柴油机燃料喷射系统的工作原理与检测

柴油机燃料喷射系统的工作原理与检测08-04-2614:41资讯来源：汽车维修与保养刘之才尚晓梅本文分析了柴油机电控燃料供给系统的组成、结构与功能，介绍了喷油泵、喷油器的结构与工作原理，同时讲述了柴油机电控燃料供给系统的检测方法。上一页12下一页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ECD-U2系统为例，介绍一下柴油机的燃料电控喷射系统。ECD-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，通过公共油槽进入到各喷油器中，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，并将检测到的信号传给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.即使柱塞进入上升行程，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入下降行程，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，低压的燃油就进入柱塞腔，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、系统的检测方法测量燃油压力：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。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）启动发动机。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。）检查燃油系统的泄漏：由于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。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。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1。结束语根据日本电器公司ECD-U2柴油机电控燃料供给系统的组成、结构与功能，本文介绍了电控喷油泵的结构与工作原理。本系统的特点是利用ECU控制燃油的喷射时间、喷射开始和关闭时刻，精确地计算出喷油量，以满足柴油机不同工况下的工作需要。同时，通过介绍柴油机电控燃料供给系统的检测方法，对该系统常见的故障现象提供了实用而有效诊断步骤和思路。