沃爾沃電控共軌噴油系統(tǒng)

1、淺析柴油機電控共軌噴油系統(tǒng)作者：徐軻 工作單位：蕪湖華立工程機械有限責任公司 二一三年十月淺析柴油機電控共軌噴油系統(tǒng)蕪湖華立工程機械有限責任公司 徐軻摘要：隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，柴油機以其卓越的燃油經(jīng)濟性被廣泛的使用在汽車及工程車輛上，從20世紀50年代中期開始，汽車的排放物對大氣的污染也日趨嚴重。人們對柴油機進一步降低能耗、減少廢氣排放、降低噪音等方面的要求越來越高。電控高壓共軌噴油系統(tǒng)的出現(xiàn)滿足了上述要求，并得到迅速推廣和使用。 本文將以圖文結合的形式簡述電控共軌噴油系統(tǒng)的特點，分析電控共軌噴油系統(tǒng)的構造與工作原理，并結合案例進行分析總結。關鍵詞：柴油機 電控高壓共軌噴油系統(tǒng) 常見問題

2、維護1 引言 概述由于柴油機的負荷和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是在沒有進氣節(jié)流的情況下直接通過改變噴油量來達到的，因此噴油系統(tǒng)必須以50-160Mpa的恒定壓力將霧化良好的燃油噴入柴油機氣缸內(nèi)，并形成均勻的可燃混合氣，其間噴油量的計量必須盡可能精確，對噴油過程中噴油壓力，噴油時刻和噴油次數(shù)的控制必須非常靈活，而且必須能夠隨運轉(zhuǎn)工況而任意變化。繼續(xù)沿用了機械調(diào)節(jié)式的噴油系統(tǒng)、噴油壓力較低而控制功能有限的電子控制分配泵系統(tǒng)和無法保持壓力恒定的噴嘴泵系統(tǒng)已不能滿足這些要求，而滿足這些要求的新型的電控共軌噴油系統(tǒng)成為了最佳選擇。 電控共軌噴油系統(tǒng)的出現(xiàn)使柴油機的動力性、經(jīng)濟性、排放性能大幅度提高，并得到了迅速推廣和使用

3、。了解、掌握電控共軌噴油系統(tǒng)對維修人員有著重要的意義，下面將以沃爾沃D6E、D7E柴油機電控共軌噴油系統(tǒng)為例對電控共軌噴油系統(tǒng)的結構特點、工作原理進行介紹，并結合案例案進行分析總結。2正文 沃爾沃D6E、D7E發(fā)動機電控共軌噴油系統(tǒng)主要由燃油輸送泵、高壓燃油泵、共軌組件（油軌、限壓PRV閥、油軌壓力傳感器）、ECU、油量控制FCV閥、噴油器及發(fā)動機傳感系統(tǒng)等組成（如1-1圖） 圖1-11.1與傳統(tǒng)的柴油機噴油系統(tǒng)相比，主要特點如下： （1）其與柴油機的匹配具有寬廣的應用領域（用于小型車輛每缸功率可達30kw；用于重型車輛每缸功率可達200kw）。 （2）共軌壓力可達140-160MPa使得噴油

4、霧化極好，燃燒徹底，發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性能好。 （3）自由調(diào)節(jié)噴油形狀：根據(jù)發(fā)動機的需要設置并控制噴油率形狀，可實現(xiàn)預噴射、主噴射、多段噴射等。 （4）自由調(diào)節(jié)噴油時間：根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷等參數(shù)計算出最佳噴油時間，控制電控噴油器在適當時刻開啟，在適當時刻關閉，并在整個負載/轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)送細微的提前噴射供油，從而準確控制噴油時間。 （5）自由調(diào)節(jié)噴油壓力：利用共軌壓力傳感器測量共軌內(nèi)的燃油壓力，從而調(diào)節(jié)油泵的供油量、控制共軌壓力。 （6）自由調(diào)節(jié)噴油量：以發(fā)動機的轉(zhuǎn)速及油門開度等信息為基礎，由計算機計算出最佳噴油量，通過控制噴油器的通斷電時刻直接控制噴油參數(shù)。 在電控共軌噴油

5、系統(tǒng)中，由傳感系統(tǒng)實時檢測出發(fā)動機的實際運行狀況，由微型計算機根據(jù)預先設計的計算程序經(jīng)行計算后，定出合適于該運行狀態(tài)的噴油量、噴油時間、噴油率等參數(shù)，使發(fā)動機始終都能在最佳狀態(tài)下工作。2.1電控共軌噴油系統(tǒng)的構造及工作原理（如1-2圖） 圖1-2 燃油系統(tǒng)和燃油的流動情況，燃油進入側(cè)用藍 色顯示，低壓油路用紅色顯示，回油用綠色顯示1加熱；2送油壓力傳感器；3油量控制FCV閥；4帶油水分離的預濾器(手油泵式)；5燃油泵；6調(diào)溫器閥；7油軌壓力傳感器；8主濾器；9噴油器；10油軌；11高壓燃油泵；E電子控制單元、PRV限壓閥。 2.1.1沃爾沃D6E、D7E型發(fā)動機電控共軌噴油系統(tǒng)（EMS2），工

6、作順序是1-5-3-6-2-4，一缸與飛輪最近，燃油由噴油器噴射，每缸對應一個噴油器。共軌壓力由兩個交替工作的高壓油泵產(chǎn)生,由傳感系統(tǒng)實時檢測出發(fā)動機的實際運行狀況，經(jīng)過電子控制單元（ECU）對噴油量、噴油時刻、噴油率等參數(shù)進行電子控制。皮帶驅(qū)動輸油泵以0.5-1.0bar的壓力從燃油箱吸取燃油，流向油水分離式預濾器。然后以燃油泵提供的壓力（10.5-13bar）繼續(xù)流向主濾器，經(jīng)主濾器流向電磁控制的油量控制FCV閥，在那里燃油被分成兩路分別流向兩個凸輪驅(qū)動的高壓燃油泵，經(jīng)高壓燃油泵以50-160MPa的壓力流向共用油軌。再經(jīng)高壓油管流向六套電控噴油器，電控噴油器上的電磁閥嚴格按照EECU發(fā)出

7、的指令向各個氣缸內(nèi)噴射最適量燃油，剩余的燃油從噴油器經(jīng)在氣缸蓋上鉆出的管道流回氣缸蓋，再由氣缸蓋流回油箱?；赜凸苈分羞€有一個與油量控制閥相連的回路。2.2手油泵式帶預濾的油水分離器(如1-3圖) 圖1-3 1濾清器支架；2手油泵；3調(diào)溫器閥；4預濾器；5油水分離器；6排放閥；7自動水警報2.2.1手油泵式帶預濾的油水分離器工作原理見（圖1-3）右圖，燃油系統(tǒng)組成元件對顆粒狀物質(zhì)非常敏感，油量控制器與噴油器之間的通道非常狹窄，很容易被顆粒物堵塞。如果燃油系統(tǒng)中有水與空氣，將會引起零件的損壞。由于我國的油品特性及日常保養(yǎng)維修，燃油系統(tǒng)不可避免會出現(xiàn)雜質(zhì)、水和空氣，手油泵式帶預濾的油水分離器能有效的

8、過濾燃油中的雜質(zhì)，分離燃油中的水和排空燃油系統(tǒng)中空氣，保證了柴油機噴油系統(tǒng)良好的工作環(huán)境，延長了柴油機噴油系統(tǒng)的使用壽命。2.2.2回油管路中一個與油量控制閥相連的回路（如圖1-2綠色回油油路），在溫度低于15時通過關閉調(diào)溫器閥，使熱燃油流回油量控制閥再循環(huán)，以此增加燃油溫度防止石蠟在濾清器中積聚。直到溫度上升到約15時調(diào)溫器開啟。在溫度低于15需要排放空氣時，調(diào)溫器閥必須手動打開。混合了空氣的燃油被送回油箱而不是系統(tǒng)，調(diào)溫器閥必須手動關閉，手油泵才能關閉（帶調(diào)溫器閥控制功能為選裝）。2.3齒輪式燃油輸送泵（如1-4圖） 圖1-4 燃油輸送泵是由皮帶或齒輪驅(qū)動的兩個互相嚙合反向轉(zhuǎn)動的齒輪構成，

9、它們通過密封的接觸線將燃油從吸油端送往壓油端。其輸油量和轉(zhuǎn)速成正比，并通過泵體上一整體式溢流閥保持系統(tǒng)中合適的流量和壓力，此溢流閥不可更換。2.4 油量控制FCV閥（如1-5圖） 圖1-5 A溢流閥；B燃油進油口；C前往高壓燃油泵；D回燃油箱；E電磁閥油量控制FCV閥主要由溢流閥、電磁閥構成，位于兩高壓油泵之間，燃油泵以（6-13bar）的壓力將燃油壓向油量控制FCV閥，在那里燃油被分成兩路分別流向兩個凸輪驅(qū)動的高壓燃油泵。其任務是向高壓燃油泵供應所需的燃油量，已使油軌中達到或保持正確壓力。電子控制單元（ECU）通過控制一個位于FCV閥上的一個反比例電磁閥實現(xiàn)對油量的控制。當發(fā)動機需要停機時，

10、向電磁閥輸入最大電流。2.5 高壓燃油泵（如1-6圖）圖1-6 1經(jīng)高壓油管至噴油器；2 出油閥；3來自油量控制閥；4三個凸起的凸輪完成每泵三次泵油過程2.5.1 D6E、D7E型發(fā)動機高壓燃油泵由兩組柱塞泵總成及兩組三個凸起的凸輪等組成，工作過程是由兩組三個凸起的凸輪驅(qū)動兩組高壓燃油泵，并完成的六次泵油過程。每次泵油過程都經(jīng)過吸油、壓油、停止壓油三個階段。柱塞偶件及出油閥偶件都是經(jīng)過選配的精密件，并對系統(tǒng)污染物具有極強敏感性和不可互換性。其作用是在車輛所以工作范圍和整個使用期內(nèi)，在共軌中持續(xù)產(chǎn)生符合系統(tǒng)壓力要求的高壓燃油。2.6 共軌組件油軌、限壓PRV閥、油軌壓力傳感器（如1-7圖） 圖1

11、-7 1共軌油管（共用油軌內(nèi)部容積35cm3）；2油壓傳感器；3安全閥； 共軌組件的作用是為噴油器儲存高壓油，同時還具有緩沖來自高壓燃油泵的供油脈沖及噴油時短時大量通過噴油器完成的噴油輸出的壓力波動的作用。在油軌內(nèi)部有一個壓力傳感器和一個安全閥，如圖所示隨著壓力的變化壓力傳感器將以0.5-4.5V之間的電壓變化實時將共軌壓力反饋給ECU，在壓力達到1850- 1950bar 時安全閥打開，保護系統(tǒng)避免超壓損壞。如果該閥門打開，油軌壓力會保持在650- 850bar之間（取決于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與負載），此時發(fā)動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，但是性能降低（跛行回家模式）。正常條件下限壓閥在發(fā)動機工作期間不會打開，如果E

12、CU檢測到系統(tǒng)故障，ECU可以把過剩壓力施加在系統(tǒng)上，迫使安全閥打開，啟動跛行回家模式。2.7噴油器總成（如1-8圖 圖1-8 1電磁線圈；2磁芯；3電樞；4回動空間；5高壓通道；6提針回位彈簧 a球閥；b高壓腔；噴油器的總成的作用是在發(fā)動機電子控制單元的控制下或開啟或關閉。噴油器的結構設計在噴油量和噴油開始方面方面極為仔細，特點為體積小部件的低移動質(zhì)量和小尺寸具有減少噴嘴關閉時對噴嘴座的沖擊力，并能實現(xiàn)已低控制電流工作。如圖1-8右圖此電液結構有一個帶液壓平衡的小控制閥，提針通過調(diào)整座（低端）和提針上部回動空間的壓力差異來操縱，利用一個安裝在提針上的電磁閥控制球閥。通過回動空間來調(diào)節(jié)提針上部

13、壓力，從而實現(xiàn)對噴油的控制。噴油量是由油軌壓力(500-1600bar)、噴嘴的燃油流量和來自ECU的脈沖長度共同決定。3.1 共軌噴油系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng) 共軌噴油系統(tǒng)的電控裝置由傳感系統(tǒng)部分、ECU及執(zhí)行部分（FCV閥、噴油器）組成。傳感系統(tǒng)由凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器，曲軸轉(zhuǎn)速傳感器，溫度傳感器（燃油、增壓、冷卻液、進氣），壓力傳感器（機油、增壓），壓力開關（冷卻液、進氣）等部分組成。（如1-9圖） 圖1-93.1.1共軌噴油系統(tǒng)的電控裝置由傳感系統(tǒng)部分、ECU及執(zhí)行部分（FCV閥、噴油器）組成。傳感系統(tǒng)由凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器，曲軸轉(zhuǎn)速傳感器，溫度傳感器（燃油、增壓、冷卻液、進氣），壓力傳感器（機油、增

14、壓），壓力開關（冷卻液、進氣）等部分組成。3.1.2曲軸轉(zhuǎn)速傳感器由去除2個齒（缺齒部位相應于第一缸上止點）的信號輪及電磁感應裝置組成。是一個電磁感應式傳感器，由內(nèi)部的磁流變化感應出一個正弦交變電壓，該交變電壓振幅隨轉(zhuǎn)速的上升而增大，其感應轉(zhuǎn)速范圍50-4000rpm（應用轉(zhuǎn)速范圍是800-1900rpm交變電壓也隨之產(chǎn)生4.2-7.3v的變化）。3.1.3凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器是霍爾式傳感器，轉(zhuǎn)速是曲軸的一半，其能區(qū)分曲軸轉(zhuǎn)速傳感器無法區(qū)分的柴油機活塞行程的壓縮上止點及排氣上止點。能通過凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器在曲軸轉(zhuǎn)速傳感器失效時，仍能判斷柴油機狀態(tài)。（應用轉(zhuǎn)速范圍是800-1900rpm電壓信號也隨之

15、產(chǎn)生8.8-16.7v的變化）3.1.4溫度傳感器包括燃油溫度傳感器、增壓溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器等。溫度傳感器中有一個電阻值在0.76k-12.1k的溫度系數(shù)電阻，其阻值隨溫度增加而阻值減?。囟葴y量范圍-40120）；機油壓力傳感器（測量范圍為0-10bar）、增壓壓力傳感器（測量范圍為0.5-4bar）工作原理與共軌系統(tǒng)油壓傳感器相同，如1-7圖中2油壓傳感器，隨著壓力的變化壓力傳感器都將以0.5-4.5V之間的電壓變化實時將壓力參數(shù)反饋給ECU。沃爾沃D6E、D7E發(fā)動機傳感系統(tǒng)是用來監(jiān)控發(fā)動機上各部件及各系統(tǒng)的運行狀況，并將數(shù)據(jù)傳輸給ECU。ECU根據(jù)檢測到的增壓

16、壓力與溫度計算進氣量為噴油量計算提供初始數(shù)據(jù)，并根據(jù)檢測到的冷卻液及燃油溫度為噴油正時提供修正數(shù)據(jù)。同時將檢測到的水溫，機油壓力等通信線傳輸給顯示器，為駕駛員提供發(fā)動機信息。執(zhí)行器根據(jù)電控單元所傳輸?shù)碾妷盒盘杹砜刂茋娪驼龝r與噴油量，在外部環(huán)境變化的情況下，ECU通過對傳感器采集到的信息進行對比分析，然后通過對噴油器通電時間的長短和早晚來調(diào)整噴油量與噴油正時，噴油器定時、定量的將霧化良好的燃油噴進燃燒室。保證了柴油機在各工況點達到最佳燃燒狀態(tài)，減低了柴油機的燃油消耗率，提高了燃燒效率，減少了污染物的排放。4.1案例分析4.1.1故障現(xiàn)象：沃爾沃EC210BP在工作中發(fā)動機掉速嚴重，有時甚至熄火，

17、儀表顯示柴油濾芯堵塞，發(fā)動機無負載時轉(zhuǎn)速可以升回，熄火后，再啟動故障消失，但工作一個小時左右故障再次出現(xiàn)。機器發(fā)動機常規(guī)保養(yǎng)后剛工作50小時。診斷分析：故障代碼顯示內(nèi)容為燃油輸送壓力過低于轉(zhuǎn)速決定的最低值，我們可以很明顯的知道故障點在低壓油路，分析可能為低壓油路堵塞、輸油泵故障或壓力傳感器故障等。故障排除：經(jīng)檢測排除濾芯及管路漏氣、堵塞。通過外接燃油壓力表測得壓力輸油泵出口壓力為3.9-6.0bar（屬于正常壓力），同時壓力表壓力與儀表顯示壓力一致。由此可以排除輸油泵及壓力傳感器。由于問題指向低壓油路，經(jīng)細致檢測發(fā)現(xiàn)燃油箱呼吸器被大量灰塵堵塞，供油柴油箱的呼吸器，其實就是一個通風口，目的就是為

18、了讓柴油箱與大氣相通，使油箱內(nèi)的壓力和大氣的壓力一致，這樣由于大氣壓力的作用，油泵的吸油才更順暢。如果通風口堵了或者通風不順暢，油箱里面產(chǎn)生負壓，泵的吸油就會受阻，所以造成供油不足，低壓油路壓力低報警。當出現(xiàn)掉速或柴油壓力低報警后，松開手柄或停機下來檢查時，輸油泵的輸油量變小或不工作，由于呼吸濾芯還能通氣但是通氣不好，所以油箱壓力又恢復了正常，試機時又工作正常，但是當柴油箱內(nèi)的壓力又下降到一定值時，導致故障現(xiàn)象再次出現(xiàn)，更換油箱呼吸器后柴油機機器正常。由于故障現(xiàn)象的隱蔽性，很多時候我們都會忽略了最簡單的可能性問題，把問題復雜化。了解機器本身的結構特點，能幫助我們快速分析故障排除故障。4.1.2 故障現(xiàn)象：沃爾沃EC210BP工作中由掉速現(xiàn)象，且加速無力，機器工作6000小時，客戶一直使用中石化加油站柴油（排除柴油品質(zhì)問題）。 診斷分析：報警代碼顯示為油軌壓力控制工作不正確，結合上圖1-2分析可能為低壓回路壓力低、FCV閥故障（出口壓力）、油軌壓力傳感器故障、噴油器損壞、高壓油泵損壞等。故障排除:分別在輸油泵與FCV閥出油口外接燃油壓力表測得數(shù)據(jù)都屬于正常范圍,經(jīng)測試噴油嘴無泄漏，壓力傳感器正常反饋油軌壓力。在無負載時共軌系統(tǒng)在正常范圍（500-1600bar），在負載時共軌壓力大幅度下降，結合電控共軌噴油系統(tǒng)的結構特點及工作原理分析，燃