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论文:高压共轨柴油机工作原理与故障诊断


山东交通学院毕业论文

山东交通学院
2013 届毕业生毕业论文 届毕业生毕业论文( 论文(设计) 设计)

题目: 高压共轨柴油机工作原理与故障诊断

系 专 班 学 姓

别 业 级 号 名

机械工程学院

指导教师

二○一三年 六 月

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摘 要

随着能源和环境问题的日益突出,实现节能减排具有重要的现实意义。 高压共轨喷射 系统对柴油机的经济性、 动力性及减噪方面具有突出贡献,应用得越来越广泛。 共轨式电 控喷射技术是今后现代车用柴油机发展的必然趋势。经过多年的研究和新技术的应用, 柴油机的现状已与往日不可同喻,这些技术将进一步把柴油机推向车用动力的主流。文 章阐述了柴油机高压共轨技术的发展历程,高压共轨柴油发动机的组成及其在现代车辆 上的应用,同时分析了柴油机电控燃油喷射系统的发展趋势,重点分析了柴油机电控高 压共轨系统的工作原理。旨在让人们对柴油机有更深的了解,同时对柴油机的发展趋势 作出预测。

关键词:柴油机,高压共轨,发展趋势

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高压共轨柴油机工作原理与故障诊断
Abstrac

With the energy and environmental issues become increasingly prominent, to achieve energy saving has important practical significance. The high pressure common rail injection system have made a great contribution to the fuel economy, power and noise reduction of diesel engines.And so it was widely applied. The Common Rail injection technology is the inevitable trend of the future of modern car diesel engine development. After years of research and application of new technologies, the status of the diesel engine can not be mentioned in the same breath. These technologies will further the diesel to the mainstream of the vehicle power. This paper describes the course of development of high-pressure diesel common rail technology, the composition of the high-pressure common-rail diesel engine and its application in modern vehicles, and also analyzed the development trend of electronic control fuel injection system,especially on the operrational principle. The paper aimed at a deeper understanding of the diesel engine to people and make a forecast of the development trend of diesel engines. Keywords: Diesel Engines,High Pressure Common Rail, Development Trends

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目 录
前 言 .......................................................................................................................................... 1 1 高压共轨发动机的发展 ......................................................................................................... 2 2 高压共轨柴油机组成及工作原理 ......................................................................................... 5 2.1 高压共轨柴油机的组成 .............................................................................................. 5 2.1.1 喷油量控制系统 EDC ..................................................................................... 5 2.1.2 喷油定时控制系统 ........................................................................................... 5 2.1.3 增压压力控制系统 ........................................................................................... 5 2.1.4 废气再循环控制系统 ....................................................................................... 5 2.1.5 电热塞控制系统 .............................................................................................. 6 2.2 柴油机电控高压共轨系统原理 .................................................................................. 6 2.2.1 输油泵工作原理理及特点 ............................................................................... 6 2.2.2 喷油器工作原理 ............................................................................................... 6 2.2.3 高压共轨柴油机工作原理 ............................................................................... 7 2.2.4 高压共轨系统的特点 ....................................................................................... 8 3 高压共轨柴油机的常见故障与维修方法(以康明斯柴油机为例) ................................. 9 3.1 发动机在冬季起动更困难 .......................................................................................... 9 3.2 发动机起动时,曲轴不能转动 .................................................................................. 9 3.3 发动机起动时可以转动,但不能起动,排气管中无烟 ........................................ 10 3.4 发动机起动困难或不能起动,排气管大量排白烟 ................................................ 10 3.5 发动机动力不足,排浓黑烟 .................................................................................... 11 3.6 发动机运转中突然熄火 ............................................................................................ 12 3.7 发动机“飞车” ........................................................................................................ 13 3.8 发动机“开锅” ,逐渐过热 ...................................................................................... 14 3.9 机油消耗量过大 ........................................................................................................ 15 3.10 拉缸响 ...................................................................................................................... 16 4 高压共轨柴油机的检测与调整方法 ................................................................................... 18 4.1 参数调整 .................................................................................................................... 18 4.1.1 怠速的调整 ..................................................................................................... 18 4.1.2 尾气排放的调整 ............................................................................................. 18 4.2 主要部件的检测 ........................................................................................................ 18 4.2.1 空气流量计 ..................................................................................................... 18 4.2.2 进气温度传感器 ............................................................................................. 19 4.2.3 节气门位置传感器 ......................................................................................... 19
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4.2.4 冷却液温度传感器 ......................................................................................... 19 4.2.5 喷油器 ............................................................................................................. 19 4.2.6 氧传感器 ......................................................................................................... 20 4.2.7 燃油压力 ......................................................................................................... 20 5 高压共轨技术在现代车辆上的应用 ................................................................................... 21 5.1 在轿车和轻型商用车上的应用 ................................................................................ 21 5.2 在卡车柴油机上的应用 ............................................................................................ 21 5.3 实例分析 .................................................................................................................... 21 结 论 ........................................................................................................................................ 24 致 谢 ........................................................................................................................................ 25 参考文献 .................................................................................................................................. 26

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前 言
柴油机共轨式电控燃油喷射系统技术集计算机控制技术、现代传感检测技术和先进 的喷油结构于一身。共轨式电控燃油喷射系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理, 而是共轨直接或间接的形成恒定的高压燃油,分送到每个喷油器,并借助于集成在每个 喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合,定时,定量的控制喷油器喷射至最佳的燃烧 比和良好的雾化,以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。[1]该新技 术已在国外以柴油机提供动力的汽车上投入使用。共轨式燃油喷射技术的现有研究结果 表明喷油压力高,燃油雾化后颗粒就越细,排放的有害气体颗粒就越少。

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1 高压共轨发动机的发展 高压共轨发动机的发展
随着人们对柴油机智能化、强度化、经济性和排放性的要求越来越高,燃油喷射系 统的研究也越来越受到重视。未来柴油机必须满足更严格的排放法规,而高压共轨系统 具有高度的控制灵活性,其已成为降低柴油机排放的主要核心技术之一。高压共轨燃油 喷射系统作为一种高度柔性控制的燃油喷射系统,以其显著的优越性已经成为现代柴油 机技术的发展趋势之一。 在汽车及工程机械用柴油机中,每工作循环柴油喷射过程的时间 大约只有千分之几秒,实验证明,在喷射过程中高压油路各位置的压力随时间不同而变化 的。 由于高压油路中柴油的压力波动,使实际的喷油状态与喷油泵所规定的供油规律存在 着较大的差异。油管内的压力波动可能会导致喷油器在主喷射之后产生二次喷油现象, 但是二次喷油不可能完全燃烧, 于是增加了废气排放量和柴油消耗。另外,每次喷射完成 后,高压油管内的残余油压都会发生变化波动,并且产生不稳定的喷射,特别在低转速情况 下容易发生上述现象,通常引起不均匀喷油,严重时会发生间歇性不喷射现象。为了解决 这个燃油喷射系统结构上的缺陷,现代柴油机采用了“高压共轨” 的技术。[2] 共轨式电控燃油喷射技术通过共轨形成恒定的高压燃油,再将燃油分送到每 2 个喷 油器,并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合,定时、定量地控 制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量,从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾 化,以及最佳的点火时刻、足够的点火能量和最少的污染排放。共轨系统将喷射压力的 产生和喷射过程彼此完全分开,电磁阀控制的喷油器替代了传统的机械式喷油器,共轨 内燃油压力由压力调节阀控制,可在一定范围内自由设定。 ECU(计算机)根据转速传感器、油门位移传感器送来的转速信号、油门位置信号, 首先计算出基本喷油量,基本喷油特性保证发动机具有整体优良的动力性、经济性、排 放性及调速性;然后根据冷却水温、 进气三力、 进气温度等传感器送来的信号进行修正计 算,精确地确定柴油机在各种环境下运转的最佳供油时刻,并将喷油时刻信号通过发动 机线束传给喷油器电磁开关阀,实现最佳喷油量。共轨内有个压力传感器,它时时监测 共轨内压力,并将这一压力信号传给 ECU,ECU 通过对燃油量的调节来控制共轨内压 力达到希望值,从而实现共轨内燃油压力恒定。 共轨系统在喷油过程中,除了可实现主喷射外,还可方便地加人一次或多次预喷射 或后喷射,使每个循环的柴油喷射次数达到 2 一 4 次之多。系统构成电控高压共轨燃油 喷射系统,主要由电控单元(ECU)、高压油泵、共轨管、电控喷油器、各种传感器及管 理软件等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵,高压油泵将高压燃油加压送入油轨。 高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节, 高压油轨内的燃油经过高压油管, 根据机器的运行状态, 电控单元(ECU)从预设的 MAP 图中找到合适的喷油定时和喷油持续期,控制喷油器电磁阀的开闭,从而控制喷油定时 和喷油量。[3]
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柴油燃油喷射系统从机械控制式发展到电子控制式系统后,电子喷射系统又经历了 三次变革, 即位置式燃油喷射系统、 时间式燃油喷射系统和时间压力式燃油喷射系统 (共 轨系统) 。高压共轨系统实现了压力建立和喷射过程的分离,从而使控制过程更具有柔 性,能更准确地实现小油量的精确控制,更好地实现多次喷射。 德国 4000 系列柴油机高压共轨喷射系统 德国 MTU 公司和 L'Orange 公司合作开 发的 4000 系列高压共轨燃油喷射系统主要由高压泵、共轨管、喷油器和电子控制装置 (ECS-发动机控制系统) ,该系统可任意调整喷油始点、喷油量和喷油压力,其喷油量 是通过高压径向柱塞泵的行程利用率来控制的。在泵的进油口装有节流阀,通过其截面 确定泵的输送流量,克服了旧式喷油泵中采用柱塞斜边控制时存在的高压侧液压效率低 与低压侧有穴蚀的问题。电子控制的喷油器可以灵活控制喷油始点和喷油量。喷油始点 的喷油率陡度与针阀关闭过程完全无关,它可通过进出节流截面的比例关系来确定。目 前,共轨燃油喷射系统应用十分普遍,博世公司已生产出 2500 万套共轨系统,并在江 苏无锡投资建设了技术中心和工厂,实现了本地化生产。长城汽车与博世公司开发出了 高压共轨柴油发动机,此外奥迪、奔驰、华泰等品牌也推出了采用共轨系统的汽车。我 国部分大学、研究所和企业也通过合作或独立自主研发,取得了各具特色的研究成果, 并有数十项专利公布。因此,我国在电控直喷式柴油机方面已积累了一定的经验,但总 体来说与国外还存在差距,主要体现在制造工艺和批量生产的质量控制。此外,国内共 轨系统相关配套体系不健全,部分零部件还依靠进口,如单片机芯片、共轨压力传感器 等。 从 1997 年博世与奔驰公司联合开发了共轨柴油喷射系统 (Common Rail System) 开 始。 到现在柴油共轨系统已开发了三代。 第一代共轨系统总是保持燃油在最高压力,造成 能量的浪费和较高的燃油温度。第二代共轨系统根据发动机需求可以改变燃油的输出压 力,并且具有预喷射和后喷射功能。 预喷射是在主喷射之前的百万分之几秒内将少量的燃 油被喷进了气缸压燃,预加热燃烧室。预热后的气缸使主喷射后的压燃更加容易,缸内的 压力和温度不再是突然地增加,有利于降低燃烧噪音和减少突然爆震燃烧的可能。 在膨胀 过程中进行后喷射,产生二次燃烧,将缸内温度增加 200℃~250℃,降低了排气中的碳氢 化合物,优化了发动机排放。第三代— —压电式(piezo)共轨系统,压电执行器代替了电磁 阀 , 于 是得到了更 加 精确的喷射控制。取 消 了燃油 回 油管 , 在 结构上 更 简 单 ; 压力可从 5200~2000 巴范围内弹性调节;最小喷射量可控制在 0.5mm3,减小了烟度和 NOX 的排 放。比如博世公司最近推出带 piezo 压电直列式喷油器的第三代共轨系统与前几代产品 相比,它能有效降低尾气近 20%,提高发动机动力 5%,降低嘈音 3 分贝。这是北京福田康 明斯发动机公司研发的新一代发动机高压共轨技术。 高压共轨电控燃油喷射技术的出现使得柴油机的发展获得了新生,它不仅保留了传 统柴油机卓越的燃油经济性能,还开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。在此,就 共轨喷射系统在国内的发展提出一点看法。 政府应该在制定环保法规的同时,采取措施确
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保燃油质量。 以目前低劣的柴油质量,根本无法适应电子控制高压共轨燃油喷射系统的要 求。目前我国对高压共轨燃油喷射系统的研究与开发尚处于起步阶段,发动机燃油喷射 系统由机械式喷射系统向电控式喷射系统过渡还主要依靠国外技术来实现 。为尽快提 高我国的自主开发和核心竞争力,应不遗余力地在电控喷油器、液力控制阀、喷油嘴偶 件和高速执行器、ECU 软硬件等关键零部件的制造以及控制策略和功能、匹配标定技 术、提高产品可靠性和安全、降低制造成本等方面开展研究。

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2 高压共轨柴油机组成及工作原理
2.1 高压共轨柴油机的组成
发动机管理系统的核心功能由电控单元来实现。传感器为 EDC 电控单元提供发动 机的当前工况信息,电控单元对传感器的信号进行分析以后,根据预定的控制策略对执 行器发出控制信号,控制喷油量、喷油始点、增压压力、废气再循环和电热塞系统。 发动机管理系统的核心功能由电控单元来实现。传感器为 EDC 电控单元提供发动 机的当前工况信息,电控单元对传感器的信号进行分析以后,根据预定的控制策略对执 行器发出控制信号,控制喷油量、喷油始点、增压压力、废气再循环和电热塞系统。[4] 2.1.1 喷油量控制系统 EDC DC 电控单元分析发动机转速、加速踏板位置和冷却水温等传感器的信号,确定所 需喷油量,并发相应控制信号给喷油泵中的油量调节器。通过安装在油量调节器上的活 塞位移传感器的反馈,实现油量的闭环控制。在空气量不够的情况下为了避免黑烟,要 根据烟度限制 MAP 图限制油量。 2.1.2 喷油定时控制系统 喷油始点影响发动机起动性能、 燃油经济性和排放性能。 EDC 电控单元通过喷油量、 发动机转速和冷却水温等信号确定最优喷油始点,给喷油泵中的喷油始点控制阀发出相 应的控制信号。 2.1.3 增压压力控制系统 控制单元根据进气管压力传感器、进气管温度传感器和海拔传感器等信号确定增压 压力控制电信号,传给增压压力控制阀。增压压力控制阀把电信号转化成真空度信号, 传给废气涡轮增压器上的增压压力调节阀,控制增压压力沿理想的特性曲线运行。 2.1.4 废气再循环控制系统 在控制单元内,存有 EGR 特性曲线,它包括发动机各工况点所需的空气量。控制 单元利用空气流量传感器的信号,把实际进气量与标定进气量进行比较,为补偿这个差 值,对 EGR 控制阀发出相应的控制电信号。EGR 控制阀把电信号转化成真空度信号传 给 EGR 阀,改变 EGR 阀的开度,控制废气再循环率。废气再循环(EGR)是为了减少 排气中的氮氧化物。直喷系统的缸内温度相对较高,而且柴油机工作在富氧的环境下, 因此排气中产生大量的氮氧化物。部分的排气通过 EGR 阀与新鲜空气混合进入发动机, 这样缸内混合 气的含氧量就降低,从而降低氮氧化物排放。废气再循环率要受到限制, 因为过多的废气会使碳氢、一氧化碳和微粒排放恶化。

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2.1.5 电热塞控制系统 电热塞控制集成在 EDC 电控单元中,控制分为两部分:预热和后热。预热:由于 直喷柴油机的启动性能好,预热只需在温度低于+9℃以下进行,冷却水温传感器为电控 单元提供准确的温度信号,驾驶员通过仪表盘上的预热报警灯了解预热情况。后热:发 动机启动以后,就要进入后热阶段,后热可以减少发动机的噪音,改善怠速工况的发动 机性能,并且降低碳氢排放。发动机转速达到 2500rpm 时后热阶段停止。电热塞控制集 成在 EDC 电控单元中,控制分为两部分:预热和后热。

2.2 柴油机电控高压共轨系统原理
2.2.1 输油泵工作原理理及特点 (1)输油泵燃油总流程 燃油从燃油箱被吸入到进油泵,然后通过 PCV 输送到抽吸机构。PCV 将抽吸机构 抽吸的燃油量调整到必要的排出量,然后燃油通过出油阀被压送到油轨。 (2)燃油排供油控制 从进油泵输送的燃油经过柱塞抽吸。为了调整油轨压力,PCV 对排放量进行控制。 实际操作如下所示。 每一个行程期间 PCV 和柱塞的操作: a)进气行程 在柱塞下降行程中,PCV 打开,同时低压燃油通过 PCV 被吸入到柱塞室中。 b)预行程 就在柱塞进入上升行程时,PCV 不通电并保持开启。此时,通过 PCV 吸入的燃油 没经过加压(预行程)而通过 PCV 返回。 c)抽吸行程 在获得所需排放量的最佳时机,提供电力使 PCV 关闭,则返回通道关闭,同时柱 塞室中的压力上升。因此,燃油流经出油阀(反向切断阀) ,然后被抽吸到油轨。具体 情况是,PCV 关闭之后柱塞升程部分变成排放量,而且通过改变 PCV 关闭正时(柱塞 行程的终点) ,排放量得到改变,从而使油轨压力得到控制。 d)进气行程 当凸轮超过最大升程时,柱塞进入下降行程,同时柱塞室中的压力下降。此时,出 油阀关闭,燃油抽吸停止。此外,PCV 由于被断电而打开,低压燃油被吸入到柱塞室。 具体情况是,系统进入 A 状态。 2.2.2 喷油器工作原理 喷油器通过控制室中的燃油压力来控制喷射。TWV 通过对控制室中的燃油泄漏进 行控制从而对控制室的燃油压力进行控制。TWV 随喷油器类型的不同而改变。
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a. 无喷射,当 TWV 未通电时,它切断控制室的溢流通道,因此控制室中的燃油压 力和施加到喷嘴针的燃油压力为同一油轨压力。从而,喷嘴针阀由于控制活塞的承压面 和喷嘴弹簧力之间的差别而关闭,燃油未喷射。对于 X1 型,外部阀被弹簧力和外部阀 中的燃油压力推向座,从而控制室的泄漏通道被切断。对于 X2/G2 型,控制室出油量 孔直接在弹簧力作用下关闭。 b. 喷射,当 TWV 通电开始时,TWV 阀被拉起,从而打开控制室的溢流通道。当 溢流通道打开时,控制室中的燃油流出,压力下降。由于控制室中的压力下降,喷嘴针 处的压力克服向下压的力,喷嘴针被向上推,喷射开始。当燃油从控制室泄漏时,流量 受到量孔的限制,因此喷嘴逐渐打开。随着喷嘴打开,喷射率升高。随着电流被继续施 加到 TWV,喷嘴针最终达到最大升程,从而实现最大喷射率。多余燃油通过如图所示 的路径返回到燃油箱。 c. 喷射结束,TWV 通电结束时,阀下降,从而关闭控制室的溢流通道。当溢流通 道关闭时,控制室中的燃油压力立即返回油轨压力,喷嘴突然关闭,喷射停止。 2.2.3 高压共轨柴油机工作原理 高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来,并消除燃油 中的压力波动,然后再输送给每个喷油器,通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始 和终止。其主要特点可以概括如下: 共轨腔内的高压直接用于喷射,可以省去喷油器内的增压机构;而且共轨腔内是持 续高压,高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。 通过高压油泵上的压力调节电磁阀,可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性 的要求对共轨腔内的油压进行灵活调节,尤其优化了发动机的低速性能。 通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时,喷射油量以及喷射速率,还可以灵活调节不 同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔。供油泵从油箱将燃油泵入高 压油泵的进油口,由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内,再由电磁阀控 制各缸喷油器在相应时刻喷油。 预喷射在主喷射之前,将小部分燃油喷入气缸,在缸内发生预混合或者部分燃烧, 缩短主喷射的着火延迟期。这样缸内压力升高率和峰值压力都会下降,发动机工作比较 缓和,同时缸内温度降低使得 NOX 排放减小。预喷射还可以降低失火的可能性,改善 高压共轨系统的冷起动性能。 柴油机主喷射初期降低喷射速率,也可以减少着火延迟期内喷入气缸内的油量。提 高主喷射中期的喷射速率,可以缩短喷射时间从而缩短缓燃期,使燃烧在发动机更有效 的曲轴转角范围内完成,提高输出功率,减少燃油消耗,降低碳烟排放。主喷射末期快 速断油可以减少不完全燃烧的燃油,降低烟度和碳氢排放。共轨式电控燃油喷射技术通 过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油,分送到每个喷油器,并借助于集成在每个喷 油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合,定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室
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的油量,从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化,以及最佳的点火时间、足够 的点火能量和最少的污染排放。 共轨技术是指高压油泵、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。它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[5]。 2.2.4 高压共轨系统的特点 高压共轨系统改变了传统的喷油系统的组成结构,最大的特点就是将燃油压力产生 和燃油喷射分离,以此对轨管内的油压实现精确控制。 ①可靠性,对轻型车来说系统零部件成熟且有长期使用考核验证,中型比较成熟。 ②继承性,结构简单,安装方便。 ③灵活性,高压共轨油压独立于发动机转速控制,整车控制功能强。 ④喷油压力,共轨管压力 1600bar、普通压力 180kgf/cm2。 ⑤多次喷油,可以实现多次喷射,目前最好的共轨系统可以进行 6 次喷射,共轨系 统的灵活性好。 ⑥升级潜力,多次喷油特别是后喷能力使得共轨系统特别方便与后处理系统配合。 ⑦匹配适合性,结构移植方便,适应范围广,与柴油机均能很好匹配。 ⑧时间控制,时间控制系统抛弃了传统喷油系统的泵、管、嘴、系统,用高速电磁 阀直接控制高压燃油的通与断,喷油量由电磁阀开启和切断的时间来确定,时间控制系 统结构简单,将喷油量和喷油正时的控制合二为一,控制的自由度更大,同时能较大地 提高喷油压力。 ⑨环保,高压共轨式燃油喷射技术有助于减少柴油机尾气排放量,以及改善噪声、 燃油消耗等方面的综合性能。[5]

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3 高压共轨柴油机的常见故障与维修方法( 高压共轨柴油机的常见故障与维修方法(以康明斯柴油机为例) 以康明斯柴油机为例)
3.1 发动机在冬季起动更困难
发动机的起动不仅决定于本身的技术状况,还受外界气温的影响。冬季低温下起动 更困难,主要是由如下原因所致:冬季气候寒冷、环境温度低、机油粘度增大、各运动 机件的摩擦阻力增加、使起动转速降低、难以起动。蓄电池容量随温度下降而减少,使 起动转速进一步降低。由于起动转速降低、压缩空气渗漏增多、气缸壁散热量增大、致 使压缩终了时空气的温度和压力大为降低,使柴油发火的延迟期增长,严重时甚至不能 燃烧。低温下的柴油粘度增大,使喷射速度降低,加上空气在压缩终了时的旋流速度、 温度和压力都比较低使喷入气缸的柴油雾化质量差, 难以与空气迅速形成良好的可燃气 体并及时发火燃烧,甚至不能着火,导致起动困难。[6]

3.2 发动机起动时,曲轴不能转动
发动机起动时,在起动系统完好的情况下,若变速器置于空档位置,按起动开关, 起动机有响声而曲轴不能转动,则属于机械故障。引起发动机曲轴不能转动的原因及诊 断与修复方法如下所述。 原因: ①起动机与飞轮齿啮合不良。齿圈与起动机齿轮在起动发动机时会发生撞击,造成 牙齿损坏或牙齿单面磨损。若牙齿连续三个以上损坏或磨损严重,起动机齿轮与齿圈牙 齿便难以啮合。 ②粘缸。发动机温度过高时停车熄火,热量难以散出,高温下的活塞环与气缸粘连 冷却后无法起动。 ③曲轴抱死。由于润滑系故障或缺机油造成滑动轴承干摩擦,以致最终抱死曲轴而 无法起动。 ④喷油泵柱塞卡死。 诊断与修复方法: ①若飞轮有连续三个以上牙齿损坏,且与起动机齿正好相对,就会导致两者齿轮不 能啮合。 在这种状态下, 只需用撬棒将飞轮撬转一个角度, 再按起动按钮便可顺利起动。 对于损坏的飞轮牙齿,一般可采用焊接修复。 齿圈松动时可从飞轮壳起动机安装口处确认。若齿圈松动,则须更换新件。在安装 时应先将齿圈放在加热箱中加热,而后趁热压在飞轮上,冷却后即可紧固于飞轮上。 ③齿圈牙齿单边磨损严重时可将齿圈压下,前后端面翻转后再装在飞轮上使用。 ④经检查齿轮啮合正常,起动时飞轮不转动,则应视为发动机内部故障,如曲轴抱 死活塞粘缸、离合器卡滞等。对此应进一步观察。可先查离合器有无破损卡滞,再检查 喷油泵柱塞是否卡滞和发动机内部有无异物等故障。
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3.3 发动机起动时可以转动,但不能起动,排气管中无烟
起动发动机时,排气管无烟排出,也无爆发声,一般属柴油没有进缸。 原因 : ①油箱中无油。燃油滤清器、油水分离器堵塞。 ②低压油路不供油。 ③喷油泵不泵油。 ④油路中有空气。 ⑤配气相位失准。气门的打开时刻与活塞在气缸中的行程不协调。如活塞在气缸中 作压缩行程时进、排气门打开着,新鲜空气被赶出气缸,以致气缸中没有燃烧气体无法 起动。 ⑥型喷油泵电磁阀坏,处于关闭状态,柴油不能进入高压腔。 诊断与处理方法: 原则:先外后内、先易后难。 ①察看喷油泵熄火拉线是否回位。 ②油箱内是否有油,油箱开关是否打开。 ③喷油泵操纵拉杆和驱动连接盘的紧固螺栓是否脱落。 ④拧松喷油泵上的放气螺钉,用手油泵泵油排气。 ⑤检查油管是否漏气或堵塞。 ⑥检查燃油滤清器和油水分离器是否堵塞。 ⑦起动机带发动机转动,检查输油泵是否泵油。 ⑧拆松喷油器进油管接头,油门加到底,按下起动机开关,检查喷油泵是否泵油。 若不泵油,说明油量调节拉杆卡在停油位置,即齿条发卡,若是 A_型泵,应取下喷油 泵的边盖,检查并排除故障。若是 P_型泵等,则需采取相应措施处理。 ⑨检查配气相位是否准确,若未对正,应进行调整。 ⑩对于装 VE 泵的发动机来说,检查断油电磁阀和控制电路是否有故障。当确认断 油电磁阀损坏,又不能立即找到新电磁更换时,可采用拆下电磁阀,取出柱塞阀和弹簧 后原样装复,并对电磁阀采取断电处理的应急措施,此法不能进行电熄火,可以手动熄 火。

3.4 发动机起动困难或不能起动,排气管大量排白烟
发动机起动时,排气管排出大量白烟一般不属供油系故障。 原因 : ①柴油中有水,水在气缸内蒸发成水蒸气,从排气管排出。 ②气缸盖螺栓松动或气缸垫冲坏,使冷却水进入气缸。 ③气缸体或气缸盖的某处有沙眼或裂纹,水进入气缸蒸发排出。
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诊断与处理方法: ①用手接近排气管消声器出口处,手上潮湿留有水珠则确认有水进入气缸。 ②检查柴油中是否有水。查看油水分离器中是否有大量水,若有大量水,则是燃油 质量差。 首先应清除高、 低压油路中的水分, 再将油箱的放污螺塞打开放出油箱中的水, 最后用清洁柴油冲洗油箱。 ③打开水箱盖,按起动机按钮的同时观察加水口的水面是否冒气泡。 如果机油中 有水或加水口的水面有气泡冒出?则说明冷却水进入气缸内。 ④在拆卸缸盖前,应先检查每一个螺栓的松紧度,如有松动的螺栓,拧紧后再查看 是否漏水。若仍漏水,再进行下一步检查。 ⑤进一步查找具体漏水部位,可向水箱充气,压力不大于 200kPa。打开油底壳在发 动机底部察看漏水处,再打开缸盖查看缸盖底部和气缸垫,检查故障部位。对于有向缸 内漏水的部件,采取换件维修或更换新总成的方法。

3.5 发动机动力不足,排浓黑烟
发动机动力不足, 转速不均, 排气管排浓黑烟雾的现象有两种: 一种是连续排黑烟, 另一种是断续排黑烟,且发动机抖震。发动机动力不足且连续排黑烟,是发动机大多数 缸或所有的缸均供油量过多,燃油与空气混合比例失调,燃烧时严重缺氧,柴油燃烧不 完全,悬浮游离状的碳元素随废气一同排出而形成的。若排气管是断续排黑烟,且伴有 “突突”声说明个别缸燃烧不完全。归纳原因如下: ①喷油泵调试不当,使供油量过多,燃烧不完全。 ②多数喷油器的喷射质量差。 ③供油不正时。 ④进气门开启高度降低、开启时间推迟,导致进气不足。 ⑤空气滤清器滤芯过脏或空气滤清器安装有误,使空气不流畅。 ⑥增压器的增压效能下降。 ⑦燃油质量过差。 诊断与处理方法: 诊断此类故障时,应从故障特征最明显处着手,不管是连续还是断续排黑烟,都应 遵从这一原则。 ①若发动机突然冒黑烟,但运行一段时间后故障自然消失,则多为燃油质量较差 所致。由于油中的杂质堵塞喷油器致喷射质量差,排气冒黑烟,运行一段时间后杂质被 高压油冲掉,此种故障不用处理。 ②若连续排黑烟,可考虑检查进气是否通畅,进气管是否变形增加了进气阻力。 先拆下空气滤清器盖,取出滤芯并清理维护后重新试机,观察排气管是否仍继续排黑烟 如果排烟明显减少,则说明是空气滤清器过脏或安装有问题,影响了进气量,应加强对
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进气系统的维护保养。 ③若进气道气流通畅,则应检查供油时间是否过迟,供油过迟会使进入气缸的燃 油来不及充分燃烧就被排出而形成黑烟。 ④多数喷油器的喷射质量严重恶化,燃油雾化差,不能适应燃烧室形状的需要致 使可燃混合气形成困难,部分燃油转化成游离碳被排出,这也是导致黑烟的原因之一, 故也应对喷油器进行检查修理。 ⑤检查燃油质量是否合乎标准,应使用符合该发动机在该地区环境温度下正常工 作的标准柴油。 ⑥检查增压器的工作是否正常。当增压器失效时,发动机进气终了的压力下降致 使压缩终了温度、压力均下降,影响燃油的喷射雾化和燃烧温度。 ⑦如喷油泵维修时间不长,排气管排黑烟,动力不足,则应考虑是否喷油泵调试 不当使供油量过多,对此应重新校正喷油泵在各种工况下的供油量,使之符合规定。 ⑧若上述均正常,且发动机已运行了很长时间,可考虑检查气门开启的高度和开 启时间是否正确。长时间的使用可使气门传动机件磨损,正常的配气相位和气门升程失 准,进气量减少,缸内残余废气量相应增加,直接影响燃油的充分燃烧。 ⑨对于转速不均,断续排黑烟,发动机无力的诊断可采用逐缸断油法检查。当某缸 断油时,发动机转速明显降低,黑烟减少,异响也消失,则说明该缸供油量过多,应对 该缸喷油量进行检查调整。若发动机转速变化较小,黑烟消失,则说明该缸喷油器喷雾 质量差,应对该喷油器进行检查维修。若发动机转速仍无变化,则说明该缸不工作,应 检查该缸的高压供油情况:如喷油泵柱塞副、出油阀副的配合情况怎样、拔叉在油量调 节拉杆上的固定螺钉或齿圈的紧固螺钉有无松动、柱塞弹簧有无折断等。若均正常,则 应检查喷油器的工作情况和该气缸是否有机械故障。

3.6 发动机运转中突然熄火
发动机在运转中突然熄火是指发动机工作时,在未松开油门的情况下,非驾驶员操 作因素而急速熄火,熄火后不能再起动的现象。该现象一般为机械故障所致。 原因: ①喷油泵驱动齿断、传动齿轮故障。 ②喷油泵轴断。 ③发动机内部运动件卡死。 ④喷油泵操纵拉杆及连接销脱落。 诊断与处理方法: 运转中突然熄火在汽油机上是最常见的,主要是由电路点火故障引起的。而柴油机 运转中突然熄火主要是由喷油泵断油故障引起的,其次才是发动机内部卡死所致。当遇 到此现象时,首先检查喷油泵是否转动和供油。 ①用起动机带动发动机,若能正常转动,观察喷油泵凸轮轴是否转动,若转动正常
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说明喷油泵有故障。应检查操纵机构的工作是否正常。可扳动油门杆件查看操纵臂、操 纵轴的联接是否良好。 ②如果喷油泵凸轮轴不转动,则是凸轮轴齿轮紧固螺栓松脱、凸轮轴断或齿轮室中 的齿轮故障。 ③若起动机带动发动机不能运转?则说明是发动机内部故障。 如活塞与气缸之间卡 死曲轴与轴承咬死,喷油泵柱塞卡死及配气机构的机械故障等。在正常情况下先应打开 气门室罩检查。如果运行中从仪表上反映机油压力过低或温度过高,则需直接针对具体 情况进行检修。

3.7 发动机“飞车”
“飞车”是指发动机的转速失去控制而突然增高,超过允许的最高转速,同时伴有 巨大声响的现象。发动机“飞车”时,若不及时采取措施进行控制,在短时间内可导致 发动机损坏,甚至发生人身伤亡事故,造成难以挽回的损失。 原因 : 发动机之所以产生“飞车”是由于柱塞的转动失去控制,滞留在较大或最大供油位 置或发动机的转速因负荷减轻,使每循环喷油量随柱塞运动速度加快而增多,增多的喷 油量又促使转速进一步升高,如此恶性循环,直至超过最高允许转速达到无法控制的地 步。具体原因如下。 ①油量调节拉杆即齿条,卡死在某一位置。油量调节拉杆与调速器连接杆件脱开。 调速器弹簧折断受卡。 ②调速器飞锤连接销卡住或脱出。 ③调速器飞锤锈死。 ④调速器滑动轴与套生锈或被异物卡住。 ⑤调速器与喷油泵松脱。 ⑥调速器内的机油粘度过大,使飞锤难以张开。 ⑦调速器的推力盘轴向滑动受阻。 ⑧调速器的飞锤架与导向板滑动受阻。 应急措施 :发动机产生“飞车”后,应根据当时具体情况,迅速设法强迫发动机 熄火,具体方法有以下几种: ①立即打开排气制动按钮,靠发动机排气制动起作用,阻止气缸废气排出,强制减 速拉出熄火拉线,强制油量调节拉杆或齿杆,向减油方向移动使其断油。 ②将变速器挂入高速挡,踩下制动踏板,慢松离合器踏板,使发动机带载强迫熄 火。 ③堵塞进气口,阻止空气进入气缸。 ④松开高压油管接头,不使燃油进缸。
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⑤松开喷油泵低压进油管接头,断开低压油腔供油。 诊断与处理方法: 一旦出现发动机“飞车”应就地采取相应的紧急措施使发动机熄火,而后再排 除故障。 ①冷起动后发动机产生“飞车”抬起油门,转速仍居高不下,应拉动熄火拉钮 使其熄火。首先应检查调速器内机油是否过粘,造成飞锤不易张开,失去调节转速的功 能。 ②停放时间较长的汽车起动后“飞车”应拆开喷油泵检视窗盖或喷油泵前端油量 调节拉杆、齿杆、端面护帽,用手移动拉杆,观察是否灵活,如果涩滞,说明拉杆齿杆 与套锈蚀或润滑不良,应予以除锈润滑。 ③若喷油泵是在进行拆装保养装车后出现的“飞车”则需检查拉杆、齿杆是否因 保管不善造成弯曲变形卡滞。若是,则应拆下矫正或更换新件。 ④在检查拉杆、齿杆时,若拉杆运动自如,但向后推动不能自动前移,说明拉杆 与调速器连接杆件脱开,应拆开调速器检视窗盖进行检查排除。 ⑤如果上述检查均正常,则故障在调速器内,应拆开调速器后盖完全分解检查。 检修完毕后应进行试验台调试,确信无疑后再装车。

3.8 发动机“开锅” ,逐渐过热
发动机过热是经水温表直观显示的在海拔 1500m 以下地区使用的柴油车, 当冷却液 温度高达 110 度时,如果膨胀水箱通气阀处像烧开的水一样喷出大量蒸汽,用手触摸散 热器或膨胀水箱时感觉很烫,俗称为“开锅”是温度极高的象征。 原因: ①冷却液配比不合适。 ②车辆超载。 ③散热器水套内沉积的水垢过多,使冷却液循环不通畅。尤其是汽车在停驶几天后 再次使用时发现水温过高,大多是因静置几天,冷却液中的水垢、杂质都积沉于散热器 底部,造成水道堵塞而使冷却液流动不畅。 ④冷却风扇导风罩损坏或丢失。 ⑤冷却系统有空气。 ⑥散热器、风道、导风罩及发动机表面脏污。发动机的风扇在运转中要抽吸大量空 气来冷却散热器和发动机。空气中的灰尘总有一部分粘附在空气通过的机件上,特别是 机件表面有油污时,脏污得更快,使其散热性能显著降低,导致发动机过热。 ⑦节温器损坏,使冷却液只能走小循环而不能进行大循环工作,造成发动机过热。 ⑧水泵泵水量不足,使水道内的冷却液流动缓慢,量不能被及时带走,在大负荷低 速工况下更为突出。
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⑨风扇抽吸的空气量减少。使用中风扇离合器传力机件失效,或皮带轮上有机油, 或皮带伸长都会使风扇转速降低,空气抽吸量减少。另外散热器的散热片变形也减少了 吸入的空气量,使散热性能下降而引起发动机过热。 ⑩喷油提前角过小,柴油燃烧时的缓燃期和后燃期增长,燃烧后的炽热气体与气缸 壁接触时间长,更多的热量传给缸体,使冷却液温度剧增而过热。 诊断与处理方法: ①首先观察风扇的运转情况,风扇离合器的传力是否可靠,风扇皮带松紧是否适当 ?皮带是否打滑。康明斯发动机的风扇皮带松紧度是免调的,如果风扇皮带松弛,则可 能是风扇皮带张紧轮故障, 需进行检修, 若皮带紧度适中而打滑, 则说明皮带轮有油污, 应予以清洗。 ②检查风扇抽风量是否足够,可用一张纸放在散热器前端面,若纸被紧紧地吸住, 说明抽风量足够,若不能被吸住或向外吹,说明风扇叶片装反或变形,应予以调整或更 换。 ③用手触摸节温器两边的温度,看两端有无温差。若靠水箱一端的温度明显低于靠 发动机缸盖出水口一端,则说明节温器有故障,应对节温器进行检修或更换。 ④若节温器的两端温度相同, 可用手触摸散热器和发动机体或水冷式机油散热器壳 体若散热器温度明显低于发动机,则说明水泵泵水量不足或冷却液循环不良,应观察散 热器出水软管有无吸瘪。也可拆下散热器的进水软管检查出水情况,若用起动机带曲轴 转动,出水有力,说明泵水量足。否则应检查水泵或散热器。 ⑤检查散热器时出可用手摸其上、下、左、右。若发现温度不均,说明散热管内有 异物或水垢堵塞,应予以清除。 ⑥以上检查均正常,发动机仍过热,则应考虑是否存在其它问题,如汽车是否在超 负荷,低转速下长时间工作是否逆风行驶,是否喷油时间过晚,应具体对待。当排除前 两个原因后,即应对喷油时间予以调整。

3.9 机油消耗量过大
机油的作用是在发动机工作时保证活塞、活塞环与气缸壁间有良好的润滑。在发 动机工作时机油必然有消耗, 采用喷溅法使缸壁上粘附一层机油, 由于活塞环刮油有限, 残留在气缸壁上的机油在高温燃气作用下,有的被燃烧,有的随废气一并排出或在缸内 机件上形成积炭,当发动机温度过高时,还有部分机油蒸发汽化而被排到曲轴箱外。在 发动机技术状况良好时,这些消耗是比较少的,一般不超过燃料消耗量的__0_._5_%_8_ ,但当发动机技术状况随使用时间的延长而变差时,机油消耗量会随之增加。机油消耗 量的增加,标志着发动机性能已经下降。 原因: ①下窜气量大,机油被废气从通风管吹到大气。
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②机油冷却器漏油。 ③活塞与气缸壁的配合间隙过大。 ④活塞环对口,或卡死在环槽内失去弹性。 ⑤扭曲环或锥形环装反失去刮油性能,反而向燃烧室泵油。 ⑥气门油封损坏。 ⑦增压器密封圈失效漏油。 ⑧曲轴油封漏油。 ⑨与曲轴箱结合部的衬垫处渗漏机油。 ⑩空气压缩机窜机油。 诊断与处理方法: ①首先应检查缸体曲轴箱结合部和油管接头等处有无机油渗漏痕迹,曲轴前后油 封是否密封。如发现油底壳与曲轴箱的结合面边缘普遍渗油,而油底壳螺钉紧固,衬垫 良好,则说明曲轴箱内压力过高。 ②抽出机油尺,若从机油尺孔感觉曲轴箱压力确实过高,则可认为是曲轴箱通风 装置堵塞必须进行疏通处理。 ③若检查出曲轴前后油封漏油严重,应及时维修。如果只是渗油,仍可暂时继续 使用待二级保养时一并排除,但使用中应经常注意检查油面高度。 ④若在贮气筒放气阀处排污中有很多机油,则说明空气压缩机窜机油。应检查空压 机活塞、活塞环与缸壁的磨损是否过甚,并予以修复。 ⑤如果发动机的排气冒蓝烟,说明机油被吸入气缸燃烧排出。应该先检查进气管中 有无机油,若有机油则说明增压器的密封圈损坏,机油顺轴流入气道,需更换密封圈。 ⑥检查气门油封是否完好, 进气门杆与导管的配合间隙是否过大, 并给予更换维修。 ⑦若上述检查均良好,再拆下缸盖和油底壳,对气缸、活塞、活塞环进行全面检查 测量达到排除故障的目的。 ⑧ 检查冷却液中是否有机油,如有,则是缸体或缸盖某处开裂,缸垫油道损坏或 机油冷却器损坏,使机油进入冷却液的缘故,应找到相应损坏部位予以维修。[6]

3.10 拉缸响
发动机拉缸是指在气缸壁上沿活塞移动方向出现沟纹的现象,它能产生漏气和敲 击声使动力性、经济性变差,严重时使活塞卡死在缸内,发动机不能正常工作。气缸被 活塞拉伤会使机油窜入燃烧室,积炭过多,燃油漏至油底壳冲淡机油,有时候可从加机 油口处观察到有燃油味的油烟和喘气现象。 原因 : ①使用不规范。新车走合期未按规定操作,甚至使发动机超负荷工作,温度过高, 破坏了气缸上的润滑油膜, 引起活塞环与气缸壁间熔结拉伤, 严重时, 使活塞膨胀过大,
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与缸壁咬住位伤。 ②保养不规范。未及时清除活塞环上的积炭,使环卡在环槽内失去弹性。 ③刮除积炭时,未清除干净,使极硬的积炭颗粒落入缸隙,形成磨料拉伤。 ④维修后装配时,活塞与气缸壁间隙过小,活塞环端隙过小。 ⑤活塞环断裂出现刃角,活塞销卡簧脱落,使活塞销窜出拉伤气缸。 ⑥机油冷却喷嘴故障,造成散热和润滑不良。 ⑦冷起动或低温下猛轰油门,燃油雾化不良,过多燃油进入气缸冲洗缸壁上的油膜 拉缸。 ⑧连杆变形使活塞在缸内歪斜。 诊断与处理方法: ①发动机运转中,若出现类似敲缸的声音,且响声不随发动机的温度升高而减弱, 即可初步断定为拉缸响。 ②拆卸气缸盖,检查缸壁的拉伤情况,一般可分为初期、中期和后期三个阶段。一、 初期拉缸的发动机响声不很清晰,但有机油窜入燃烧室,使积炭增多。此外,压缩时燃 气漏到曲轴箱,使机油变质,且在加大油门或断续加速,从加机油口处及曲轴箱通风管 处有油烟窜出。对于初期拉缸,应抽出活塞连杆组检查、清洗并换机油和机油滤芯,清 洗油底壳。装复后试车、走合,并使用一段时间后,气缸的密封性会有所改善,但动力 性有可能稍差二、中期拉缸的发动机漏气严重,类似敲缸的异响声较为清楚,打开加机 油口盖,大量油烟有节奏的冒出,排气管排浓蓝烟,同时怠速不良。当用断油法检查时, 异响声减弱。若中期拉缸发生于多缸,用断油法检查时,异响声虽能减弱,但不能消失。 对于中期拉缸若气缸壁的拉痕不深,可用油石磨光,换上同型号、质量的活塞和同规格 的活塞环,即可继续使用,异响声也会大大减小。三、后期拉缸有明显的敲缸和窜气声, 动力也明显下降。随油门加大响声也随之加重,声音杂乱,发动机出现抖动。严重时会 打碎活塞或损坏缸体。对于这种状况必须更换气缸套、活塞和活塞环。

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4 高压共轨柴油机的检测与调整方法
4.1 参数调整
4.1.1 怠速的调整 现代轿车怠速标准为 700~800r/min。若不合标准或有故障应按以下步骤调整: ①检查节气门应在关闭位置(必要时应调整节气门拉线) ,拆下怠速控制阀的插接 器。 ②将万用表置于电压挡?两表笔接节气门传感器端子指定位置。 ③接通点火开关 15s(不启动) ,同时检查:步进电机挺杆应先伸到快怠速位置,再 完全缩回到初始怠速位置(15s 后) 。 ④此时万用表电压值应大约 0.9V。 ⑤拆下怠速步进电机插接器。 ⑥用手将节气门连续开闭 2~3 次。节气门应无卡滞现象。 ⑦松开维护用调节螺钉,启动发动机并使其怠速运转。 ⑧怠速不符合标准可通过怠速调整螺钉进行调整。 ⑨当怠速转速调整合格后,再把维护用调节螺钉向里拧,直到发动机转速开始下降 为止。 ⑩把调整螺钉向外拧出,直到再次达到正常怠速。然后将该螺钉向内拧入大约 1/2 圈,切断点火开关,让发动机熄火。[7] 4.1.2 尾气排放的调整 对于带排气催化装置的发动机,CO 排放采用电子调节,不可手动调整。下面介绍 无催化装置 CO 排放的调整方法: ①将 CO 分析仪安装到排气尾管上。 ②让发动机怠速运转,并将所测值与标准值(1~2%)比较。 ③排放超标准时,可转动调节电阻螺钉进行调整,使 CO 的排放符合规定。 ④当调节无效时,应将发动机熄火。断开节气门传感器的插接器,参照“节气门位 置传感器”的检测步骤进行。

4.2 主要部件的检测
4.2.1 空气流量计 空气流量计出现故障会导致下列异常现象,发动机冷启动困难或启动后又熄火,怠 速不稳定,发动机在稳定转速时熄火,加速无力,功率不足和燃油消耗太高等。 ①拆下空气流量计的插接器,将万用表接端子指定位置。
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②预热发动机至正常工作温度后使其怠速运转。 ③万用表应显示电压值为 2.7~3.2V。否则说明空气流量计损坏。[8] 4.2.2 进气温度传感器 该传感器故障会导致发动机不能启动、怠速不稳定、发动机功率不足及燃油消耗太 高等异常现象。 ①拆下空气流量计上的插接器,将万用表接端子指定位置。 ②用热风加热器对传感器缓慢加热,同时观察万用表的电阻值。 ③标准值为 0℃时 6 kΩ,20℃时 2.7kΩ,80℃时 0.4kΩ。所测值与标准不符说明进 气温度传感器损坏。[8] 4.2.3 节气门位置传感器 节气门位置传感器故障会引起发动机加速无力、油耗增加和 CO 排放超标等现象。 ①拆下节气门位置传感器插接器,将万用表接传感器端子指定位置,其标准值均为 3.5~6.4kΩ。 ②将万用表接传感器端子指定位置,然后将节气门从怠速位置缓缓转到全负荷位 置,同时观察万用表指针应从 0.5kΩ缓缓上升到 3.5~6.5 kΩ。 ③以上所测值与要求不符时,非催化型的可更换调节电阻,催化型的则应更换节气 门位置传感器。 上述检测合格后,还应拆下怠速步进电机插接器,检查怠速开关。将万用表一表 笔接端子指定位置,万用表另一表笔搭铁。节气门在怠速位置时,电阻值为 0Ω,而当 节气门打开时为∞。[8] 4.2.4 冷却液温度传感器 该传感器故障对发动机工况影响很大,主要表现有:发动机不能启动或启动困难、 怠速不稳、加速无力、发动机功率不足、油耗过高等。 ①从温度传感器上拔下插接器,将温度传感器拆下。 ②将传感器浸入水中加热,万用表的两表笔接传感器的两个电极。 ③其标准电阻值:0℃时为 5.9kΩ,20℃时为 2.5kΩ,40℃时为 1.1kΩ,80℃时为 0.3 kΩ。电阻值与标准不符,应更换传感器。[8] 4.2.5 喷油器 喷油器故障将影响发动机的启动及各种工况下的正常工作。 若单个喷油器故障还表 现为某缸不工作或工作不良、针阀结胶、漏油和电磁线圈故障等。在检查时,应酌情先 对喷油器的电磁线圈进行检测。 ①拔下喷油器的插接器。 ②用万用表测量喷油器两接柱之间的电阻值,其标准值在常温 20℃时为 13~16Ω。
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③检测电阻值与标准值不符,应更换喷油器。经检测喷油器电阻值合格后,就应对 故障喷油器进行彻底的清洁,并在确保燃油压力符合规定的情况下,进行下列三种测试 检查:一是喷油量检查。一般为 50~60mL/15s,各缸喷油器喷油量之差应小于平均值的 10%,否则应更换不合格的喷油器;二是飞散图形检查。飞散图形不合格,应更换喷油 器.三是漏油检查。将喷油器装入分配油管,接通点火开关让汽油泵工作,观察喷油器喷 口有无漏油。1min 内的漏油量少于 1 滴为正常。若漏油量超过标准,应更换喷油器。[8] 4.2.6 氧传感器 ①氧传感器故障,影响了混合气的最佳空燃比,导致油耗增加和排放超标。预热发 动机至正常工作温度。 ②将氧传感器插接器拔开,并在两电极间连接一导线,万用表一端接该导线,另一 端搭铁,对氧传感器进行闭环控制检测。 ③启动发动机,不断改变发动机的转速,电压值应在 0.2~0.9V 间波动。否则说明 传感器灵敏度降低或损坏,应清除积炭或更换新的氧传感器。 4.2.7 燃油压力 燃油压力不符合规定,将影响发动机的启动性能,怠速工况及发动机的正常工作。 ①拆下燃油泵的线路插接器,动发动机,到熄火后再断开点火开关,油路卸压。 ②将燃油表接到燃油分配管的接口上。 ③装复燃油泵的插接器,通点火开关,动发动机并使其怠速运转。 ④拆下接在燃油压力调节器上的真空软管,将软管堵死,察压力表,标准值应该为 0.32~.34MPa; 将软管装回, 察怠速运转时的压力表, 准值为 0.27Mpa; 若压力比准值低, 明燃油系统,燃油泵等有故障,进一步检修。 ⑤断开点火开关,察压力表读数的变化。若压力表上压力逐渐下降时,明喷油器有 泄漏,压力下降很快,则表明燃油泵的单向阀有故障。

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5 高压共轨技术在现代车辆上的应用
5.1 在轿车和轻型商用车上的应用
法国 PSA 公司是第一个应用高压共轨喷射系统的汽车制造公司。 早在 1997 年 5 月, PSA 公司就宣布共轨喷射系统将是法国集团公司的主要选择,除了 206、306、406 和 806HDI 发动机产品之外,还有更多的共轨发动机产品面世。在 1997 年的法兰克福展览 会上,Alfa Romeo 公司展出了 156 系列发动机包括四缸 1.9L 和五缸 2.4L 共轨喷射系统 发动机, 日本丰田公司展出了可满足油耗为 3L/100km 微型轿车用的 1.5L 共轨柴油机和 用于普通轿车的 2.0L 共轨发动机;以及 2.4L 的用于轻型商用车的共轨发动机。德国的 汽车公司对共轨喷油系统尤为推崇。在 Mercedes-Benz 公司,共轨喷射系统正以惊人的 速度替代常规的喷油系统,BMW 也是共轨喷射系统的主要倡导者之一,其 530D 六缸 柴油机被誉为目前为止最精确优化的柴油机。BMW 公司已生产小排量 320 型共轨柴油 机,这种发动机被列入了 Rover75 型汽车的 320D 发动机系列中,Audi 公司在 V8 柴油 机上应用了共轨喷射技术,Ford 公司已对共轨喷射系统进行大量研究,在对共轨喷射系 统得到足够的测试改进后,已装到 Focus 车型柴油机上;通用和克莱斯勒也都推出了采 用高压共轨柴油机的车型。总之:由于国外先进国家的排放标准已经非常严格,加之柴 油质量较好,目前应用高压共轨喷射系统的轿车和轻客车柴油发动机已比较普遍。[10]

5.2 在卡车柴油机上的应用
有美国的 Caterpillar 和德国 MTU 公司,而法国的 Renault VI 公司成为欧洲第一 家所有卡车柴油机均采用共轨喷射系统的柴油机制造商。Transit 型卡车的主要竞争者 Mercedes-Benz 公司的 Spriter 的发动机应用了四缸 2.2L OM611 共轨柴油机,该发动 机也用于 Mercedes 的标志性的 CDI 轿车和有效载重量为 1 t 的 Vito 型有棚载重车上。 FIAT 所属的 Iveco 公司新一代的 Daily 级载重车已经采用了 2.8L 共轨柴油机,外加 Garret 公司的旋转叶片可变截面废气涡轮增压器,能使这种柴油机的标定功率达到 93KW 至 104KW,最大扭矩达 290NM 至 320NM。[10]

5.3 实例分析
以 GW4D20 柴油机为例,它主要应用了电控高压共轨技术、EGR 技术等多项新技 术。 从数据来看,在动力性方面,绿静 GW4D20 柴油机的转速在 4000rpm 时可输出最 大功率 110kw,转速在 1800-2800rpm 即可实现峰值扭矩 310Nm,升功率可达 55Kw,处 于国际主流水平,达到了 3.0L 汽油机的动力标准,在经济性方面,发动机百公里综合 工况油耗仅为 7.0L 比传统柴油机节油很多,在排放和舒适性方面,其排放达到欧Ⅳ、 欧Ⅴ水平,驾驶室内平均噪声仅有 45.3 分贝,大大优越于以往的柴油机,与汽油机相差 不大。该发动机将首先先装配在长城哈弗 H5 欧风版,面向全球同步上市之后这款动力
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高压共轨柴油机工作原理与故障诊断
还将陆续匹配在长城旗下的轻型商务车及中级轿车之上。[11]

5.4 高压共轨技术的发展前景和方向
2005 年 12 月 30 日?北京率先实施国Ⅲ排放标准。2006 年 7 月 31 日,上海公交、 出租车行业新车实施国Ⅲ排放标准。 2006 年 9 月 1 日, 广州开始实施国Ⅲ排放标准。 2007 年 7 月 1 日,全国全面实施国Ⅲ排放标准,到 2013 年 7 月 1 日全国将实施国Ⅳ排放标 准。 排放标准的提升必然推动发动机技术的发展。对于汽油发动机,由于技术相对成熟 且有后处理,因此满足目前排放标准难度不大。对于柴油发动机,相对于汽油机而言, 国内在电控柴油机方面与国外差距相对较小。这得益于两方面原因:一是我国原有柴油 机使用车辆大都具有自主品牌。 二是我国柴油机使用车辆的舒适性要求不高, 价格低廉, 国外公司与中国企业竞争不占优势。长城汽车与博世公司开发出了高压共轨柴油发动 机,此外奥迪、奔驰、华泰等品牌也推出了采用共轨系统的汽车。我国部分大学、研究 所和企业也通过合作或独立自主研发,取得了各具特色的研究成果,并有数十项专利公 布。同时也有部分企业在进行自主研发,如中国一汽无锡油泵油嘴研究所、成都威特、 玉柴、潍柴动力等。因此?我国在电控直喷式柴油机方面已积累了一定的经验,但总体 来说与国外还存在差距,主要体现在制造工艺和批量生产的质量控制。此外,国内共轨 系统相关配套体系有些还不健全,部分零部件还依靠进口。在更严格排放标准要求下, 除电控燃油系统外, 发动机整机也引进了许多新技术。 世界著名的汽车研发机构 Ricardo 公司推荐在各排放阶段的发动机技术要求,从中可见共轨系统由于其独特的优势,是最 具继承性和可持续发展的燃油喷射系统之一。 电控高压共轨燃油喷射系统的应用使柴油机的排放、噪声及燃烧性能都得到了很大 改善远远超过了传统内燃机,大大增强了柴油机的竞争力。随着电子技术、材料技术以 及控制理论等的不断发展,该技术还具有很大的发展潜力,进一步的研究发展主要体现 以下趋势: ①设计开发新的执行器,以及通过对高压油泵、喷嘴材料和加工过程的改进进一步 提高燃油喷射压力及其精确性,使燃烧更为充分。 ②通过最优控制、自适应控制、预测控制等控制理论的研究,将模糊控制、人工神 经网络、基于非线性的滑模控制、基于辨识模型的自适应控制等运用到电控高压共轨燃 油喷射系统中,改进其控制策略。 ③研究新的喷油规律。随着柴油车数量增加,柴油机尾气已经成为大气的主要污染 源之一。因此,世界各国都在积极探索新方法和采取有效的技术措施主动减少和控制污 染物的排放,欧洲已经制订出严格的欧 V、欧 VI 排放法规,预计 2014 年开始实施欧 VI 排放法规。因此,必须不断研究满足新的排放标准的喷油规律,进一步降低柴油机 的排放。 ④燃油喷射系统的数值模拟技术。通过仿真软件建立电控高压共轨燃油系统的数值
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山东交通学院毕业论文
模型分析燃油的喷射过程及系统参数对燃油喷射特性的影响,为燃油系统的优化设计、 故障分析提供理论依据,降低产品开发成本,缩短开发周期。 ⑤传感器技术。随着喷射压力的不断提高,要求有更高精度和响应速度的新型智能 传感器。 ⑥解决高压共轨系统的恒高压密封问题。高压共轨系统的密封性能影响燃油喷射压 力的提高和柴油机性能。传统燃油系统和电控泵只在 20-30 ℃曲轴转角内高压供油,油 泵驱动扭矩的峰值很高,但泄漏时间很短,而高压共轨燃油系统在一个循环内都高压供 油, 喷油器中的针阀偶件和控制活塞偶件长期处于恒定高压中, 泄漏量大幅增加, 因此, 必须进一步解决零部件的恒高压密封问题。 ⑦解决共轨压力的微小波动造成的喷油量不均匀问题。高压共轨系统的动态压力稳 定性直接影响系统理想喷油规律的实现,因此,对高压共轨系统压力波动性的研究已经 成为当前的热点之一。 ⑧解决高压共轨系统的多 MAP 优化问题。电控燃油系统中,ECU 根据其内部存储 的 MAP 控制喷射过程。现有的电控泵 ECU 中只有喷油量 MAP 和喷油定时 MAP,而 高压共轨燃油系统除这两者外,还有喷油压力 MAP 和预喷射 MAP 等,控制数据较多, 要根据排放和燃油消耗耗进行优化工作量很大。因此需要研究统计学方法、神经网络模 型映射 MAP 数据、学习优化方法等很多关键技术,以解决多 MAP 优化问题。[9]

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高压共轨柴油机工作原理与故障诊断
结 论
高压共轨电控燃油喷射技术的出现使得柴油机的发展获得了新生,它不仅保留了传 统柴油机卓越的燃油经济性能,还开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。在此,就 共轨喷射系统在国内的发展提出一点看法。 政府应该在制定环保法规的同时,采取措施确 保燃油质量。 以目前低劣的柴油质量,根本无法适应电子控制高压共轨燃油喷射系统的要 求。目前我国对高压共轨燃油喷射系统的研究与开发尚处于起步阶段,发动机燃油喷射 系统由机械式喷射系统向电控式喷射系统过渡还主要依靠国外技术来实现。为尽快提高 我国的自主开发和核心竞争力,应不遗余力地在电控喷油器、液力控制阀、喷油嘴偶件 和高速执行器、ECU 软硬件等关键零部件的制造以及控制策略和功能、匹配标定技术、 提高产品可靠性和安全、降低制造成本等方面开展研究。

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山东交通学院毕业论文
致 谢
在论文完成之际,我首先向关心帮助和指导我的指导老师姜武杰表示衷心的感谢并 致以崇高的敬意! 在学校的学习生活即将结束,回顾四年来的学习经历,面对现在的收获,我感到无 限欣慰。为此,我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!在论文工作中, 遇到了许许多多这样那样的问题,有的是专业上的问题,有的是论文格式上的问题,一 直得到 姜老师的亲切关怀和悉心指导,使我的论文可以又快又好的完成,姜老师以其 渊博的学识、 严谨的治学态度、 求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象, 我将终生难忘我的姜老师对我的亲切关怀和悉心指导,再一次向他表示衷心的感谢,感 谢他为学生营造的浓郁学术氛围,以及学习、生活上的无私帮助! 值此论文完成之际, 谨向姜老师致以最崇高的谢意!

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高压共轨柴油机工作原理与故障诊断
参考文献

王均效,陆家祥,谭丕强等.柴油机高压共轨燃油喷射系统的发展动态[J].内燃机,2001. [2] 宋福昌,宋萌.康明斯高压共轨柴油机维修手册[S].机械工业出版社,2008. [3] 张家玺.新编汽车电控燃油喷射系统结构与检修[M].金盾出版社,2003. [4] 宋福昌.电子控制高压共轨柴油机故障检修[M].国防工业出版社,2007. [5] 田晋跃.现代汽车新技术概论[M].北京大学出版社,2010. [6] 黄玮.柴油发动机构造与原理[M].科学出版社,2009. [7] 张月相,王雪艳,刘大学等.电控汽车柴油发动机培训教程[M],黑龙江科学技术出版社,2007. [8] 陈家瑞,马天飞.汽车构造上册[M].人民交通出版社,2005. [9] 宋福昌.电子控制高压共轨柴油机故障检修[M].国防工业出版社,2007.
[1] [10] Richard van Basshuysen. Internal Combustion Engine Handbook [M]. SAE Internation, 2004. [11] M.C.Xobax. MOTOR VEHICLE ENGINES [M]. MIR PUBLISHERS, 1979.

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