第六章电控柴油机.doc

第六章电控柴油机
第六章 柴油机电控燃油喷射系统
第一节 概述
一、电控柴油机喷射系统的优点
二、电控柴油机喷射系统的类型
三、电控柴油喷射的基本原理
第二节 分配泵式电控柴油喷射系统
一、喷射量控制
二、喷油正时控制
三、怠速控制
四、进气节流控制
五、故障自诊断和安全保护功能
第三节 泵喷嘴式电控柴油喷射系统
一、供油系统
二、喷射系统
三、控制系统
第四节 共轨式电控柴油喷射系统
一、低压油路
二、高压油路
三、传感与控制部分
第五节 柴油机电控燃油喷射系统常见故障
一、诊断测试基本原则和注意事项
二、故障自诊断系统
三、读取故障码
四、电控柴油机喷射系统常见故障
第六章 柴油机电控燃油喷射系统
学习目标
l 能够正确叙述柴油机电控燃油系统的组成与工作原理
l 清楚柴油机电控燃油系统主要部件的结构原理
l 能够正确叙述柴油机电控燃油系统的控制原理。
考核标准
l 柴油机电控燃油系统的结构与工作原理
l 柴油机电控燃油系统的控制内容与控制原理。
l 各部件的安装位置
l 常见故障的诊断与排除
第一节 概述
柴油机电控燃油喷射系统的研究开始于20世纪70年代，80年代进入应用阶段，90年代得到迅速发展。它对提高柴油机的动力性能、经济性能、运转性能和排放性能都产生了极大的影响。
一、电控柴油机喷射系统的优点
传统的柴油喷射系统是采用机械方式进行喷油量和喷油时间调节和控制的。由于机械运动的滞后性，调节时间长，精度差，喷油速率、喷油压力和喷油时间难于准确控制，导致柴油机动力性能、经济性能不能充分发挥，排气超标。研究表明，一般机械式喷油系统对喷油定时的控制精度为2°CA(曲轴转角)左右。而喷油始点每改变1°CA，燃油消耗率会增加2％，HC排放量增加16％，NOx排放量增加6％。
与传统的机械方式比较，电控柴油喷射系统具有如下优点：
（1)对喷油定时的控制精度高(高于0.5°CA)，反应速度快；
（2)对喷油量的控制精确、灵活、快速，喷油量可随意调节，可实现预喷射和主喷射，改变喷油规律；
（3)喷油压力高(高达200MPa)，不受发动机转速影响，优化了燃烧过程；
（4)无零部件磨损，长期工作稳定性好；
（5）减轻重量、缩小尺寸、提高柴油机的紧凑性；
（6）部件安装、连接方便，提高了维修性；
（7)结构简单，可靠性好，适用性强，可以在新老发动机上应用。
二、电控柴油机喷射系统的类型
电控柴油机喷射系统按其直接控制的量可分为两大类，即位置控制系统和时间控制系统。
第一代柴油机电控喷射系统是采用位置控制系统。它不改变传统的喷油系统的工作原理和基本结构，只是采用电控组件，代替调速器和供油提前器，对分配式喷油泵的油量调节套筒或柱塞式喷油泵的供油齿杆的位置，以及油泵主动轴和从动轴的相对位置进行调节，以控制喷油量和喷油定时。其优点是，无须对柴油机的结构进行较大改动，生产继承性好，便于对现有机型进行技术改造。缺点是，控制系统执行频率响应慢、控制精度低。喷油速率和喷油压力难于控制，而且不能改变传统喷油系统固有的喷射特性，因此很难较大幅度地提高喷射压力。
第二代柴油机电控喷射系统是采用时间控制方式，其特点是在高压油路中，利用电磁阀直接控制喷油开始时间和结束时间，以改变喷油量和喷油定时。它具有直接控制、响应快等特点。
电控柴油机喷射系统根据其产生高压燃油的机构，可分为直列泵电控喷射系统、分配泵电控喷射系统、单缸泵电控喷射系统、泵喷油器（泵喷嘴）电控喷射系统和共轨式电控喷射系统等。
三、电控柴油喷射的基本原理
电控柴油喷射系统由传感器、控制单元(ECU)和执行元件三部分组成(图6.1)。传感器采集发动机转速、进气流量、温度、压力和加速踏板位置等信号，并将检测的参数输入给ECU，ECU对来自传感器的信息同储存的参数值进行比较、运算，确定最佳运行参数。执行机构按照最佳参数对喷油压力、喷油量、喷油时间、喷油规律等进行控制，驱动喷油系统，使柴油机工作状态达到最佳。

图6.1 电控柴油喷射基本原理
第二节 分配泵式电控柴油喷射系统
下面以丰田公司电子控制分配泵系统为例，说明柴油机喷射系统的结构及工作原理。系统组成见图6.2。它可同时对燃油喷射量、燃油喷射正时、进气节流、预热塞和自我诊断等项目进行控制。

图6.2 分配式喷油泵电子控制原理图（蔡兴旺219页）
1－供油量控制电磁阀；2－油量调节套筒位置传感器；3－断油电磁阀；4－进气温度传感器；5－加速踏板；6－增压器；7－废气阀；8－喷油器；9－活塞；10－水温传感器；11－真空阀；12－进气压力传感器13－加速踏板位置传感器；14－油量调节套筒；15－提前器活塞；16－定时器控制阀；17－定时器位置传感器；18－分配式喷油泵；19－转速传感器（蔡兴旺219页6－61）
一、喷射量控制
电子控制柴油机的电脑可对基本喷射量进行计算和补偿，见图6.3。电脑接收油门位置传感器与柴油机转速传感器的信号，计算出对应于每一工况的基本喷射量（图6.4），再根据冷却液温度传感器、进气温度传感器、起动等信号，对基本喷射量进行补偿，并根据油量控制套筒位置传感器的信号执行反馈修正，决定最佳喷射量。因此，当发动机在特殊情况下工作时，如低温起动、加速、涡轮增压以及在空气密度低的高原地区运行时，都可根据实际工况决定最佳的燃油喷射量。

图6.3 基本喷射量的计算与补偿
1－可移动磁芯；2－油量控制套筒位置传感器；3－油量控制套筒电磁阀；4－油量控制套筒；5－喷油泵；6－功率放大器；7－电控单元

图6.4 基本喷射特性图
供油量控制套筒电磁阀与位置传感器见图6.5。由ECU传来的信号使电磁线圈1产生电磁吸力，吸动铁芯2，带动油量调节套筒8移动，以改变供油量。控制信号电流越大，产生的电磁吸力越大，油量调节套筒移动越多，供油量变化也越大。
由于可移动磁芯连接油量控制套筒位置传感器的磁芯，故油量控制套筒位置信号反馈到电脑，以便对喷射量进行反馈控制。

图6.5 供油量控制套筒电磁阀与位置传感器（蔡兴旺219页6－62）
1、4－电磁线圈；2－可动铁芯；3－油量调节套筒位置传感器；5－铁芯；6－定子；7－柱塞；8－油量调节套筒
二、喷油正时控制
传统的机械式正时器是依据发动机转速与喷射量的变化来改变喷油泵内燃油的压力来控制燃油喷射正时的，所以，控制粗糙（图6.6ａ）。电子控制柴油机的喷油正时是电脑控制的正时器，这种正时器可作自由灵活的调整，能实现精确的控制（图6.6ｂ）。

图6.6 燃油喷射正时图
ａ）机械式正时；ｂ）电子控制式正时
喷油正时控制信号首先由发动机转速和油门开度信号确定基本供油提前角，然后根据水温、进气温度、起动等传感器提供的信号，对基本供油提前角进行修正；再按定时器位置传感器17的信号进行反馈修正，确定最佳供油提前角。之后ECU将此作为控制信号，传给定时器控制阀16。
定时器控制阀也是个电磁阀，见图6.7。由ECU传来的信号使电磁线圈8产生电磁吸力，吸动铁芯10，带动阀门11移动，以改变提前器活塞右侧(高压腔)与左侧(低压腔)的压力差，使提前器活塞移动，带动分配泵滚轮座2转动，以改变供油时间。
提前器活塞连接提前器活塞位置传感器7，所以，提前器活塞位置的反馈信号送回电脑执行反馈控制。

图6.7 供油正时控制阀（蔡兴旺220）
a）供油正时控制系统；b）定时器控制阀结构
1－提前器活塞弹簧；2－分配泵滚轮座；3－高压油腔；4－定时器控制阀；5－提前器活塞；6－低压油腔；7－提前器活塞位置传感器；8－电磁线圈；9－弹簧；10－可动铁芯；11－阀门
三、怠速控制
传统的机械式调速器除了限制最高转速和稳定怠速的离心调速器外，还包括调节起动、部分负荷等的喷射量的辅助调节机构，使实际结构相当复杂。而且，依据怠速设定、调温器所得低温时之快怠速设定、使用空调时的快怠速设定等，各有独立调整机构。因此，这些机构的设定值常因时间而变化，不易调整。采用电子控制后，这些操作全都由电脑来实现。电脑根据油门位置传感器、车速传感器、发动机起动和转速等信号，决定怠速控制的开始动作，其次，再根据冷却液温度传感器、空调开关、空档开关等信号，计算出目标转速，依次决定适当的燃油喷射量。另外，燃油喷射量亦由发动机转速的反馈信号修正，以保持目标转速。
四、进气节流控制
进气歧管的空气通路分为两个分路，如图6.8所示。一路为直径较大的主节流阀2，另一路为直径较小的副节流阀3。副节流阀依全开、半开、全闭三个阶段调整。副节流阀的开闭是由控制阀7控制的。控制阀的左、右两腔是串联的。通过真空伺服阀VSV1和VSV2的动作，使控制阀的左、右两腔接至真空或大气。真空伺服阀的动作是由电脑控制的。真空来自发动机驱动的真空泵，另设有真空槽形成真空。水温60℃以下，副节流阀全开；水温60℃以上半开；正常工作温度全闭。怠速运转时，副节流阀全闭，其目的是为了节制怠速运转时的进气空气量，以降低发动机的爆发压力，同时降低振动与噪声。发动机停转时，副节流阀也处于全闭状态。

图6.8 进气节流控制
1－油门；2－主节流阀；3－副节流阀；4－膜片；5－左腔；6－右腔；7－控制阀
五、故障自诊断和安全保护功能
当系统出现故障时，如果继续控制，柴油机有可能运转不正常。与汽油机的电子控制模式相同，微机能经常监测系统的工作，当系统发生故障时，点亮故障诊断灯。另外，当系统发生故障时，为保护柴油机不受到严重损坏，系统就由预先储存的程序按次序修正到安全方面，将其控制在微机的标准值内使用，进行故障回避处理。
当发动机的转速超过5600r/min，或者发动机调速失灵时，本系统具有发动机停机的安全功能。
捷达柴油发动机电控喷射系统SDI（自然吸气柴油喷射）属轴向分配泵式喷射系统。系统的布置见图6.9。

图.6.9 捷达柴油发动机喷射系统部件安装示意图
1－进气歧管；2－喷油器；3－进气连接件；4－废气再循环阀（机械）；5－废气再循环阀（N18）；6－低热输出继电器（J359）与高热输出继电器（J360）；7－进气温度传感器（G72）；8－喷射系统控制单元（J248）；9－制动踏板开关（F47）；10－制动灯开关（F）；11－离合器踏板开关（F36）；12－冷却液温度传感器（G62）；13－紧固螺钉；14－发动机转速传感器（G28）；15－O形环；16－2脚连接器；17－3脚连接器；18－10针插头；19－喷油始点电磁阀（N108）；20－燃油切断阀（N109）；21－喷射泵
第三节 泵喷嘴式电控柴油喷射系统
以宝来轿车采用的博许公司的1.9LTDI（涡轮增压柴油喷射）系统为例。其喷油泵与喷油器和电磁阀组合在一起，形成泵喷嘴，见图6.10。发动机每个缸都有一个泵喷嘴，不再需要高压油管。因而避免了在高压油管中的压力脉动，进而可以精确控制喷射循环。

图6.10 泵喷嘴
因系统采用高的燃油喷射压力（205MPa）、精确控制预喷射循环、主喷射循环，所以具有燃烧噪音低、排放污染低、油耗低、效率高等优点。
一、供油系统
供油系统见图6.11。机械式油泵从油箱中吸出燃油，流经滤清器清除杂质和水分后，沿缸盖内的供油管将其供入泵喷嘴单元。多余的燃油经缸盖内的回油管、燃油温度传感器和燃油冷却器返回油箱。

图6.11 供油系统
1－燃油箱；2－燃油冷却器；3－燃油温度传感器；4、10－限压阀；5－旁通阀；6－气缸盖；7－节流孔；8－燃油泵；9－燃油过滤器；11－单向阀；12－燃油滤清器
1．燃油泵
燃油泵位于缸盖上，由发动机凸轮轴驱动。其功能是将燃油从燃油箱输送到泵喷嘴。燃油泵采用间歇式叶片泵，其结构见图6.12。此泵利用容积的变化吸油和泵油，吸油腔和泵油腔通过叶片彼此分开。

图6.12 油泵结构
1－回油管压力调节阀；2－供油管压力调节阀；3－叶片；4－转子；5－节流孔；6－过滤器
2．分配管
对电控泵喷嘴系统而言，合适的低压供油系统也很重要。由于进油道是铸造在气缸盖内，燃油本身在压缩和溢流中会产生热量，气缸盖的热量又要传给燃油，因此要求油泵必须提供足够大的供油量以保证各缸泵喷嘴的燃油温度相等。带气缸盖的台架试验表明，两个喷油器之间燃油温度相差10℃时，全负荷状态下喷油量相差1％。因此该系统设有带十字孔的燃油分配管（图6.13）和燃油冷却系统。
分配管集成在缸盖内的供油管内，其功能是等量地向各缸分配燃油。当油泵将燃油输送到缸盖内的供油管内时，燃油沿着分配管内管流向1缸。并通过十字孔进入分配管和缸盖壁之间的环形管，此时，燃油与泵喷嘴回流的受热燃油混合，使供油管内流向各缸的燃油温度基本一致。
3.燃油冷却环路
燃油冷却环路与发动机冷却环路分开，仅在膨胀筒附近相通，见图6.14。这样设置可以使燃油冷却环路得到充注，而且因温度波动而产生的体积变化也会得到补偿。
从泵喷嘴回来的燃油流经燃油冷却器，将热量传递给燃油冷却环路中的冷却液，使其温度降低。
二、喷射系统
喷射系统的结构见图6.15，主要包括压力产生泵、喷油器和电磁阀。其工作过程包括预喷射循环和主喷射循环。

图6.13 分配管的工作情况
1－环形管；2－气缸盖；3－燃油分配管；4－十字孔

图6.14 燃油冷却环路
1－燃油泵；2－燃油温度传感器；3－燃油冷却器；4－燃油箱；5－膨胀筒；6－发动机冷却环路；7－燃油冷却泵；8－辅助水冷器

图6.15 泵喷射系统结构图
1－隔热密封垫；2－O型环；3－高压腔；4－喷射凸轮；5－滚柱式摇臂；6－球销；7－泵活塞；8－活塞弹簧；9－电磁阀针阀；10－喷油器电磁阀；11－回油管；12－收缩活塞；13－供油管；14－喷油器弹簧；15－喷油器针阀缓冲元件；16－喷油器针阀；17－缸盖
1．预喷射循环
为确保燃烧过程尽可能平稳，在主喷射循环之前，少量燃油在低压下被喷入，这个过程叫预喷射循环。少量燃油的燃烧使燃烧室内的压力和温度上升。
当喷射凸轮通过滚柱式摇臂将泵活塞压下，将高压腔内的燃油排除到供油管。发动机控制单元给喷油器电磁阀电信号，电磁阀针阀被压入到电磁阀阀座内，关闭高压腔到供油管的通道。高压腔内开始产生压力，当压力达到18MPa时，高于喷射弹簧压力，喷油器针阀上升，预喷射循环开始。上升的压力在打开针阀的同时，使收缩活塞克服弹簧压力下移，高压腔内容积增大，于是，瞬间压力下降，喷油器针阀关闭，预喷射循环结束。
在预喷射循环和主喷射循环之间的喷射间隔，使燃烧室内的压力平缓上升，使得燃烧噪音低，排放的氮氧化合物也少。
由于收缩活塞的下移，增加了喷油器弹簧的的压紧程度，若想再打开针阀，油压必须比预喷射过程中的油压高。
2．主喷射循环
喷油器针阀关闭后的短时间内，由于喷油器电磁阀仍然关闭，并且泵活塞继续下移，所以，高压腔内的压力立即重新上升。当压力达到30MPa时，燃油压力高于喷油器弹簧作用力，喷油器针阀再次打开，主喷射循环开始。发动机最大功率时的喷射压力可达205MPa。当发动机控制单元使喷油器电磁阀断电时，电磁阀针阀回位，此时燃油被泵活塞排除到供油管，压力下降，喷油器针阀关闭，并且把收缩活塞压回到初始位置，主喷射循环结束。
三、控制系统
发动机控制系统是由传感器、电控单元、执行元件三部分组成的，见图6.16。
传感器包括：空气流量计、发动机转速传感器、霍尔传感器、加速踏板位置传感器、冷却液温度传感器、进气歧管压力传感器、燃油温度传感器、强制低档开关、怠速开关、离合器踏板开关等。
辅助信号有：车速信号、空调信号、巡航开关等。
执行元件包括：喷油器电磁阀、燃油冷却泵（燃油冷却泵继电器）、预热塞（预热塞继电器）、废气再循环电磁阀、增压压力控制电磁阀、进气歧管翻板转换电磁阀等。

图6.16 控制系统图
1－空气流量计，2－发动机转速传感器，3－霍尔传感器；4－加速踏板位置传感器；5－冷却液温度传感器；6－进气歧管压力传感器；7－温度传感器；8－制动灯开关和制动踏板开关；9－燃油温度传感器；10－柴油机燃油喷射系统控制单元；11－海拔高度传感器；12－ABS控制单元；13－自动变速器控制单元；14－预热塞继电器；15－预热塞；16－喷油器；17－预热警报灯；18－废气再循环阀；19－增压压力控制电磁阀；20－进气歧管翻板转换阀；21－燃油冷却泵继电器；22－燃油冷却泵
第四节 共轨式电控柴油喷射系统
共轨式电控柴油喷射系统的组成如图6.17所示。该系统是由燃油输送泵、共轨、喷油器以及控制这些部件的电子控制单元(ECU)、各种传感器构成，是一种完全由电子控制的燃油喷射装置。通过发动机驱动机构驱动的燃油泵对燃油进行高压加压，并存储在共轨系统中，然后分配到各缸的喷油器，又通过喷油器电磁阀的开闭向气缸内喷油。共轨式喷油系统具有如下特点：
(1)喷油压力取决于共轨内的压力。根据ECU的指令，改变燃油泵的供油量，从而控制共轨内的压力。由此可以自由设定喷油压力而与发动机转速、负荷无关。即使在极低速情况下也能获得高喷油压力。
(2)根据ECU的指令改变各气缸喷油器电磁阀的开闭时刻，自由控制喷油时刻。共轨式系统的喷射参数控制的自由度非常大，对于实现燃烧的最优控制具有非常优异的潜在能力。

图6.17 共轨式柴油喷射系统（现代柴油机喷油泵喷油器维修与调试）260页）
l一高压供油泵；2一滤清器；3－燃油箱；4－共轨压力传感器；5一流量限制器；6－公共油轨；7一限压阀；8－喷油器；9一空气流量计；10－冷却液温度传感器；11一空气温度传感器；12一增压压力传感器；13一加速(油门)踏板位置传感器；14一曲轴位置传感器；15一柴油机转速传感器；16一电控单元
高压共轨电控柴油喷射系统的部件按其作用不同，可分为低压油路、高压油路、传感与控制等几部分组成。
一、低压油路
低压油路由燃油箱3、燃油滤清器2等组成，其功用是产生低压柴油，输往高压泵，结构原理与传统柴油供给系统低压油路相似。
二、高压油路
高压油路由高压供油泵1、调压阀、高压油管、公共油轨6、共轨压力传感器4、限压阀7、限流器5和电磁喷油器8等组成。
1．高压供油泵
高压供油泵的作用是产生高压油，如图6.18所示。它采用三个径向布置的柱塞泵油元件9，相互错开120。由偏心凸轮8驱动，出油量大，受载均匀。
工作时，从输油泵来的柴油流过安全阀5，一部分经节流小孔流向偏心凸轮室供润滑冷却用，另一部分经低压油路6进入柱塞室。当偏心凸轮转动导致柱塞下行时，进油阀11打开，柴油被吸入柱塞室；当偏心凸轮顶起时，进油阀关闭，柴油被压缩，压力剧增，达到共轨压力时，顶开出油阀1，高压油被送往共轨管。
在怠速或小负荷时，输出油量有剩余，可以经调压阀3流回油箱。还可以通过控制电路使柱塞单向阀12通电，使电枢上的销子下移，顶开进油阀，切断某缸柱塞供油，以减少供油量和功率损耗。

图6.18 高压泵（蔡兴旺222页6－65）
1－出油阀；2－密封套；3－调压阀；4－球阀；5－安全阀；6－低压油路；7－驱动轴；8－偏心凸轮；9－柱塞泵油元件；10－柱塞室；11－进油阀；12－柱塞单向阀
2．调压阀
调压阀安装在高压泵旁边或共轨管上，如图6.19所示。其作用是根据发动机负荷状况调整和保持共轨中的压力。

图6.19 调压阀（蔡兴旺222页6－66）
1－电气插头；2－弹簧；3－电枢；4－电磁线圈；5－回油孔；6－阀门
当调压阀不工作时，电磁线圈4不通电，高压泵出口压力大于弹簧2的弹力，阀门6被顶开。根据输油量的不同，调节打开的程度。
当需要提高共轨中的压力时，电磁线圈通电，给电枢3一个附加作用力，压紧阀门6，使共轨中的压力升高到与其平衡为止。然后调节阀门停留在一定开启位置，保持压力不变。
3．共轨组件
共轨组件的作用是存储高压油，保持油压稳定。其结构如图6.20所示，共轨上安装有压力传感器2、限压阀3和流量限制器4,随时监测有无过剩燃油流出、喷射，监测压力是否正常并进行控制。

图6.20 共轨组件（蔡兴旺23页6－67）
1－共轨管；2－共轨压力传感器；3－限压阀；4－流量限制器
4．共轨压力传感器
共轨压力传感器如图6.21所示，用螺纹6紧固在共轨管上，其内部的压力传感膜片4感受共轨压力，通过分析电路，把压力信号转变成电信号传至ECU进行控制，

图6.21 共轨压力传感器（蔡兴旺223页）
1－电气插头；2－分析电路；3－外壳；4－压力传感膜片；5－油道；6－固定螺纹
5.限压阀
限压阀(图6.22)的作用是限制共轨管中的压力。当压力超过弹簧5的弹力时，阀门2打开卸压，高压油经通流孔3和回油孔8流回油箱。

图6.22 限压阀（蔡兴旺223页）
1－固定螺纹；2－阀门；3－通流孔；4－活塞；5－弹簧；6－限位件；7－阀座；8－回油孔；9－外壳
5．流量限制器
流量限制器(图6.23)的作用是防止喷油器出现持续喷油。活塞2在静止时，由于受弹簧4的作用力，总是靠在堵头一端。在一次喷油后，喷油器端压力下降，活塞在共轨压力作用下向喷油器端移动，但并不关闭密封座面6。只有在喷油器出现持续喷油，导致活塞下移量大，才封闭通往喷油器的通道，切断供油。

图6.23 流量限制器（蔡兴旺223页）
1－堵头；2－活塞；3－外壳；4－弹簧；5－节流孔；6－密封座面；7－螺纹
6．电磁喷油器
电控喷油器是共轨柴油喷射系统的核心部件，其作用是准确控制向气缸喷油的时间、喷油量和喷油规律。
电控喷油器的结构如图6.24所示。回油阀5受电磁阀3控制，电磁阀通电时，回油阀才打开。
由共轨管来的高压油经进油口4进入喷油器内，有一部分高压油由进油量孔7流向控制室8，并作用在柱塞10上，压向喷油器针阀13，使其关闭密封锥面14，停止喷油；另有一部分高压油经喷油器体9的斜油道进入喷油器针阀承压锥面12，力图顶开针阀喷油。
在喷油器不喷油时，电磁阀3不通电，回油阀5处于关闭状态，由于柱塞10上部的受压面积比针阀承压锥面大，使得作用在柱塞上的液压力大于作用在喷油器针阀承压锥面的向上分力，针阀关闭。当电磁阀通电时，回油阀受电磁力作用打开，控制室8与回油孔1连通，使柱塞上方的液压力小于喷油器针阀承压锥面的向上分力，使针阀升起，喷油器喷油。喷油量的大小取决于喷油嘴开启的持续时间(决定于ECU输出脉宽)、喷油压力及针阀升程等。由于高压喷射压力非常高，喷油嘴喷孔非常小，使用中应特别注意柴油的高度清洁。

图6.24电磁喷油器（蔡兴旺224页）
1－回油孔；2－电气插头；3－电磁阀；4－进油口；5－回油阀；6－回油量孔；7－进油量孔；8－控制室；9－喷油器体；10－柱塞；11－进油通道；12－喷油器针阀承压锥面；13－喷油器针阀；14－密封锥面
三、传感与控制部分
传感与控制部分包括传感器、控制单元(ECU)和执行元件，其基本组成参见图6.25。
高压共轨喷油器的喷油量、喷油时间和喷油规律除了取决于柴油机的转速、负荷外，还与众多因素有关，如进气流量、进气温度、冷却液温度、燃油温度、增压压力、电源电压、凸轮轴位置、废气排放等。所以，必须采用相应传感器，采集相关数据，对喷油量、喷油时间和喷油规律进行修正。
有关传感器的结构和原理与汽油机电喷系统的传感器基本相同，不再赘述。
由各种传感器采集的数据，都被送往电控单元ECU，并与存储在ECU内的大量经过实验得到的最佳喷油量、喷油时间和喷油规律的数据进行比较、分析，计算出当前状态的最佳参数。
ECU计算出的最佳参数，通过执行元件(电磁阀等)，控制电动输油泵、高压油泵、废气再循环等机构工作，使喷油器按最佳的喷油量、喷油时间和喷油规律进行喷油，其控制原理也与汽油机电喷系统相似。
第五节 柴油机电控燃油喷射系统常见故障
一、诊断测试基本原则和注意事项
1．诊断测试基本原理
柴油机自动控制系统是比较复杂的系统，在诊断故障时，需要掌握系统的步骤和方法。从原则上讲，如要诊断排除一个可能涉及微机系统的柴油机故障，应先按柴油机没有微机那样，检查可以引起故障的各个方面。否则，遇到本来与微机无关的简单故障，却去检查微机系统的传感器，执行器与电路等，花费了很多时间，而真正的故障反而没有找到。
2．使用维修注意事项
电控柴油机燃油喷射系统使用维修注意事项与汽油机相同。所不同并且非常重要的一点是：柴油机供油系统有比汽油机高几十倍甚至上百倍的燃油压力，因此在检修燃油系统时需要注意，尤其是在更换零部件时，一定要按照维修手册的步骤进行卸压。
二、故障自诊断系统
柴油机的自动控制系统既须有高的可靠性，又希望有一个良好的综合性的在线故障检测、报警、保护及停车系统，以便对于各元件或整个系统的故障能自动发现和识别，同时根据故障的性质，限制柴油机的性能，或使柴油机停车。
图6.25表示在电子控制系统中插入了故障一安全模块，它由“故障发现”和“故障识别”两个分块组成。同时要在整个系统中增加若干重复的传感器信号，如柴油机转速信号，不仅用转速传感器感应，而且喷油提前角信号的脉冲频率可作为重复的转速信号；喷油量不仅用供油齿杆行程传感器来获得信号，如有必要也可将喷油器针阀开启时间长短所提供的信号由计算机计算出喷油量。这些重复的信号在“故障一安全”集成模块中，一方面可作为识别故障用，另一方面又可直接推动执行器，以便一旦发生故障可保证安全。在计算机内贮存各种信号的正常范围，如果信号超出正常范围，计算机即可发现故障。此外，也可在执行器中装置位置指示器，通过它来检验执行器是否达到要求的位置，以判断故障。如果控制器检测到一个故障，它将在故障显示灯闪亮的同时，在串行线上输出数码以提醒操作者。

图6.25 故障自诊断程序
故障发现后采取的对策有三种：I—维持工作型；Ⅱ—改变工作型；Ⅲ—柴油机停车。在改变工作型中又分为：Ⅱa—减少供油量；Ⅱb—增加油量；Ⅱc—降低转速；Ⅱd—跛行运行，即带故障运行，使驾驶员能将车开到邻近的修理厂进行修理。
故障本身可分为三类：（1）可容许的故障；（2）有条件容许的故障；(3)不容许的故障。这三类故障发生后采取的对策按一定方式联系起来，使不同的故障用不同的方法来处理。
三、读取故障码
控制系统除具备诊断码外，还具备用来检测油量加速踏板命令，以及加速踏板和齿杆位置电压的特殊维护用接头，可以用标准数字电压表来检测加速踏板及供油齿杆位置电压。因此，在具有读出码作为系统控制板或仪表板等部件的监测系统的设备中，维护人员通常仅需一个数字表即可对任何系统的故障成功地予以查找。
手持式诊断读出仪可显示出有效的诊断码、检索存储码、消除存储码，并能显示所命令的油量及加速踏板位置百分率信号。
四、电控柴油机喷射系统常见故障
电控柴油机喷射系统常见故障有：起动困难、运行不平稳、功率不足、自行停车、飞车和冒黑烟及白烟。此外还有爆燃或过热等。
1．发动机起动困难
柴油机发生起动困难故障时，判断故障步骤与汽油机基本相同，不同的是柴油机在冷起动时有预热系统参加工作，因此，需要对该系统进行检查与排除。
柴油机起动困难或起动不着的因素是多方面的，常见的有如下几种：
（1）柴油机预热时间不够，温度过低，造成起动柴油机时，排气管冒灰白烟，但不着火。
（2）燃烧室内积存柴油过多，因起动前的准备工作没有做好，造成多次起动不着，使进入燃烧室的柴油积存过多，使起动更加困难。
（3）喷油器不喷油或喷油雾化质量太差，在摇转曲轴时，听不到喷油器的喷油响声，或用起动机起动柴油机时，排气管看不到灰白烟。
（4）燃油箱至喷油器的油路进入空气。
（5）供油提前角过大或过小（时间控制器有故障）。
（6）空气滤清器或进气管堵塞。
（7）压缩压力不足，造成压缩行程终了的气体温度过低，使喷进燃烧室的柴油不能发火燃烧。
（8）电控单元有故障。
2．发动机运转不平稳
发动机运转不平稳时，要考虑发动机系统所采用的喷油系统的类型。不同的类型检查与排除的方法也不同。以柱塞泵为例分析。
柴油机工作时，从排气和工作响声可听到转速忽高忽低，其原因如下：
（1）电子调速器有故障，各连接件不灵活或间隙过大。
（2）调速器壳体内润滑油面过高，或润滑油粘度过大。
（3）柱塞调节臂与调节拨叉间隙过大（柱塞泵）。
（4）控制套筒位置传感器故障。
（5）供油拉杆（或齿杆）与拉杆衬套间隙过大，或间隙过小，运动不灵活。
（6）柱塞转动不灵活。
（7）个别缸的供油拨叉紧固螺钉松动，或齿箍与控制套松动。
（8）多缸柴油机的供油不均匀度过大，压缩压力不一致。
（9）供油提前角过大或过小；时间控制器有故障。
（10）个别缸的出油阀弹簧与柱塞弹簧折断，或弹力不足。
（11）燃油油路进入空气。
（12）空气流量计有故障。
（13）进气温度传感器有故障。
（14）个别缸喷油雾化不良。
（15）个别缸气门弹簧过软或折断。
（16）空气滤清器或进气管部分堵塞。
3．柴油机功率不足
引起柴油机功率不足的因素是多方面的，几乎涉及柴油机各个机构和系统的技术状态，常见的因素如下：
（l）柴油中混入水分，或油路中有空气。
（2）柴油质量不合乎规定要求。
（3）空气流量计有故障。
（4）进气温度传感器有故障。
（5）油箱开关未完全打开、电动输油泵有故障供油不足，或燃油管路部分堵塞。
（6）喷油器喷油压力过低，或喷油雾化不良。
（7）喷油泵最大供油量不合乎要求，或各缸供油不均匀度过大。
（8）供油提前角过大或过小。
（9）供油拉杆不能达到最大供油位置。
（10）空气滤清器或进气管部分堵塞。
（11）排气管积炭过多，或不适当的将排气管改细、加长。
（12）排气催化装置有故障。
（13）配气相位不正确。
（14）气门弹簧折断，或气门间隙调整不当。
（15）压缩压力不足。
（16）冷却液温度传感器有故障，柴油机温度过高或过低。
（17）气缸垫或燃烧室镶块烧损。
（18）曲轴与轴瓦、活塞与气缸等相对运动件装配间隙过小或润滑不良，造成摩擦阻力增大。
4．柴油机自行停车
柴油机在运行过程中，加速踏板在供油位置，但转速逐渐降低或突然降低，直到自行停车熄火。对这一故障因素，根据自行停车时，转速降低的缓急程度和尾气的颜色，分别介绍如下：
（l）自行停车时，转速逐渐降低，但柴油机响声和尾气颜色无异常发现。这类特征多为燃油系故障引起的，例如，油箱无油、油路进入空气、油路堵塞等。
（2）自行停车时，转速虽然也是逐渐降低，但排气管排黑烟，甚至浓黑烟。这类情况多为空气滤清器或进气管堵塞造成的。
（3）自行停车时，转速急骤降低，排黑烟。这类故障的因素有：
① 活塞与气缸的配合间隙过小，当柴油机温度升高后，活塞在气缸中卡住。
② 润滑油不足、过稀。温度升高、渗进柴油，使相对运动零件的表现润滑不良，造成烧瓦、抱轴。
（4）自行停车时，转速急骤降低，伴随异常响声。这一故障的常见因素有：
① 曲轴或活塞销折断。
② 连杆螺栓折断或连杆螺帽脱落。
③ 气门掉进气缸。
5．柴油机飞车
柴油机在运行过程中，转速突然上升，不能控制，俗称飞车或跑车。常见的因素如下：
（l）调速器失灵。
（2）供油拉杆（或供油齿条）在供油量最大位置卡住。
（3）空气滤清器油盘的润滑油加注过多，或露天作业雨水吸入油盘而使润滑油面升高。
（4）用柴油或汽油清洗空气滤清器滤网后，没有烘干就装车使用。
（5）其他因素造成柴油或润滑油进入燃烧室。
（6）调速器壳体内的润滑油面过高，或粘度过大。
柴油机飞车，将严重的影响使用寿命，甚至发生破坏性事故。因此，当发现柴油机飞车时，应迅速采取停油或断气方面的紧急措施，使柴油机在短时间内立即停车。
6．柴油机冒黑烟
冒烟是柴油机常见的故障。柴油机冒烟分冒黑烟、冒白烟和冒蓝烟。
黑烟，主要原因是发动机燃烧室缺氧。任何使进气受阻的原因都会出现这一现象。
（1）压缩压力不足：压缩压力不足，使气缸在压缩行程终了的空气量相应减少，改变了燃油与空气的正常混合比例，造成油多气少，使燃油在缺氧的条件下燃烧；压缩压力不足，还会使压缩终了的气体温度降低，这对燃油的蒸发、汽化与燃烧都会造成不利的条件和影响；压缩压力不足，对油雾扩散、混合气的形成也会造成不良影响而排黑烟。
（2）空气滤清器堵塞。
（3）供油提前角过小：供油提前角过小，会使活塞在压缩行程接近上止点或越过上止点下行时，喷油器才开始喷油，缩短了燃油与空气的混合时间，造成燃油在燃烧室局部区域缺氧的条件下燃烧，燃烧不良。
（4）喷油器喷雾质量低劣或滴漏：燃油燃烧的完全与及时，与喷油器的喷雾质量关系很大。如果喷油器喷雾质量低劣，会使混合气的形成条件恶化，燃油燃烧不良。
（5）空气流量计损坏。
（6）供油量过大；喷油泵供油量过大，使进入气缸的油量增多，空气不足，造成油多气少燃油燃烧不完全。
（7）燃油质量低劣，工作温度过低或超负荷运行。
白烟又分为灰白烟和水汽白烟两种，分述如下：
（l）灰白烟：进入气缸的燃油燃烧不良，部分燃油蒸发为燃油蒸气，随同废气排出。
① 喷油器针阀在开的位置卡住。
② 喷油器喷油雾化不良。
③ 供油提前角过小。
④ 压缩压力严重不足。
⑤ 工作温度过低。
⑥ 节温器损坏。
⑦ 冷却液温度传感器损坏。
⑧ 预热系统有故障。
（2）水汽白烟：水汽白烟是水分进入燃烧室受热汽化而成。主要原因为：
① 燃油中有水。
② 气缸垫烧毁。
③ 气缸或气缸盖裂纹。
④ 柴油机工作温度过低。
发动机冒蓝烟，是因为润滑油进入气缸，受热蒸发成为蓝色油气。随同废气一起排出气缸，在排气管口上部观察为蓝色烟气。主要原因为：
（1）润滑油沿气门与导管之间的间隙下漏，进入气缸。
（2）润滑油沿活塞与气缸之间的间隙上窜，进入气缸。
（3）燃油中混入润滑油。
（4）在机体通向气缸盖油道附近的气缸垫烧毁。
7．爆燃
柴油发动机不经常发生爆燃，因为在喷油之前燃烧室内没有燃油，也点着火。如有爆燃，应检查：
（1）喷油正时是否正确；
（2）燃油标号是否正确；
（3）喷油嘴是否漏油；
（4）是否有烧机油现象（还可能造成发动机失控）。
小结
1．电控柴油喷射系统具有控制精度高、调节灵活、响应速度快、稳定性好、可靠性和适应性强等优点。
2．电控柴油喷射系统主要由传感器、ECU和执行元件三部分组成。
3．电控柴油喷射系统的基本原理是通过传感器采集发动机转速、进气流量、温度、压力和加速踏板位置等信号，并将检测的参数输入ECU，ECU对来自传感器的信息同储存的参数值进行比较、运算，确定最佳运行参数。执行机构按照最佳参数对喷油压力、喷油量、喷油时间、喷油规律等进行控制，驱动喷油系统，使柴油机工作状态达到最佳。
4．电控柴油机喷射系统根据其直接控制的量分为位置控制和时间控制；根据其产生高压燃油的机构，可分为直列泵电控喷射系统、分配泵电控喷射系统、单缸泵电控喷射系统、泵喷油器（泵喷嘴）电控喷射系统和共轨式电控喷射系统等。
5．电控柴油机喷射系统具有燃油喷射量控制、燃油喷射正时控制、怠速控制与进气节流控制等功能。
6．泵喷嘴喷射系统主要由压力产生泵、喷油器、电磁阀组成。其工作过程包括预喷射循环和主喷射循环。
7．共轨式电控燃油喷射系统可以通过改变共轨油压来调节循环喷油量。
8．由于柴油机供油系统有比汽油机高几十倍甚至上百倍的燃油压力，因此在检修燃油系统时需要注意，尤其是在更换零部件时，一定要按照维修手册的步骤进行卸压。
9．电控柴油机喷射系统常见故障有：起动困难、运行不平稳、功率不足、自行停车、飞车和冒黑烟及白烟。此外还有爆燃或过热等。
习题
1．柴油机电控燃油喷射系统有哪些优点？
2．分析柴油机电控系统与汽油机电控系统有何差别？
3．比较柴油机电控燃油喷射系统的位置控制与时间控制的优缺点。
4．轴向分配