電控高壓共軌式柴油機(jī)起動(dòng)困難原因分析

李林林

（上海柴油機(jī)有限公司，上海200438）

電控高壓共軌式柴油機(jī)起動(dòng)困難原因分析

李林林

（上海柴油機(jī)有限公司，上海200438）

介紹了典型的電控高壓共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)、ECU、傳感器和噴油器幾個(gè)方面分析了電控高壓共軌式柴油機(jī)起動(dòng)困難的原因。

柴油機(jī)高壓共軌起動(dòng)困難

1　前言

電控柴油機(jī)和傳統(tǒng)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)差別比較大。傳統(tǒng)柴油機(jī)采用機(jī)械油泵對(duì)柴油加壓后通過(guò)噴油器噴入氣缸，其噴射壓力和噴射時(shí)刻隨發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況無(wú)法控制；而對(duì)于電控柴油機(jī)則增加了一套電控系統(tǒng)，主要包括ECU、共軌管、高壓油泵等，共軌管主要用來(lái)存儲(chǔ)高壓柴油，起到穩(wěn)壓的作用，保證發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況時(shí)噴射壓力都比較穩(wěn)定；通過(guò)標(biāo)定軌壓、提前角等參數(shù)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況時(shí)有足夠動(dòng)力性的同時(shí)油耗最低。但電控柴油機(jī)由于多出一套控制系統(tǒng)，成本會(huì)較高，而且精密零部件的故障也相對(duì)較多。如果電控系統(tǒng)和傳感器，線(xiàn)束接插件出現(xiàn)故障，也會(huì)造成起動(dòng)困難。本文不僅從傳統(tǒng)的進(jìn)排氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)，也從ECU、傳感器，噴油器分析了電控高壓共軌式柴油機(jī)起動(dòng)困難的原因。

2　電控高壓共軌噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

所謂高壓共軌是指噴油泵將燃油加壓到一定壓力后儲(chǔ)存在軌道內(nèi)，“高壓”是指噴油系統(tǒng)壓力比傳統(tǒng)柴油機(jī)要高出3倍，最高能達(dá)到200 MPa，而傳統(tǒng)柴油機(jī)噴油壓力在60～70 MPa。共軌噴射系統(tǒng)壓力高、霧化好、燃燒充分，從而提高了柴油機(jī)的動(dòng)力性，最終達(dá)到省油的目的。該壓力是根據(jù)柴油機(jī)的工況而設(shè)定的，電控單元（ECU）能根據(jù)柴油機(jī)不同工況下的實(shí)際轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫度、進(jìn)氣量等參數(shù)控制電控噴油器的開(kāi)啟。ECU能根據(jù)需要提供完美而精確的理想噴射，柴油機(jī)排放、功率和燃油消耗主要依靠共軌系統(tǒng)精確的噴油控制?！肮曹墶笔峭ㄟ^(guò)公共供油管同時(shí)供給各個(gè)噴油嘴，噴油量經(jīng)過(guò)ECU精確計(jì)算，同時(shí)向各個(gè)噴油嘴提供同樣質(zhì)量、同樣壓力的燃油，從而使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平順，優(yōu)化了柴油機(jī)綜合性能。目前國(guó)產(chǎn)或合資生產(chǎn)的高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大同小異，但選用的電控單元有所不同。高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)主要由高壓油泵、高壓油管、高壓油軌、電控噴油器，ECU、各種傳感器和執(zhí)行器等組成［3］。下面具體就上柴R系列柴油機(jī)高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)來(lái)闡明各自的作用。上柴R系列柴油機(jī)使用的是BOSCH電控高壓共軌系統(tǒng)。

高壓泵：高壓泵位于低壓和高壓部分之間，它的主要任務(wù)是在車(chē)輛所有工作范圍和整個(gè)使用壽命期間，在共軌中持續(xù)產(chǎn)生符合系統(tǒng)壓力要求的高壓燃油，以及快速起動(dòng)過(guò)程和共軌中壓力迅速提高時(shí)所需的燃油儲(chǔ)備。

電控噴油器：電控噴油器根據(jù)ECU發(fā)出的控制信號(hào)，通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時(shí)、噴油量和噴油率噴入柴油機(jī)的燃燒室。

共軌：共軌的任務(wù)是存儲(chǔ)高壓燃油，高壓泵的供油和噴油所產(chǎn)生的壓力波動(dòng)由共軌的容積進(jìn)行緩沖，在輸出較大燃油量時(shí)，所有氣缸共用的共軌壓力也應(yīng)近似保持為恒定值，從而確保噴油器打開(kāi)時(shí)噴油壓力不變。

輸油泵：輸油泵的主要作用是供給高壓油泵足夠的具有規(guī)定壓力的燃油。齒輪室輸油泵與高壓泵組合在一起。

燃油濾清器：柴油中的雜質(zhì)，可能導(dǎo)致泵零件、出油閥、噴油嘴等的磨損；另外柴油中含水，可能變成乳狀物或因溫度變化而凝結(jié)，若水進(jìn)入噴射系統(tǒng)，則可能導(dǎo)致零件銹蝕。濾清器把含在燃油中的氧化鐵、粉塵等固體雜物除去，可防止燃油系統(tǒng)堵塞（特別是噴油嘴）。減少機(jī)械磨損，確保發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，提高可靠性。

傳感器：系統(tǒng)中共有六個(gè)傳感器，分別將不同部位的信號(hào)傳給ECU。

水溫傳感器：水溫傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體或缸套的水套出水口處，與冷卻液接觸，通過(guò)冷卻液測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度。ECU據(jù)此信號(hào)對(duì)基本噴油量進(jìn)行修正；特別是在冷車(chē)起動(dòng)時(shí)對(duì)噴油器有加濃的作用，有些車(chē)輛還可作為冷卻風(fēng)扇的起控信號(hào)，同時(shí)也是柴油機(jī)預(yù)熱控制的主要依據(jù)。

進(jìn)氣溫度壓力傳感器：進(jìn)氣溫度壓力傳感器安裝在進(jìn)氣道中，用于測(cè)量進(jìn)氣岐溫度和進(jìn)氣壓力。

空氣流量傳感器：空氣流量傳感器直接檢測(cè)吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，并將進(jìn)氣量以電信號(hào)的方式傳輸給ECU，作為電控單元確定發(fā)動(dòng)機(jī)基本噴油量的主要依據(jù)。

曲軸轉(zhuǎn)速傳感器：曲軸轉(zhuǎn)速傳感器確認(rèn)曲軸位置，檢測(cè)活塞上止點(diǎn)，曲軸轉(zhuǎn)角及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。是ECU得到的第一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。ECU根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)與凸輪軸位置信號(hào)共同完成噴油器的噴油順序及噴油時(shí)間的分析計(jì)算工作。

凸輪軸相位傳感器：凸輪軸相位傳感器是判別發(fā)動(dòng)機(jī)做功順序的關(guān)鍵器件，用于判定運(yùn)動(dòng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)是處在壓縮行程還是處在排氣行程。

共軌壓力傳感器：共軌壓力傳感器的作用是以足夠的精度，在相應(yīng)的較短時(shí)間內(nèi)，精確快速地測(cè)定共軌中的瞬時(shí)壓力，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸送給ECU，由ECU對(duì)燃油計(jì)量單元（PCV）實(shí)施反饋控制，通過(guò)對(duì)供油量的增減來(lái)調(diào)節(jié)油壓穩(wěn)定在目標(biāo)值。

ECU：ECU的作用是接收來(lái)自各種傳感器、開(kāi)關(guān)的信息，經(jīng)過(guò)快速處理、運(yùn)算、分析和判斷后，適時(shí)地輸出控制指令，控制執(zhí)行器動(dòng)作，借以控制發(fā)動(dòng)機(jī)［1］。

3　電控高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)困難原因分析

3.1進(jìn)排氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)嚴(yán)重堵塞，造成柴油機(jī)在起動(dòng)時(shí)進(jìn)氣量不夠。有一次在整車(chē)廠的柴油機(jī)樣機(jī)裝車(chē)點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)柴油機(jī)無(wú)法起動(dòng)，多方排查發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)進(jìn)氣管上的防塵蓋裝車(chē)時(shí)沒(méi)有去掉，導(dǎo)致進(jìn)氣系統(tǒng)嚴(yán)重堵塞進(jìn)而導(dǎo)致柴油機(jī)無(wú)法起動(dòng)，見(jiàn)圖1。排氣系統(tǒng)則可能由于后處理裝置或消聲器嚴(yán)重堵塞，造成排氣背壓過(guò)大，從而造成發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。

圖1　柴油機(jī)進(jìn)氣管上的防塵蓋裝車(chē)時(shí)沒(méi)有去掉

3.2潤(rùn)滑系統(tǒng)

潤(rùn)滑系統(tǒng)的作用是及時(shí)向機(jī)械各運(yùn)動(dòng)零件表面提供足量的潤(rùn)滑油，減小運(yùn)動(dòng)表面的摩擦阻力。如果柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)工作不正常，不能及時(shí)向運(yùn)動(dòng)零件表面提供足量的潤(rùn)滑油，勢(shì)必造成運(yùn)動(dòng)阻力增大、運(yùn)動(dòng)零件轉(zhuǎn)動(dòng)困難，從而直接導(dǎo)致柴油機(jī)起動(dòng)困難。所以，柴油機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)是否工作良好，也直接關(guān)系到柴油機(jī)能否正常起動(dòng)。有一些用戶(hù)出于成本的考慮，沒(méi)有按指定公里數(shù)更換機(jī)油和機(jī)油濾芯。而長(zhǎng)時(shí)間不換機(jī)油和機(jī)油濾清器，造成機(jī)油中雜質(zhì)過(guò)多，進(jìn)而引起起動(dòng)困難［6］。

3.3燃油系統(tǒng)

常見(jiàn)問(wèn)題為油箱濾網(wǎng)堵塞，污物將油箱濾網(wǎng)堵塞，致使發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)油路中真空度過(guò)大，從油路中的結(jié)合部位吸入空氣；燃油箱無(wú)燃油或油位過(guò)低，由于回油管油流沖擊液面濺起氣泡，被油泵連氣帶油吸進(jìn)出油管，造成燃油管路內(nèi)產(chǎn)生大量空氣導(dǎo)致柴油機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)；連接件松脫、燃油中進(jìn)水、燃油濾清器堵塞、油管裂損進(jìn)氣、油箱通氣口堵塞（該孔堵塞后油箱不再與大氣相通），油箱上部因油面下降會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓，造成供油中斷［6］；柴油車(chē)錯(cuò)加成汽油，燃油濾清器進(jìn)回油管接錯(cuò)，導(dǎo)致油路斷路等，系統(tǒng)建立不起軌壓，柴油機(jī)不能正常起動(dòng)，見(jiàn)圖2。調(diào)整燃油濾清器進(jìn)回油管，柴油機(jī)正常起動(dòng)。這些錯(cuò)誤都會(huì)造成柴油機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)。

圖2　燃油濾清器進(jìn)回油管接錯(cuò)

檢查柴油牌號(hào)，不符合規(guī)定的應(yīng)進(jìn)行更換。使用條件發(fā)生變化，而維護(hù)和保養(yǎng)卻沒(méi)有跟上，也會(huì)造成柴油機(jī)難以起動(dòng)。例如：所加的柴油牌號(hào)不對(duì)，或是柴油中混入汽油等其它油品，都會(huì)明顯地?fù)p害燃料的發(fā)火性。再如：天氣突變，氣溫驟降，致使燃油和潤(rùn)滑油變得粘稠，其流動(dòng)性能變差，燃油不能良好霧化，機(jī)油造成扭力矩增大，也會(huì)造成暫時(shí)性起動(dòng)困難［4］。

某用戶(hù)在冬季從山東提一輛新車(chē)開(kāi)回東北，從廠家提車(chē)時(shí)加注了-10號(hào)柴油，回到當(dāng)?shù)兀|北）停車(chē)后次日無(wú)法起動(dòng)。經(jīng)檢查低壓油路，發(fā)現(xiàn)油箱結(jié)蠟，造成燃油流動(dòng)性受阻，堵塞油路和各個(gè)濾芯，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。后來(lái)徹底更換柴油（符合當(dāng)?shù)販囟鹊?35號(hào)柴油），疏通油路和更換濾芯，發(fā)動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)［1］。

3.4起動(dòng)系統(tǒng)

（1）起動(dòng)電機(jī)的力矩選用不正確，在冬季無(wú)法克服柴油機(jī)的內(nèi)阻。

（2）電瓶的電壓不足，不足以提供足夠的電壓起動(dòng)柴油機(jī)。有些車(chē)主經(jīng)常在下車(chē)時(shí)忘記關(guān)大燈，或是車(chē)內(nèi)照明燈。開(kāi)一夜之后，電瓶很可能就沒(méi)電了，嚴(yán)重影響整車(chē)的正常起動(dòng)。

（3）電瓶容量偏小，在起動(dòng)時(shí)電瓶的瞬間放電量不能達(dá)到起動(dòng)電機(jī)的要求。

起動(dòng)柴油機(jī)時(shí)，若接通起動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)而起動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，說(shuō)明起動(dòng)機(jī)或其電路出了問(wèn)題。若起動(dòng)時(shí)，只聽(tīng)到起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪的嚙入聲，卻不見(jiàn)起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；或是起動(dòng)機(jī)雖轉(zhuǎn)起來(lái)了，但僅轉(zhuǎn)動(dòng)一兩圈又停了下來(lái)，這些都是蓄電池嚴(yán)重虧電所造成的。

如果蓄電池存電充足而起動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)無(wú)力，可用手觸摸起動(dòng)開(kāi)關(guān)，若開(kāi)關(guān)很燙，大多為起動(dòng)機(jī)內(nèi)部或起動(dòng)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障；若開(kāi)關(guān)不熱，一般是起動(dòng)機(jī)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)，可能是起動(dòng)電路斷路或開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)嚴(yán)重?zé)龘p所致［2］。

（4）起動(dòng)機(jī)負(fù)極搭鐵線(xiàn)沒(méi)有連接。

3.5ECU和傳感器故障

3.5.1ECU故障

（1）電控單元ECU未連接，造成整車(chē)沒(méi)有給ECU電源。有時(shí)整車(chē)廠裝配線(xiàn)上疏忽沒(méi)注意連接ECU，造成整車(chē)無(wú)法起動(dòng)。這種低級(jí)錯(cuò)誤應(yīng)該要避免。

（2）電控單元ECU插針損壞，造成插針接觸不良，造成起動(dòng)困難。

（3）電控單元ECU對(duì)應(yīng)的線(xiàn)束接插件針腳損壞，造成起動(dòng)困難，見(jiàn)圖3。

（4）車(chē)輛在焊接作業(yè)時(shí)沒(méi)有將ECU拆掉或斷開(kāi)其電源，造成電控單元ECU內(nèi)部燒毀或針腳處燒焦，引起起動(dòng)困難［1］。

3.5.2傳感器類(lèi)故障

（1）空氣流量傳感器出現(xiàn)故障，造成發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。

（2）曲軸位置傳感器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。

（3）軌壓傳感器信號(hào)失?；蚴?，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。

3.6噴油器故障

（1）噴油嘴卡住，燃油中有水分，會(huì)使噴油嘴卡死，造成發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。

（2）噴油孔堵塞，燃油中有臟物進(jìn)入噴油嘴，使噴油嘴堵塞，造成發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難［5］。

圖3　電控單元ECU對(duì)應(yīng)的線(xiàn)束接插件針腳損壞

4　結(jié)論

電控高壓共軌柴油機(jī)啟動(dòng)困難除了進(jìn)排氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)要進(jìn)行檢查以外，ECU、傳感器、噴油器故障也會(huì)造成起動(dòng)困難。

［1］樑郭建.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)高壓共軌電控系統(tǒng)原理與故障檢修［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［2］田玉霞.柴油機(jī)起動(dòng)困難的原因分析［J］.農(nóng)機(jī)使用與維修，2006（5）.

［3］吳京彥.高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)困難的故障診斷與排除［J］.安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（4）.

［4］黃忠民.柴油機(jī)起動(dòng)困難的原因及診斷排除［J］.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（2）.

［5］袁靖.柴油機(jī)起動(dòng)困難的原因及排除方法［J］.城市公共交通，2001（1）.

［6］于麗麗，吳景剛.柴油機(jī)起動(dòng)困難的故障檢修［J］.農(nóng)機(jī)推廣，1995（1）.

Electronic Controlled High Pressure Common-Rail Diesel Engine Hard Starting of Cause Analysis

Li Linlin
（Shanghai Diesel Engine Co.，Ltd.Shanghai 200438，China）

Introduced the structure of a typical electronic control high pressure common rail system，from the intake system，exhaust system，lubrication system，fuel system，starting system，ECU，sensors，fuel injector analyzed electronic control high pressure common-rail diesel engine cause hard starting.

diesel engine，high pressure common rail，hard starting

10.3969/j.issn.1671-0614.2016.03.008

來(lái)稿日期：2015-10-30

李林林（1980-），男，工程師，主要研究方向?yàn)榭蛙?chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)配套設(shè)計(jì)。