博士柴油共轨实验台设计研究毕业说明书

TianjinUniversityofTechnologyandEducation毕业设计专业：汽车维修工程教育班级学号：汽修0403–06学生姓名：方作棋指导教师：尤明福教授二〇〇九年六月天津工程师范学院本科生毕业设计博士柴油共轨实验台设计研究TheresearchofdesignofexperimentrigforcommonrailaccumulatordieselofBOSCH专业班级：汽修0403学生姓名：方作棋指导教师：尤明福教授系别：汽车与交通学院2009年6月摘要随着柴油共轨技术的不断成熟，电控柴油共轨技术在汽车上的应用逐渐开始普及。对于汽车维修专业的学生来说，对电控柴油共轨技术的深入了解将是非常重要的。在实践教学中，由于在实车上难于设置故障及演示故障现象,会使学生对电控柴油共轨技术原理的理解与学习遇到了一定的困难。开发设计一台适合实训实验教学用的实验台非常必要。本论文首先对柴油机共轨电路图研究，然后对实验台进行设计研究，再对实验台的面板图进行设计，面板图分为博世柴油共轨控制系统电路图，动态显示器，电脑液晶显示器及采用智能故障设置装置。并对实验台故障现象故障原因进行分析总结，主要是传感器故障、执行器故障、继电器故障和综合故障的检测分析。关键词：共轨电路图；实验台设计；共轨技术；故障检测ABSTRACTNowadays,thecommonrailaccumulatortypeelectronicallycontrolleddieselinjectionsystemhasbeengraduallywidelyappliedonautomobilesowningtoitsstepwiseperfection.Asaresult,itisextremelyimportantforstudentswhomajorinautomobilemaintenancetopossessanin-depthgripofthistechnique.However,thedifficultiesinestablishinganddemonstratingauto-faultsonrealsamplesinthepracticalteachingprocesshavebecomebarriersinthewayofstudents’learningandcomprehendingtheworkingprinciplesofthistechnique.Therefore,itisnecessarytodevelopanexperimentrigofcommonrailaccumulatordiesel-injectionengineaccordingtotheteachingandpracticingneeds.Thisdissertationwasfirstlyfocusedonthecircuitdiagramofacommon-raildieselengineandthedesignofthetest-bed.Then,itdescribedthedesignofthepanel’sblueprintwhichwasdividedintofourpartsincludingacircuitdiagramofthecontrolsystemofBoschdieselengine,adynamicdisplay,aLCDcomputerscreenandanintellectualfaultsettingdevice.Besides,ithadalsomadeananalysisandaconclusionofthefaults’symptomsandreasons,whichcontainsthedetectionandanalysisofsensorfaults,actuatorfaults,relayfaultsandthecomprehensiveones.KeyWords：common-railcircuit；testtabledesign；commonrailtechnology；faultdetection目录1绪论………………………………………………………………………………….12电控柴油机喷射系统…………………………………………………………………...22.1柴油机对燃油系统的基本要求………………………………………………...22.2电控柴油机的基本控制理论…………………………………………………..32.3柴油机电子控制燃油系统的三代变革…………………………………………82.3.1第一代：凸轮压油+位置控制………………………………………….82.3.2第二代：凸轮压油+电磁阀时间控制…………………………………..92.3.3第三代：燃油蓄压+电磁阀时间控制…………………………………..102.4Bosch共轨式柴油喷射系统…………………………………………………..113博世柴油共轨发动机实验台设计方案……………………………………………...153.1长城汽车GW2.8TC型发动机…………………………………………………153.2柴油机共轨电路图的设计研究………………………………………………153.3实验台的设计研究……………………………………………………………163.3.1实验台架总体的设计研究……………………………………….........163.3.2实验台架面板图的设计研究………………………………………….183.3.3实验台故障控制的设计研究………………………………………….182.3.4实验台使用的检测仪器介绍………………………………………….204传感器故障检测与分析………………………………………………………………215执行器故障检测与分析……………………………………………………………...416继电器故障检测与分析……………………………………………………………...537ECU故障设置…………………………………………………………………………63结论………………………………………………………………………………...67参考文献………………………………………………………………………………...68致谢………………………………………………………………………………...69附录：英文翻译………………………………………………………………………..70天津工程师范学院2009届本科生毕业设计11绪论目前国外轿车采用柴油发动机日益普遍，奔驰、奥迪、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机，因为现代先进的柴油机采用电控喷射、共轨、涡轮增压、中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，并达到了汽油机的水平，而且具有低油耗、经济性好的优点，相比汽油机更环保。由于柴油机电控共轨技术发展于90年代后期，引入我国还属于新型技术，并且在各个汽车教育领域还没有普遍开展，现介于柴油共轨系统技术先进，结构复杂与汽油电控发动机有一定的差别，研究博世柴油共轨发动机的各种传感器和执行器的信号，设计并制作出一台博世柴油共轨试验台。制作柴油共轨实验台的目的是为了拉近了实际汽车维修与教学之间的距离，提高教学水平。开发和制作柴油共轨试验台是对于各个教育领域是非常必要的，并且有很高的发展前景。本实验系统是一台多功能的电控发动机综合实验台，是一种以实物装置与检测、模拟装置相结合的新型教学实验实训设备。发动机部分电控系统电路图在实验台面板上清楚的显示出来，实验台面板上设置相关检测点及执行器工作显示装置，实验台涵概了柴油共轨发动机各方的知识点，又自带教学软件使教师容易操作讲解，学生容易学习，它能够满足柴油共轨发动机教学任务所涉及的实习及实验。实验台上可实现的功用是通过设置的检测端子可反复无损伤的对发动机电控系统的各种参数进行系统的分析与研究，使学生理解各种工况下发动机ECU的控制原理，以及传感器、执行器的动态参数值的变化情况，如反馈电压和传感器波形变化，及各电控元件的动态数据流等等。实验台的故障设置部分采用了二十多个可控制的故障点，可以迅速使发动机切换进入不同故障状态，学生可以观察各种故障对发动机工况的影响，确定故障现象，并可以利用电脑检测仪，万用表等仪器在实验台上进行检测和故障诊断与排除。故障设置点使教师可以在实验台上对学生进行“电控发动机故障诊断与排除”的考核。既有利学生的学习，又有利于教师的教学，是一种非常有效的教与学的结合产物。天津工程师范学院2009届本科生毕业设计22电控柴油机喷射系统2.1柴油机对燃油系统的基本要求2.1.1自由控制喷油压力研究表明：喷油压力是柴油机系统的最重要的参数[1]。特别是在排放法规越来越苛刻的时代要求下，一方面要努力提高喷油压力，另一方面更需要能够自由地控制喷油压力。在凸轮驱动的机械式燃油系统中，喷油压力是由凸轮形状等一系列参数决定的，人们不可能按照自己的愿望改变喷油压力，只有在电子控制的共轨式燃油喷射系统中才能做到自由控制喷油压力。2.1.2自由控制喷油时间在传统的泵—管—嘴系统中，由于采用了一定长度的高压油管，在喷油泵端对燃油加压的压力波传递到喷油嘴的过程是一个非常复杂的过程，人们是没有办法加以有效控制的。一般都是凭经验，通过参数组合，最后由试验决定喷油时间。在传统的机械式燃油系统中，一般是采用提前器控制喷油时间，但是，这是相当粗糙的。在第二代和第三代电控燃油系统中，采用高速电磁阀之后，才真正实现了自由控制喷油时间。2.1.3自由控制喷油率喷油率形状决定着柴油机的燃烧过程的质量，决定着柴油机的经济性、工作柔和性和排放指标等。在传统的机械式燃油系统中，喷油率图形几乎是无法控制的，在时间控制式电控燃油系统中可以比较方便地控制喷油率。在共轨系统中，可以方便地实现预喷射、主喷射、多段喷射——包括3段喷射、5段喷射或更加复杂的喷油率模型。2.1.4精确控制每循环喷油量根据发动机的实际运行工况和当时的外界环境条件精确控制每循环喷油量。在传统的机械式燃油系统中，由机械式调速器控制喷油量，但是，这种系统的控制精度不能满足当代柴油机的要求。柴油机中每循环的喷油量不仅取决于外界负荷以及工作条件有关。例如：环境温度、湿度等。天津工程师范学院2009届本科生毕业设计3图2-1特性曲线2.2电控柴油机的基本控制理论2.2.1喷油压力控制提高喷油压力一直是柴油机燃油系统追求的基本目标之一[2]。最近的实验表明：喷油压力与发动机的PM、NOx排放量关系很大。提高喷油压力是改善柴油机排放的有效措施之一。1柴油机在低速和中速工况下，为了使燃油雾化良好，所以减少喷油孔直径。这样，在动力输出工况下，喷油延迟期显然过长，因此，为了动力输出，必须要有高的喷油压力，缩短喷油延迟期。2试验观察结果表明：喷油压力越高，在喷雾束中局部区域的油汽当量比变低。由于高压喷射，在能量高的局部区域内，空气能比较活跃地引入雾束内部。因此，局部过浓的混合气比例降低，所以排气中黑烟明显降低。电控共轨系统中是采用特种传感器来控制喷油压力的。共轨系统的特点是对共轨压力进行闭环控制。共轨系统的所有传感器和执行图2-2喷油压力和平均喷雾粒径的关系天津工程师范学院2009届本科生毕业设计4器，除了共轨压力传感器外都可以从现有的柴油喷射系统中得到。燃油压力由共轨压力传感器测量。第一代电控共轨系统产品中，由调压阀按柴油机工况将压力调到正确的静态或动态设定值。在共轨压力控制功能中有三项任务：共轨压力设定；共轨压力控制和共轨压力监控。柴油机转速、喷油量、大气压力、进气温度和冷却液温度都对共轨压力设定值有影响。共轨压力设定值是共轨压力控制中最基本的输入参数。共轨压力监控单元将目前共轨压力与共轨压力设定值进行比较。发动机转速、发动机起动、冷却液温度以及共轨压力值等作为控制的相关参数，也都要直接传送到共轨压力监控单元中。作为喷油嘴端的输入参数首先是共轨压力，此外，还有燃烧室几何形状、涡流、标定转速等。通过各种参数——预喷射和主喷射始点、预喷射和主喷射喷油量、相对于主喷射