第六章-掌握柴油機的進排氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及檢修方法

第六章掌握柴油機的進排氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及檢修方法．學(xué)習(xí)目標1.掌握柴油機的空氣預(yù)熱系統(tǒng)2.掌握柴油發(fā)動機的進氣控制系統(tǒng)3.掌握柴油機的增壓控制系統(tǒng)4.掌握柴油機廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)5.掌握柴油機尾氣凈化處理系統(tǒng)行車記錄儀/wenku1任務(wù)一

掌握柴油機的空氣預(yù)熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及檢修方法一、分類1.按預(yù)熱方式的不同分類（1）進氣預(yù)熱系統(tǒng)

進氣預(yù)熱系統(tǒng)用預(yù)熱塞（或預(yù)熱器）直接加熱來自空氣濾清器的空氣，如圖6-1所示。圖6-1進氣預(yù)熱系統(tǒng)1-進氣管；2-預(yù)熱塞；3-蓄電池（2）燃燒室預(yù)熱系統(tǒng)燃燒室預(yù)熱系統(tǒng)用預(yù)熱塞直接加熱燃燒室的空氣，如圖6-2所示。圖6-2燃燒室預(yù)熱系統(tǒng)1-預(yù)熱塞；2-燃燒室；3-蓄電池（3）輔助預(yù)熱系統(tǒng)輔助預(yù)熱系統(tǒng)是將預(yù)熱裝置安裝在冷卻系統(tǒng)中，對冷卻液進行預(yù)熱。輔助預(yù)熱系統(tǒng)采用的也是電預(yù)熱方式，通常將預(yù)熱塞安裝在冷卻液的管道（水管）上，如圖6-3所示。圖6-3冷卻液預(yù)熱塞的安裝位置冷卻液預(yù)熱裝置的控制過程如圖6-4所示，ECU根據(jù)進氣溫度、冷卻液溫度、發(fā)電機負荷等信號，通過預(yù)熱繼電器控制電熱塞是否通電以及通電時間的長短。圖6-4冷卻液預(yù)熱裝置的控制過程2.按照預(yù)熱的裝置不同進行分類按照預(yù)熱的裝置不同進行分類，可以分為火焰預(yù)熱器和電預(yù)熱式兩種，電預(yù)熱式又可分為預(yù)熱塞式和預(yù)熱器式兩種。（1）火焰預(yù)熱器

火焰預(yù)熱器的實物如圖6-5所示，其結(jié)構(gòu)如圖6-6所示，控制原理如圖6-7所示。圖6-5火焰預(yù)熱器的實物圖6-6燃燒式預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)圖6-7燃燒式控制器的控制原理（2）預(yù)熱塞式預(yù)熱裝置

預(yù)熱塞式安裝在燃燒室內(nèi)，前端突出，通過前端800℃～900℃的高溫來輔助著火，使發(fā)動機能夠容易啟動。預(yù)熱塞式一般安裝在分隔式燃燒室中，最近也有在統(tǒng)一式燃燒室內(nèi)安裝的情況，見圖6-8所示。預(yù)熱塞式預(yù)熱裝置又可分為普通自我溫度控制型預(yù)熱塞和陶瓷預(yù)熱塞兩種。（a）分隔式燃燒室(b)在統(tǒng)一式燃燒室圖6-8預(yù)熱塞的安裝

普通自我溫度控制型預(yù)熱塞的實物如圖6-9所示，其結(jié)構(gòu)如圖6-10所示。圖6-9預(yù)熱塞的實物圖6-10預(yù)熱塞的結(jié)構(gòu)

陶瓷型預(yù)熱塞如圖6-11示，陶瓷型預(yù)熱塞發(fā)熱部分由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成的發(fā)熱體和絕緣性陶瓷構(gòu)成的絕緣體組成的預(yù)熱塞。陶瓷型預(yù)熱塞不會因為溫度的過渡上升發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，所以可以通過大量的電流，能夠在短時間內(nèi)達到高溫。陶瓷型預(yù)熱塞也具有自我溫度控制功能的類型。圖6-11陶瓷型預(yù)熱塞（3）預(yù)熱器式預(yù)熱裝置

電熱式預(yù)熱器安裝在進氣道上面（見圖6-12），其的結(jié)構(gòu)如圖6-13所示，向吸氣通路中設(shè)置的空氣預(yù)熱器通電，用紅熱的空氣預(yù)熱器來加熱吸入的空氣，從而提高直噴式發(fā)動機低溫時的啟動性能。圖6-12電熱式預(yù)熱器的安裝位置圖6-13電熱式預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)濰柴WP6系列發(fā)動機進氣加熱器如圖6-14所示，所用電源有24V蓄電池提供，功率1.9KW。在零下20℃到零下10℃時預(yù)熱時間大約為10秒，零下30℃到零下20℃預(yù)熱時間為20秒到30秒。該裝置可以有效解決冬季冷啟動過程中冒“白煙”的現(xiàn)象。圖6-14濰柴WP6系列發(fā)動機進氣加熱裝置二、進氣預(yù)熱系統(tǒng)的控制

預(yù)熱系統(tǒng)的運行，當發(fā)動機冷卻液溫度低時，在點火開關(guān)接通后，預(yù)熱定時器或ECU內(nèi)部的定時器接通預(yù)熱塞繼電器，使預(yù)熱塞產(chǎn)生熱量。1.在以依據(jù)冷卻液溫度決定的時間內(nèi)，定時器接通，然后斷開。當定時器斷開時，預(yù)熱指示燈也斷開。

2.當點火開關(guān)旋至“啟動位置時時，預(yù)熱定時器或ECU將預(yù)熱塞繼電器接通，防止預(yù)熱塞溫度在啟動時下降，從而改善啟動性能。

三、預(yù)熱系統(tǒng)電路1.固定延時型電路在固定延時型預(yù)熱系統(tǒng)中，預(yù)熱器控制預(yù)熱指示燈發(fā)光時間和預(yù)熱塞繼電器接通的時間(預(yù)熱時間)。指示燈發(fā)光時間為5s，預(yù)熱時間約為18s，兩者都按固定時間控制，其控制電路如圖6-15所示。圖6-15固定延時型電路2.可變延時型電路

在可變延時型預(yù)熱系統(tǒng)中，預(yù)熱定時器控制預(yù)熱指示燈發(fā)光時間和根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度和交流發(fā)電機電壓而決定的預(yù)熱塞繼電器接通時間(預(yù)熱時間)指示燈發(fā)光時間約為2～28s，預(yù)熱時間約為2～55s，兩者都根據(jù)冷卻液而變化，其控制電路如圖6-16所示。圖6-16可變延時型電路四、預(yù)熱塞的檢修

以捷達1.9L柴油發(fā)動機的預(yù)熱系統(tǒng)的檢修為例進行講解。1.檢測要求

蓄電池的電壓不低于11.5V，點火開關(guān)關(guān)閉，柴油直接噴射系統(tǒng)控制單元J248正常，預(yù)熱塞熔絲S163正常。2.檢測方法（1）拔下冷卻液溫度傳感器插頭。（2）拔下預(yù)熱塞插頭。（3）接好萬用表測量預(yù)熱塞插頭對地電壓。接通點火開關(guān)約20S，預(yù)熱塞插頭對地電壓應(yīng)約等于蓄電池電壓。如果沒有電壓需對其控制電路進行檢測（其控制電路見附錄）。（4）預(yù)熱塞的檢查用萬用表電阻擋測量預(yù)熱器的電阻，正常值在0.2Ω～2Ω之之間。

任務(wù)二、掌握柴油發(fā)動機常見的進氣控制系統(tǒng)一、進氣氣節(jié)流控制系統(tǒng)

1．進氣節(jié)流控制系統(tǒng)的功能

在現(xiàn)代汽車的電控柴油發(fā)動機上，一般都會采用進氣節(jié)流控制系統(tǒng)。其功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面（見表6-1）?？刂乒δ芫唧w說明控制進氣量和進氣管壓力保證混合氣濃度符合不同負荷時的要求：如果沒有節(jié)流控制，在怠速或小負荷時，會因循環(huán)供油量小、進氣量大而導(dǎo)致混合氣過稀保證發(fā)動機平穩(wěn)熄火柴油發(fā)動機有很高的壓縮比，如點火斷開時，仍像正常運轉(zhuǎn)時一樣吸入空氣，發(fā)動機將抖動保證低轉(zhuǎn)速時能夠正常進行廢氣再循環(huán)果沒有節(jié)流控制，在低速會因為進氣管絕對壓力較高而使EGR系統(tǒng)無法正常工作表6-1進氣節(jié)流控制系統(tǒng)的功能

2．進氣節(jié)流控制的方法

柴油發(fā)動機實現(xiàn)進氣節(jié)流控制的方法就是在進氣道中安裝一個節(jié)氣門，并由電控執(zhí)行元件根據(jù)ECU的指令控制節(jié)氣門的開度，以控制進氣量和進氣管壓力。進氣節(jié)流控制系統(tǒng)一般只在低速小負荷工況時才工作，節(jié)氣門的開度一般利用直流電動機或電控氣動裝置來控制。二、進氣渦流控制系統(tǒng)

1．進氣渦流控制系統(tǒng)的功能

在一定轉(zhuǎn)速下，進氣渦流的強度主要取決于進氣道的結(jié)構(gòu)，一定結(jié)構(gòu)的進氣道，只能適應(yīng)某一轉(zhuǎn)速對進氣渦流強度的要求。柴油發(fā)動機工作中，轉(zhuǎn)速變化的范圍非常大，僅用機械控制方法很難實現(xiàn)隨轉(zhuǎn)速變化調(diào)節(jié)進氣渦流強度。為優(yōu)化柴油發(fā)動機的混合氣形成和燃燒過程，現(xiàn)代汽車柴油發(fā)動機的進氣渦流控制系統(tǒng)，就是利用電控裝置來改變進氣道結(jié)構(gòu)或干擾進氣道中的氣流運動，從而實現(xiàn)進氣渦流控制的。

2．進氣渦流控制方法

進氣渦流的控制方法有多種，但無論采用哪一種方法，都應(yīng)保證在不降低進氣流量的前提下，能在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)進氣渦流強度，并盡量減少對進氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變。三、怠速控制系統(tǒng)怠速控制系統(tǒng)主要包括怠速轉(zhuǎn)速控制和各缸均勻性控制兩個方面。

1.怠速轉(zhuǎn)速控制

怠速轉(zhuǎn)速控制的目的就是使發(fā)動機維持一定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。其控制過程是：當發(fā)動機負載增加時，適當增大發(fā)動機負荷，使之發(fā)出較大功率，以防止怠速轉(zhuǎn)速低于目標轉(zhuǎn)速甚至熄火；當發(fā)動機負載減小時，則適當減小發(fā)動機負荷，使之發(fā)出功率減小，以防止怠速轉(zhuǎn)速過超過目標轉(zhuǎn)速。怠速轉(zhuǎn)速的控制過程是根據(jù)發(fā)動機負載的變化，通過調(diào)節(jié)發(fā)動機負荷來實現(xiàn)的。

噴油量控制是柴油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)最主要的功能之一。在電控柴油發(fā)動機上，ECU根據(jù)各傳感器的信號等因素確定一個目標轉(zhuǎn)速，然后與實際的怠速進行比較，再通過怠速執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)整得到目標轉(zhuǎn)速，其工作原理如圖6-17所示。圖6-17怠速控制的工作原理2.各缸均勻性控制

各缸均勻性控制的目的是盡量縮小同一工作循環(huán)各缸供（噴）油量的差值，以保持發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)穩(wěn)定和減輕振動。

各缸均勻性控制是通過對各缸噴油量的瞬時調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。柴油發(fā)動機怠速工況時，ECU根據(jù)各缸做功行程時的轉(zhuǎn)速傳感器信號，確定各缸噴油量的偏差，然后進行補償調(diào)節(jié)。除采用“位置控制”方式的電控燃油噴射系統(tǒng)外，均可實現(xiàn)各缸均勻性控制的功能。任務(wù)三、掌握柴油機的增壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及檢修方法一、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的功用是利用廢氣的能量，通過增壓器將發(fā)動機的進氣先進行壓縮，使增壓后的空氣密度增大，實際充入的空氣量增加（見圖6-18和圖6-19）。這樣，可以向氣缸內(nèi)噴入更多的燃料并能獲得充分燃燒，因此提高了柴油機的輸出功率。圖6-18廢氣渦輪增壓器在汽車上的應(yīng)用圖6-19廢氣渦流增壓系統(tǒng)示意圖1.渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)

渦輪增壓器一般由渦輪部分、中間殼體、壓氣機部分三大部分組成（見圖6-20）。

圖6-20廢氣渦輪增壓器的組成2.中冷器的結(jié)構(gòu)

廢氣渦輪增壓系統(tǒng)一般加裝有中冷器，以便對從渦輪增壓器壓氣機出來的溫度升高的空氣進行冷卻，以提高空氣的密度，提高發(fā)動機的充氣效率。其實物如圖6-21所示。圖6-21中冷器的實物圖3.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理

廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理如圖6-22所示，柴油機排出的具有一定溫度和壓力的廢氣能量，經(jīng)過渦輪轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)機械能，并帶動與其同軸的壓氣機葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將新鮮空氣加壓提高密度后經(jīng)過中冷器放熱后送入氣缸，增加了氣缸的充氣量，從而可以向氣缸內(nèi)噴入更多的柴油，提高柴油機的功率。圖6-22廢氣渦輪增壓控制系統(tǒng)的工作原理1-旁通閥2－燃燒室3－中冷器4－空氣濾清器5－壓氣機葉輪6－渦輪機葉輪7－旁通閥4.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)常見的故障及故障的可能原因（1）漏油（2）潤滑不良（3）異物進入渦輪增壓器（4）異常噪音（5）溫度過高（1）柴油機啟動后或停車前，均應(yīng)空轉(zhuǎn)3～5min，以保證柴油機熱車或冷卻均勻進行，一般情況下，不宜突然改變轉(zhuǎn)速和負荷，怠速運轉(zhuǎn)時間不得超過10min，嚴禁空負荷大油門運行。

（2）凡是新機使用前或更換機油、機油濾芯以及長期停放后（約一周時間以上），必須松開增壓器上面的進油口接頭，注入潔凈的機油，使渦輪轉(zhuǎn)子軸承得到充足的初期潤滑（加油時注意所用器皿、工具、相關(guān)零件及周圍環(huán)境要潔凈，否則得不償失）。

（3）必須采用CD級增壓柴油機機油，按使用環(huán)境溫度選擇牌號，按規(guī)定定期更換，加入前要經(jīng)過沉淀和過濾。

（4）冷卻水必須是軟水，否則易引起冷卻水路的堵塞。

（5）柴油機進空氣的潔凈程度，對柴油機的使用壽命有極大的影響。嚴禁柴油機在不裝空氣濾清器或空氣濾清器失效以及進氣系統(tǒng)漏氣的情況下工作。

（6）空氣濾清器阻塞將造成增壓氣機端滲漏機油，因此必須定期保養(yǎng)或更換濾芯。

（7）更換旋裝一次性的機油濾清器，應(yīng)先將新的濾清器內(nèi)部加滿潔凈的機油，安裝前用少許機油涂在密封圈的表面，用手擰緊后，再用專用工具擰緊3/4圈。

二、可變截面渦輪增壓器圖6-23可變渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可變截面渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)如圖2-23所示。導(dǎo)流葉片的開度能夠影響導(dǎo)向渦輪葉片的氣流速度，低轉(zhuǎn)速時開度小（如圖6-24），提高空氣流速，高轉(zhuǎn)速時開度大（如圖6-25），減小排氣負壓。圖6-24低轉(zhuǎn)速時導(dǎo)流葉片的開度圖6-25高轉(zhuǎn)速是導(dǎo)流葉片的開度三、其他增壓控制1．氣波增壓系統(tǒng)

氣波增壓器安裝在發(fā)動機的進氣管與排氣管路之間，發(fā)動機的曲軸經(jīng)傳動帶驅(qū)動氣波增壓器轉(zhuǎn)子，增壓器利用排氣壓力波使進入到進氣管中的空氣受到壓縮，以提高進氣壓力，其工作原理如圖6-26所示。圖6-26氣波增壓器的工作原理2.慣性增壓系統(tǒng)

慣性增壓系統(tǒng)顧名思義就是利用空氣的慣性進行增壓的一種增壓控制系統(tǒng)。典型的電子控制式慣性增壓系統(tǒng)如圖6-27所示。它主要由各種傳感器、電子控制單元、電磁閥空氣室空氣控制氣缸、控制閥等組成。圖6-27電子控制式慣性增壓系統(tǒng)一、廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)的作用EGR系統(tǒng)工作時，將一部分廢氣引入進氣系統(tǒng)，與新鮮的燃油混合氣混合，使混合氣變稀，從而降低了燃燒速度，燃燒溫度隨之下降，從而有效的減少NOX的生成，如圖6-28所示。其關(guān)鍵部件是EGR閥，其實物如圖6-29所示。圖6-28廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)圖6-29EGR閥的實物二、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的分類1.按有無中冷器進行分類廢氣再循環(huán)按有無中冷器進行分類，可以分為無冷卻器的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和有冷卻器的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。2.按冷卻的方式不同分類在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中，按冷卻的方式不同可以分為水冷卻EGR系統(tǒng)（見圖6-30所示）和空氣冷卻的EGR系統(tǒng)。進水管出水管圖6-30有冷卻器的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)三、廢氣再循環(huán)的故障表現(xiàn)

如果EGR閥在怠速和發(fā)動機低速時保持打開，那發(fā)動機的怠速運轉(zhuǎn)就不會穩(wěn)定，且在低速時會發(fā)生喘振或減速之后過載熄火，或冷啟動后過載熄火。如果EGR閥始終不能打開，將發(fā)生發(fā)動機爆燃，且NOX排放量增大。四、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)診斷的注意事項1.在診斷EGR系統(tǒng)之前，發(fā)動機必須處于正常工作溫度。2.如果發(fā)動機已持續(xù)運轉(zhuǎn)一段時間EGR閥會很熱，在診斷或維修該閥時要戴防護手套。3.不要將EGR閥放在任何溶劑里清洗。五、廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)的診斷EGR系統(tǒng)的診斷步驟隨汽車生產(chǎn)廠及車型年度的不同而異。應(yīng)按照具體車型的維修手冊中的診斷步驟進行診斷。一般診斷EGR系統(tǒng)時，首先要檢查系統(tǒng)中所有真空軟管、EGR閥和電接頭。很多EGR系統(tǒng)中，發(fā)動機控制單元是根據(jù)冷卻液溫度傳感器、加速踏板位置傳感器及進氣壓力傳感器等信號來控制EGR閥，所以EGR系統(tǒng)若不正常工作有可能是這些傳感器的原因所致，因此還要檢查相關(guān)傳感器及其線路。

任務(wù)五、掌握柴油機尾氣凈化處理系統(tǒng)一、柴油機的尾氣及危害

柴油機尾氣具有復(fù)雜的化學(xué)組成，并且隨著發(fā)動機的工況變化，尾氣的組成也顯著不同，其排放的污染物中主要含有二氧化碳（CO2）、一氧化碳(CO)、水蒸氣，氮氧化合物、碳氫化合物（HC）、硫化物、含碳顆粒（PM）等。二、常用的控制手段1.機內(nèi)凈化

應(yīng)盡可能地減少上竄的機油量；提高噴油壓力和減小噴孔直徑，提高噴油壓力和減小噴孔直徑可明顯地降低PM的排放；改進燃燒室的形狀、供油系統(tǒng)、進氣流動的最佳匹配，既可改善柴油機性能，又可降低柴油機尾氣排放物，尤其是顆粒PM物質(zhì)的排放；采用共軌式電控高壓噴射技術(shù)。2.廢氣再循環(huán)（EGR）EGR系統(tǒng)工作時，將一部分廢氣引入進氣系統(tǒng)，與新鮮的燃油混合氣混合，使混合氣變稀，從而降低了燃燒速度，燃燒溫度隨之下降，從而降低NOX的生成，如圖6-31所示。圖6-31廢氣再循環(huán)控制3.氧化催化轉(zhuǎn)化器

氧化催化轉(zhuǎn)化器(見圖6-32)通過多余的氧氣來進行催化凈化。

氧化催化轉(zhuǎn)化器的工作原理如圖6-33