【正文】 1 1 引言 設(shè)計的目的和意義 隨著汽車保有量的增加，同時也帶來了能源的緊張 ， 環(huán)境的污染等問題。 另外， 與同類產(chǎn)品比較，通過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使該實驗臺更具合理性，無論是在性能指標(biāo)上還是 在耐用程度上都將具 有一定的提高 。 本實驗臺將包括 電路顯示部分和控制電路部分 、外接計算機（主機用數(shù)據(jù)線與發(fā)動機 ECU 相連的計算機） 。既有利學(xué)生的學(xué)習(xí)，又有利于教師的教學(xué)，是一種非常有效的教與學(xué)的結(jié)合產(chǎn)物。 圖 21 燃油供給系統(tǒng)構(gòu)成 框圖 (1)電控系統(tǒng) : 電控系統(tǒng)可分成三大部分：傳感器、發(fā)動機電控單元和執(zhí)行器。電控共軌系統(tǒng)中的噴油器是一種由電磁閥控制的噴油閥，電磁閥的開啟和關(guān)閉由計算機控制。 實時檢測出發(fā)動機的實際運行狀態(tài)，由微型計算機根據(jù)預(yù)先設(shè)計的計算程序進行計算后，定出適合于該運行狀態(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。 發(fā)動機噴射的三個階段：引燃噴射、主噴射、二次噴射 引燃噴射： 引燃噴射可以在曲軸上止點前 90176。缸壓上止點前平穩(wěn)上升，在上止點達到峰值，當(dāng)達到引燃最大的壓力峰值時將產(chǎn)生大的噪聲。 二次噴射： 帶有 NOX觸媒轉(zhuǎn)換器的二次噴射能減少 NOX排放。用壓力限制閥來調(diào)節(jié) ECU設(shè)定的共軌壓力。 在 ECU控制系統(tǒng)中，曲軸位置傳感器用來測定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速 。 在電控高壓共軌系統(tǒng)中，供油壓力與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷無關(guān)，它是獨立控制的。本機的渦輪增壓器工作原理如圖 211： 圖 211 旁通式渦輪增壓器原理 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 11 供油泵 功能：本機采用的是 VP 分配泵。 圖 212 高壓油泵（原理圖 ） 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 12 圖 213 高壓油泵（斷面圖） (1)共軌高壓蓄壓器 : 功能：共軌高壓蓄壓器存儲高壓燃油，同 理 壓力波動的產(chǎn)生取決于高壓油泵的燃油分配和共軌管燃油容積的衰減。高壓和低壓間的轉(zhuǎn)換是通過電樞頂在密封座上來實現(xiàn)的。 PWM 脈寬的勵磁電流和電磁力是對稱的。這樣，由系統(tǒng)壓力引起膜片形狀變化（ 150MPa 時變化量約 1mm ） ,促使電阻值改變，并在用 5V 供電的電阻電橋中產(chǎn)生電壓變化。限制器內(nèi)部有一個柱塞，通過彈簧直接與共軌高壓蓄壓器相連。彈簧與節(jié)流孔徑是規(guī)定好的，那樣即使在最大的噴油量狀態(tài)（加上安全儲備），柱塞也有可能返回到流量限制器軌道底端（頂著止動器的位置），然后保持在這個位置，等候下一個噴油時刻的到來。 結(jié)構(gòu)如圖 218： 圖 218 限壓閥 性能：限壓閥是個機械裝置，包含如下部件：底座螺絲，一端連接到油箱的回油管、一個可移動的柱塞、一個彈簧。 (1)噴油器關(guān)閉（復(fù)位狀態(tài)）。由觸發(fā)的電磁閥施加的吸合天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 17 力大于閥彈簧的拉力時，電樞打開節(jié)流孔。 (3) 噴油器關(guān)閉（噴油結(jié)束）電磁閥不吸合，彈簧力將球閥壓回球雨 硅 座中。發(fā)動機周圍的輔件采用薄鋼管作護欄，安全、美觀。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 21 圖 36 柴油機共軌電路圖 實驗臺故障控制的設(shè)計 故障設(shè)置 與 消除的 設(shè)計 本實驗臺 裝有一臺計算機， 將采用智能故障設(shè)置裝置（圖 37），其由硬件和軟件兩部分組成。 故障設(shè)置功能 ： 本機設(shè)有兩個故障設(shè)置區(qū)： （ 1） 開路設(shè)置區(qū) ： 操作顯示面板下方的電腦端子引出口為開路設(shè)置區(qū)，插頭外緣為傳感器連接線點，插頭內(nèi)緣為電腦連線點，故障設(shè)置時，關(guān)閉點火開關(guān)后，只須拔下電腦相應(yīng)端子引出口插頭，換上專用的開路模擬插頭即可造成開路故障（當(dāng)設(shè)置故障后故障燈在點火開關(guān)接通及發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)下都會點亮）。 （ 2） 旋轉(zhuǎn)點火開關(guān)至起動檔位，起動機運轉(zhuǎn)（最長可延續(xù) 5 秒鐘）發(fā)動機運轉(zhuǎn)后應(yīng)立即松開鑰匙。 （ 6） 加大油門開度 ， 操作顯示面板上的相關(guān)儀表顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速在25004000r/m 左右，此時發(fā)動機進入高速工況。 (4) 操作時應(yīng)注意與旋轉(zhuǎn)件、高溫件保持一定距離以免發(fā)生事故。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 25 結(jié) 論 本文以長城柴油共軌發(fā)動機為說明對象，探討了 高壓共軌柴油機 的組成及工作原理，介紹了 高壓共軌柴油機 實驗臺的 結(jié)構(gòu) 特點和 原理 及 性能參數(shù)等情況。但是，由于我的基礎(chǔ)知識還不夠扎實，再加上對汽車柴油機的理解還不夠，以致于我剛開始動手設(shè)計時有所茫然。在 姜紹忠 老師的耐心指導(dǎo)和啟發(fā)下，最后，我圓滿完成了本文的畢業(yè)設(shè)計，但是由于時間倉促及水平有限，缺點和錯誤在所難免，希望各位老師給予批評指正。所作的主要工作如下： 共軌 柴油 機 的相關(guān)資料，主要是長城（博世）柴油共軌發(fā)動機的各項參數(shù)，以及總體的柴油燃油系統(tǒng)的課題文章 ； CAD 軟件參與了實驗臺面板電路圖的繪制 ； ； 實驗臺 使用說明。 (6) 汽油箱油位報警燈亮?xí)r，須及時加油以免燒壞汽油泵。 （ 7） 把油門踏板從原始狀態(tài)迅速踏下，操作顯示面板上的相關(guān)儀表顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速從 800r/m 瞬間增至 3000r/以上，此時發(fā)動機進入急加速工況。 發(fā)動機運轉(zhuǎn)正常時防盜燈應(yīng)熄滅（否則發(fā)動機可能無法起動或運轉(zhuǎn)不正常），機油報警燈、蓄電池充電指示燈也同時熄滅。 本機不提倡短 路設(shè)置故障，如果采用了短路設(shè)置方式，則對有可能發(fā)生的元器件損壞 。該裝置的硬件部分由電磁繼電器、串轉(zhuǎn)并模塊、電磁繼電器電源（包括變壓器、整流器）、數(shù)據(jù)傳輸線及端口、單片機 5V 供電端口及傳輸線等組成。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 20 圖 35 實驗臺架面板圖 第二部分為動態(tài)顯示區(qū) (圖 35)，具有主要數(shù)據(jù)參數(shù)的數(shù)碼顯示功能，在 實驗臺前面板上設(shè)置 有 6 塊電子指示儀表 方便數(shù)據(jù)讀取 ， 將 傳感器或模擬裝置 的輸入信號接到 該 儀表 的信號輸入端。 針閥 關(guān)閉的速度 取 決于 進油節(jié)流孔 的流量。由于電磁鐵電流的作用，間隙減小是有可能的。彈簧力將電樞下的球閥壓向節(jié)流孔座處，節(jié)流孔關(guān)閉。當(dāng)壓力過高時，柱塞被軌道壓力推動，克服彈簧的彈力，燃油通過柱塞內(nèi)部的通道流到燃油箱。柱塞保持在這 個 位置，向上 頂著流量限制器噴油器側(cè)的止動器，阻止燃油到達噴油器。通道尾部直徑減少，起節(jié)流作用。精確測量共軌中的 壓力是電控共軌系統(tǒng)正 常 工作的必要條件。 (3)共軌壓力傳感器 : 功能 ： 共軌壓力傳感器的作用是以足夠的精度，在相對 較短的時間內(nèi)，測定共軌中的實時壓力，并向 ECU 提供電信號。電樞一直被燃油包圍，燃油除了起到潤滑作用外，還可以幫助 散熱。燃油總是充滿可用的軌道，燃油的壓縮性使燃油從噴油器噴出時共軌高壓蓄壓器的壓力幾乎保持恒定。除了供給 高壓燃油之外，它的作用還在于保證在快速起動過程和共軌中壓力迅速上升所需在的燃油儲備、持續(xù)產(chǎn)生高壓燃油共軌所需的系統(tǒng)壓力。 圖 29為 高壓共軌系統(tǒng)的傳感器和燃油系統(tǒng)部件連接關(guān)系 。加速踏板位置傳感器是一種電位計，它通過電信號告 知ECU駕駛員對轉(zhuǎn)矩的要求。而另一路在噴油期間針閥導(dǎo)向部分和控制套 筒 與柱塞縫隙處泄漏的多余燃油 一 起流回油箱。通過二次噴射把通過精確測量的燃油噴到廢氣中。在接近 TDC 時壓力達到更高的值，并且燃燒壓力的增加也是迅速的，縮短點火延遲期，引燃噴射間接增加了發(fā)動機扭矩。則燃油會聚集在活塞表面和缸壁上，能夠使機油稀 釋。 計算機具有自我診斷功能，對系統(tǒng)的主要零部件進行技術(shù)診斷，如果某個零件產(chǎn)生了故障，診斷系統(tǒng)會向駕駛員發(fā)出警報，并根 據(jù)故障情況自動作出處理，或使發(fā)動機停止運行， 即所謂故障 應(yīng)急功能，或切換控制方法，使車輛繼續(xù)行駛到安全的地方。共軌壓力就是噴油壓力。根據(jù)各個傳感器的信息，發(fā)動機電控單元計算出噴油時間和最合適的噴油量，并且計算出在什么時刻，在多長時間范圍內(nèi)向噴油器發(fā)出開啟電磁閥或關(guān)閉電磁閥的指令等，從而精確控制發(fā)動機的工作過程。明確要設(shè)計的實驗臺的適用范圍，要達到的預(yù)期目的，整理所需要的可能會用到的儀表，儀器等附件。 所以本實驗臺操作更簡單 ， 所實現(xiàn)的內(nèi)容更全面。因此 ，它必將成為實踐教學(xué)中不可缺少的實驗實訓(xùn)設(shè)備，廣泛的應(yīng)用于我們的教學(xué) 當(dāng)中。而當(dāng)今電控柴油汽車技術(shù)的發(fā)展日新月異，特別是電控柴油高壓共軌技術(shù)將是電控柴油技術(shù)的重要發(fā)展方向。為了解決該問題，使 學(xué)生對新興的電控柴油共軌發(fā)動機系統(tǒng) 更直觀的 理解和掌握 ，本文將特別 針對開發(fā)設(shè)計一臺適合實訓(xùn)實驗教學(xué) 使 用的高壓柴油共軌 發(fā)動機實驗臺的原理與設(shè)計 方案 進行一些探討 。 在學(xué)校層面基于各方面因素，目前發(fā)動機試驗臺大多數(shù)為汽油機實驗臺，只有極少數(shù)為柴 油機實驗臺，而高壓共軌柴油機試驗臺則更少，因此研究設(shè)計適合于教學(xué)以及實訓(xùn)需要的柴油高壓共軌教學(xué)實驗臺就有著 極其重要的 現(xiàn)實意義。同時，該實驗臺 具有主要數(shù)據(jù)參數(shù)的數(shù)碼顯示功能，以便使用者能夠隨時了解一些主要傳感器、執(zhí)行器在各種工況下的工作狀態(tài)和具體參數(shù)。在此根據(jù) 實 驗臺設(shè)計及測試過程的要求，簡要闡述其工作原理和結(jié)構(gòu)，進而設(shè)計 實 驗臺的面板電路和控制電路并制定 發(fā)動機 實驗臺 臺架 的 制作方法 。由圖可見，燃油供給系統(tǒng)的主要構(gòu)成是供油泵、共軌和噴油器 等。 （ 3） 自由調(diào)節(jié)噴油形狀：根據(jù)發(fā)動機用途的需要，設(shè)置并控制 噴油形狀 ：預(yù)噴射、后噴射、多段噴射等。由共軌壓力傳感器測出燃油壓力，并與設(shè)定 的 目標(biāo)噴油壓力進行比較后進行反饋控制。 （ 3）燃燒壓力的上升值和燃燒壓力的峰值都降低（燃燒平順）。)TD C針閥升程h汽缸壓力pphHE主噴射針閥升程 圖 25 不帶引燃噴射的曲線圖 曲軸轉(zhuǎn)角（176。若裝個合適的 NOx觸媒轉(zhuǎn)換器，將降低廢氣中 NOx的含量 電控 高壓共軌柴油機 的 工作原理 系統(tǒng)原理 對照圖 27和圖 28，燃油從油箱被電動輸油泵吸出后，經(jīng)油水分離器和濾清器濾清后，被送入 VP分配式高壓油泵，這時燃油壓力為 。高壓油泵把高壓燃油輸入到蓄壓器中，通過對蓄壓器內(nèi)油壓調(diào)整實現(xiàn)精確控制，使最終高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。在渦輪增壓并帶有增壓壓力調(diào)節(jié)裝置的發(fā)動機 中 ，增壓壓力傳感器用于檢測增壓壓力， ECU根據(jù)增壓壓力大小，按空燃比控制噴油量。將發(fā)動機排出的廢氣引入渦輪機，利用廢氣所包含的能量推動渦輪機葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與其同軸安裝的壓氣機葉輪工作，新鮮空氣在壓氣天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 機內(nèi)增壓后進入 氣缸，工作原理如圖 210 增壓后的車用發(fā)動機功率可以和比它排量大 40%的發(fā)動機功率相媲美。夾角的柱塞組成。（如圖 214） (2)壓力控制閥 : 功能：壓力控制閥保持共軌管中的壓力正確和恒定。彈簧預(yù)先設(shè)計最大壓力約為10000kpa。高壓燃油經(jīng)壓力室的小孔流向膜片，膜片上裝有半導(dǎo)體型敏感元件，可將壓力轉(zhuǎn)換為電信號。 圖 216 共軌壓力傳感器 (4)流量限制器 : 功能：噴油器總在打開的位置，為了阻止燃油連續(xù)不斷地噴入，流量限制器將關(guān)閉油路。流量限制器通過柱塞改 變?nèi)加偷捏w積，以補償噴油器從導(dǎo)軌內(nèi)噴出的燃油體積，而不是通過節(jié)流孔（因為通過 這 種方式是遠遠不夠的）。柱塞保持在這個位置，向上頂著流量限制器噴油側(cè)的止動器，直到發(fā)動機熄火、切斷油器的燃油輸入為止。 工作方式：噴器的工作可分為 4 步（發(fā)動機運轉(zhuǎn)而且高壓油泵供油）：噴油器關(guān)閉（產(chǎn)生高壓）、噴油器打開（開始噴油）、噴油器全部打開、噴油器關(guān)閉（結(jié)束噴油）。 (2)噴油器打開（開始噴油）。由此導(dǎo)致閥控制室內(nèi)的壓力低于噴油器在柱塞上的外力 ，因此針閥 打開，燃油噴出。實驗臺架上部（圖 32）放 置面板圖、顯示器、電子儀表； 中部 （圖 33）控制臺 放置發(fā)動機 控制單元 ECU、點火開關(guān)、儀表盤 總成 、 防盜控制單元、診斷座 及 保險座 裝置； 下 部 （圖 34） 放置 型柴油發(fā)動機的總成和冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、燃油箱。 柴油機共軌控制電路圖的設(shè)計 在發(fā)動機 實 驗臺 設(shè)計前系統(tǒng)了解發(fā)動機自診斷系統(tǒng)的組成與功能、監(jiān)測控制系統(tǒng)、控制程序、數(shù)學(xué)計算和邏輯判斷，以及系統(tǒng)故障判斷的發(fā)生條件。同時 本實訓(xùn)臺在操作顯示面板上安置的診斷口可連接 解碼器 ,用來 清、 讀 故障碼 、讀取 動態(tài)數(shù)據(jù)流 、基本設(shè)定和終端執(zhí)行器操作 ，設(shè)置故障或發(fā)生故障經(jīng)排除后，關(guān)閉點火開關(guān)，使用 計算機或解碼器 進行消碼。 （ 2） 電阻模擬 ： 關(guān)閉點火開關(guān)后，取專用連接線一根，一頭插入電阻模擬旋鈕下的模擬插孔中，另一頭插入需輸入電阻值的端子引出口插孔中，此時調(diào)節(jié)旋鈕即可改變電阻輸入值。真空壓力顯示 左右 ， 燃油壓力顯示 130Mpa 左右，若顯示溫度超過 90℃ 時散熱器風(fēng)扇開始運轉(zhuǎn)進行強制冷卻，蓄電池電壓表應(yīng)顯示 以上。 (2) 每運轉(zhuǎn) 125 小時應(yīng)更換發(fā)動機潤滑油、機油濾清器一次，并清潔空氣濾清器一次。 (9) 發(fā)動機不工作時點火開關(guān)接通不得超過十分鐘。在 姜紹忠 老師的指導(dǎo)下，我學(xué)會了面對自己不熟悉的知識內(nèi)容時不慌張，要仔細去研究，理清它的思路，掌握它的脈絡(luò)，并學(xué)習(xí)相關(guān)的知識