【正文】 ............ 28 天津工程師范學院 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 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。利用該設(shè)備能夠方便地學習柴油共軌發(fā)動機電控系統(tǒng)的組成、各元件的結(jié)構(gòu)、原理、和安裝位置，使學生更容易的掌握電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過程，縮短實際汽車維修與教學的距離，將是一臺提高實驗實訓教 學水平的良好 工具 。從功能方面分析，電控共軌系統(tǒng)可以分成兩大部分：電控系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)。 在電控共軌系統(tǒng)中，由各種傳感器 ，如 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、油門開度傳感器、溫天津工程師范學院 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 5 度傳感器等 。圖 25是不帶引燃噴射的曲線圖。在 蓄壓器上有一個壓力傳感器和一個通過切斷油路來控制油量的壓力限 制 閥。 ECU還根據(jù)其他傳感器和數(shù)據(jù)傳輸線 (CAN)輸人的數(shù)值，進行各項綜合控制。當柱塞向下運動時，為吸油行程，吸油閥將會開啟，允許低壓燃油進入泵腔，而當柱塞到達下止點時，進油閥將會關(guān)閉，泵腔內(nèi)的燃油在向上運動的柱塞作用下被加壓后輸送到蓄壓器中，高壓燃油被存儲在蓄壓器油軌中等待噴射。油泵油量的變化或過量高壓油的排除通過控制閥門來實現(xiàn)。每個底座上都帶有一個通道，目的與軌道進行液壓連 接 ，與噴油器進行油路連接。限壓閥允許短時間內(nèi)軌道上的最大壓力為 150Mpa。電磁閥由伺服電流激活，伺服電流能夠確保電磁閥迅速開啟， (見圖 219b)。 為了方便 實 驗臺移動，在 實 驗臺的四角分別制作有四個腳輪，并且為安全起見，前 腳輪 上都設(shè)置了鎖止裝置防止 實 驗臺自由滑動。測量電壓操作：發(fā)動機運轉(zhuǎn)時無須拔下端子引出口的插頭，直接用高阻抗萬用表接觸引出口的裸露部分即可測量各部位間的電壓；測量 電阻操作：關(guān)閉點火開關(guān)后，無須拔下端子引出口的插頭，直接用高阻抗萬用表接觸引出口的裸露部分即可測量傳感器、執(zhí)行器等各部位的電阻。真空壓力顯示略有增加、燃油壓力顯示 130Mpa 以上 ， 蓄電池電壓表應(yīng)顯示 以上。 (11) 移動臺架應(yīng)盡量推動機架主體（盡可能不要推動不銹鋼防護欄） 。在此，我表示忠心的感謝。 (7) 本機熄火前應(yīng)讓發(fā)動機進入怠速狀態(tài) 5 秒鐘后方可熄火。 （ 3） 此時發(fā)動機若在冷機下運轉(zhuǎn)則進入快怠速運轉(zhuǎn)工況，操作顯示面板上的相關(guān)儀表顯示；發(fā)動 機轉(zhuǎn)速在 1000r/m 以上、真空壓力顯示 、燃油壓力顯示130Mpa 左右 ,蓄電池電壓表應(yīng)顯示 以上，發(fā)動機開始熱機 。 圖 37 智能故障設(shè)置 此計算機與發(fā)動機的 ECU 通過數(shù)據(jù)線相連，可以進行數(shù)據(jù)交換，所以可以不用外接解碼器進行讀碼、消碼、動態(tài)數(shù)據(jù)流讀取、基本設(shè)定、終端執(zhí)行器操作。 a) 噴油器關(guān)閉（不噴油 ） b)噴油器開啟（噴油） 1— 回油管 2— 電氣接頭 3— 觸發(fā)元件（電磁閥） 4— 來自共軌的燃油進口（高） 5— 球閥 6— 泄油孔 7— 供油孔 8— 閥的控制腔 9— 閥的控制柱塞 10— 通向噴油嘴的供油通道 11— 噴油嘴針閥 圖 219 噴油器構(gòu)造及工作過程 天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 18 3 博世柴油共軌發(fā)動機實驗臺設(shè)計方案 長城汽車 型柴油發(fā)動機是長城公司與德國博世公司聯(lián)合設(shè)計、開發(fā)用于微型客車、轎車的柴油機，該發(fā)動機技術(shù)采用博世電控共軌系統(tǒng)和渦輪增壓器、全負荷最低油耗小于 209g/()，凈重只有 100kg，升功率為 46W/L。軌道中的高壓作用在閥控制室中，而且相同的壓力也作用在噴油器腔內(nèi)。 3)輕微泄露時，由于存在泄露量，流量限制器柱塞不能回到靜止位置。為此，壓力傳感器在測量壓力時允許偏差很小。 天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 13 1．油軌 7．連噴油器 圖 214 共軌高壓蓄壓器 圖 215 壓力控制閥 工作方式：壓力控制閥由兩個控制環(huán)組成：一個響應(yīng)緩慢的電控制共軌管壓力的變化，一個響應(yīng)快速的機械環(huán)補償高頻壓力波動。 結(jié)構(gòu) （ 如圖 212） 性能：本機的供油泵通過聯(lián)軸器、由凸輪軸上的油泵驅(qū)動齒輪帶動旋轉(zhuǎn)，油泵的轉(zhuǎn)速是發(fā)動機轉(zhuǎn)速的一半。 空氣質(zhì)量流量傳感器用于檢測空氣質(zhì)量流量。引燃在主噴射過 程中，廢氣中殘余的熱量導致未燃燒的燃油蒸發(fā)，在廢氣排放行程將廢氣 混合物和燃油一起通過排氣閥排入廢氣系統(tǒng)。在 引燃噴射的作用下，少量的柴油（ 1～ 4mm3） 被噴射 到汽缸中，來預處理一下燃燒室，燃燒效率因此被改進，并且有以下作用： （ 1）壓縮壓力輕微增加。此外，還可以根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、噴油量的大小與設(shè)定了的最佳值（指令值）始終一致地進行反饋控制。 1)確定實驗臺的整 體結(jié)構(gòu)：面板電路、控制電路、故障點和臺架； 2)實驗臺架的設(shè)計 ： 設(shè)計實驗臺架的整體結(jié)構(gòu)圖 ； 3)發(fā)動機實驗臺面板的設(shè)計 ； 4)控制面板電路圖的設(shè)計 ； 5)實驗臺的故障控制設(shè)計； 6)編寫設(shè)計說明書。希望該設(shè)計方案的研究結(jié)果會為 實驗臺的制作能夠起到一定的作用 。因此，使學生理解與學習過程中遇到 一定的困難。通過測量實驗臺上設(shè)置的檢測端子可方便的對發(fā)動機電控系統(tǒng)的各種傳感器、執(zhí)行器的參數(shù)進行系統(tǒng)的分析與研究，使學生能夠理解各種工況下發(fā)動機 ECU 的控制原理，以及傳感器、執(zhí)行器的動態(tài)參數(shù) 的變化情況，如反饋電壓 和傳感器波形變化，及各電控元件的動態(tài) 數(shù)據(jù)流等。電子控制系統(tǒng)的框圖 ， 如圖 22 所示 圖 22 高壓共軌系統(tǒng)的電子控制框圖 天津工程師范學院 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 4 (2)燃料供給系統(tǒng) : 燃料供給系統(tǒng)的主要組成部分如圖 23 所示。在高壓電控共軌系統(tǒng)中，供油壓力與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷無關(guān)，是可以獨立控制的。 曲軸轉(zhuǎn)角（176。在共軌系統(tǒng)中，噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程是完全彼此分開的。渦輪增壓器由渦輪機和壓氣機構(gòu)成。 結(jié)構(gòu)：為了適應(yīng)各種各樣的安裝條件，軌道上有流量限制器、共軌壓力傳感器 。 (如圖 216) 燃油經(jīng)一個小孔流向共軌壓力傳感器，傳感器的膜片將孔的末端封住。噴射燃油時，噴油器端部的噴射壓力下降，使柱塞在噴油器內(nèi)移動的方向改變。 噴油器 本機的噴油器主要由控制柱塞、噴油嘴針閥和電磁閥 等組成。節(jié)流孔防 止完全的壓力平衡，閥控制室中的壓力因此下降。 第三部分為電腦液晶顯示區(qū) (圖 35)， 顯示 燃油供給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖和實驗臺的控制面板上顯示故障，傳感器的波形圖以及數(shù)據(jù)，以方便學生先看原理示意圖有一個宏觀認識再結(jié)合實物了解其原理，這樣會 取得更好的學習效果，同時也方便于教師教學以獲得更好的教學效果。電壓模擬主要用來模擬節(jié)氣門傳感器電壓信號、氧傳感器電壓信號等，通過模擬可用來判斷傳感器的好壞，也可通過解碼儀數(shù)據(jù)流的顯示觀察噴油脈寬和點火正時的改變。 使用 注意事項 (1) 發(fā)動機運轉(zhuǎn)前應(yīng)察看潤滑油、冷卻液、蓄電池的液面高度是否滿足要求，若不足時應(yīng)進行補充后再運轉(zhuǎn)發(fā)動機。讓我真正體會到理論聯(lián)系實際，學以致用的正確性，通過查閱大量的文獻資料及研究大量汽車的相關(guān)書籍，詳細的汽車柴油機技術(shù)知識，使我對當前的許多新技術(shù)有了一定的了解。 在設(shè)計過程中，使我學會對待實際問題的方法及嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，提高了綜合運用所學的知識的能力，也是我的另外一大收獲。 (3) 運轉(zhuǎn)中應(yīng)隨時檢查機油油壓、水溫、充電狀態(tài)以及是否有 油、水、電氣的天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 24 泄露和機體異響，出現(xiàn)故障應(yīng)立即停機檢修。電阻模擬主要用來模擬水溫信號、進氣溫度傳感器信號等的電阻值變化 。 以便 有目的地創(chuàng)造滿足 ECU 判斷故障生成條件的運行環(huán)境。 噴油器針閥打開的速度取決于節(jié)流孔和反饋孔的流量。作用在噴油器元件上的分配力產(chǎn)生操作結(jié)果。在噴油末期，柱塞偏離低座而占據(jù)中間位置，沒有將出口完全關(guān)閉。通過連接導線將產(chǎn)生的信號傳送到一個向 ECU 提供測量信號的求值電路。如果共軌壓力過高，壓力控制閥打開，部分燃油通過回油管回到燃油箱；如果共軌壓力過低，壓力控 制閥關(guān)閉，由低壓力升為高壓。 圖 210 渦輪增壓工作原理 在本機中采用的是旁通式渦輪增壓器，增壓器按低速大轉(zhuǎn)矩工況匹配，在高轉(zhuǎn)速工況時，得用放氣閥在渦輪前放走一部分廢氣。高壓共軌供油方式可以大大減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。)TDC針閥升程h汽缸壓力pphHEh 主噴射 針閥升程HEh 引燃 噴射針閥升程VE 圖 26 帶引燃噴射的曲線圖 天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 7 主噴射： 發(fā)動機輸出功率來源于主噴射環(huán)節(jié)，這就意味著主噴射從根本上主導發(fā)動機扭矩。 共軌噴射特性 與傳統(tǒng)噴射特性相比，理想的噴射特性如下： （ 1）互相獨立，噴油的數(shù)量和壓力應(yīng)該由各個發(fā)動機工況決定（為產(chǎn)生理想的A/F 混合氣提供更多的自由）。 燃油供給系統(tǒng)的 基本工作原理是：供油泵將燃油加壓成高壓，供入共軌內(nèi)；共軌實際上是 一種燃油分配管。實驗臺的故障設(shè)置部分采用了程序控制的隱蔽式故障點，可以迅速使發(fā)動機切換進入不同故障狀態(tài)，學生可以觀察 各種故障對發(fā)動機工況的影響，確定故障現(xiàn)象，并可以利用電腦檢測儀、 萬用表等儀器在實驗臺上進行檢測和故障診斷與排除。 同時 ，介紹 高壓柴油共軌 發(fā)動機 的基本原理 。 總之，該實驗設(shè)備將會以其較強的實踐應(yīng)用價值，在實訓實驗教學中發(fā)揮出它的作用，服務(wù)于教學，協(xié)助教師獲得良好的教學效果，同時 使學生獲得良好的學習效果。 設(shè)計的主要工作 在 系統(tǒng)的了解 長城汽車 型柴油發(fā)動機 (全負荷最低油耗小于209g/()，凈重只有 100kg，升功率為 46W/L)的工作原理 ， 電子控制系統(tǒng)的前提下。 圖 23 燃油供給系統(tǒng)的組成 電控 高壓 共軌系統(tǒng)的特點 （ 1） 自由調(diào)節(jié)噴油壓力（共軌壓力）：利用共軌壓力傳感器測量共軌內(nèi)的燃油 壓力，從而調(diào)整供油 泵的供油量、控制共軌壓力。如果噴射開始于上止點前不到 40176。二次噴射緊接著主噴射，并且發(fā)生在膨脹階段或排放階段上止點后 200176。凸輪軸位置傳感器用來確定發(fā)動機的發(fā)火順序 。供油泵是低壓和高壓部分之間的接口，它 的作用是在車輛所有工作范圍和整個使用壽命期間準備足夠的、已被壓縮了的燃油。有兩個 力 作用于電樞，一個是彈簧的彈力，另一個是通過電磁鐵作用的 附加力。電壓在 0～ 70mV 之間變化（具體數(shù)值由壓力而定），經(jīng)求值電路放大到 ～ 。 2)嚴重泄露時，由于大量燃油離開燃油導軌，流量限制器柱塞被迫離開靜止位置并且向上頂著出口上的密封底座。在復位狀態(tài)下，電磁閥不吸合，因此噴油器關(guān)閉，(見圖 219a)。節(jié)流孔關(guān)閉，燃油通過反饋孔，閥控制室內(nèi) 充滿燃油，壓力與針閥彈簧 力 一起將針閥關(guān)閉，噴油器不噴油。軟件是由 VB 語言編制的驅(qū)動程序，該程序裝在本 實 驗臺裝備的電腦主機中。（蓄電池電壓值低于 11V 需充電或檢查蓄電池） 。 (5) 操作時應(yīng)遵循電控系統(tǒng)要求，嚴禁運行 中拔接插頭，測量時務(wù)必使用高阻抗電表。本次設(shè)計仍然存在著一些方面的缺點與不足，這些方面是我以后努力改正的地方。并加入了實驗 使用功能介紹 ，方便使用者進行實訓實踐操作，此 實 驗設(shè)備為師生的 實 驗交流提供了一個平臺，使學習者更深刻的理解電控柴油共軌系統(tǒng)的組成，全面掌握其外型結(jié)構(gòu)、工作原理等知識。燃油壓力顯示 130Mpa 以上、真空壓力顯示真空壓力顯示 ，蓄電池電壓表應(yīng)顯示 以上。 （ 2） 斷路設(shè)置區(qū) ： 操作顯示面板下的電腦柜中；設(shè)有圓形板式按鈕十 個，機油高壓顯示、機油低壓顯示、防盜燈、起動機、燃油泵、燃油油位顯示、風扇、水溫顯示、水位顯示、蓄電池 充電指示、時間顯示表等線路的斷路設(shè)置故障點，以方便教學設(shè)置故障 。 圖 31 實驗臺架總成 天津工程師范學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 19 圖 32 實驗臺架上部 圖 33 實驗臺架中部 圖 34 實驗臺架下部 實驗臺的設(shè)計 實驗臺架面板圖的設(shè)計 第一部分銘刻著博世柴油共軌發(fā)動機的 電控原理圖 (圖 35)，以顯示出發(fā)動機電腦與傳感器、執(zhí)行器之間的輸入輸出關(guān)系，并且在電路圖的元器件相應(yīng)節(jié)點均安裝檢測插孔，以便于 對照電路原理圖可以對電控系統(tǒng) 相應(yīng)元器件的故障點、檢測點進行靜態(tài)或動態(tài)信號的檢測，通過 檢測電控系統(tǒng)各信號參數(shù) ，從而進行故障判斷或標準參數(shù)測量。幾乎與此同時，執(zhí)行電流減到最小并保持不變，滿足電磁鐵的需要。 限壓閥連接到軌道上以后，底座上有一個通道，一個圓錐形的柱塞與底座的表面接觸，形成密封面，在正常的工作壓力（大于 135Mpa）下，彈簧推動柱塞與底座接合，軌道保持壓力。柱塞 后 底座密封，通道貫穿進出口。 1kh 脈沖頻率提供足夠的電磁力，防止不必要的電磁鐵移動或共軌管壓力的波動。共軌高壓蓄 壓器對所有缸而言都是公用的，因此叫共軌，當大量的燃油排出時，幾乎能維持內(nèi)部的壓力不變，這可確保噴油剩余的壓力在噴油器打開時仍然恒定。在油軌中的壓力傳感器檢測燃油壓力，并與 ECU設(shè)定的目標噴射壓力進