柴油发电机组新技术及应用
上QQ阅读APP看书,第一时间看更新

2.3 电控燃油系统

2.3.1 电控燃油系统概述

柴油机电控喷射燃油系统的电控技术是一种用计算机来实现对柴油机工作过程优化控制的技术。它是发动机上一系列传感器检测到的柴油机各种信息传递到柴油机上的电子控制模块(ECU、ECM),对喷油器工作进行控制,对喷油正时和喷油量调节,以使柴油机工作处于最佳状态。使发动机的性能有效提高,更好地控制尾气排放,能满足欧Ⅲ排放限值法规的要求。电喷与共轨技术是满足发动机欧Ⅲ排放的保障。

1.柴油机电控喷射燃油系统的特点

柴油机燃油系统电控技术与汽油机相似,都是由传感器、电控单元和执行器三部分组成整个系统。柴油机电控喷射方面与汽油机的主要差别:汽油机的电控喷射系统控制的是汽油与空气的比例,柴油机的电控喷射系统则通过控制喷油时间调节输出油量,且柴油机喷油控制是由发动机的转速、油门和供油拉杆位置来决定的。柴油机电控技术明显的特点有两个:一是电控喷射系统的多样化,二是喷射电控执行器复杂程度。

柴油机燃油喷射特点:高压、高频、脉动等。高达200MPa的喷射压力,百倍于汽油机喷射压力。对燃油高压喷射系统实施喷油量的电子控制难度较大。而且柴油喷射需要很高的喷射正时精度,柴油机活塞上止点的角度位置准确远比汽油机要求高,导致柴油喷射的电控执行器更加复杂。

柴油机的喷射系统形式多样,传统的柴油机喷射系统有:直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等。实施电控执行机构比较复杂,形成了柴油喷射系统多样化;同时柴油机需要综合控制油量、定时、喷油压力等参数,其软件的难度比汽油机高。

电控喷射技术其任务是电子控制喷油系统,在运行工况过程实时控制喷油量及喷油定时。实时检测转速、温度、压力等传感器的参数同步输入计算机,与ECU已储存的参数值进行比较及处理计算,按照最佳状态控制执行机构,驱动喷油系统,使柴油机达到最佳运作状态。

高压喷射和电控喷射技术的有效采用,可充分雾化燃油,使各气缸获得最佳的空燃混合气,达到降低排放,提高整机效率的目的。

自20世纪70年代以来全球环境状态日愈恶化,能源危机以及CO2排放被认为是对温室效应有较大影响,对柴油机尾气排放和经济性能有更高的要求。世界各国推出的排放法规和能源法规更加严格。采用电脑控制、机电一体化的发动机喷油系统非常关键。

电喷技术即内燃机燃油系统的电控燃油喷射技术。通过电信号来控制喷油时刻、喷射压力,完全取代燃油系统机械控制结构。采用电喷技术使柴油机运行稳定、动态性能好,使柴油机的经济性、控制尾气排放达到新的高度。

2.电喷式柴油机的优点

1)柴油机的调速控制改进 由电控调速器取代机械调速器的旋转飞锤等装置,使转速精确控制。

2)燃油经济性改善 选定柴油机工况后控制模块ECM(Electronic Control Module,电子控制模块)按程序监测柴油机的运转工况,特别是影响喷油过程的定时、温度、转速和增压压力等。

3)柴油机冷启动性改善 在获得冷却液或机油温度数值后,确定柴油机是否处于低温状态,ECM将根据传感器输入的信号优化控制喷油定时和喷油量,减少启动的黑烟。

4)柴油机排气烟度降低ECM根据机油温度和增压压力精确控制喷油定时和喷油量,使柴油机在稳态及瞬态工况下的烟度满足EPA(Environmental Protection Agency,环境保护署)排放法规的要求。

5)柴油机的维护工作量减少 由于燃油喷射严格控制,改善了柴油机的燃烧。另外,由于取消了机械调速器拉杆或齿条,减少了项目调整和维修。

3.电喷燃油系统的构成

电喷系统是一个一体化的柴油机管理和控制系统。主要有输入传感器,对输入信号进行分析的电子控制模块(ECM)和按照ECM输出信号动作的执行器(如电控单体式喷油器)。

(1)电子控制模块(ECM)

ECM是电控系统的大脑,它不断地接收来自柴油机各个传感器发送的电压信号并进行处理,决定向EUI(Electronic Unit Injector,电控单体式喷油器)或HEUI(Hydraulic Electronic Unit Injector,液压驱动电控制单体式喷油器)输出可调脉宽的控制信号,喷油器电磁铁的激励时间越长,喷油器喷入越多的燃烧室内的燃油量。

ECM由微处理器、存储器和按照要求控制执行器的驱动电路组成。它将各传感器及开关的数据和信息接收并处理,比较各传感器返回的电压与ECM程序数据库中所存储的各开关及传感器的特定数据(假设传感器产生的是模拟信号,这些信号必须先通过模-数转换器,将模拟信号转换成ECM能够识别的数字信号),继而发出指令,调整供油量及喷油时间处于最佳,使柴油机在最佳状态运行。

微处理器由数千个元件组成,它们包括许多逻辑门和一个对传感器及开关输入数据进行加、减、乘、除运算逻辑器。通过对存储在计算机中的各种数据进行查阅,确定因负载引起的柴油机转速变化、进气压力、机油压力及温度、冷却液温度等输入信号变化时的响应。根据喷油器的反馈信号决定下一个喷油器在何时开启喷油和喷油持续时间,判定喷油器电磁阀是否存在故障。

储存器的基本类型如图2-6所示。ROM(Read Only Memory,只读存储器)、RAM(Ran-dom Access Memory,随机存储器)、PROM芯片都与MP(microprocessor,微处理器)相连。

RAM和PROM可被MP读入或读出,而ROM只能被读出。制造厂商用ROM芯片储存柴油机的转速、功率设定、柴油机保护等工作数据和信息,一旦被存储这些数据就不能更改了。

PROM(Programmable Read Only Memory,可编程只读存储器)芯片也是硬线式结构,固定的工作数据在制造厂装配线上通过数据程序写入其中,除了更换芯片,数据一旦被写入,也不能被更改。

EPROM(Electrically Programmable Read-Only-Memory,电可擦只读存储器),能在制造厂的装配线上最后被编程。EEPROM或E2PPROM芯片是电可擦可编程只读储存器,可以利用便携式计算机及调制解调器在使用现场通过网络连接在制造厂的主计算机上,对其更改和重新编程。当对ECM重新编程时,该类储存器的存储内容被系统擦除,由程序将更新后的用户校准参数写入到ECM中。

随机存储器(RAM)的就像工作记录本,在传感器信号改变时能够不断地被擦除和被更新。

KAM(Keep random memory,保存随机存储器)用于更加持久的信息的保存,在电池电源断开后这种存储器的存储内容将会丢失,在KAM中诊断故障码或故障码被存储。

978-7-111-59507-6-Chapter02-15.jpg

图2-6 ECM模块的基本组成

ECM中的驱动电路一方面对喷油器电磁阀大电流开关或其他执行机构进行驱动,另一方面监测电磁阀的电压波形,对电磁阀是否关闭进行检测。

(2)传感器

由于电喷系统的控制需要高精度,在柴油机配备了多个传感器,主要包括凸轮轴角位移传感器、曲轴角位移传感器、进气压力温度传感器、大气压力温度传感器和喷油压力传感器等。喷油器的供油量和供油时间需要ECM控制模块根据这些传感器所测得的有关数据来调节。帕金斯柴油机使用其中几个传感器如图2-7和图2-8所示,各传感器的功能如下:

978-7-111-59507-6-Chapter02-16.jpg

图2-7 曲轴、凸轮轴位置传感器

a)曲轴位置传感器 b)凸轮轴位置传感器

1)曲轴、凸轮轴角位移传感器

在电控柴油机中,对曲轴和凸轮轴做角位移的测量是对运行进行控制的最基本手段,其测量的参数是对柴油机做各种控制的基本依据。ECM根据传感器提供的脉冲信号解译出曲轴、凸轮轴位置,据此数据优化控制喷油器的喷油定时,使柴油在最佳状态工作,降低柴油机排放。

曲轴、凸轮轴角位移传感器一般采用霍尔元件的居多,如图2-7所示是曲轴、凸轮轴角位移传感器的图片。曲轴角位移传感器的信号轮就是柴油机的飞轮,而凸轮轴角位移传感器的信号轮一般设置在凸轮轴上,也有设置在燃油泵的凸轮轴上。

2)进气压力、温度传感器

进气温度传感器一般与进气压力传感器制成一体,装在柴油机的进气总管中间靠后的位置,对进气管内的空气压力和温度感应,使ECM控制供油量以防供油过多造成黑烟,其外型如图2-8所示。

978-7-111-59507-6-Chapter02-17.jpg

图2-8 压力温度传感器

a)进气压力温度传感器 b)油压压力温度传感器 c)大气压力温度传感器

进气压力传感器一般采用半导体应变片电桥技术制成,其输出电压与压力呈线性关系(下同);进气温度传感器一般使用由环氧树脂封装的热敏电阻(下同);其外型如图2-8所示。

3)大气压力、温度传感器

大气压力温度传感器确定柴油机所处的海拔根据该传感器输入的信号对喷油量进行调节,对柴油机在高海拔地区使用时的功率下降进行补偿,改善在使用时出现的排黑烟现象。

4)喷油压力传感器

在高压共轨的燃油系统中对燃油集合管内的油压感应,由ECM控制供油量。

5)燃油温度传感器

某些电控燃油系统,燃油温度会对每次供油量造成影响。控制系统会根据温度的改变量,适时、适量地改变供油控制。如当燃油温度升高、燃油黏度下降时,电控系统控制增加供油时间,从而使柴油机每次供油量不会因燃油温度的变化而变化。

6)润滑油压力、温度传感器

与传统的燃油供给系统的柴油机润滑油压力传感器同样起着相当重要的作用,通过ECU控制实现实时保护;润滑油温度的高低可以通过冷却液温度来反映,比较简单的电控柴油机系统只安装冷却液温度传感器,通过冷却液温度间接地判断润滑油的温度。

7)冷却液温度传感器

传统的燃油供给系统的柴油机冷却液温度传感器只是显示其温度状态及高温报警停机功能,在电控燃油系统柴油机中冷却液温度对于控制的影响有:

①供油提前角 冷却液温度与柴油机燃烧室温度相关联,而燃烧室的温度对于喷入燃烧室油滴的气化过程有影响,当温度较低时,油滴的气化过程所需时间较长,需要较多的燃烧准备时间,因此应将供油提前角适当提前;当温度较高时则相反。

②暖机状态 当柴油机启动时,如果冷却液温度较低,则可认定是冷机启动,自行执行自动暖机过程。

③过载和故障保护 当冷却液温度达到上限值时,ECU采取负载限制、停机或信号报警等。

(3)执行器

ECM接收传感器传来的信号,处理后发出指令给执行器,由执行器控制喷油器的喷油过程。执行器具有两个基本功能:接收ECM发出的控制信号和按指令精确地执行动作。

电喷式柴油机执行器的形式有两种:第一种是电控单体式喷油器EUI(Electronic control Unit Injectors,电控喷油器),第二种是电控高压共轨燃油系统(DCR)。还有HEVI(Hydraulie drive Electric control)液压驱动电控单体式喷油器和电控分配泵燃油系统。前二种方式在大中型柴油机中应用广泛,特别是在发电用柴油机中。

2.3.2 电控单体式喷油器(EUI)燃油系统

电控单体式喷油器(EUI)也俗称为泵喷嘴。

1.EUI电喷系统的结构

在电控单体式喷油器(EUI)燃油系统中,将喷油泵、喷油器和电磁阀组合为一个整体。EUI电喷系统由ECM控制模块(安装ADEMⅢ电控发动机管理系统)和各传感器、喷油器共同组成。EUI电喷系统使用了EUI电控单体式喷油器,没有机械式供油量调节齿条,根据各传感器输入的信号由ECM控制喷油器的喷油定时,凸轮轴驱动的摇臂机构提供喷油的高压动力,如图2-9所示。

2.EUI燃油流程与工作原理

EUI燃油流程如图2-10所示,燃油从燃油箱被输油泵(齿轮式泵)吸出,经初级和二级滤清器滤清后,由手动压油泵到达公共油轨,油轨将油量等量地分配给各个喷油器。释放阀设定压力为8.27bar。喷油器的供油量远大于燃烧所需喷油量,多余的燃油流过EUI,冷却和润滑喷油器,并携出燃油系统中存在的空气,最后通过回油管流回燃油箱。

978-7-111-59507-6-Chapter02-18.jpg

图2-9 EUI电喷系统组成图

顶置式安装的柴油机的EUI如图2-11所示,EUI为顶置式驱动,即安装在气缸盖上的凸轮轴驱动喷油器压油。EUI喷油器的工作原理如图2-12所示。

(1)产生有效高压喷油

顶置凸轮轴由滚轮架推动摇臂转动,喷油器内的柱塞向下运动由机械机构推动,克服其外部复位弹簧的作用力使喷油器柱塞向下移动,使封闭的燃油产生高压作用于开阀座,并举升喷油器下部针阀。

(2)柴油机负载变化实现喷油量精确控制

喷油量由ECM根据柴油机各传感器连续输入的信号决定,ECM向喷油器电磁铁发出脉冲宽度调制信号,并持续一定的曲轴转角,使喷油器内的提动阀关闭,使柱塞向下移动过程中能够升高燃油压力,喷油器针阀抬高离开阀座而喷油。EUI电磁阀接收ECM发送信号期间,一直延续喷油;当ECM不再激励电磁阀时,提动阀被弹簧推开,回油管流入高压燃油,喷油器针阀关闭,结束喷油过程。脉冲宽度的时间越长喷油量就越多。

ECM对喷油定时和喷油量进行控制是通过控制发送给EUI的脉冲宽度信号,EUI电磁阀的激励时间越长,关闭提动阀的时间就越长,燃油量喷入气缸就越多。脉冲宽度的时间长短,因凸轮轴的凸起升程是不变的,喷油器柱塞向下运动的距离总是相同的,关闭提动阀时间越长,喷油器柱塞向下的有效行程越长。

978-7-111-59507-6-Chapter02-19.jpg

图2-10 EUI燃油流程

1—输油泵 2—初级滤清器 3—二级滤清器 4—手动泵 5—输油管 6—喷油器

978-7-111-59507-6-Chapter02-20.jpg

图2-11 顶置式安装EUI喷油器

1—凸轮轴 2—摇臂机构 3—EUI喷油器

978-7-111-59507-6-Chapter02-21.jpg

图2-12 EUI喷油器的工作原理

1—喷油器电磁开关 2—电磁阀 3—电枢 4—提动阀弹簧 5—提动阀 6—压杆

3.电控单体泵(EUI)电喷系统的特征

(1)优点

1)高压燃油通过气缸盖顶端的顶置凸轮轴直接驱动形成,没有了额外的高压燃油管路,避免了管路泄漏并消除了管路压力损失的可能。

2)由于喷射装置与燃油增压的一体化,燃油喷射可以在短时间内高效高压完成,且灵活控制其喷油量、压力、正时,且其喷油压力达到200MPa以上,超过共轨系统所能够达到的水平。

3)对燃油的适应性比高压共轨强。

4)燃油系统能进行单缸维修。

(2)缺点

1)要求顶置凸轮轴设计,因而对缸盖的刚度设计有较高要求。

2)发动机转速控制喷射压力,低速时油压低,不利于改善低速燃烧性能。

3)多次喷射难于实现,更新换代产品缺乏技术延续性,即便对喷油器采用二级电磁阀控制,会使结构更加复杂。

2.3.3 电控高压共轨(DCR)燃油系统

高压共轨(DCR)电喷技术是一个闭环燃油控制系统,由低压油泵、高压油泵、共轨、燃油压力传感器、电子控制单元(ECU)、油路压力控制阀、喷油器电磁阀和喷油器组成。喷射压力的产生和喷射过程被完全分开。其控制内容由燃油压力控制、喷油正时控制、喷射率控制和喷油量控制组成。

高压共轨喷射压力的大小不受发动机的转速影响,这样避免柴油机供油压力随着发动机转速变化的不足。与其他燃油系统相比,其具有以下优势:

1)独立控制喷射压力。

2)独立控制燃油喷油正时。

3)能实现很高的喷油压力有效消除压力波动。

4)实现了预喷射、分段喷射和控制喷射率。

5)实现了控制最小油量喷射和控制快速断油。

高压油泵将高压燃油输送到公共供油管道,供油管内的油压通过电压力传感器和ECU对实现精确控制,不因发动机转速的变化使柴油机供油压力大幅度减小。

经多年研究及实用,电控喷射技术在柴油机应用非常成熟,形成了各种电控高压喷射系统。柴油机电控喷射有两类控制方式:一类是位移控制。它的特点是在原机械控制循环喷油量和喷油正时原理的基础上,对机构功能改进更新,油量的控制通过线位移或角位移的电磁液压执行机构或电磁执行机构调节(齿杆或拉杆位移,拨叉位移)和提前器运动装置,使喷油正时和循环喷油量实现电控。此外,与机械控制不同,用柱塞预行程改变的办法,实现可变供油速率的电控,满足高压喷射中大负载、高速和低怠速喷油过程控制的综合优化。其典型产品有转子分配泵电控系统或直列柱塞泵电控系统,电控调速器,单体泵或泵喷嘴的电控系统等等。另一类是时间控制,其电控高压喷射装置的工作原理与传统机械式的完全不同,是在高压油路中利用一个或两个高速电磁阀控制喷油泵和喷油器的启闭的喷油过程。控制喷油量由喷油器的开启时间长短和喷油压力大小决定,由控制电磁阀的开启时刻确定喷油正时,可实现喷油量、喷油正时和喷油速率的柔性控制和一体控制。时间控制方法是柴油机喷射系统的发展方向,更加先进,共轨喷射系统是其典型产品。

1.电控共轨喷油系统的工作原理

电控共轨喷油系统的工作原理如图2-13所示。是一种新型的时间控制方式,利用电磁式油泵控制阀进行调整喷油泵供油量,改变共轨油道中的油压,而不是改变循环喷油量的大小。因此,喷油泵中柱塞偶件不起油量调节作用,不需要每个发动机气缸配备一组泵油元件。如图2-13所示的系统是配六缸发动机仅用两副泵油元件的喷油泵。根据发动机工况要求调节共轨中的油压大小,电控装置由油压传感器得到压力值,比较发动机工况所设置的最佳压力值与所测压力,电磁式油泵控制阀启闭由电控装置输出信号控制,使油压达到最佳,该压力值就是喷油嘴的喷射压力。油嘴顶部液压活塞控制室中的油压决定喷油嘴的启闭。此油压大小取决于共轨中压力和三通电磁阀启闭的共同作用。当三通阀通电时,高压燃油从控制室流出,压力室内的高压作用使喷油嘴针阀上升,于是开始喷油。当三通阀断电时,液压活塞顶部控制室进入高压油,针阀下落,停止喷油。因此,接通三通阀的始点来控制喷油正时,由三通阀接通的持续时间来控制喷油量。图中控制针阀上升的速度通过精细调节节流孔的孔径大小,从而改变初期的供油速率,达到低氮氧化物排放、低噪声的目的。

由此可见,DCR系统是对一个油泵控制阀和每个气缸一个喷油三通阀的启闭时刻和持续期进行控制,控制喷油压力和针阀开启的时间,柔性控制循环喷油量、喷油正时、喷油速率。如图2-13所示中的附加信息是传感器元件测出的各种量值:燃油温度、空气温度等。

978-7-111-59507-6-Chapter02-22.jpg

图2-13 电控共轨喷油系统

1—阀(TWV) 2—燃油箱 3—节流孔 4—控制室 5—液压活塞 6—喷嘴 7—喷油器 8—高压供油泵 9—共用管(共轨) 10—燃油压力传感器 11—油泵控制阀(PCV)

从上面的分析可知,采用时间控制方式的共轨系统其特点是喷射压力、喷油正时和喷油量的变化用电磁阀控制,调节的自由度和控制精度大大提高。

共轨系统可以实现传统喷油系统上无法实现的功能,主要有:

1)共轨系统中的喷油压力柔性可调,最佳喷射压力由不同转速和负载确定,柴油机综合性能得到优化,如喷射压力可不随柴油机转速变化,有利于柴油机低速时的扭矩增大和低速烟度改善。

2)可独立地对喷油正时柔性控制,配合高的喷射压力(140~180MPa),可同时在较小的数值内控制Knox和微粒(PM),满足排放要求。

3)喷油速率变化柔性控制,实现理想的喷油规律形状(预喷型、台阶形喷油或三角形规律),既可降低柴油机氮氧化物排放和调节高压共轨压力,优良的动力性、经济性得到保证。

4)电磁阀控制喷油,控制精度高,高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象,因此在柴油机运转范围内,喷油量循环变动小,改善了各缸不均匀程度,柴油机的振动得到改善,排放减少。

2.主要部件的工作原理

(1)高压供油泵

高压油泵的功能是对供油速率的控制保证共轨管中要求的压力pc,如图2-14所示是高压油泵的工作原理。常规供油系统的设计思想不同,常规系统是直接控制高压燃油量,在实际应用中出现能量的损失和浪费,供油泵控制低压燃油量。当共轨中压力低于目标值时,ECU控制高压油泵PCV(Positive Crankcase Ventilation,曲轴箱强制通风装置)阀提早关闭,柱塞提前供油,由于供油终点为凸轮升程最高点是始终不变的,因此提早供油使高压供油泵供油量增加,如图2-14所示。当共轨中压力低于目标值时,PCV阀推迟关闭,供油量减少,共轨中压力降低。

高压供油泵的设计采用小柱塞直径、长冲程和低凸轮轴转速,能减少燃油泄漏、运动阻力及驱动力矩高峰值。采用2缸直列泵的功能相当于6缸常规直列泵,从而显著减小高压供油泵的尺寸。

(2)三通阀(TWV)

电控三通阀是DCR系统中最为关键的部件,也是技术难度最高的部件,电控TWV(Three-Way Valve,三通调节阀)阀安装在每个喷油器总成的上方,其结构原理如图2-15所示。三通阀包括内阀和外阀,外阀和电磁阀线圈的衔铁做成一个整体,由线圈的通电指令来控制外阀的运动,外阀由阀体支撑。3个元件精密地装配在一起,分别形成密封锥面A,和外锥座B,随着外阀的运动,A、B锥座交替关闭,三个油道(共轨管、回油管和液压活塞上腔)两两交替接通,此外要注意到,阀锥座直径分别为ϕd1ϕd2,内直径为ϕd,有

ϕdϕd1ϕdϕd2

ϕdϕd1ϕd2

三通阀本身不控制喷油量仅起压力开关阀作用。

978-7-111-59507-6-Chapter02-23.jpg

图2-14 高压油泵的工作原理

当线圈没有通电时:在弹簧作用下外阀下落,在油道①的油压的作用下内阀上升,此时开启密封内锥座A,油道①、②相通,高压油从①进入液压活塞上腔②中。

当线圈通电时:在电磁力的吸引下外阀向上运动,密封内锥座A关闭,此时内阀仍停留在上方,开启外锥座B,油道②、③相通,液压活塞上腔向回油室放油,这时喷油器喷油。

978-7-111-59507-6-Chapter02-24.jpg

图2-15 三通阀的工作原理

(3)喷油定时的控制

在ECD(Electronic Control Diese-lengine)系统中可以自由独立地控制喷油定时,方法是控制定时脉冲送达TWV的时间,如图2-16所示其控制框图,在ECU中要进行运算两次,即“θfin计算”在各种传感器送来信号的基础上算出最终的喷油开始时间θfin;“TCU的计算”,为实现θfin的目标决定激励脉冲送到TWV的时间TCU,如图2-16所示可知,由发动机转速和负载决定基础喷油定时,然后根据进气管水温、压力等对θbase进行修正得θfin,再根据发动机转速转换成时间Tatto,DCR系统由发动机转速传感器每隔15℃A产生一个脉冲,在30℃A的范围内调节喷油提前角,TCU=T30-Tt向TWV输出脉冲时间。

(4)喷油率的控制

978-7-111-59507-6-Chapter02-25.jpg

图2-16 喷油定时的控制框图

DCR系统可以实现三种喷油率:三角形,预喷射和靴形。

1)三角形喷油率

如图2-17和图2-18所示,为了降低初始喷油量的目的,使喷油器针阀升起的速度不要太快,专门设计了一个单向阀和一个节流小孔在动力活塞上方。单向阀阻止动力活塞上方通过燃油,只有通过小孔泄出燃油,造成动力活塞上方燃油压力下降速度放慢,针阀缓慢上升。当喷油终止时,三通阀断电,外阀在弹簧力作用下向下运动,座B关闭,关闭泄油道,而座A打开,动力活塞的通道燃油进入。通过单向阀共轨高压燃油迅速加压到动力活塞上方使活塞下行。由于活塞的直径比针阀直径大得多,针阀在很大的油压力下迅速关闭,实现喷射快速停止,柴油机要求得到满足。喷油始点由三通阀通电时刻决定,喷油量大小由通电持续时间决定。根据柴油机工况要求进行调节喷油压力,低速负载工况时,可实现需要高压的某种程度,喷油压力的调节可完全独立于转速负载工况。三通阀开启响应时间为0.35ms,关闭时间为0.4ms,三通阀全负载耗能为50W。

978-7-111-59507-6-Chapter02-26.jpg

图2-17 三角形喷油率

978-7-111-59507-6-Chapter02-27.jpg

图2-18 三通阀的工作原理

由于DCR是一个电子控制的精确压力-油量控制系统,共轨中压力波动很小,它没有常规电控喷油系统中存在的一些问题,如没有由压力波而产生的失控区、难控区,也没有调速器能力不够的问题,柴油机所需的理想油量控制特性得到实现。

2)预喷射

在主喷射前给三通阀一个小宽度的电脉冲信号,就可在DCR上实现预喷射。ECD-U2系统为每循环1mm3最小预喷油量,预喷射和主喷射之间最小为0.1ms的时间间隔(见图2-19)。

3)靴形喷油率

针阀有一个小的预行程停留才能实现靴形喷油率图形。为此需要变动喷油器总成结构,在液压活塞与三通阀之间的节流孔处改为一个靴形阀,如图2-20所示。可调的预行程是靴形阀和液压活塞间的间隙。当三通阀通电时,靴形阀中的高压燃油被释放到泄油道,打开喷油嘴到相当于预行程的高度,针阀停留在该处,一直维持到靴形阀节流孔下降到一定程度后,针阀才继续升高到最大升程,喷油速率达到最大。依靠预行程量和靴形阀节流孔的直径的合理组合,得到各种形式的靴形喷油率。由于初期靴形喷油率较低,可获得较低的NOx

DCR系统速度启动较快,由于高压输油泵每个凸轮有三个凸起,共轨中油压在启动时升高很快。当高压输油泵供油量Up为600mm3时,共轨以及其他高压油管路容积V为94000mm3,燃油容积弹性模量E为1100MPa/mm2,则共轨压力升高值为ΔP=EQp/V=7MPa/r,即高压输油泵每旋转一次,共轨中压力提高为7MPa。如喷油嘴开启压力为20MPa,输油泵只要旋转3次,共轨压力就可以超过喷油嘴开启压力,经实验表明,只要启动0.5s,可达20MPa共轨压力,柴油机0.6s后就达到怠速转速。

978-7-111-59507-6-Chapter02-28.jpg

图2-19 预喷射系统

978-7-111-59507-6-Chapter02-29.jpg

图2-20 靴形喷油率的产生

此外,电控系统内还有一个自诊断和故障安全系统,电控单元都具有自检功能,用来监测控制系统各部状态。出现故障时,可用指示灯(在仪表板上)显示故障码,以便维护修理及时。

3.高压共轨(DCR)的特征

(1)优点

1)高喷射压力,目前最高可达180MPa,比一般直列泵高出一倍。

2)喷油压力与发动机转速无关,把产生压力与实际燃油喷射过程分离,使发动机低速、大负载的性能得到改善。

3)特殊设计的电控喷油器可灵活实现多次喷射,调节喷油率形状,喷油规律实现理想化。

4)可以自由选定喷油正时和喷油量。

5)驱动扭矩振动小,噪声小、振动低。

6)适用性强、结构简单,容易在发动机上的安装。

(2)缺点

1)油品的适应性较差,共轨系统对燃油中的硫含量比较敏感,会使维修频次增加。

2)故障后,用户的维修成本高。

4.电控单体泵(EUI)与高压共轨(DCR)燃油喷射系统的综合比较

EUI和DCR系统的优缺点比较见表2-2。

2-2 单体泵和高压共轨燃油喷射系统各自的特点以及优缺点比较

978-7-111-59507-6-Chapter02-30.jpg

2.3.4 其他类型的电控燃油系统

除了目前广泛应用的电控单体泵(EUI)与高压共轨(DCR)燃油喷射系统外,电控燃油系统还有下列方式。

1.液压驱动电控单体式喷油器(HEUI)

HEUI是一种独特的电喷系统,一般的燃油系统是由凸轮轴驱动摇臂组成,使喷油器的喷油柱塞向下运动,升高封闭在喷油套筒内的燃油压力到足以打开喷油器喷头总成内的喷油针阀。而HEUI燃油系统中,增压活塞上的高压机油代替摇臂作用于各喷油器端部,即由高压机油提供动力的喷油压力,由机油压力决定压力的大小。如图2-21所示为Perkins柴油机HEUI燃油系统的组成。

HEUI电喷系统工作原理简述:

978-7-111-59507-6-Chapter02-31.jpg

图2-21 HEUI燃油系统

HEUI燃油系统的喷油速率采用液压方式控制,喷油速率随柴油机转速而变化,使柴油机的性能提高,燃油经济性改善并排放降低。在喷油电磁阀接到来自ECM的信号产生激励时,HEUI喷油器柱塞动作,与其他机械驱动的燃油系统不同,柴油机凸轮转速和凸起持续时间控制喷油器的柱塞运动,所以喷油控制更加精确。

总的来说HEUI系统由三大部分组成:低压燃油系统、高压机油系统和由ECM控制的喷油系统。

(1)低压燃油系统

HEUI属于低压燃油系统,如图2-22所示,燃油经燃油箱被吸出,经滤清器、低压油泵、燃油集合管至喷油器,向各个喷油器的供油量大于实际喷油量,以保证充分的润滑和冷却喷油器,没有喷出的燃油离开油道,最后经回油管的喷油压力阀(释放压力设定为414kPa)回到燃油箱。

低压燃油系统中无高压燃油流动,取消了高压油管,目的是防止燃油的可压缩性和油管的弹性在油管内形成压力波动,防止打开已关闭的针阀,产生二次喷射燃烧的不正常,出现不完全燃烧。

(2)高压机油系统

柴油机的润滑系统可分为两部分:低压和高压。如图2-21和图2-23所示可以看出,在低压机油泵的作用下,油底壳机油被吸起,通过机油冷却器和过滤器,此时机油分为两路,一路对柴油机体进行润滑,另一路从高压油泵进入,进入高压油泵中的多余机油部分流回油底壳。此部分属于润滑系统的低压部分。在高压油泵的作用下,高压机油通往喷油器,此部分就是润滑系统的高压部分。

978-7-111-59507-6-Chapter02-32.jpg

图2-22 HEUI低压燃油流程

1—入油口 2—止回阀 3—集放阀 4—燃油滤清器 5—低压油泵 6—燃油集合管 7—HEUI喷油器 8—喷油压力阀 9—回油口

978-7-111-59507-6-Chapter02-33.jpg

图2-23 HEUI机油系统

1—EUI喷油器 2—高压机油管 3—高压机油泵 4—油底壳 5—低压机油泵 6—机油滤清器 7—机油冷却器

实际上,润滑系统的高压部分不仅仅起润滑的作用,更重要的是控制驱动喷油器的高压喷油。喷油压力控制系统如图2-24所示,系统内流动的都是高压机油,由高压机油泵、喷油压力稳压阀、喷油压力控制传感器等组成。

978-7-111-59507-6-Chapter02-34.jpg

图2-24 喷油压力控制系统

1—HEUI喷油器 2—喷油压力控制传感器 3—油管 4—集油区 5—喷油压力稳压阀 6—高压油泵 7—高压基油区

978-7-111-59507-6-Chapter02-35.jpg

图2-25 机油调压控制阀

它是由曲轴带动7个活塞的高压机油泵,在正常运行条件下,机油被加压至3100kPa到20685kPa之间,一个路轨式压力控制阀(Rail Pressure Control Valve,RPCV)控制油泵输出的压力,形状如图2-25所示,当开启调压控制阀时,溢流的机油回柴油机油底壳中。调压控制阀是一个电控溢流阀,起控制液压机油泵的泵油压力的作用,ECM调节机油泵的输出供油压力,通过改变电控溢流阀的信号电流。调压控制阀的剖面图如图2-26所示,在柴油机停机时,调压控制阀内部的滑阀被复位弹簧推到右侧,机油溢流口关闭;在启动柴油机时,ECM发出信号给调压控制阀,电磁线圈产生磁场将衔铁推动菌状阀和推杆,流入滑阀腔内的机油压力和弹簧力共同作用使滑阀处于右端,继续使机油溢流油口关闭,使全部机油进入各气缸盖内铸造的机油油道中,直到机油油道内达到期望的机油压力。

978-7-111-59507-6-Chapter02-36.jpg

图2-26 HEUI燃油系统液压机油调压控制阀(RPCV)

1—ECM接口 2—衔铁 3—阀体 4—菌状阀 5—溢流口 6—推杆 7—滑阀弹簧 8—边缘滤清器 9—溢流口 10—滑阀

(3)喷油器

喷油器由电磁阀、提动阀、酸化增强活塞、喷油嘴总成等组成,如图2-27所示。

机油液压能量提供喷油器的喷射动力,喷油器内的活塞及柱塞的移动由液压压力及速度控制,由喷油器中电磁阀开关时间的长短达到控制喷油量ECM发出脉冲的时间控制,当电磁阀通电时提动阀打开其阀座,推动活塞及柱塞在高压机油推动下行至最低,喷油器进行喷油。ECM输出信号控制断开喷油器的电磁阀电源,停止喷油,关闭提动阀。当关上提动阀,高压机油关闭输送管道,对酸化增强活塞停止供油,转动空槽内排入酸化增强活塞内的高压机油。柱塞弹簧将酸化增强活塞及柱塞推回原位。当柱塞向上移动时,燃油阀打开,柱塞腔内开始注入低压燃油。ECM通过喷油器有效控制发动机的喷射速度、喷油时间及高压喷射压力。

978-7-111-59507-6-Chapter02-37.jpg

图2-27 HEUI喷油器

1—电磁阀 2—提动阀 3、4—O型密封圈位置 5—喷油嘴总成 6—喷油针阀 7—检查片 8—酸化增强活塞 9—ECM接头 10—喷油器固定架

喷射速度的控制:喷油器的执行由液压系统控制,速度比传统的机械式要快,柴油机速度与喷射速度及压力无关。

在HEUI的喷油过程中,由于电磁阀的速度响应极快,为“先导喷射”即“二次喷射”创造条件。所谓“先导喷射”,即通过喷油嘴喷入少量燃油到燃烧室,缓慢地使燃烧室内形成软性火焰前锋,这样气缸内的峰值温度和压力都低于普通一次喷射系统,此时由ECM检测喷油延时,在形成火焰前锋后,根据ECM提供的数据,喷油嘴再次持续开启向气缸内喷入准确的油量,燃烧室内的燃油喷入活塞顶的碗形空间内,这有助于空气和燃油形成涡流。由于气缸内的压力升高率降低了,燃烧噪声降低了,油耗下降,同时大大降低排出的废气浓度。

如图2-28所示为电喷柴油机管理系统的组成(以VP为例)。

978-7-111-59507-6-Chapter02-38.jpg

图2-28 电喷柴油机管理系统

注:ECU指电子控制模块,安装在柴油机上。CIU指控制接口装置,为需订购的可选单元。

2.Bosch的电控喷油泵-高压油管-喷油嘴(PDE)系统

PDE电控多柱塞直列式喷油泵的燃油系统主要由高压油泵、高压油管、喷油器等组成。不同的是高压油泵控制系统不同,喷油泵如图2-29所示。燃油喷射所需要的高压仍然由在套筒内作往复运动的柱塞产生,但油量控制齿条的位置及一定油门位置和负载下的喷油量都由电子控制单元(ECU)进行控制。

3.电控单体式喷油泵(EUP)系统

电控单体式喷油泵(EUP)是在以Bosch喷油泵-高压油管-喷油嘴(PLN)系统为基础发展起来的,它由凸轮轴驱动,并实现了电子控制。单体式喷油泵泵体内的滚轮随动机构由凸轮轴驱动,推动套筒内的柱塞向上运动,产生喷油所需的高压,单体式喷油泵的基本组成如图2-30所示。

978-7-111-59507-6-Chapter02-39.jpg

图2-29 电控直列式喷油泵(PDE)

1—泵油套筒 2—控制滑套 3—油量控制拉杆 4—泵油柱塞 5—凸轮轴 6—孔口关闭电磁执行器 7—控制滑套设定轴 8—油量控制拉杆行程电磁执行器 9—感应式油量控制拉杆行程传感器 10—电路连接器11—感应式转速传感器

978-7-111-59507-6-Chapter02-40.jpg

图2-30 电控单体式喷油泵

1—电磁阀 2—泵体 3—柱塞 4—柱塞回位弹簧 5—滚轮随动机构 6—凸轮轴

EUP的控制原理:在电磁阀关闭且凸轮轴推动EUP壳体内的柱塞向上移动时才会喷油,当电磁阀开启且在柱塞回位弹簧4作用下向下移动时,低压燃油将会发生溢流。高压燃油从EUP通过小管径高压油管被输送到喷油嘴,大约在31027~34475kPa油压作用下克服弹簧压力而开启,此时喷油压力大约为179.3MPa。

4.电控分配泵(EDP)系统

电控分配泵是在机械分配泵的基础上发展而来的。它继承了原机械分配泵体积小、噪声小、运转平稳、受力均衡的优点,又大大简化了原机械分配泵的结构,其结构如图2-31所示。

由于电控分配泵燃油系统主要应用在车辆用柴油机发动机中,故在此不作详细介绍。

978-7-111-59507-6-Chapter02-41.jpg

图2-31 用于电控柴油机的VE型分配泵

1—控制滑套位置传感器 2—喷油量控制执行器 3—电动断油执行器 4—泵油柱塞 5—定时控制电磁阀 6—控制滑套 7—定时装置 8—供油泵

2.3.5 电控燃油系统的故障诊断方法

所有柴油机电喷系统采用的是先进电控发动机管理系统(Automatic Data Equalizing Modu-latorⅢ,自动数据平衡调制器Ⅲ)ADEMⅢ,通过发动机厂提供的电子专用诊断仪器,对电喷系统的运行测试、故障诊断、系统参数设定等进行操作。

电控燃油系统的故障诊断除发动机厂提供的电子专用诊断仪器外,发动机本身也随机安装了一套故障诊断监测功能的显示系统。

1.电控柴油机的监测系统

监测功能是在发动机运转期间,ECM连续接收各传感器的信号对系统进行监测,监测功能的基本作用就是检查传感器的电压和电流等工作参数是否处于预设的范围之内,它有两个报警系统,一个用于监测电子控制的燃油系统,另一个用于监测发动机保护系统。

这种运行监测和故障诊断的显示方式有两种:

(1)数字代码显示方式

这种显示方式是直接显示故障代码,对照代码表后即可知晓发动机故障,该代码同时也反映出是当前故障还是历史故障,但该方式还需设置报警显示装置。

(2)诊断故障灯闪烁显示方式

这种显示方式是通过诊断故障灯闪烁故障码,是最简单的一种方式,通过人为地简易操作故障灯即产生闪烁。故障灯为一只的要根据闪烁的次数和时间间隔来确定故障码;多灯并列显示的要根据各灯顺序闪烁次数来确定故障码。最后根据故障码对照代码表后即可知发动机故障,同时如发生故障,故障灯闪亮直接报警。

上述两种显示方式因发动机厂家的不同而有所不同,下面根据不同品牌的发动机,将分别重点叙述。

2.电子诊断仪器

电子诊断仪器分为两种:基于计算机的通过数据转换器与ECM连接的诊断仪和手提式扫描仪。

(1)基于计算机的诊断仪器

基于计算机的诊断仪器如图2-32所示,该计算机安装了电子诊断工具EST软件,配以ECM通信数据转换器,可对电喷系统操作。以下是几种操作的列举:

1)柴油机运行时状态参数的监测及显示如图2-33所示。

2)柴油机运行状态和状态记录的文字图表化如图2-34所示。

3)系统设定参数的修改如图2-35所示。

4)重新下载刷新ECM软件如图2-36所示。

978-7-111-59507-6-Chapter02-42.jpg

图2-32 计算机和ECM通信转换

978-7-111-59507-6-Chapter02-43.jpg

图2-33 EST软件运行状态参数显示

978-7-111-59507-6-Chapter02-44.jpg

图2-34 EST软件运行状态图表化

(2)手提扫描仪

柴油机电喷系统专用手提扫描仪如图2-37所示,它直接在ECM通信接口上使用,有四行的液晶卷页显示功能,并可对ECM实现操作有:

1)从ECM上读取现存或过往的存在故障编码;

2)供维修使用;

3)对过往的故障编码清除;

978-7-111-59507-6-Chapter02-45.jpg

图2-35 EST软件系统参数修改

978-7-111-59507-6-Chapter02-46.jpg

图2-36 重新下载刷新ECM软件

4)进行机组运行参数阅读;

5)柴油机直接提供电源给扫描仪,操作方便快捷。

2.3.6 帕金斯(Perkins)电控燃油系统及故障诊断

帕金斯1300系列柴油机为HEUI燃油系统,2300、2800系列柴油机为EUI燃油系统。

1.1300HE系统特性

1300电子发动机具有自检验功能和指示灯(指示灯分为橙色和红色来确定发动机的故障)。橙色灯是表示发动机已存在故障,当故障排除后,便会自动熄灭。但ECM会对故障进行记录和存储,当需要检验ECM的记忆内的故障或有没有故障时,按下自检验功能按钮就可以执行自检验功能。

978-7-111-59507-6-Chapter02-47.jpg

图2-37 专用手提扫描仪

(1)指示灯及按键功能

如图2-38所示。

在进行检测时,如果有故障存在,红色指示灯会闪现一次,然后转到显示故障代码的橙色灯上,如果有多余的故障出现,便按代码上的数字来确定先后顺序;如果没有故障存在时,机器将会再经过一次测试,红色灯会闪动两次来检测过存故障;当红灯会闪动三次时,表示检查结束。当闪动代码为1,1,1时表示在ECM内没有故障记录或者发动机没有故障。

灯语闪动举例:如图2-39所示。

(2)1300HE故障代码

1300HE故障代码见表2-3。

978-7-111-59507-6-Chapter02-48.jpg

图2-38 指示灯及按键功能

978-7-111-59507-6-Chapter02-49.jpg

图2-39 灯语闪动举例

2-3 1300HE故障代码

978-7-111-59507-6-Chapter02-50.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-51.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-52.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-53.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-54.jpg

2.2300、2800系统特性

2300、2800系列电喷发电机具有自诊断功能。所有测试编码将储存在ECM的记忆体中,可用电子维修工具Perkins electronic service tool,EST.来更正。

当有故障出现时会有警告灯号或模拟装置(视随机配套),当故障发生后,必须进行认真检查。故障编码显示的功能有间歇性故障、记录事故和运行历史。

有些故障即使消失了也会保留在记忆体中,这些记忆将帮助分析事故及作为日后的指导。

当故障清除后,应把该代码也尽可能一起清除。

以下装置可以选警告或停机:

机油油压低(警告/停机);

冷却液温度高/低(警告/停机);

超速(警告/停机);

进气温度高(警告);

进气压力低(警告);

燃油温度高(警告);

大气压力低(功率下降);

2800电喷发动机的自检验功能和指示灯显示与1300基本相同。2800故障代码:

(1)诊断术语说明

MID(Module Identifier)——模拟标志。

CID(Component Identifier)——部件标志。

FMI(Failure Mode Identifier)——失败码标志。

(2)ECM诊断代码快速查询

查询见表2-4。

2-4 ECM诊断代码快速查询

978-7-111-59507-6-Chapter02-55.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-56.jpg

2.3.7 沃尔沃(VOLVO)电控燃油系统及故障诊断

沃尔沃(VOLVO)柴油机电控燃油系统在12L、16L发动机中为电控单体式喷油器(EUI)类型,电气零部件分布如图2-40所示;7L发动机中为电控高压共轨(DCR)类型。故障诊断功能基本相同,下面就以VOLVO电控单体式喷油器(EUI)系统为例。

978-7-111-59507-6-Chapter02-57.jpg

图2-40 电气零部件分布图

1—冷却液液位传感器 2—凸轮轴转速传感器 3—诊断输出口 4—编程接头 5—增压压力/进气温度传感器 6—紧急停机 7—主继电器 8—充电发电机 9—安全熔断器 10—润滑油压/油温传感器 11—控制单元 12—燃油压力报警传感器 13—8针插头 14—23针插头 15—冷却液温度传感器 16—启动电动机 17—启动电动机继电器 18—飞轮转速传感器 19—燃油含水传感器 20—泵喷嘴传感器

1.诊断功能

诊断功能用来检查EDCⅢ系统工作是否正常。诊断系统具有如下功能:

1)探测并定位故障点。

2)告知已探测到的故障。

3)帮助确定故障的原因。

4)保护发动机。当探测到严重故障时保证对发动机的控制能力。

如果诊断功能探测到EDCⅢ系统中有故障,则采用控制柜控制面板上的诊断按钮以指示器的闪烁显示操作者。

故障辨认:如果按下诊断按钮,则闪烁出故障代码。在故障代码表中可以找到这一代码而给出有关该故障的原因、反应及应采取措施的信息。

出现以下情况时,诊断功能以下列方式影响发动机。

2.读取故障代码

按下诊断按钮,则会闪出故障代码。故障代码由两组间隔2s的闪烁次数组成。通过每组的闪烁次数可以读取故障代码。

例如:◎◎短停◎◎◎◎=故障代码2.4。

故障代码被自动存储,可以在出现故障的整个期间被读取。故障代码表包含有关原因、反应和应采取措施的信息。

读取故障代码:

1)按下诊断按钮。

2)松开诊断按钮并注意闪出的故障代码。

3)重复以上操作。如果已存贮了较多的故障代码,就会闪出新的故障代码。重复,直到重新出现第1个故障代码。

3.删除故障代码

每次发动机电源被断开时,诊断功能的故障代码存贮就被清除。

当电源被接通时,诊断功能检查EDCⅢ系统中是否有任何故障。如果存在故障,则确定新的故障代码。

1)对已经矫正或已经消失的故障,则故障代码被自动删除。

2)每当电源被接通时,必须确认和读取已经矫正的故障代码。如果在故障已被矫正并且存贮的故障代码已被删除后,按下故障按钮,则故障代码1.1(“无故障”)将闪烁。

4.故障诊断代码(DTCs)

故障诊断代码、原因、反应及矫正措施见表2-5。

2-5 故障诊断代码原因反应及矫正措施

978-7-111-59507-6-Chapter02-58.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-59.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-60.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-61.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-62.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-63.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-64.jpg

2.3.8 奔驰(MTU)电控燃油系统及故障诊断

MTU(含DDC mtu)2000、4000系列电控燃油系统结构是电控单体式喷油泵(EUP)系统,如图2-41所示。低压燃油系统与普通的燃油油路相同,而高压油路中单体泵为电控单体式喷油泵(EUP),高压油管也很短及管径较小,在柴油机机体的安装位置如图2-42所示。

978-7-111-59507-6-Chapter02-65.jpg

图2-41 MTU电控燃油系统

978-7-111-59507-6-Chapter02-66.jpg

图2-42 EUP安装位置图

1.ECU(ECM)4/G发动机控制装置功能

ECU是MDEC的核心。MDEC控制系统中输入及输出信号如图2-43所示,其控制功能有:

(1)发动机的控制

1)控制启动次序;

2)控制转速(数字电子调速器);

3)通过电磁阀控制喷油系统的喷油开始时间、喷油连续时间、最大喷油量的限定;

4)调节速降;

5)设定额定速度;

6)高压燃油油压调节(4000系列);

7)两种设定额定速度(50Hz/60Hz)的转换。

(2)发动机的保护

1)运行参数超出限值时自动停机;

2)冷却液温度过高时发出预警信号,经设定的时间后,如温度仍过高则发动机停机;若在此期间温度继续增高,发动机立即停机;在发动机启动前,状态不符合要求(如冷却液温度过低、电池电压过高)时将抑制发动机的启动;

3)在紧急情况下可屏蔽限值或消除抑制因素,继续启动或运行发动机(超速现象除外);

4)传感器损坏时自动停机。

(3)报警信号

根据发动机产生的故障性质,产生两种通用警报输出。

1)黄色警报(灯)即预报警:当出现危险状态时,ECU激活此信号发出警告,发动机运行受到一定的限制。

978-7-111-59507-6-Chapter02-67.jpg

图2-43 MDEC控制系统图

2)红色警报(灯):当发动机由于故障即将严重损坏时,ECU激活此信号发出红色(灯)警告,发动机自动停止运行以防发动机受到损坏。

2.故障显示

故障全部储存在ECU中并在对话装置中自动翻滚显示,故障信息可按其发生/删除的时间顺序储存,最大可储存80条信息,亦可记录在统计储存中,最多可记录10000次。同时通过数据线接至外部的故障显示器,故障显示器如图2-44所示。

数据显示方式:

显示器显示四位数位,分别表示故障发生的时间段和故障代码。故障代码第1位数为a、b、c、d,反映故障发生的时段。

1)当前发生的故障;

2)上1h内发生的故障;

3)过去1~5h内发生的故障;

4)过去5~13h内发生的故障。

第2、3、4位数字组成的百位数为故障代码。每个故障代码显示时间3s。

3.常用故障代码

常用故障代码见表2-6。

2.3.9 康明斯(Cummins)电控燃油系统及故障诊断

Cummins柴油机系列多,应用广泛,其各种电控燃油系统都有所采用。但对发电机组用柴油机主要是应用模块化共轨燃油系统(MCRS),该电控燃油系统实际上就是前面所讲的共轨燃油喷射系统(DCR)。

用于发电机组的Cummins电控燃油系统的柴油机有QSL9、QSX15、QSK19、QSK23、QST30、QSK38、QSK50、QSK60等系列。

978-7-111-59507-6-Chapter02-68.jpg

图2-44 故障显示器

2-6 常用故障代码表

978-7-111-59507-6-Chapter02-69.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-70.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-71.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-72.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-73.jpg

1.模块化共轨燃油系统(MCRS)的特点

模块化共轨燃油系统(MCRS)与共轨燃油喷射系统(DCR)相比,前者每个喷油器都包含有一个集成的蓄压装置,这有助于消除各喷油器之间的燃油压力波动和提高燃油系统的稳定性。由于这种喷油器可串行连接,不需要大型的燃油共轨并联,所以该系统称为模块化的共轨系统(MCRS)。

Cummins电控燃油系统的柴油机在结构上包括曲轴、凸轮轴、气缸盖、摇臂总成等与原机型不同。同时高压油管采用双层结构,在内层管失效的情况下外层管能有效地防止燃油泄漏和飞溅。每根高压油管的末端都具有两个螺母接头,其中一个螺母将高压油管连接到喷油器,另一个螺母将外层管密封和紧固。可以从外层管里有无燃油渗漏来判断内层管是否密封失效和内层油管是否完好。

2.诊断故障码

同前述的电控发动机一样,ECM在发动机运行期间对系统进行监测。监测功能采用两个报警系统,一个用于监测电子控制的燃油系统,另一个用于监测发动机保护系统,如果ECM发现某一传感器的信号超出正常范围,仪表板上的黄色或红色报警灯将点亮,并将三位诊断故障码记录在ECU中,故障码的获取有4种方法:

通过诊断故障灯闪烁故障码:

当接通电路时黄色和红色报警灯持续点亮,则无当前故障码。如闪烁则分别的闪烁次数为故障码如图2-45所示,转换至另一故障码则需控制面板上怠速调整开关推至“+”位置;查找历史存储的故障码,则将该开关推至“-”位置。

诊断故障灯闪烁故障码是最简单和常用的查找故障码的方法。

1)用专用手持式诊断器复现故障码并对参数进行调整。

2)用Cummins Compulink检测器检测故障码并对参数进行调整。

3)用Cummins Insite软件的台式或便携式计算机检测故障码并对参数进行调整。

3.故障码信息表

ISX及Signature系列15L发动机的部分故障码见表2-7。其中PID(P)是发动机工况参数的数据列表,是长度变化的指示数据;SID(S)仅以一位字符识别能被检测或隔离的故障中可以修理或更换的子系统;FMI指示检测到的子系统的故障类型,由PID和SID识别。PID(P)或SID(S)与FMI组合形成一个符合SAE J1587技术标准的故障码。

978-7-111-59507-6-Chapter02-74.jpg

图2-45 通报警灯和停机闪烁故障码举例

2-7 SignatureISX型发动机故障码

978-7-111-59507-6-Chapter02-75.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-76.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-77.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-78.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-79.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-80.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-81.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-82.jpg

(续)

978-7-111-59507-6-Chapter02-83.jpg