德尔福共轨系统完整介绍!

柴油车服务俱乐部2020-10-16 15:39:33

德尔福共轨喷射系统DCR基本介绍

德尔福柴油机共轨喷射系统简称DCRDelphi Diesel Common Rail

第一部分:简介

1、系统组成

德尔福柴油机共轨喷射系统采用了模块化设计技术,便于应用于不同结构和形式的发动机之上。德尔福柴油机共轨喷射系统主要包括以下部件:

-共用高压燃油储能器(共用油轨);

-高压燃油调节器(选装元件);

-内置高压泵并设计有进油计量初级供油泵结构的燃油泵;

-燃油喷射器(喷油器);

-发动机电子控制单元(ECU);

-燃油滤清器。



德尔福柴油机共轨喷射系统所配备的共用高压燃油储能器,亦称为共用油轨。通常被设计装配在发动机的气缸体或气缸盖上,由高压油泵向其提供高压燃油。共轨内部的燃油压力是通过发动机电子控制模块结合设计在高压油泵内部的进油计量装置和高压燃油调节器(当系统装备时)完成综合调节控制的。因此,系统燃油压力与发动机转速无关。即使在很低的发动机转速下,如果需要,系统也可以提供高压燃油并进行高压燃油喷射。一组若干个高压燃油喷射器将通过高压油管与共轨相连接。系统通过发动机电子控制模块直接驱动设计在燃油喷射器内部的电磁开关控制燃油喷射的开启和关闭时间和频率。


2、目前应用状况

德尔福柴油机共轨喷射系统系为轿车用未来高速直喷式柴油发动机至少达到满足美国联邦1998年排放法规和欧洲三号排放法规以及更高的世界排放法规的要求所设计的。由于系统采用模块化设计,因此可非常方便地被搭载应用到不同结构的三至六缸的柴油发动机的各式车辆上。

根据相同的应用原则,德尔福柴油机共轨喷射可非常方便地扩展应用到中型车辆柴油机以及非车用柴油机市场产品上。


3、德尔福柴油机共轨喷射系统DCR优势:

1) 结构设计紧凑

德尔福柴油机共轨喷射系统主要零部件设计精巧,外形尺寸小,非常适合现代两气门和四气门发动机使用。

2) 模块式系统构成

每气缸配备一枝电子控制的燃油喷射器的模块化组合式结构,可方便应用于三缸、四缸、五缸和六缸任何一款柴油机上。

3) 驱动扭矩消耗低

由于系统高压共轨的泵油压力与高压燃油喷射器不同步,因此,共轨系统所需的驱动扭矩消耗更低。

4) 喷油压力与发动机转速无关

由于系统喷油压力与发动机转速和负载无关,因此,在低转速时仍可实现高压燃油喷射。

5) 有效降低排气中氮氧化物。

6) 完全采用电子控制并可同其他汽车电子设备进行通讯。

柴油机共轨喷射技术拥有完全采用了电子控制燃油喷射器喷射正时和喷射量计量功能优势,同时也提供与其他车辆电器设施之间的通讯功能。


4、系统的工作原理:

1) 系统输油泵将燃油流经燃油滤清器元件滤清之后传送到高压油泵以便产生高压;

2) 高压油泵使燃油产生高压并输送到共用高压燃油储能器(共轨)中;

3) 当燃油喷射器受到发自电子控制模块的指令激活时,立即向发动机燃烧室喷射出高压燃油;

4) 系统的燃油压力由有关的执行器进行控制。



第二部分:高低压油路

布局图如下:



1、燃油手油泵


2、燃油滤清器


主要功能:

-过滤燃油中的杂质

-消除燃油中的气体

-分离燃油中的水成份

常见问题:

-空气通常会以溶液的形式通过滤清器

-抽吸段比压力段更易出问题

-含在燃油中的空气会使发动机运行不稳


3、油水分离器


放水方法:

-先拔出水传感器的电气接插件,并拿离传感器的下方

-在水传感器的下方至少要有5mm以上的空间,保证可放水

-慢慢拧松水传感器,直至有水流出(不要拧下水传感器)

-放完水后,拧紧水传感器,注意拧紧力矩为1.4 ±0.2Nm

-插上水传感器线束接插件。


4、低压管路的典型内径参数


5、高压油泵


5.1输油泵


输油压力调节阀:调节进入高压泵(IMV前)的燃油压力,调节范围:~7bar/2000Prpm

5.2 高压柱塞


5.3 高压油泵油量控制阀IMV

IMV为低压控制阀,12VImax1.3A,调节进入高压泵柱塞腔的油量,从而控制共轨压力。


5.3 油压限制阀

油压限制阀是安装在高压段的安全组件,不能拆卸或调节。最高限制压力2000bar


5.4 文丘利管

文丘利管是 塑料制品,易折断,安装管路和快速接头要小心。其主要功能是利用文丘利效应吸取喷油器回油。


5.5 高压泵的安装示意图

以玉柴4F为例,安装示意图如下。高压泵安装在齿轮室盖板的油泵安装孔上:

-输油泵进油口过油螺栓扭矩(33±2Nm

-出油口的高压油管螺母拧紧力矩( 40±4Nm

-输出轴锁紧螺母扭矩: 65 ±5Nm

-安装前后法兰螺栓扭矩:(24 ±2.5Nm

-油泵允许倾斜角度: 10 °±10‘

-净重量:6400 g±10%

-正时信号盘安装在喷油泵齿轮时,注意其上止点刻度对应于正时信号传感器。


6、喷油器


每个喷油器均有20位修正码,一旦将喷油器修正码输入控制器,则控制器和发动机必须配对。否则需要更新控制器数据。


德尔福喷油器的详细介绍请参照前面所发布的信息。


7、共轨

油轨负责蓄压和分配高压油到喷油器。



第三部分:控制器、传感器及执行器介绍

1DCR控制器ECU的控制功能

1) 发动机部分

-喷油方式控制:高达4次喷射;

-喷油量控制:预喷油量自学习控制,减速断油控制;

-喷油正时控制:主喷正时、预喷正时、正时补偿;

-轨压控制:正常和快速轨压控制、轨压建立和超压保护、喷油器泄压控制;

-扭矩控制:瞬态扭矩、加速扭矩、低速扭矩补偿、最大扭矩控制、瞬态冒烟控制、增压器保护控制;

-过热保护;

-各缸平衡控制;

-EGR 控制、VGT 控制、辅助起动控制(电机和预热塞)

-系统状态管理、电源管理;

-故障诊断。

2) 整车部分

-档位计算:根据车速和发动机转速计算档位,用于挂档怠速控制,改善驾驶性;

-车速计算及输出——供仪表和最高车速限制使用;

-怠速和驱动怠速控制:挂档时发动机负载加大,采用驱动怠速控制可以实现分档控制,此时PID参数和指令怠速转速均发生变化;

-巡航控制、防抖(ASD)控制(改善车辆在挂档起步、急加速和急减速过程的平顺性)、空调控制(根据空调负载调节发动机怠速转速,根据车辆对动力性的需求和发动机的工作状况对空调压缩机进行开/关控制)、风扇控制(电风扇驱动控制);

-故障诊断:在线诊断并存储/ 输出故障码,具有Limphome功能;

-CAN通讯:整车其它控制器和仪表之间的通讯;

-离合器开关:改善驾驶性

-制动开关:油门合理性判断及巡航控制关键使能条件。


2DCR传感器

2.1 传感器列表


2.2曲轴位置传感器

曲轴位置传感器为可变磁阻式,装于变速箱壳上:

-两个输出端子:Ne+Ne-

-空气间隙:1.0±0.7mm

-输出电压:400mV @1.7mm60rpm)400V @ (0.3mm7500rpm)

-电阻值: 2400 ±240 Ohms

-感应系数:1.1 H ± 0.165 H @25°C


其相关控制策略包括:

-判缸;

-瞬态转速计算;

-喷油时刻计算;

-喷油脉宽(喷油量)计算;

-信号出现故障后,无法启动及运行。

曲轴位置传感器故障通常会导致无法启动,可能原因及处理建议如下:

1) 曲轴、凸轮信号盘或传感器安装相位误差过大,无法建立同步,诊断仪显示同步信号故障,诊断

仪中相关故障码P0341:按使用说明书纠正安装偏差;

2) 曲轴/凸轮轴传感器信号均丢失,诊断仪显示启动过程没有转速信息,诊断仪中没有故障码提示:需检查传感器信号线是否短路/断路; 根据传感器特性判断是否需要更换曲轴/凸轮轴传感器;

3) 曲轴/凸轮轴某一传感器信号间歇性丢失,如果曲轴信号丢失,诊断仪显示启动过程没有转速信号。诊断仪中报故障码P0335P371P372P0336P0340:检查传感器是否损坏或接线是否松动,检查对应信号盘是否脏污或损坏。


2.3 凸轮轴传感器

凸轮轴传感器为双感应片霍尔效应式,具强抗干扰性能:

-空气间隙:1.0 ±0.5mm

-接插件:三个输出端子,信号(A),地(B 5refC

-输出信号:方波(高电平4.75-5.25V,低电平0-700mV

-转速范围:0~4500rpm

-安装:M6螺栓,扭矩:7~10Nm


其相关控制策略与曲轴位置传感器一致,包括:

-判缸;

-瞬态转速计算;

-喷油时刻计算;

-喷油脉宽(喷油量)计算;

-信号出现故障后,无法启动及运行。

凸轮轴传感器故障通常会导致无法启动,可能原因及处理建议如下:

1) 曲轴、凸轮信号盘或传感器安装相位误差过大,无法建立同步,诊断仪显示同步信号故障,诊断

仪中相关故障码P0341:按使用说明书纠正安装偏差;

2) 曲轴/凸轮轴传感器信号均丢失,诊断仪显示启动过程没有转速信息,诊断仪中没有故障码提示:需检查传感器信号线是否短路/断路; 根据传感器特性判断是否需要更换曲轴/凸轮轴传感器;

3) 曲轴/凸轮轴某一传感器信号间歇性丢失,如果曲轴信号丢失,诊断仪显示启动过程没有转速信号。诊断仪中报故障码P0335P0371P0372P0336P0340:检查传感器是否损坏或接线是否松动,检查对应信号盘是否脏污或损坏。


2.4 爆震传感器

爆震传感器为压电陶瓷晶体传感器:

-工作频率:518kHz

-输出电压与发动机的燃烧强度成比例

-2个输出端子:信号、地

-容抗:1850 ±370pF

-安装:M8x30螺栓,扭矩16-24Nm 安装在23缸之间,靠上止点。


其相关控制策略包括:

1) APC控制策略:系统使用寿命期内对喷油器最小驱动脉宽的漂移进行修正控制,实现预喷射的精确控制。

2) 用户利益:

-低噪声、低排放;

-降低整车使用寿命期内的噪声、排放漂移;

-改善瞬态驾驶性能。


2.5 增压压力及温度传感器

其集成进气温度传感器和压力传感器:

-四个输出端子,如图示;

-工作压力范围:50400 kPa

-输出电压:(0.3±0.5)~(4.8±0.5V

-方向:带有密封圈的气孔向下;

-安装螺栓:M5 拧紧力距610N.m


其相关控制策略包括:

-进气流量计算;

-冒烟限制;

-增压器保护;

-进气温度过热保护;

-高原补偿。


2.6 冷却水温度传感器

其为热敏电阻式NTC

-两个输出端子: 信号,接地

-工作电压:5 V DC

-电阻:45 kΩ to 57 Ω

-温度时间常数: 8 s

-六角螺栓:19mm

-螺纹尺寸:M12x1.5

-安装扭矩:22 Nm


其温度特性曲线如下图所示:


相关控制策略包括:

-扭矩修正、油量修正、喷油正时修正、轨压修正;

-预热塞辅助起动控制(冷、热);

-EGR控制、目标怠速控制;

-过热保护;

-风扇控制、空调控制;

-控制仪表水温高指示灯。

冷却水温度信号异常通常会引起功率不足或进入减扭矩保护模式。可能原因及处理建议如下:

1) 传感器信号丢失,诊断仪中相关故障码P0117 P0118P0115 检查传感器信号线连接,是

否有短路/断路; 参考传感器特性曲线检查传感器物理特性,决定是否更换传感器。

2) 冷却水温合理性故障;诊断仪中相关故障码P0115P0116:参考传感器特性曲线检查传感器物理特性,决定是否更换传感器。


2.7 轨压传感器

轨压传感器集成在共轨管上,最高压力为2000bar

-接插件:三个输出端子,信号(1,地(2 5Vref3);

-工作电压: 5±0.25V

-输出电压:0.54.5V

-功能特性:01800bar压力对应于0.54.5V间的线性输出(见下图)

-最高耐压:2200bar

-失效压力:2500bar


轨压传感器相关故障及维修建议如下:

1) 难以启动或运行熄火:可能原因是传感器信号丢失、诊断仪中相关故障码P0192 P0193

2) 功率不足/进入减扭矩保护模式:传感器信号飘移;诊断仪中相关故障码P1191 P1192 P1193

以上两种情况,

- 检查信号线路,是否开路/短路;

- 参考压力特性检查传感器,决定是否更换。


2.8 燃油温度传感器

燃油温度传感器集成在供油泵上,为热敏电阻式NTC,感应元件为外壳屏蔽,有两个输出端子:信号和接地。


相关控制策略包括:

-扭矩修正;

-喷油量修正;

-轨压修正;

-过热保护。

燃油温度传感器相关故障及维修建议如下:

1) 功率不足/进入减扭矩保护模式:可能原因是传感器信号丢失;诊断仪中相关故障码P0182

P0183 建议检查信号线路,是否开路/短路; 参考温度特性检查传感器,决定是否更换。


2.9 水含量传感器

水含量传感器集成在油水分离器上,含三个输出端子:12V1),信号(2),地(3)。


相关控制策略包括:

-检测油水分离器储水杯水含量,当水含量超过阈值时,水传感器接通,点亮仪表燃油有水指示灯,提醒驾驶员是否要给油水分离器放水;

-一旦该传感器发生故障将点亮发动机检测灯。

水含量传感器相关故障及维修建议如下:

1) 功率不足/进入减扭矩保护模式:可能原因为油中含水,诊断仪中相关故障码P2269;或者线路故障。建议检查信号线路及传感器是否损坏,通常情况下与劣质燃油相关,建议彻底清洗及更换。


2.10 油门踏板传感器

油门踏板传感器为双电位器式( P1P2 ):

-6输出端子,5VrefP1-2P2-1),信号(P1-4P2-6),地(P1-3, P2-5

-工作电压:UBi=5V±10% i=1,2

-工作电流: IBi≤10mA i=1,2

-信号电流:ISi,max=50μA i=1,2

-短路保护: U=16V t=60min

-传感器电阻: RP1=1200Ω±40% RP2=1700Ω±70%



相关控制策略包括:

-扭矩控制(油量控制);

-怠速控制;

-减速断油控制。

油门踏板常见失效模式及维修建议如下:


2.11 车速传感器

车速传感器参数如下:

-工作电压:12V (与车速仪表配套工作时的电压);

-工作电压范围:8~16V

-工作电压为8V ±0.5V时的输出,转速750rpm时,幅度不应小于6.5V,周期10ms 脉冲宽度0.3T<t<0.7T

-输出方波,脉冲个数8/转;

-额定工作电流:25mA

-额定转速:2000rpm

-最高转速:3000rpm



车速传感器相关控制策略包括:

-档位识别;

-车速计算及输出(可由CAN总线或者频率信号向整车输出);

-最高车速限制。

车速传感器常见失效模式及维修建议如下:


3DCR执行器

DCR系统的主要执行器包括:

IMV:控制高压油泵进油量,保持共轨压力满足指令需求;

喷油器电磁阀:精确控制喷油提前角、喷油规律、油量;

预热隔栅(预热塞):冷起动加热。


3.1 燃油计量阀

工作电压:12V,最大工作电流:<1300mAECU闭环控制。


燃油计量阀失效会导致无法起动或停机,可能原因为:

1) 燃油计量阀内部开路/短路等;

2) 驱动线路故障;

3) 诊断仪中相关故障码P0251P0255P0253

以上状况建议:

-检查燃油计量阀的驱动线路,是否有开路/短路情况;

-检查燃油计量阀线路电阻是否符合物理特性,判断是否损坏。


3.2 喷油器电磁阀

喷油器电磁阀为高速强力电磁阀:

-工作电压:12V

-工作电流:616A26Apeak

-两次喷油间隔:200μs 2.4edeg@2000erpm

-最大喷油脉宽:目前通常使用的不超过1600μs


喷油器电磁阀失效会导致某缸不工作、整机功率或扭矩不足、运行不稳。可能原因及提示如下:

- 控制器喷射驱动模块/驱动线路/喷油器电磁阀本身故障导致相关的喷油器停喷;

- 诊断仪中相关故障码P0201P0202P0203P0204P1201P1202P1203P1204P1618P1619P1611P1612等。

相关维修建议如下:

- 检查喷油器驱动线路,是否有开路/短路情况;

- 检查喷油器电磁阀特性,是否满足静态电阻标准;

- 排除上述情况后,表明故障可能出现在控制器内部。



第四部分:诊断基本知识

1、失效策略简介

什么叫失效策略?

电控系统故障状态下的运行策略,兼顾了故障后的驾驶安全性、继续驾驶性以及排放性能。

失效策略的分级:

第一级:缺省值

1) 对于不涉及驾驶安全性的轻微故障,控制器仅使用缺省值;

2) 发动机运行的转速和扭矩输出正常。

如:进气温度传感器损坏或进气温度传感器信号线损坏(开路或短路),ECU执行如下一级处理措施:

-点亮故障灯

-产生故障码P0112P0113

-发动机采用缺省进气温度,例如45

-发动机扭矩和转速输出正常。

第二级:减扭矩

进入条件包括:

-蓄电池电压信号故障;

-燃油温度信号故障;

-水温传感器信号故障;

-水温信号合理性故障;

-油门故障激活减扭矩;

-轨压闭环控制故障;

-油中含水量超标故障;

-轨压信号漂移故障;

-增压压力信号故障;

-增压压力信号合理性、漂移故障。

ECU处理措施如下:

-点亮故障灯(闪烁),产生相应故障码;

-在扭矩限制范围内,油门仍然起作用;

-外特性油量会减小一个百分比;

-转速输出正常。
如: ECU判断水温信号错误,水温传感器损坏、水温传感器信号线损坏(开路或短路)或水温信号合理性故障。ECU执行如下处理措施:

-故障灯闪烁;

-产生故障码P0115P0116P0117P0118P0119

-发动机采用缺省水温,例如101℃;

-外特性油量会减小一定百分比;

-在限制范围内,油门仍然起作用。

第三级:Limp home(跛行回家)

对于部分严重电喷系统故障,发动机运行于较危险情况,控制器采用固定转速的方式运行,例如1300rpm,避免运行危险,同时保持继续驾驶性。

以下三种情况的时候,控制策略将进入Limp home状态,故障灯闪烁:

-油门卡滞故障;

-油门的两路信号同时发生故障;

-喷油器特性参数错误。

如:ECU判断电子油门信号错误,油门接插件脱落、两路油门信号中任一路出现故障、两路油门信号不一致或油门开度与刹车踏板逻辑关系错误(即油门卡滞故障),ECU执行以下处理措施:

-故障灯闪烁;

-产生故障码P1123P1223P0122P0123P0222P0223P1121P0120P2299

-信号不一致或者两路信号中的一路出现故障,油门在限制扭矩范围内仍然起作用;

-油门卡滞故障或者油门两路信号同时发生故障,油门失效;

-油门失效后,起动、怠速及随后的运行过程转速,维持Limp home 转速(1300rpm)。


第四级:停机保护

ECU判断出现下述故障时进入停机保护:

-控制器内存类故障;

-控制器参考电压故障;

-控制器硬件监视狗、CPU故障;

-控制器模数转换模块故障;

-燃油计量阀驱动回路故障;

-轨压信号故障;

-轨压超高故障;

ECU处理措施如下:

-故障灯闪烁;

-产生相关故障码;

-发动机停机(或延迟6s停机);

-故障状态下无法再次起动。


2、常见故障排除思路

电控发动机的故障并不一定是电喷系统的问题,在大多数情况下,故障仍然是与常规发动机相同的机械和燃油管路方面的故障,维修者的经验十分重要。如果故障指示灯不点亮,维修者应该主要检查机械故障;当故障指示灯点亮时,说明出现了电喷系统方面的故障,此时维修者可读取故障码,进行相应的检测工作。 下图为故障编码规则:


2.1 无法起动、难以启动、运行熄火


2.2 limp home跛行回家


2.3 功率、扭矩不足


2.4 运行不稳、怠速不稳


2.5 冒黑烟


2.6 加速性能差


3、常用诊断工具及测试方法

3.1 常用高压共轨系统诊断工具有:

1) 诊断仪(解码仪);

2) 回油量测试工具;

3) 低压油路测试套件(低压压力表、管接头等);

4) 高压测试套件;

- 油泵建压能力检测仪

- 轨压信号比较仪(模拟油轨)

- 高压接头等

5) 跳线盒;

6) 示波器等。


3.2 常用测试方法

1) 高压系统诊断

高压诊断的理论依据:

油量平衡法则,即

喷油器喷射量 + 回流流量 (功能回油+泄露量) = 高压油泵按需求的供油量;

综合进油温度和油泵内部损耗的影响。如果消耗流量 > 高压油泵的能力 = 压力不足 DTC会出现错误代码。


2) 静态消耗


3) 动态消耗


4) 检测喷油器回油量


5) 检测油泵的建压能力


6) 油轨系统压力检测


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