柴油機(jī)共軌電控噴射系統(tǒng)故障診斷與分析

徐生明（四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院　四川　成都　611130）

·測控技術(shù)·

柴油機(jī)共軌電控噴射系統(tǒng)故障診斷與分析

徐生明
（四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川成都611130）

柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)具有改善低溫起動(dòng)性；降低氮氧化物和煙度排放；提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；油耗低，故障率低，便于控制渦輪增壓等特點(diǎn)，在汽車和工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修理成本高，使其成為目前汽車和工程機(jī)械維修行業(yè)帶有普遍性的技術(shù)難題。在使用過程中出現(xiàn)故障后，需要專業(yè)人員和專用設(shè)備進(jìn)行故障診斷、檢修和排除。從柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)典型故障案例入手，從結(jié)構(gòu)、控制原理分析故障原因，論述柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)故障的診斷實(shí)用方法和一般步驟。

柴油機(jī)共軌噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理故障診斷

引言

柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噪音高，振動(dòng)大，排放污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，其共軌腔內(nèi)的高壓直接用于噴射，噴油壓力高，可以省去噴油器內(nèi)的增力機(jī)構(gòu)；通過高壓油泵上的壓力調(diào)節(jié)電磁閥，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀況、經(jīng)濟(jì)性和排放性的要求對(duì)共軌腔內(nèi)油壓進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的低速性能；通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時(shí)、噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調(diào)節(jié)不同工況下預(yù)噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔，改善冷起動(dòng)性能，降低了氮氧化物和煙度排放。因此，柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)在汽車和工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。但柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修理成本高，使其成為目前汽車和工程機(jī)械維修行業(yè)帶有普遍性的技術(shù)難題。本文從柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)、控制原理入手，論述柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)故障的診斷實(shí)用方法和一般步驟。

1　柴油機(jī)共軌噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

近年來，英國盧卡斯公司、德國博世（BOSCH）公司、美國卡特彼勒公司等都先后開發(fā)柴油機(jī)電控新技術(shù)，特別是德國博世（BOSCH）公司柴油機(jī)電噴系統(tǒng)對(duì)于歐洲柴油機(jī)的迅速發(fā)展具有決定性的影響。從20世紀(jì)90年代開始，博世公司對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行技術(shù)革新，減少了柴油機(jī)汽車80%的顆粒物排放和至少90%的其他排放物（CO、NO x、HC），從此開始了綠色柴油機(jī)時(shí)代。博世（BOSCH）公司電控共軌燃油噴射系統(tǒng)組成及布置如圖1所示。

圖1　博世公司共軌噴射系統(tǒng)的組成及布置圖

采用高壓共軌電控噴射系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元（簡稱ECU）和各類傳感器。其電控裝置如圖2所示。它由傳感器及開關(guān)、電控單元（ECU）和執(zhí)行器三部分組成。

圖2　共軌噴油系統(tǒng)電控裝置

柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)收集各種傳感器及開關(guān)輸入信號(hào)，經(jīng)輸入回路或模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入電控單元（ECU）。在電控單元的存儲(chǔ)器中，存有發(fā)動(dòng)機(jī)各有關(guān)的調(diào)控參數(shù)或狀態(tài)的目標(biāo)數(shù)據(jù)，這些目標(biāo)數(shù)據(jù)是柴油機(jī)的各種不同參數(shù)和最優(yōu)運(yùn)行結(jié)果的綜合，一般通過統(tǒng)計(jì)或?qū)崪y得到。當(dāng)由傳感器檢測到的發(fā)動(dòng)機(jī)的某一實(shí)際參數(shù)輸入電控單元后，首先與存儲(chǔ)器中的相應(yīng)參數(shù)和最優(yōu)運(yùn)行結(jié)果比較，如果兩者相同，則電控系統(tǒng)保持原狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)按當(dāng)前狀態(tài)運(yùn)行。當(dāng)實(shí)際參數(shù)偏離目標(biāo)參數(shù)時(shí)，微機(jī)將根據(jù)偏離值的大小和方向按一定的控制對(duì)策進(jìn)行有關(guān)信息分析處理，再計(jì)算出相應(yīng)的控制指令，控制噴油量、噴油壓力、噴油時(shí)間、噴油率和其他附加控制功能。柴油機(jī)電控系統(tǒng)通過控制燃油噴油量和噴油正時(shí)使之達(dá)到最佳水平。柴油機(jī)電控單元具備以下功能：

1）噴油正時(shí)的確定。共軌型電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的基本噴油正時(shí)是通過計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開啟角度來決定的，再根據(jù)水溫和進(jìn)氣壓力的信號(hào)來進(jìn)行修正，得出最佳的噴油正時(shí)。ECU根據(jù)蓄電池等信號(hào)提前或滯后噴油正時(shí)，并發(fā)送噴油信號(hào)給ECU，以調(diào)節(jié)、啟動(dòng)噴油正時(shí)。由于噴油始點(diǎn)和噴油延續(xù)時(shí)間由指令脈沖決定，與轉(zhuǎn)速及負(fù)荷無關(guān)。因此，ECU可以自由控制噴油時(shí)間。

2）噴油量控制。電磁閥的通電時(shí)刻確定了噴油始點(diǎn)。電磁閥通電時(shí)間的長短可確定噴油量。這些基本噴油參數(shù)都是電子脈沖控制的。

3）各缸噴油量不均勻的修正。該系統(tǒng)能通過曲軸位置傳感器檢測曲軸轉(zhuǎn)速的變化情況來判斷各缸噴油量的差異，利用電磁溢流閥的快速響應(yīng)性，及時(shí)修正各缸噴油量，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，即按各缸間轉(zhuǎn)速無波動(dòng)偏差來控制各缸的噴油量，消除所謂怠速顫振。

4）起動(dòng)預(yù)熱控制。該系統(tǒng)通過ECU控制起動(dòng)預(yù)熱塞的通電時(shí)間以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫起動(dòng)性能。

5）怠速控制。ECU根據(jù)各傳感器的信號(hào)，按驅(qū)動(dòng)狀態(tài)計(jì)算目標(biāo)速度，再將目標(biāo)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較，并控制噴油器，調(diào)節(jié)噴油量，以校正怠速。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)或空調(diào)/電加熱器運(yùn)行期間，ECU為防止A/C開關(guān)斷開時(shí)發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足而產(chǎn)生的怠速不穩(wěn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)前自動(dòng)提高噴油量。在怠速時(shí)，如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過規(guī)定范圍，ECU可校正每個(gè)氣缸的噴油量，從而減少怠速的振動(dòng)和噪聲。

6）故障自診斷及安全保護(hù)功能。該系統(tǒng)具有對(duì)控制系統(tǒng)故障自診斷及安全保護(hù)功能。

2　柴油機(jī)共軌電控噴射系統(tǒng)故障診斷與分析

典型案例:一臺(tái)沃爾沃挖掘機(jī)EC250D用電控柴油機(jī)共軌系統(tǒng)故障現(xiàn)象:起動(dòng)馬達(dá)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，排氣無煙，機(jī)器無法啟動(dòng)。

設(shè)備出現(xiàn)故障后，服務(wù)工程師已經(jīng)檢查了發(fā)動(dòng)機(jī)線路，檢查了FCV閥的供電，檢查了噴油器上的電壓，均正常，檢查低壓力油路，清洗了油箱，更換了柴濾及油水分離器，檢查并與另一臺(tái)設(shè)備對(duì)調(diào)了FCV閥，F(xiàn)CV正常，在液壓泵上也安裝壓力表，在啟動(dòng)時(shí)也末發(fā)現(xiàn)帶液壓負(fù)載。啟動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)到200r/ min，轉(zhuǎn)速正常，無排煙，無法啟動(dòng)。

2.1利用專用故障診斷儀讀取故障碼

工程師去現(xiàn)場支援，用VCADS作發(fā)動(dòng)機(jī)診斷監(jiān)控測試，觀察輸油壓力在啟動(dòng)時(shí)約300～400kPa，說明低壓部分正常。軌道壓力一直無變化，壓力只有2000kPa，壓力異常。

在對(duì)診斷系統(tǒng)進(jìn)行檢測時(shí)，務(wù)必將故障碼記入存儲(chǔ)器中。特別是當(dāng)產(chǎn)生了多個(gè)故障碼時(shí)更是必要。如不能從存儲(chǔ)器中消除已經(jīng)產(chǎn)生的故障碼時(shí)，則必須檢查故障碼產(chǎn)生的位置，因?yàn)橐呀?jīng)有故障碼顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)工作異常，則必須檢查產(chǎn)生異常的原因。

該電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)用自診斷系統(tǒng)如圖3所示。V-ECU（整機(jī)控制組件）安裝在駕駛右壁內(nèi)側(cè)，配備有E-ECU（發(fā)動(dòng)機(jī)控制組件）和I-ECU（儀表控制組件）。V-ECU是個(gè)主控制電腦，根據(jù)駕駛室內(nèi)的開關(guān)和機(jī)器上的傳感器信號(hào)來控制電磁閥、繼電器和比例液壓電磁閥，通過CAN網(wǎng)絡(luò)與E-ECU和I-ECU通訊。主要功能有：自我診斷；機(jī)器信息顯示；模式選擇；發(fā)動(dòng)機(jī)速度感應(yīng)功率的控制；增壓；安全起動(dòng)和停止，緊急控制；代碼鎖；保養(yǎng)Contronic驅(qū)動(dòng)；數(shù)據(jù)登錄等。

圖3　沃爾沃挖掘機(jī)電控共軌噴射發(fā)動(dòng)機(jī)自診斷系統(tǒng)

MID-控制組件識(shí)別；E-ECU-發(fā)動(dòng)機(jī)控制組件；V-ECU-整機(jī)控制組件；I-ECU-儀表控制組件；J1939-控制總線；J1587-信息總線；MATRS-機(jī)器搜索信息系統(tǒng)；VCADS-分析可能的原因有幾種：1）FCV閥卡死在斷油位置；2）高壓泵不工作；3）凸輪軸異常磨損；4）噴油嘴密封不嚴(yán)，回油過大；5）共軌溢流閥損壞。

2.2用專用故障診斷儀清除故障碼

利用專用的故障診斷儀讀取故障碼時(shí)，與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)，可以同時(shí)確認(rèn)當(dāng)前發(fā)生的故障碼和以前發(fā)生的、記憶了的故障碼。但是，通過故障指示燈確認(rèn)故障碼的時(shí)候，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下顯示的內(nèi)容和停機(jī)狀態(tài)下顯示的內(nèi)容會(huì)有所不同。

2.3排除故障故障

擰松高壓泵的進(jìn)油管，有較多燃油流出，說明高壓泵前面供油正常。松開高壓泵到軌道的出油管，無油流出。確定故障部位為高壓泵，分解高壓泵，清洗

內(nèi)部出油閥后并安裝到設(shè)備，設(shè)備正常起動(dòng)。

3結(jié)束語

柴油機(jī)的“心臟”是燃油系統(tǒng)，電子技術(shù)被成功地應(yīng)用到柴油機(jī)燃油噴射裝置中，使柴油機(jī)燃油噴射技術(shù)產(chǎn)生了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。特別是柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，并消除燃油中的壓力波動(dòng)，然后輸送給每個(gè)噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實(shí)現(xiàn)噴射的開始和終止。因此，隨著電子控制手段更加精確，柴油機(jī)的振動(dòng)和噪音大大減小，舒適性提高，進(jìn)而使柴油機(jī)動(dòng)力性大、經(jīng)濟(jì)性好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)顯現(xiàn)。在故障檢查與修理過程中，經(jīng)驗(yàn)固然重要，但有更好的方法可以輔助我們進(jìn)行判斷。我們可以借助VCADS等專用軟件，檢測必要的數(shù)據(jù)，再根據(jù)理論知識(shí)進(jìn)行故障分析，能迅速鎖定故障部位，避免走彎路，節(jié)省維修時(shí)間，快速排除生產(chǎn)實(shí)踐中柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng)出現(xiàn)的各種故障，提高柴油機(jī)維修技術(shù)服務(wù)質(zhì)量和顧客滿意度。

1毛彩云，陳學(xué)深.汽車新技術(shù)及典型故障診斷維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012

2鄒小明.發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修[M].北京：人民交通出版社，2003

3湯定國.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修[M].北京：人民交通出版社，2005

4史文庫，葛安林，等.現(xiàn)代汽車新技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011

5歐Ⅲ柴油機(jī)技術(shù)綜述中國工程機(jī)械網(wǎng) http://www. gcjx888.com/

6徐家龍.柴油機(jī)電控噴油技術(shù)（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011

Fault Diagnosisand Analysisof Diesel Engine Comm on Rail EFISystem

Xu Shengm ing
Sichuan Vocational&Technical College ofCommunications（Chengdu，Sichuan，611130，China）

As for as we know，Diesel engine common rail EFI system has the ability to start under low temperatureand reduce emission ofnitrogen oxidesand smoke;itcan also improve engine performanceand fueleconomywith low fuel consumption and failure rate，which iseasy to control turbocharging.Because of those,diesel engine common rail EFI system is widely applied in automobile and engineeringmachinery engine.Butwith the complex structure and high repair costs,ithas become a common technicalproblem in modern automobileand engineeringmachinery repair industry.If there isany problem,weneed professional personnel and the specialized equipment tomake diagnosis，maintenance，and rule out the faults.The essay discusses the practicalmethods and general steps to diesel engine common rail EFIsystem based on its typical structure and controlprinciple.

Dieselengine，Common rail EFIsystem，Structure principle，F(xiàn)aultdiagnosis

TK421+.44

A

2095-8234（2015）01-0069-04

徐生明（1968-）男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事工程機(jī)械、車輛工程技術(shù)教學(xué)和研究工作。

（2015-01-06）