电控柴油发动机研究与分析论文

职业学院大专毕业生
毕业论文（毕业设计）
题目：电控柴油发动机研究与分析
分院：汽车工程分院
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专业：汽车运用技术
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电控柴油发动机研究与分析
摘要
本文结合汽车维修的实例，对汽车发动机电控燃油喷射系统的在维修过程中常见故障的检测与诊断方法进行分析与探讨.
本文阐述了现代柴油发动机电控系统的组成、功能以及三代电控燃油喷射系统的发展历程。

同时分析了柴油机电子控制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技术对提高柴油发动机性能、减少排放污染的原理。

柴油汽车如果要达到欧III甚至更为严格的排放标准就须采用电控喷油系统。

各种电子控制系统的使用及其不断的完善，使得汽车检测维修技术要求越来越高。

介绍柴油机的燃油共轨电控喷射技术，其从根本上改变了柴油发动机的各项性能，极大提高了柴油发动机的动力性、经济性和环保性。

随着更新的燃油共轨供油技术的开发与利用，必将促进柴油发动机及相关工业的发展。

本文论述了电控发动机清洁度控制的重要性及论述了如何在实践中实施电控发动机清洁度的控制。

本文第一章讲述了柴油发动机发展技术，第二章讲述了电控柴油机一些简单的故障分析和解决方法。

第三章对电控柴油发动机在城市车辆上的应用研究主要以在用非电控柴油发动机车辆为研究对象，其目的是可以有效地解决目前柴油公交车排放污染严重的问题，同时也可起到改善原车的动力性的作用。

从发动机的选择、动力匹配和改装技术要求等方面讲述了电控柴油发动机在城市车辆上的应用。

【关键词】柴油机，电控，高压共轨，应用，发展，城市车辆，电控发动机维修故障，检测，诊断
目录
绪论 (4)
1柴油发动机电控技术与发展浅析 (6)
1.1柴油机电控系统组成与特点 (6)
1.2柴油机电控技术的发展历程 (6)
1.3现代柴油机电控技术的主要功能 (7)
1.4柴油机电控技术的发展趋势 (8)
2.柴油发动机电控技术常见故障分析 (9)
2.1电控柴油发动机怠速不稳故障排除 (9)
2.2浅谈电控柴油发动机的故障检测与维 (12)
2.3利用车载自诊断系统对电控柴油发动机的故障 (14)
3电控柴油发动机在城市车辆上的应用研究 (18)
3.1发动机的选型 (18)
3.2发动机与传动系统的匹配 (18)
3.3换装后对车辆轴荷的影响 (19)
3.4发动机的定位及改装要求 (20)
3.5样车运行跟踪情况 (22)
总结 (23)
参考文献 (24)
致谢 (25)
绪论
本文介绍了电控柴油发动机发展情况与未来几年世界主流研究电控柴油发动机，这种轿车柴油化已成为世界范围内汽车技术发展的一个重要标志。

柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段，主流加上环保意识的增强对未来的汽车技术要求将越来越严格化。

城市在不断发张，人口也越来越多，解决百姓出行问题最主要靠的是公共交通工具-公交客车。

杭州公交集团公司在用黄海DD6121HS5 型公交客车换装电控柴油发动机为例，对其进行电控柴油发动机在在用城市公交客车上换装应用的研究。

换装电控柴油发动机主要可以有效解决非电控柴油车排放污染严重的问题，同时还可以提高在用车辆的动力性。

研究内容包括电控柴油发动机的选型、发动机与传动系的匹配、车辆轴荷的变化以及发动机的安装等内容。

在能源危机日趋突出的今天，节能受以普遍的关注。

同时在新能源汽车技术上的研究，各国都在不断努力。

1柴油发动机电控技术与发展浅析
柴油发动机因为噪音高、震动大、排放污染严重等缺陷，尽管具有更好的动力性能，但长期以来仍很少受到轿车的青睐。

随着各国的汽车排放法规要求的不断提高，对柴油机的发展形成了越来越大的压力，迫使企业寻求技术解决之道，柴油机电控技术应运而生。

柴油机电子控制技术始于20
世纪70年代，80年代以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、美国卡特彼勒公司、日本五十铃汽车公司等都竞相开发新产品并投放市场，以满足日益严格的排放法规要求。

随着控制手段更加精确，柴油机的震动、噪音被大大减小，舒适性大大提高，进而使柴油机经济性好、动力大等优点充分凸现。

由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特点，柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。

因此柴油机的使用范围越来越广，数量越来越多。

到今天，轿车柴油化已成为世界范围内汽车技术发展的一个重要标志。

1.1 柴油机电控系统组成与特点
各种柴油发动机电控系统的基本组成与其他发动机的电子控制系统一致，由传感器(加速踏板位置传感器、反馈信号传感器、燃油温度传感器、其他传感器和信号开关)、E C U、执行元件部分组成。

柴油机电控技术有两个明显的特点：一是柴油喷射电控执行器复杂，二是柴油电控喷射系统的多样化。

区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、E C U控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置E C U根据各传感器输入信号和内存程序，计算出供(喷)油量和供(喷)油开始时刻，并向执行元件发出执令信号。

执行元件执行E C U的指令，调节柴油机的供(喷)油量和供(喷)油正时。

柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外，对喷油正时柴油机电控系统的主要控制功能有：燃油喷射控制、怠速控制、进气控制、增压控制、排放控制、起动控制、巡航控制、故障自诊断和失效保护、柴油机与自动变速器的综合控制等。

柴油机电控燃油喷射系统的优点表现在：改善低温起动性、降低氮氧化物和烟度的排放、提高发动机运转稳定性、提高发动机的动力性和经济性、控制涡轮增压、适应性广等。

1.2 柴油机电控技术的发展历程
由于柴油的物理化学特性，柴油发动机必须配备较复杂的喷射系统。

传统的采用机械控制的柴油发动机噪音大、排放污染严重。

20世纪90年代后半期，柴油发动机发生了一次重大的技术变化，即有柴油发动机心脏之称的燃油喷射系统从机械式转向电子控制式。

柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。

汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。

柴油机电控技术发展的三个阶段：位置控制、时间控制、时间一压力控制(压力控制)。

(一) 第一代柴油机电控燃油喷射系统：常规压力电控喷油系统特点：结构不需改动，生产继承性好，便于对现有柴油机进行升级换代。

系统响应慢、控制频率低、控制自由度小、控制精度不够高，喷油压力无法独立控制。

(二) 第二代柴油机电控燃油喷射系统：高压电控喷油系统改变了传统燃油供给系统的组成和结构，主要以电控共轨(各缸喷油器共用一个高压油管)式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行“时间一压力控制”或“压力控制”。

特点：通过设置传感器、电控单元、高速电磁阀和相关电/液控制执行元件等，组成数字式高频调节系统，有电磁阀的通、断电时刻和通、断电时间控制喷油泵的供油量和供油正时。

但供油压力还无法独立控制。

(三) 第三代柴油机电控燃油喷射系统：共轨电控喷射系统
(1)共轨电控喷射系统的组成高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。

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。

(2)共轨电控喷射系统的主要特点
①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。

②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。

③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。

(3)共轨电控喷射系统改善发动机性能原理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。

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减少不完全燃烧的燃油，降低烟度和碳氢排放。

高压共轨系统被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破之一，已成为21世纪柴油机燃油系统的主流。

电控共轨系统是解决柴油机排放问题和进一步改善性能的关键。

1.3 现代柴油机电控技术的主要功能
(一)具有多功能的自动调节性能
工程机械用柴油机的运转工况是多变的，而且对油耗、排放和可靠性等要求较高。

自动控制技术应用于柴油机的调节系统正好可以实现多功能的自动调节，从而保证柴油机动力性、燃料使用经济性、可靠性和操作方便性等性能充分发挥。

(二)减轻质量、缩小尺寸、提高柴油机的紧凑性
对于现代高速柴油机而言，由于驱动喷油泵的扭矩较大，要设计一个紧凑和可靠的供油提前自动调节器很复杂，而且在柴油机总体布置上也比较困难。

采用自动控制技术解决供油提前角自动调节问题，不仅可以容易地解决上述难题，而且提高了柴油机的紧凑性。

(三)部件安装连接方便，提高了维修性采用自动控制系统，相关部件尺寸减小（特别是燃油供给系统)，安装部位免受空间位置的约束，连接简便，有利于柴油机日常维护及修理。

(四)扩展了故障诊断、联络等功能采用自动控制系统，可方便地与微型计算机相连，很容易实现柴油机性能检测与故障诊断功能，柴油机运行及检测数据的存储与传递等问题也迎刃而解，便于科学管理和使用。

(五)使柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配随着工程机械制造技术高速发展，为了提高自行式工程机械的作业效能，采用了电喷柴油机，电控自动变速器等自动控制装置，使自行式工程机械在作业时，能随着负荷的变化在一定范围内自动调整动力输出、动力传递，柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配，充分发挥工程机械作业效能。

1.4 柴油机电控技术的发展趋势
现代柴油机对动力性能、经济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。

要求优化动力性、改善燃油使用经济性、控制排放，使柴油机从怠速至额定转速范围内均能获得最佳工作状况，防止可能发生的危险运行状况，延长零件的使用寿命。

主要有以下的发展趋势：
(1)高的燃油喷射压力为满足排放法规的要求，柴油喷射压力从10MPa提高到目前的200MPa。

高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，缩短着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气排放。

(2)独立的燃油喷射控制
传统柴油机的供油系统的喷射压力与柴油机的转速负荷有关。

这种特性对于低转速、部分负荷条件下的燃油经济性和排放不利。

若供油系统具有不依赖转速和负荷的喷射压力控制能力，就可选择最合适的喷射压力使喷射持续期、着火延迟期最佳，使柴油机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。

喷射正时直接影响到柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量，决定着汽缸的峰值爆发压力
和最高温度。

高的汽缸压力和温度可以改善燃油使用经济性，但导致NOX增加。

而不依赖于转速和负荷的喷射正时控制能力，是在燃油消耗率和排放之间实现最佳平衡的关键措施。

(3)可变的预喷射控制能力
预喷射可以降低颗粒排放，又不增加NOX排放，还可改善柴油机冷启动性能、降低冷态工况下白烟的排放，降低噪声，改善低速扭矩。

但是预喷射量、预喷射与主喷射之间的时间间隔在不同工况下的要求是不一样的。

因此具有可变的预喷射控制能力对柴油机的性能和排放十分有利。

(4)最小油量与快速断油控制
供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的小油量控制能力发生矛盾。

当供油系统具有预喷射能力后将会使控制小油量的能力进一步降低。

由于工程机械用柴油机的工况很复杂，怠速工况经常出现，而电喷柴油机容易实现最小油量控制。

喷射结束时必须快速断油，如不能快速断油，在低压力下喷射的柴油就会因燃烧不充分而冒黑烟，增加HC排放。

电喷柴油机喷油器上采用的高速电磁开关阀很容易实现快速断油。

(5)高的柴油机燃油经济性
在能源危机日趋突出的今天，柴油机的燃油消耗率受以普遍的关注。

高喷射压力、独立的喷射压力控制、小喷孔、高平均喷油压力等措施都能降低燃油消耗率，从而提高了柴油机的燃油使用经济性。

电控喷射系统的革命大大扩展了柴油发动机的应用范围。

由于电控高压共轨、涡轮增压中冷等一系列燃油喷射技术的出现，柴油机的噪音大大降低、舒适性大大提高，加上柴油机在能源效率上的固有优势，原来为汽油机所统治的轿车行业呈现出明显的“柴油机化”趋势。

随着国际各大汽车厂商不断推出柴油机配置的轿车产品，这一趋势大有被不断加速的可能。

目前国产轿车中，只有捷达、宝来和奥迪等有柴油机产品，但采用的都不是国际最先进技术。

随着国际上日益严格的排放控制标准(如欧洲Ⅳ、V标准)的颁布与实施，无论是汽油机还是柴油机都面临着严峻的挑战，柴油机电子控制燃油喷射的技术还将有更大的发展。

2 柴油发动机电控技术常见故障分析
2.1 电控柴油发动机怠速不稳故障排除
福田欧曼神州载重卡车，配备上海柴油机股份有限公司生产的SC8DK260Q3电控柴油发动机。

标定功率为192KW（2200r/min），燃油系统为电装HP0高压共轨系统，新车发动机怠速抖动，加速时发动机有类似敲缸的异响，发动机故障灯点亮。

故障诊断:
电装HP0高压共轨系统的怠速控制系统是通过调节怠速工况下燃油喷射量来控制发动机怠速转速，从而使发动机实际转速与电脑计算出的目标转速相匹配。

凭借自动怠速控制，发动机ECU可设置目标转速。

发动机目标转速随变速器类型不同而改变，以及空调开关打开或关闭，换挡位置和冷却液温度等诸多因素控制自动调节。

怠速控制系统还具备怠速减振控制功能，该控制功能可大幅度降低怠速期间发动机振动。

要使发动机工作平稳，将各汽缸在做功行程的角速度进行对比，即通过判断各汽缸在做功行程时曲轴的加速度之差，分析发动机每汽缸的工作效能差异，在差异较大情况下对单缸喷射量进行调节。

此车发动机怠速时抖动，表明发动机怠速减振功能失效，原因可能与发动机机械系统、燃油供给系统、进排气系统密切相关。

要找到真实的故障原因，最简单速度方式就是“刷选法”，根据车辆的实际情况，暂时认为发动机机械系统、进排气系统产生故障不大，先针对燃油供给系统来分析。

首先，使用金德KT670柴油专用诊断仪进入发动机系统，读取故障码，如图2-1所示
图 2-1
通过诊断仪显示的故障，可以看出是喷油器的QR码没有正确的写入ECU。

ECU在进行怠速减振控制功能时，需要获得每个喷油器的QR码，QR码描绘了每只喷油器之间的差别，包含了喷油量差异，喷油器响应时间等差异，这种差别以代码的形式打刻在每只喷油器的顶部。

在发动机下线以前，各缸喷油器的调整值将被刷写到ECU中，修正共轨系统中不同喷油器之间的差异，从而使喷油量更加精确，喷油时间更加精确，如果QR码没有写入到ECU或者写入了错误QR码，ECU就无法精确的对发动机喷油量和喷油时间进行正确的控制，反映到发动机上的故障现象就是怠速发抖，加速时产生敲击声。

故障排除
使用KT670柴油诊断仪，进入QR码读写功能单，首先读取全部喷油器的QR码得到如图2-2所示结果。

图 2-2
分析读取到的QR码，发现第一缸喷油器与第六缸QR码完全一致，这种情况本可能发生，因为没有两个QR码完全一致的喷油器，唯一可能的原因就是QR码被错误的修改，因此需要写入正确的QR码来检验故障。

重新连接诊断仪，进入刷写QR码的功能菜单，将第一缸喷油器的QR码记录下来，输入诊断仪，再写入ECU即完成QR码的修改，需要注意的是，QR码的读写是非常的重要的操作，错误的QR码写入会对发动机的性能造成严重影响。

因此每一步操作都必须非常谨慎，以防出错而导致发动机工作失常，以下是QR码的具体步骤。

第一步:选择需要修改QR码的喷油器，如图2-3所示；
第二步：输入正确的喷油器QR码，如图2-４显示；
第三步：将正确的喷油器QR码输入ECU，如图2-5所示；
第四步：重新读取QR码，验证是否写入成功，如图2-6所示；
写入QR码步骤完成后，清除发动机系统存储的故障代码，再重新读取，诊断仪显示“系统正常”，如图2-7所示。

启动发动机，路试一切正常，至此维修工作全部完成。

图2-3 图2-4
图2-5 图2-6
图2-7
如今，由于排放法规要求，我国柴油机由传统机械式进入电控时代，柴油故障的排除不仅需要有丰富的发动机和高压泵的维修知识和经验，同样需要维修人员在对电控柴油新技术和电脑控制诊断原理充分了解的基础上熟练使用柴油专用诊断仪，才能对故障进行正确的维修。

2.2 浅谈电控柴油发动机故障检测与维修
电子控制柴油发动机可在不降低性能的前提下减少污染排放，控制燃油供给系统，在各种载荷及工况下保证最佳的性能，并提供附加操作向导功能，如车辆巡航控制及限速、发动机保护与故障检测等，这些优点使电控柴油发动机越来越被普遍使用。

笔者以美国NAVESTAR集团INTERNA—TIONA 公司生产的DT466E型电控柴油发动机为例，探讨电控柴油发动机故障检测与维修等方面的问题。

（1） DT466E型电控柴油发动机参数
功率kw：186．5；l转速RPM：2300；最大扭矩Nm：660；转速RPM：1450；排气背压调解器：有排气量：L7．6；缸径mm：109．2；行程mm：135．9；重量kg：578．34．
（2 ）电子控制系统原理
由传感器和开关采集发动机运转的数据，传递到电控单元模块 (ECM)根据内部储存的指令和校核参数，与采集到的数据进行比较，对任何出现的工况确定出正确的策略，并输出信号到发动机的各种激励器，如喷油压力调节器，由这些信号控制发动机的运转。

也就是说，由ECM确定输出的信
号，并控制其内存信息和各种原始输入信息。

电控燃油系统与传统的燃油系统相比最大的区别在于没有高压柴油泵，而使用由ECM控制独立喷油器。

由ECM输出的电压信号到电磁线圈，控制喷油器中的提升阀，提升阀控制高压机油进入喷油器，推动喷油器柱塞，根据工况提供最佳的燃油喷射。

（3）故障检测原理
ECM从各传感器采集的信息，与内存的标准数据比较判断，将超出正常范围的数据筛出，形成故障代码，并贮存在ECM中，同时输出信号至报警器和警告灯。

依据提供的故障与代码对照表，有针对性地对故障进行维修。

（4 ）故障检测和诊断的方式
故障检测和诊断的方式有3种：(1)自身检测，由警告灯闪烁次数及蜂鸣响的组合，传递有关故障与代码的信息。

(2)使用电子检测工具，与ECM数据接口连接，获取车辆故障代码和发动机及车辆有关信息。

(3)使用PC 机及故障诊断软件“MASTER DIAGNOSTICS”，对发动机进行故障代码和车辆信息的读取及全面的检测。

该软件可以图形和文本的形式输出发动机参数报告，捕捉瞬间参数供研究和参考。

（5 ）软件“MASTER DIAGNOSTICS”的故障诊断应用
“MASTER DIAGNOSTICS”软件可读取ECM提供的60项左右故障代码，分别对发动机的ECM冷却系统、进排气系统、燃油供给系统，润滑油系统和电路系统的非正常的信号实行监控。

并可区分为历史和现在发生的故障，对以前发生的故障代码，可指出出现故障时的行驶里程。

进行发动机检测时，根据故障代码索引提供有关故障的描述、注释和具体参数以及造成故障的原因。

“MASTER DIAGNOSTICS”提供7种检测程序，包括发动机在不发动状态下的标准测试。

喷油测试、设或低功率输出状态测试和连续监测程序，在发动机运转状态下的标准测试、喷油器测试、连续监测程序。

利用以上程序，修理人员可检修和排除发动机的故障。

下面试根据故障代码作一检修举例：经对发动机故障检测，诊断软件显示故障代码为333，描述为测试的喷油器控制压力高于或低于正常值。

具体说在超过7s的时间，测试值大于362 PSI或小于2．5 PSI。

当代码出现时，发动机警告灯报警，ECM将忽略喷油控制压力传感器，喷油器压力调节阀的操作数值来源于ECM内存的默认值。

代码333连带着发动机性能减低，包括加速时间延长，满负荷工况时动力降低。

由此可推断以下故障：(1)机油油位低，机油污染或氧化；(2)喷油器控制压力系统进气(通常在更换喷油器和高压机油泵后)；(3) 喷油器压力调节器损坏；(4)喷油器压力调节器阀线路接触不良；(5)喷油器O型圈漏油；(6)喷油器控制压力传感器和线路出现问题，系统基准高或低；(7)高压机油泵泄漏。