第六章 掌握柴油机的进排气控制系统结构原理及检修方法

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第六章 掌握柴油机的进排气控制系统 结构原理及检修方法
❖ .学习目标 ❖ 1.掌握柴油机的空气预热系统 ❖ 2.掌握柴油发动机的进气控制系统 ❖ 3.掌握柴油机的增压控制系统 ❖ 4.掌握柴油机废气再循环控制系统 ❖ 5.掌握柴油机尾气净化处理系统
一、废气涡轮增压系统
废气涡轮增压系统的功用是利用废气的能量,通过增 压器将发动机的进气先进行压缩,使增压后的空气密度 增大,实际充入的空气量增加(见图6-18和图6-19)。 这样,可以向气缸内喷入更多的燃料并能获得充分燃烧 ,因此提高了柴油机的输出功率。
图6-18废气涡轮增压器在汽车上的应用
图6-19废气涡流增压系统示意图
的一种增压控制系统。典型的电子控制式惯性增压系统 如图6-27所示。它主要由各种传感器、电子控制单元、 电磁阀空气室空气控制气缸、控制阀等组成。
图6-27电子控制式惯性增压系统
一、废气再循环控制系统的作用
EGR系统工作时,将一部分废气引入进气系统, 与新鲜的燃油混合气混合,使混合气变稀,从而降 低了燃烧速度,燃烧温度随之下降,从而有效的减 少NOX的生成,如图6-28所示。其关键部件是EGR 阀,其实物如图6-29所示。
1.涡轮增压器的结构 涡轮增压器一般由涡轮部分、中间壳体、压气机部
分三大部分组成(见图6-20)。
图6-20废气涡轮增压器的组成
2.中冷器的结构 废气涡轮增压系统一般加装有中冷器,以便对从涡
轮增压器压气机出来的温度升高的空气进行冷却,以 提高空气的密度,提高发动机的充气效率。其实物如 图6-21所示。
二、可变截面涡轮增压器
可变截面涡轮增压器的结构如图2-23所示。
图6-23可变涡轮增压系统的结构
导流叶片的开度能够影响导向涡轮叶片的气流速度, 低转速时开度小(如图6-24),提高空气流速,高转速 时开度大(如图6-25),减小排气负压。
图6-24低转速时导流叶片的开度
图6-25高转速是导流叶片的开度
任务一 掌握柴油机的空气预热系统结构原理及 检修方法
一、分类
1.按预热方式的不同分类 (1)进气预热系统
进气预热系统用预热塞(或预热器)直接加热来自空 气滤清器的空气,如图6-1所示。
图6-1进气预热系统 1-进气管;2-预热塞;3-蓄电池
(2)燃烧室预热系统 燃烧室预热系统用预热塞直接加热燃烧室的空气,如
1.检测要求 蓄电池的电压不低于11.5V,点火开关关闭,柴油直 接喷射系统控制单元J248正常,预热塞熔丝S163正常。
2.检测方法
(1)拔下冷却液温度传感器插头。
(2)拔下预热塞插头。
(3)接好万用表测量预热塞插头对地电压。接通点火 开关约20S,预热塞插头对地电压应约等于蓄电池电压 。如果没有电压需对其控制电路进行检测(其控制电路 见附录)。
图6-7燃烧式控制器的控制原理
(2)预热塞式预热装置
预热塞式安装在燃烧室内,前端突出,通过前端 800℃~900℃的高温来辅助着火,使发动机能够容易 启动。预热塞式一般安装在分隔式燃烧室中,最近也 有在统一式燃烧室内安装的情况,见图6-8所示。预热 塞式预热装置又可分为普通自我温度控制型预热塞和 陶瓷预热塞两种。
(4)预热塞的检查
用万用表电阻挡测量预热器的电阻,正常值在0.2Ω~ 2Ω之之间。
任务二、掌握柴油发动机常见的进气控制系统
一、进气气节流控制系统
1.进气节流控制系统的功能
在现代汽车的电控柴油发动机上,一般都会采用进气节
流控制系统。其功能主要体现在以下几个方面(见表6-1
)。
表6-1进气节流控制系统的功能
怠速ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ转稳定和减轻振动。
各缸均匀性控制是通过对各缸喷油量的瞬时调节来 实现的。柴油发动机怠速工况时,ECU根据各缸做功 行程时的转速传感器信号,确定各缸喷油量的偏差, 然后进行补偿调节。除采用“位置控制”方式的电控 燃油喷射系统外,均可实现各缸均匀性控制的功能。
任务三、掌握柴油机的增压控制系统结构原理 及检修方法
图6-11陶瓷型预热塞
(3)预热器式预热装置 电热式预热器安装在进气道上面(见图6-12),其的
结构如图6-13所示,向吸气通路中设置的空气预热器通 电,用红热的空气预热器来加热吸入的空气,从而提高 直喷式发动机低温时的启动性能。
图6-12电热式预热器的安装位置
图6-13电热式预热器的结构
潍柴WP6系列发动机进气加热器如图6-14所示,所用 电源有24V蓄电池提供,功率1.9KW。在零下20℃到零 下10℃时预热时间大约为10 秒,零下 30 ℃到零下 20 ℃ 预热时 间为 20 秒到 30 秒。该装置可以有效解决冬季冷 启动过程中冒“白烟”的现象。
2.进气涡流控制方法
进气涡流的控制方法有多种,但无论采用哪一种方 法,都应保证在不降低进气流量的前提下,能在较大 范围内调节进气涡流强度,并尽量减少对进气系统结 构的改变。
三、怠速控制系统
怠速控制系统主要包括怠速转速控制和各缸均匀性 控制两个方面。
1.怠速转速控制
怠速转速控制的目的就是使发动机维持一定转速稳 定运转。其控制过程是:当发动机负载增加时,适当 增大发动机负荷,使之发出较大功率,以防止怠速转 速低于目标转速甚至熄火;当发动机负载减小时,则 适当减小发动机负荷,使之发出功率减小,以防止怠 速转速过超过目标转速。怠速转速的控制过程是根据 发动机负载的变化,通过调节发动机负荷来实现的。
在一定转速下,进气涡流的强度主要取决于进气道 的结构,一定结构的进气道,只能适应某一转速对进 气涡流强度的要求。柴油发动机工作中,转速变化的 范围非常大,仅用机械控制方法很难实现随转速变化 调节进气涡流强度。为优化柴油发动机的混合气形成 和燃烧过程,现代汽车柴油发动机的进气涡流控制系 统,就是利用电控装置来改变进气道结构或干扰进气 道中的气流运动,从而实现进气涡流控制的。
三、预热系统电路
1.固定延时型电路 在固定延时型预热系统中,预热器控制预热指示灯发光
时间和预热塞继电器接通的时间(预热时间)。指示灯发光 时间为5s,预热时间约为18s,两者都按固定时间控制, 其控制电路如图6-15所示。
图6-15固定延时型电路
2.可变延时型电路 在可变延时型预热系统中,预热定时器控制预热指
图6-2所示。
图6-2燃烧室预热系统 1-预热塞;2-燃烧室;3-蓄电池
(3)辅助预热系统 辅助预热系统是将预热装置安装在冷却系统中,对
冷却液进行预热。辅助预热系统采用的也是电预热方 式,通常将预热塞安装在冷却液的管道(水管)上, 如图6-3所示。
图6-3冷却液预热塞的安装位置
冷却液预热装置的控制过程如图6-4所示,ECU根据 进气温度、冷却液温度、发电机负荷等信号,通过预热 继电器控制电热塞是否通电以及通电时间的长短。
图6-14潍柴WP6系列发动机进气加热装置
二、进气预热系统的控制
预热系统的运行,当发动机冷却液温度低时,在点 火开关接通后,预热定时器或ECU内部的定时器接通 预热塞继电器,使预热塞产生热量。
1.在以依据冷却液温度决定的时间内,定时器接通 ,然后断开。当定时器断开时,预热指示灯也断开。
2.当点火开关旋至“启动位置时时,预热定时器或 ECU将预热塞继电器接通,防止预热塞温度在启动时 下降,从而改善启动性能。
2.进气节流控制的方法
柴油发动机实现进气节流控制的方法就是在进气道中 安装一个节气门,并由电控执行元件根据ECU的指令控 制节气门的开度,以控制进气量和进气管压力。进气节 流控制系统一般只在低速小负荷工况时才工作,节气门 的开度一般利用直流电动机或电控气动装置来控制。
二、进气涡流控制系统
1.进气涡流控制系统的功能
图6-22废气涡轮增压控制系统的工作原理 1-旁通阀 2-燃烧室 3-中冷器 4-空气滤清器 5-压气机叶轮 6-涡轮机叶轮 7-旁
通阀
4.废气涡轮增压系统常见的故障及故障的可能原因 (1)漏油 (2)润滑不良 (3)异物进入涡轮增压器 (4)异常噪音 (5)温度过高
(1)柴油机启动后或停车前,均应空转3~5min,以保 证柴油机热车或冷却均匀进行,一般情况下,不宜突然 改变转速和负荷,怠速运转时间不得超过10min,严禁 空负荷大油门运行。
图6-4冷却液预热装置的控制过程
2.按照预热的装置不同进行分类 按照预热的装置不同进行分类,可以分为火焰预热器
和电预热式两种,电预热式又可分为预热塞式和预热器 式两种。 (1)火焰预热器
火焰预热器的实物如图6-5所示,其结构如图6-6所示 ,控制原理如图6-7所示。
图6-5火焰预热器的实物
图6-6燃烧式预热器的结构
控制功能
具体说明
控制进气量和进 保证混合气浓度符合不同负荷时的要求:如果没有节流控 制,在
气管压力
怠速或小负荷时,会因循环供油量小、进气量大而导致混合气过稀
保证发动机平稳 柴油发动机有很高的压缩比,如点火断开时,仍像正常运转时一
熄火
样吸入空气,发动机将抖动
保证低转速时能 果没有节流控制,在低速会因为进气管绝对压力较高而使EGR系 够正常进行废气再 统无法正常工作 循环
三、其他增压控制
1.气波增压系统 气波增压器安装在发动机的进气管与排气管路之间, 发动机的曲轴经传动带驱动气波增压器转子,增压器利 用排气压力波使进入到进气管中的空气受到压缩,以提 高进气压力,其工作原理如图6-26所示。
图6-26气波增压器的工作原理
2.惯性增压系统 惯性增压系统顾名思义就是利用空气的惯性进行增压
喷油量控制是柴油发动机电控燃油喷射系统最主要 的功能之一。在电控柴油发动机上, ECU根据各传感 器的信号等因素确定一个目标转速,然后与实际的怠 速进行比较,再通过怠速执行机构进行调整得到目标 转速,其工作原理如图6-17所示。
图6-17怠速控制的工作原理
2.各缸均匀性控制
各缸均匀性控制的目的是尽量缩小同一工作循环各 缸供(喷)油量的差值,以保持发动机
图6-21中冷器的实物图
3.废气涡轮增压系统的工作原理
废气涡轮增压系统的工作原理如图6-22所示,柴油 机排出的具有一定温度和压力的废气能量,经过涡轮 转换为转子的回转机械能,并带动与其同轴的压气机 叶轮高速旋转,将新鲜空气加压提高密度后经过中冷 器放热后送入气缸,增加了气缸的充气量,从而可以 向气缸内喷入更多的柴油,提高柴油机的功率。
(2)凡是新机使用前或更换机油、机油滤芯以及长期停 放后(约一周时间以上),必须松开增压器上面的进油 口接头,注入洁净的机油,使涡轮转子轴承得到充足的 初期润滑(加油时注意所用器皿、工具、相关零件及周 围环境要洁净,否则得不偿失)。
(3)必须采用CD级增压柴油机机油,按使用环境温度 选择牌号,按规定定期更换,加入前要经过沉淀和过滤 。
示灯发光时间和根据发动机冷却液温度和交流发电机 电压而决定的预热塞继电器接通时间(预热时间)指示 灯发光时间约为2~28s,预热时间约为2~55s,两 者都根据冷却液而变化,其控制电路如图6-16所示。
图6-16可变延时型电路
四、预热塞的检修
以捷达1.9L柴油发动机的预热系统的检修为例进行讲 解。
(a)分隔式燃烧室
(b) 在统一式燃烧室
图6-8预热塞的安装
普通自我温度控制型预热塞的实物如图6-9所示, 其结构如图6-10所示。
图6-9预热塞的实物
图6-10预热塞的结构
陶瓷型预热塞如图6-11示,陶瓷型预热塞发热部分 由导电性陶瓷构成的发热体和绝缘性陶瓷构成的绝缘 体组成的预热塞。陶瓷型预热塞不会因为温度的过渡 上升发生腐蚀现象,所以可以通过大量的电流,能够 在短时间内达到高温。陶瓷型预热塞也具有自我温度 控制功能的类型。
(4)冷却水必须是软水,否则易引起冷却水路 的堵塞。
(5)柴油机进空气的洁净程度,对柴油机的使 用寿命有极大的影响。严禁柴油机在不装空气滤清 器或空气滤清器失效以及进气系统漏气的情况下工 作。
(6)空气滤清器阻塞将造成增压气机端渗漏机 油,因此必须定期保养或更换滤芯。
(7)更换旋装一次性的机油滤清器,应先将新 的滤清器内部加满洁净的机油,安装前用少许机油 涂在密封圈的表面,用手拧紧后,再用专用工具拧 紧3/4圈。
图6-28废气再循环控制系统
图6-29EGR阀的实物
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