潍柴国三柴油发动机培训.docx

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潍柴国三柴油发动机培训

潍柴国三柴油发动机培训

前言

发动机只要工作，就会从排气口排出废气。

废气对环境的危害是客观存在的。

采用一些技术措施，就会减少废气中有害气体的含量。

为此要制定一个标准，国二国三是我们国家对公路柴油机制定的排放法规。

过去经常听到国二国三的叫法——欧二，欧三排放标准在发动机行业认同度较高。

我们国家根据我国具体情况，依据欧二，欧三标准，制定了国二，国三排放法规。

欧Ⅲ排放法规与欧Ⅱ排放法规相比，CO排放将由4.0g/kW·h降到2.1g/kW·h,HC排放将由1.1g/kW·h降到0.66g/kW·h。

NOx排放将由7.0g/kW·h降到5.0g/kW·h。

PM排放由0.15g/kW·h降到0.10g/kW·h。

欧洲重型车用柴油机排放法规

排放

法规

CO

（g/kW.h）

HC

（g/kW.h）

NOx

（g/kW.h）

PM

（g/kW.h）

烟度

执行

时间

欧Ⅰ

4.5

1.1

8.0

0.36

1993.10

欧Ⅱ

4.0

1.1

7.0

0.15

1998.10

欧Ⅲ

2.1

0.66

5.0

0.10

0.8

2000.10

欧Ⅳ

1.5

0.46

3.5

0.02

0.5

2005.10

欧Ⅴ

1.5

0.46

2.0

0.02

0.5

2008.10

欧Ⅵ

1.36

0.02

2012

实现更高效、更清洁的燃烧，是两大世界性问题——能源和环境问题对内燃机提出的永远要求。

目前世界上汽车已成为可吸入颗粒和NOx排放的主要污染源。

在一些国家和地区，车用柴油机排放在发动机对环境排放贡献度要达到70%左右。

如据报道，日本直喷式柴油机载货车NOx排放量约占其全部车辆NOx排放总量的34%；其颗粒排放量约占全部车辆颗粒排放总量的71%。

我国香港地区的测试表明，2001柴油车NOx和颗粒的排放量分别约占全部车辆相应排放总量的75%和98%。

目前，我国中重型载货车基本上都已实现柴油化，承担着我国公路货运的重要任务柴油车对我国的环境影响越来越大。

近年来，在排放法规的推动下，我国车用柴油机的技术水平已有了明显的提高，大多数过去国内自行开发的一些机型都已能达到欧Ⅰ或欧Ⅱ排放标准，并已成为我国发动机行业走自主开发道路的一个成功典范。

为了创造一个洁静的生活环境，我国正在加紧制定欧Ⅲ排放法规。

基本预测认为，我国最迟将会在2008年前实施欧Ⅲ排放法规。

实现更高效、更清洁的燃烧，是两大世界性问题——能源和环境问题对内燃机提出的永远要求。

从八十年代起，随着电控技术的成熟，汽油机传统的机械化油器和机械点火定时机构分别被电控多点汽油喷射系统以及电子点火定时系统所取代。

由于对点火定时、喷油量、喷油定时等参数实现了更灵活的控制，其经济性、动力性和排放均有了很大的改善。

对于柴油机，传统的机械供油系统越来越难以满足日趋苛刻的排放法规、经济性以及舒适性的要求，正逐步被功能完善的电控燃油系统取代。

除喷油量和喷油定时外，对喷油压力、喷油速率（预喷射量、多次喷射）以及EGR等参数随发动机运行工况进行合理控制，被证明是改善柴油机复杂的排放折衷问题、提高综合性能的有效手段。

柴油机喷油技术的发展

燃烧过程是柴油机工作的“核心”，而喷油系统对燃烧过程及其工作品质，特别是对排放的污染物种类及数量起着重要的作用。

因此，对柴油机喷油系统的研究一直成为研究者们的关注热点。

柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油这两个发展阶段。

而现代电控喷油技术的崛起，则应归功于计算机技术和传感检测技术的迅猛发展。

目前电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。

共轨式电控燃油喷射技术正是属于后者。

该技术不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理，而是通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。

现代柴油机对燃油系统及其控制装置的要求

★高压喷射或超高压喷射

★灵活的喷油压力控制

★喷油速率控制：

预喷射，分段喷射，快速停油

★灵活的喷油定时控制

★与运行工况相匹配的喷油量、增压压力和喷油定时

★与温度相关的启动油量

★与负荷相关的怠速控制

★整个产品寿命中的小公差，高精度

共轨系统的特点

柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。

它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且能实现预喷射和后喷，从而优化喷油特性形状，降低柴油机噪声和大大减少废气的排放量。

该技术的主要特点是：

１．采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，益于柴油机燃烧过程的全程优化。

２．采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油嘴间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。

３．高速电磁开关阀频响高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地实现预喷射、后喷等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段。

４．系统结构移植方便，适应范围宽，不像其它的几种电控喷油系统，对柴油机的结构形式有专门要求；尤其是高压共轨系统，均能与目前的小型、中型及重型柴油机很好匹配，因而市场前景看好。

从以上可以看到，柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术。

它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及电子控制结构于一身。

以下结合我们过去对柴油机的认识和现在电控柴油机的特点讲述，我们意欲使学员对计算机技术在电控柴油机应用中有切实体会。

实践中操控柴油机，机器会有转速高低的变化，把油门定在某一位置，柴油机会在相应的转速平稳运转，这是大家熟悉的情况。

可是—柴油机基本工作原理是以四冲程完成一个工作循环，很容易理解。

柴油机四个冲程，每一冲程完成的时间是不一样的，而且每一个冲程的完成也不是匀速的，但是由严格的规律。

所谓非匀速，时间单位是非常小的，人是无法感受的。

过去理论上了解，没有应用性非匀速测试装置。

曲轴转速传感器

原理：

电磁感应；功能：

1、曲轴（发动机）转速，2、曲轴上止点位置

可以看出柴油机的非匀速变化数字信号被电脑读取，是轻松的事情。

而非匀速的规律性被电脑识别，所以ECU在发动机每一工作瞬间都会计算了解气缸的工作情况。

凸轮轴相位传感器

原理：

电磁感应；相位确定：

采用（n+1）齿定位

机械控制燃油系统的柴油机，供油提前角对机械性能的影响非常重要，对柴油机维修检测时供油提前角会时常涉及。

对于供油提前角的理解和处理能体现一个维修人员的水平。

所谓提前角是因为柴油喷入汽缸到发火有一个准备期，但各种工况下准备期是不一样的，机控柴油机的供油提前角在机械全过程的工作中是矛盾的。

有用提前器缓解矛盾的措施，但机控柴油机供油时间的矛盾是无法从根本上解决的。

柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油这两个发展阶段。

而现代电控喷油技术的崛起，则应归功于计算机技术和传感检测技术的迅猛发展。

目前电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。

共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到共轨管，通过对共轨管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。

ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于共轨管压力和电磁阀开启时间的长短.

共轨式电控燃油喷射技术正是属于后者。

该技术不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理，而是通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。

潍柴动力国Ⅲ系列柴油机结构特点

潍柴动力国III商用车发动机产品规划

潍柴动力在商用车动力领域经过二十年的探索和研究，对该领域发动机的环保性、动力性、经济性、可靠性等方面有了更深层次的理解。

按照中国政府对发动机动力排放法规阶段要求的时间界限，对潍柴动力商用车发动机产品进行了规划。

随着国内环境保护力度的不断加强，对机动车排放要求越来越严格，排放标准不断提升，预计2008年开始实行机动车第三阶段排放标准：

实施时间

2000年

2002年

2006-2008年

2010年

2012年

排放标准

国I

国II

国III

国IV

国V

北京、深圳已经在06年率先实行国III排放标准；广东全省、沈阳、厦门07年1月1日起全面实施国III排放标准，其它地区预计08年全部执行。

国际柴油机先进技术同步更新

设立潍柴动力欧洲研发中心，同国际知名柴油机研发机构联合开发，保证技术同步更新，保持与先进零部件制造商良好的合作关系。

电控共轨系统全球同步更新，保证技术领先性。

产品可靠性技术特点

线上设备全部由局域网相连，进行计算机管理，可以实时掌握生产状态。

整条线包括50台加工中心、8台智能机器人、5台精加工中心和三座标测量机，设备全部由德国HELLER、丰田工机公司TOYODA进口。

全自动刚性加工生产线

全线引进国际一流智能自动化生产设备。

生产节拍：

生产一台发动机仅用时2.1分钟。

全自动装配生产线

采用自动装配、自动测量设备。

采用自动智能AGV输送机器人。

可满足国III、国IV发动机的大批量装配生产需要。

国Ⅲ排放WP6系列柴油机结构介绍

WP6国Ⅲ柴油机是潍柴动力自主研发，采用BOSCH公司先进的高压共轨系统，对燃烧系统、进排气系统进行了全新的设计

传承DEUTZ柴油机的技术优势，满足国Ⅲ排放，经济性、可靠性、排放和噪声等技术指标居国内领先水平

WP6柴油机

WP6结构特点：

WP6的燃油系包括：

粗滤器、高压油泵、高压油管、共轨管、喷油器

电控系统包括：

ECU、线束（两根）、传感器（6个）、油量计量单元

气缸盖：

喷油器的安装尺寸变了

气缸体：

为安装共轨管、粗滤器等增加了凸台和安装孔

标配放气阀增压器

取消了火焰预热装置，增加了电加热装置

活塞及活塞环改变为适应国Ⅲ需要的活塞及活塞环

因安装传感器改动的部位：

飞轮、飞轮壳（转速传感器），进气管（进气压力传感器），出水管（水温传感器），垫块（机油压力传感器）

燃油系统：

采用BOSCH的CPN2.2高压共轨燃油系统，能够提供最高1600Bar的喷油压力，结合ECU的调整可以实现喷油量与正时的灵活控制，达到低排放与低油耗

电控装置：

采用BOSCH的电控单元，具有稳定的系统处理能力；多层次的系统保护和纠错措施，提高发动机的可靠性和安全性

采用CAN和K总线可以实现与整车电控单元的自由通信，更人性化地实现整车故障诊断和报警处理

放气阀增压器：

WP6标配放气阀增压器，有利于改善发动机的低速性能；

增压器有中置和后置两种结构，方便商用车管路布置

进气电加热装置采用电子加热法兰取代现火焰预热装置，

有效解决冬季冷起动过程中的冒“白烟”现象

曲轴连杆系：

为了承载较高的爆发压力，设计时采用最新技术的Miba四元电镀轴瓦；连杆、曲轴材料采用德国标准cf38非调质合金钢，在保证轴系可靠性的前提下大幅度提高抗疲劳强度

活塞及活塞环：

设计先进的活塞环即保证了其使用寿命又可以满足低机油耗的要求

飞轮、飞轮壳：

WP6的飞轮壳、飞轮因装转速传感器而改动，飞轮壳上增加转速传感器安装孔，飞轮一周打上了52个孔

通过对比可以看出，国Ⅱ到国Ⅲ阶段柴油机只作燃油及燃油支持系统的转换，功率段国Ⅱ与国Ⅲ一样，其它零部件做到了最大限度的继承性，便于维修保养

国Ⅲ排放WP10系列柴油机结构介绍

WP10系列柴油机是潍柴动力在斯太尔WD615柴油机的基础上，采用BOSCH电控共轨系统自行开发设计排放达国III的新一代柴油机产品

其外形结构和相关连接尺寸与原斯太尔WD615国II系列柴油机基本相同，有良好的继承性和零部件通用性

并具有原斯太尔国II系列柴油机的所有优点（可靠性好、扭矩储备大、保养维修简便等等）

同时还具备了更优越的燃油经济性（通过柴油机工作数据的调整可以比国Ⅱ排放阶段节油10％）、符合了更高的排放要求、更出色的低温启动性能以及更低的噪音

WP10柴油机

WP10结构特点

燃油系统包括：

粗滤器、高压油泵、高压油管、共轨管、喷油器

电控系统包括：

ECU、线束（两根）、传感器（6个）、油量计量单元

气缸体：

采用框架式结构，为安装共轨管、粗滤器等增加了凸台和安装孔

气缸盖：

喷油器的安装尺寸改变，标配了WEVB结构

自由端结构：

高压泵采用法兰连接，水泵侧置，空压机前置，转向泵下置

不再配置火焰预热装置，改为进气电加热装置

标配放气阀增压器

活塞及活塞环：

活塞的燃烧室改变，活塞环也相应的改变

因安装传感器改动的部位：

飞轮、飞轮壳（转速传感器），出水管（水温传感器），进气管（进气压力传感器），垫块（机油压力传感器）

燃油系统：

电控燃油供给系统是采用BOSCH公司研发的二代全新系统。

共轨管能承受1600bar的压力

法兰泵：

更改高压油泵和空压机同轴驱动结构方式；采用法兰式驱动高压油泵，油泵直接由齿轮传动，运转平稳；无联轴器结构故障率降低；使得喷油提前角精度更高，减少了震动，提高了可靠性，减低了噪音

放气阀增压器：

放气阀增压器在国二发动机的推广获得了成功的经验，证明发动机低速大扭矩工况适合国内大部分商用车；国三阶段全系列标配该结构，使得发动机低速动力性和经济性全面提高

国Ⅲ排放WP12系列柴油机结构介绍

蓝擎WP12系列发动机是由潍柴动力与AVL，Bosch等知名公司强强联合，并与世界优秀的汽车零部件供应商全球协同开发的

开发中充分考虑到国内的油品和国内用户的使用情况，做到不因辅料如柴油、润滑油的质量水平影响柴油机的可靠性

最低油耗达到181g/kW.h，各项排放指标远远优于国Ⅲ限值

全新设计的满足国Ⅲ法规并具备国Ⅳ潜力的国内最大排量的车用柴油机

WP12柴油机

WP12结构特点：

燃油系统，电控装置，气缸体，曲轴连杆系，气缸盖，配气系统，飞轮端结构：

后取力装置，法兰泵，双缸空压机；自由端结构，进、排气系统，油底壳

电控装置：

采用BOSCH的电控单元，具有稳定的系统处理能力；多层次的系统保护和纠错措施，提高发动机的可靠性和安全性；采用CAN和K总线可以实现与整车电控单元的自由通信

气缸体：

框架式主轴承结构，保证发动机的高强度和低噪音，同时为适应整车匹配需要，进、排气管位置相对WD615/618柴油机左右镜射；齿轮室后置并与气缸体一体铸造，提高了稳定性，便于后端取力；回水管与机体一体铸造

曲轴连杆系：

为承载165bar的最高爆发压力，设计时采用了较大的主轴径和连杆轴径；曲轴前端轴径得到强化，相比国Ⅱ机型，允许前端有更大的扭矩输出

配气系统：

通过无导向的气门桥驱动气门，在气门桥及排气门摇臂中带有排气门制动的零部件，有效的提高了整机的制动效率

后端驱动系统：

齿轮室后置，齿轮系采用低噪音设计，驱动液压泵、喷油泵和空压机等部件，预留PTO输出接口，可以满足1000Nm的扭矩输出

飞轮端结构

自右端结构：

齿轮室后置，自右端的传动只是皮带传动

油底壳：

采用多层复合板材料，降低噪音；加大油底壳的储油量，延长机油的更换期

潍柴动力WEVB结构介绍

潍柴在国内首先采用WEVB辅助制动系统

“EVB”是英文exhaustvalvebrake的字母缩写，译为“排气阀制动”。

该项技术来源于德国MAN公司,潍柴购买了MAN公司的该项专利，并将其应用于WD615汽车发动机。

随着安全意识的提高,越来越多的载货汽车装备了排气制动装置。

这种传统的排气制动装置是采用蝶形阀关闭排气通道的方法,使活塞在排气行程时受到气体的反压力,阻止发动机运转而产生制动作用,达到控制车速的目的。

应用WEVB的必要性

由于汽车进一步向重型化方向的发展，从而对制动功率提出了更高的要求。

重卡及其他大型车辆在长坡道上沿坡道下坡行驶时，在重力的作用下，使车辆沿坡道加速下行。

此时如果无外加阻力矩与此重力相抵消，车辆会失去控制。

如果在漫长的坡道上使用刹车系统，会使刹车系统损坏，造成重大事故。

为确保车辆安全行驶，增强产品的市场竞争力，潍柴决定在所有的汽车发动机上装备排气阀制动装置，进一步提高整车的制动功率。

在欧美，重载柴油机的辅助制动已作为强制性安全法规，必须装备。

WEVB辅助制动系统所利用的工作原理

该系统的开发建立在传统的蝶形阀排气制动装置之上，当蝶形节流阀关闭时，柴油机在汽车重力的拖动下类似于压缩机工作。

排气管内的排气压力可增加到足以使处在进气冲程中，活塞位于下止点附近那个气缸的排气阀被相邻气缸的活塞所推出的废气产生的压力波打开。

经试验验证这种现象在目前所有蝶形阀制动结构中均会发生，WEVB辅助制动系统就是利用排气门在制动过程中被压力波自动打开的现象，通过使排气门在发动机制动过程中保持打开一个空隙来提高发动机的制动效率。

WEVB辅助制动系统工作过程简述

当排气阀被压力波打开后，排气阀制动机构就阻止被打开的排气阀关闭（保持大约1-2mm行程）。

这样在压缩冲程中，压缩空气的一部分就从气缸中泄漏出来。

甚至在活塞已到达上止点后，排气阀仍然开着。

这样就使压缩空气通过排气阀间隙膨胀到排气管中，使膨胀冲程时向下运动的活塞的速度大大降低，避免压缩功再次驱动发动机做功。

在排气冲程开始时，通过摇臂的运动使排气阀全开，排气阀摇臂上的卸油孔打开，润滑油喷出，滑块组件回位。

上述过程循环往复进行，从而增加柴油机的制动功率。

WEVB辅助制动系统主要结构特点

1.保留了原WD615欧2柴油机的结构优点。

2.WEVB制动系统的供油采用外接管路与内部供油通道相结合的办法，由机体副油道引出机油，通过外接油管到第6缸缸盖，然后缸盖与缸盖之间利用短管相接。

3.所有的外接管路均布置在进气管一侧，该侧温度相对较低，可以有效防止一旦发生泄露造成着火事故。

4.专用机体、缸盖、气门摇臂座，在其中布置机油的输送通道。

5.排气门摇臂中增加控制排气门运动的一套执行机构。

6.新增支撑臂、封油用调节螺栓总成以及WEVB系统供油管路等零件。

7.气缸盖罩增加高度32mm。

采用WEVB辅助制动系统需要注意的问题

柴油机采用WEVB系统后，为保证柴油机上各相关零部件的可靠性，需要采用新结构的排气制动阀

为防止发生主机厂因排气制动阀匹配不当造成的柴油机故障，在小批试投阶段由潍柴带排气制动阀

另外，采用WEVB系统后，柴油机排气门间隙的调整方法与原来有所不同，具体可参见潍柴提供的相关技术文件

采用WEVB制动系统后的潍柴汽车发动机适用范围

重型汽车

各种专用车辆

豪华客车等

WEVB系统试验台开发结果

制动转速rpm

制动功率kW

涡轮前排温℃

制动阀前的排气背压（kPa）

喷嘴温度℃

2550

-227/-153

607/402

339/352

323/383

2200

-180/-120

552/350

326/344

303/334

2000

-157/-98

523/350

321/322

290/301

1800

-134/-81

496/325

313/308

269/268

1600

-89/-66

367/332

293/300

227/242

1400

-56/-53

256/294

272/286

179/208

注：

采用WEVB/不采用WEVB

WEVB柴油机装车道路试验结果

试验条件：

对采用与不采用WEVB系统的柴油机先后装配在同一辆重型车上，在某一相同的档位下进行同一长下坡路段上的对比试验

长下坡路段上的行驶时间对比试验结果

路径

山南坡

山北坡

路段长

3km

4km

由坡顶到坡底行驶时间

10′45″/8′15″

13′10″/11′15″

使用刹车次数

不用刹车/刹车8次

刹车3次/刹车13次

注：

采用WEVB/不采用WEVB

采用WEVB辅助制动系统的优越性

与传统的排气制动系统相比，采用WEVB辅助制动系统后，发动机的制动效率可以提高大约50%。

采用WEVB辅助制动系统后，汽车下长坡时，行车制动的作用次数和作用时间显著减少，可以降低车轮制动器机件的磨损，同时也减轻驾驶员制动过程的疲劳。

与其他种类的发动机缓速器相比，WEVB辅助制动系统成本低、改动零件少且易保养维护。

柴油机装备WEVB辅助制动系统计划

2005年2月：

完成台架性能及可靠性试验和整车道路性能试验。

2005年3月：

批量装机验证。

2005年7月：

欧II柴油机采用该系统。

2006年1月：

所有的车用柴油机（欧II和欧III）全部采用WEVB辅助制动系统。