工况下都工作在最佳状况，即提高了柴油机的动力性，降低了油耗而且还满足了排放法规的要求。电脑控制柴油机的燃油喷射系统，还可以很方便地改变其控制数据，以满足不同用途，不同工况（例如工程专用汽车，工程机械等）对柴油机性能的不同要求。更重要的一点是，电脑控制的燃油喷射系统再配合以其它减排装置，为继续升级，使柴油达到国IV和国V排放标准打下坚实的基础。因此是柴油机燃料喷射系统的发展方向。这套电脑控制的燃油喷射系统，就是国际上流行的高压共轨电喷系统。目前广为应用的共轨系统有日本电装（DE

10、NSO）公司和德国波许（BOSCH）公司的产品。潍坊柴油机厂目前就装用德国波许（BOSCH）公司的高压共轨燃料喷射系统。二、波许（BOSCH）高压共轨燃料喷射系统众所周知，传统的机械式燃油喷射系统的各项参数（喷油正时、喷油量、喷油压力）都是通过机械的方式来控制。例如喷油量是由喷油泵内的供油齿杆来控制，喷油正时是由机械的正时器，即喷油提前角调整装置来控制。因此，控制的范围和精度是有限的。喷油压力的产生是喷油泵柱塞上升产生的，喷油咀的开启时刻也是喷油压力的提升所至，因此喷油时刻的掌握也是不精确的，显然根据柴油机的需要，实现予喷和有规律的多次喷射就更不可能。而ECU电脑控制的高压共轨燃油喷射系统则具

11、有如下独特的优点：1.喷油压力的产生和柴油机转速无关与喷油过程是相对独立的，这就可以保证喷油压力的稳定。2.喷油始点和燃油喷射量的控制完全各自独立，因此可实现喷油正时的随机精确的控制。3.可实现予喷，主喷和补尝喷射的多次喷射，这完全由柴油机的性能和排放要求决定。也就是说，可以根据柴油机性能的不同要求，可精确地控制燃油喷射过程。4.喷油系统响应灵敏，可实现各种转速范围的喷射控制。5.喷油量精度较高，最小稳定喷射量可达到1立方毫米/次。6.喷射压力的提高（180兆帕），改善了雾化效果，使燃油与空气充分混合，即降低排放又减少了噪音。7.油泵的驱动扭矩的峰值较小，减小了驱动功率，降低了噪音。8.高压共

12、轨系统可在柴油机主要结构不变的情况下替代传统的喷油系统，从而可加快柴油机的提升和改造。 图2-1 高压供轨燃油喷射系统原理图总之，老式的机械泵是通过机械的方式来控制的，因此控制的精度，反应的速度和灵敏度都是比较粗略的。而高压共轨燃油系统是由电脑来控制的，因此无论从控制的精确度、反应的速度和控制变化的灵敏度都是十分精确的。图2-1给出了高压共轨燃油喷射系统组成图。由图可以看出，高压共轨燃油喷射系统基本上由低压油路、高压油路、信息采集部分以及执行元件四个部分组成。低压油路由油箱，带手油泵的燃油粗滤器、低压供油泵和燃油细滤器组成；高压油路由高压油泵、共轨管和喷油器组成；信息采集部分由曲轴位置传感器、

13、凸轮轴相位传感器、加速踏板传感器、水温传感器、增压压力和温度传感器以及机油压力传感器等各传感器组成；控制和执行元件由中央处理器ECU、燃油计量阀和喷油器电磁阀等组成。系统还提供了回油油路，流经高压油泵、喷油器的多余燃油，以及共轨压力超过限定压力后由限压阀流出的燃油从回油管流回油箱。图2-2给出的是波许（BOSCH）高压共轨电控燃油喷射控制的方框图。图2-2 给出了目前装用的波许(BOSCH)共轨喷射系统控制流程。事实上道理十分简单，ECU中央处理器收集影响柴油机动力性、经济性以及排放的所有的即时参数，同时根据驾驶人员的操作指令即加速踏板的位置,综合运算出该工况喷油正时，喷油压力、喷油量、喷油次

14、数等各种执行参数的最佳值,从而达到柴油机的最佳运行状态。下面我们分别介绍各单元元件的作用1. 带手油泵的燃油粗滤器1.手油泵 2.过滤器盖 3.滤清器联接法兰 4.加热器 5.旋装滤清器 6.出油口 7.集水器 8.排污螺丝 9.报警指示开关图2-3 带手油泵的燃油粗滤器如图2-3，带手油泵的燃油粗滤器同时带有油水分离器。滤清器在过滤燃油的同时，将水分聚集在集水器7内，在日常保养时应及时地将分离出的水从排污螺丝8处排空。粗滤器5是旋装在滤清器壳体上的，保养时需定期更换。在粗滤器的过滤器盖2上安装有一个手油泵，当初次装配或保养更换滤清器或系统中存有空气时，需用手油泵排除低压回路中的空气。在滤清器

15、联接法兰3的壳体上，有一只放空气螺丝，旋松放空气螺丝，反复压动手油泵1，伴有空气的燃油将从放空气螺丝处向外排出，直到流出没有空气的燃油为止，将放空气螺丝旋紧。粗滤器上还设置有燃油加热器4，在冬季严寒季节可使燃油予热。粗滤器的集水器7上还安置有污水报警指示灯开关9，一旦集水器内污水集攒到一定位置，此开关接通，驾驶室仪表盘的污水报警灯点亮，提示驾驶人员应及时清理排水。2.高压油泵高压油泵集低压油路与高压油路为一体。图2-4给出了高压油泵外部结构，图6-5给出了高压油泵内部的结构图。图2-4 CPN2.2型高压油泵外部结构波许（BOSCH）共轨燃料喷射系统用CPN2.2型高压油泵完成两项任务：其一是

16、与高压油泵联体的2P5型齿轮泵是低压油路的供油泵，它负责从油箱经由燃油粗滤器和ECU抽油，经燃油细滤器向高压油泵供油。其二是由两组柱塞或高压油泵向高压共轨管提供高达180兆帕的高压燃油。图2-5 CPN2.2型高压油泵内部结构在低压油路中，燃油流径ECU内腔起到冷却ECU的作用。图2-6 供油泵结构图供油泵是一只齿轮式油泵，由图6-6可见齿轮泵是由一个与高压泵凸轮轴一体的内齿圈带动一只小齿轮来驱动的。它将来自油箱的燃油输送到高压油泵。CPN2.2型高压油泵的高压部分是由两凸轮式的凸轮轴、滚轮式挺杆、柱塞、出油接头和燃油计量阀组成。凸轮轴上有相交错的两排三面凸轮，凸轮轴在旋转的同时，两对柱塞往复

17、泵油六次。在高压油泵的两只出油接头内安置有两体出油阀，可向共轨管提供高达180兆帕（Mpa）压力的高压燃油。1.插头 2.电磁阀壳体 3.衬套 4.挺杆 5.线圈 6.外壳 7.气隙垫片 8.磁芯 9.O型圈 10.带有控制缝隙的柱塞 11.弹簧 12.卡环图2-7 燃油计量阀的结构原理图在高压油泵的进油回路上安置有一只燃油计量阀，它的主要任务是接收ECU的指令，随机改变进入高压泵的油量，从而改变高压泵的高压供油压力，也即改变了共轨压力。图2-7所示即是燃油计量阀的结构原理图。ECU通过脉冲信号的通断时间的长短来控制进入高压油泵的燃油油量，值得注意的是，当燃油计量阀线圈没有通电时，计量阀是全通

18、的，可以提供最大的燃油流量，换句话说，可以造成最高的共轨压力。在高压油泵的低压供油侧，与燃油计量阀进油并联还安置一个回油阀，图6-8给出了它的结构原理。该阀使低压油路保持一个恒定的供油压力，高压油泵的回油管线就是从该回油阀接出的。图2-8 回油阀的工作原理在高压油泵壳体对应凸轮轴齿盘的位置，安置了一个凸轮轴相位传感器，它将凸轮轴的随机位置传输给ECU，以便ECU识别柴油机各缸的运转位置。3.高压共轨管共轨管是一个燃油储压装置，一方面它将高压油泵提供的高压燃油分配到各个喷油器，另一方面减弱高压油泵的供油压力的脉动以及由于喷油器喷油产生的压力振荡，使高压油路的压力波动控制在一定的范围。与此同时，共

19、轨管内的燃油压力还受到ECU控制的燃油计量阀的操纵，从而根据柴油机的工况决定喷油器的供油量。在共轨管的左端（从发动机左侧面看）安装有一只共轨压力传感器，该传感器将共轨管中的燃油压力随时传输给ECU，以便根据需要，ECU调整燃油流量阀来改变共轨内燃油压力值。在共轨管上还安置了一个限压阀，限压阀在共轨管内压力超过180兆帕（Mpa）时打开，使共轨管内最高压力不超过180兆帕（Mpa）设定值。图2-9是安装在机体上的LWRN2型共轨管，图2-10是共轨管上的限压阀工作原理图。图2-9 共轨管1.高压接头（接共轨管）2.阀针 3.通道 4.阀芯 5.弹簧 6.限位套 7.阀体 8.回油通道图2-10

20、共轨管限压阀4.喷油器电控喷油器是燃油喷射系统的关键部件，电控系统的几乎所有元件最终都是服务于喷油器的。电控喷油器，顾名思义，它的喷射是受ECU控制的，ECU根据发动机各个传感器输入的状态信息和驾驶人员的指令来控制喷油器的喷油量、喷油正时、喷油压力和喷油次数，从而达到即时状态的最佳输出。喷油压力的控制是在高压油泵提供的共轨压力上产生的，而喷油正时，喷油持续时间和喷油次数是由ECU输出的电压信号通过喷油器上部的电磁阀来控制的。喷油器的喷油量显然是由共轨压力和喷油器针阀开启时间来决定的，喷油压力越高，针阀开启时间越长，喷油量当然就越大。目前国柴油机使用7孔喷油器。1.回油接头 2.回位弹簧 3.电

21、磁阀线圈 4.进油接头 5.电磁阀芯 6.球阀 7.泄油孔8.控制腔 9.进油孔 10.柱塞 11.针阀 12.喷咀图2-11 喷油器结构原理图如图2-11a，由共轨管来的高压燃油由进油接头4进入喷油器，由进油孔9进入控制腔8，此高压油的压力作用在柱塞10的上截面产生向下的压力，与此同时高压燃油进入下腔又作用在针阀11的下环形面积上，产生一个向上推动柱塞10的作用力。由于柱塞上截面的面积大于针阀下环形截面积，因此作用在柱塞向下的力量显然大于作用在针阀向上顶的力量，此时针阀在柱塞向下力的作用和针阀弹簧的作用下紧紧的压在喷油咀上，此时喷咀关闭，喷油器在停喷状态。如图2-11b，当ECU接通喷油器电

22、磁阀线圈3时，电磁阀芯5被吸引向上，压在泄油孔7上的球阀6将泄油孔7打开，通过节流进油孔9作用在控制腔8内的油压卸荷，此时作用在针阀11下环形截面的油压克服弹簧压力迅速地将针阀顶起，从而打开喷咀的喷孔，开始喷油。当ECU的电压信号消失时，电磁阀芯5在回位弹簧2的作用下使球阀6封闭泄油孔7，柱塞10在控制腔8的高压油作用下立即将针阀11落座，封闭了喷油孔，喷油器停喷。由于决定针阀的提升和关闭取决于柱塞上截面和针阀下环形面上的液压压力差，所以电磁阀提升阀芯的力量无需很大，因此喷油器的反应速度很快，一般在0.10.3毫秒。从而可以实现准确灵敏的喷射。图2-11所示的喷油器是WP10系列国V两气门发动

23、机装用的，这种喷油器在缸盖的安装位置与WD615系列柴油机是一样的，其高压管线进油接头也是在缸盖外部直接与喷油器联接。拆卸喷油器时也必须使用专用工具，避免碰坏电磁阀。喷油器电磁阀上端有两接线柱，由ECU输出的六对线束分别接入六只喷油器的接线柱，接线柱没有特定的接线规定，线束应用保持架固定牢固。5.ECU（中央处理器）ECU是电控燃油喷射系统的神经中框，它实际上是一个简单的电脑，它将柴油机运行的各种状态信息通过传感器汇总，同时接受驾驶人员通过油门踏板传感器传输过来的指令，通过简单迅速的运算决定燃油系统的喷油量、喷油正时和喷油次数（ECU可以控制喷油器在每一循环时喷油5次，目前仅使用了予喷和主喷两

24、次），使柴油机在任何工况都运行在最佳状态。所谓最佳状态的含义，不同用途的柴油机有不同的概念，例如城市客车，主要考虑的问题是排气污染问题，因此在设计时着重考虑的是排放达标，而货运卡车则兼顾柴油机的动力性、经济性和排放，工程车则重点考虑扭矩储备等等。对于不同性能要求的柴油机，在出厂前，厂家已给ECU输入不同程序的控制形式和参数，使其在任何工况下，柴油机均运行在已经设定的最佳状态，满足对柴油机性能的需要。 图2-13是 EDC17型ECU外形图。ECU的另外一个作用是实现可靠性自控操作。例如为保证启动发动机时的安全，变速箱上安置有一个空档开关，该空当开关以及启动机的控制线路是经ECU控制的，在启动发

25、动机时，如果变速箱挂合任何一个档位，发动机启动线路均断路，使发动机不能启动。又如驾驶人员打开空调时，ECU控制发动机怠速提速，使怠速不至熄火，再如PTO动力输出，ECU控制发动机适应负荷变化的需要，自动调节其扭矩的输出等等。图2-13 ECU外形图ECU具有故障自诊断能力，它将电控燃油喷射系统造成柴油机运转的故障以故障闪码的形式反映出来，更能将故障储存，以便直观或通过故障诊断仪将故障查到，为快速准确地处理故障提供了方便。ECU还有一个功能称“跛形行走”功能。就是说当柴油机发生一种影响工作可靠性、安全性故障而没有排除之前，ECU可以对各执行元件输出一个“默认值”，所谓“默认值”就是予先设置好的在

26、不影响故障扩展的情况下，发动机仅能维持一般运转的指令，此时发动机转速不会超过1500转/分，也不会发挥全功率，驾驶员只能操纵汽车勉强行走回家或至维修网点。待故障排除才能恢复原状。6.传感器电控高压共轨燃油喷射系统传感器以及其类型见表6-1。（1）曲轴位置传感器（CRS）曲轴位置传感器（曲轴转速传感器）。该传感器安装在发动机飞轮壳的右上侧面（从飞轮端看），其工作原理见图2-17。1.永久磁铁 2.传感器壳体 3.发动机飞轮壳 4.软铁芯5.线圈 6.齿圈图2-17 曲轴位置传感器原理图曲轴位置传感器是一个磁电式的传感器。如图6-16，在发动机飞轮上开有58个等距的孔或齿槽，每6曲轴转角一个孔或齿

27、，但在一缸压缩上止点前某个角度位置缺两个孔或齿，当发动机旋转后在传感器的线圈上则感应出脉冲信号。每当发动机旋转一周时，传感器就向ECU输出58个短脉冲和一个长脉冲，该脉冲信号与凸轮轴相位传感器输入的信号叠加，ECU就可以判断此时各缸都在什么工作位置，从而为喷油正时提供依据。曲轴位置传感器与飞轮间隙为10.5毫米，间隙越大脉冲信号越弱，因此，必须保证标准间隙的准确。（2）凸轮相位传感器（CAS）凸轮相位传感器又称凸轮轴转速传感器。如图2-18，该传感器安装在高压油泵凸轮轴齿盘对应位置的泵壳体上。该传感器也是霍尔磁电式传感器。在传感器对应位置的凸轮轴上，有一个7个齿的齿盘，其中六个齿是等角度均布的

28、，在对应于一缸压缩上止点某个角度位置上又增加了一个齿，因此每当高压泵凸轮轴旋转一周（发动机曲轴旋转两周）时，该传感器向ECU输出7个脉冲信号，其中有六个等距脉冲，而有一个是不等距脉冲。如图6-19，ECU将曲轴位置传感器输入的脉冲信号和凸轮轴相位传感器输入的脉冲信号叠加，就可以判断各缸（特别是一缸）的工作位置，为ECU控制喷油正时提供基准依据。图2-18 凸轮相位传感器图2-19 曲轴位置与凸轮轴相位传感器的同步信号（3）加速踏板（油门踏板）传感器加速踏板，也就是驾驶人员操纵的油门踏板。为了反映驾驶人员的操纵意图，电控发动机安装了俗称电子油门的加速踏板传感器。如图2-20，该传感器是一个滑线变

29、阻器型的传感器，它向ECU输出两套电压信号，其输出电压与踏板行程成正比，即踏板行程越大，输出电压信号越高。而且为确保传感器输出信号的正常，传感器输出的两套电压信号，其中一套信号值是另一套信号值的一倍。（4）共轨压力传感器（RPS）共轨压力传感器是一只应变片变阻型传感器，它随时将共轨管的压力变成电压信号输入给ECU，通过ECU与当前工况设定值进行比较，控制高压油泵的燃油计量阀（油量计量单元），以改变轨压，适应柴油机对喷油量的需要。图2-20 加速踏板传感器共轨压力传感器安装在共轨管的左端头部如图2-10。图2-21给出了轨压传感器的原理结构图。1.电路接头 2.测试电路 3.带传感器装置的膜片

30、4.高压接头 5.螺纹图2-21 轨压传感器（5）进气压力温度传感器（LDFT）该传感器集温度与压力信号为一体，随时向ECU提供进气温度与压力信号。该传感器如图2-22，安装在发动机进气管上。（6）水温传感器（CTS）水温传感器采用负温度系数的热敏电阻，即随温度下降其电阻增大，随时向ECU输入水温信号。该传感器安装在节温器前的进水管上如图2-23。图2-22 进气压力温度传感器图2-23 水温传感器（7）机油压力与机油温度传感器（ODFT）该传感器集机油压力与温度为一体，随时向ECU输入发动机机油温度与压力信号。该传感器安装在发动机右侧（由自由端看）主油道上如图2-24。 图2-24 机油压力与温度传感器三、高压共轨燃料喷射系统各元器件的存放和安装要求高压共轨燃料喷射系统各元器件都是高