柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控方案及故障診斷

李玉雄

（來(lái)賓市技工學(xué)校 546100)

1 柴油機(jī)電控技術(shù)

1.1 柴油機(jī)控制技術(shù)的特點(diǎn)與難點(diǎn)

柴油機(jī)電子控制技術(shù)和汽油機(jī)控制技術(shù)有些類似，一般都由傳感器、電子控制單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu)3個(gè)單元構(gòu)成。大部分傳感器，如速度、壓力、溫度傳感器、油門踏板傳感器等都是相同的，電子控制單元在硬件上類似于車輛管理系統(tǒng)的軟件也非常相似，電子控制單元正向著集成化、智能化、綜合化的方向邁進(jìn)。但柴油機(jī)噴油具有高壓、高頻、脈動(dòng)等特性，是汽油機(jī)噴油注射壓力的千百倍，要求有良好的穩(wěn)定性和持久性，而且柴油噴射對(duì)噴射的定時(shí)精度非常高，相對(duì)于上止點(diǎn)的角度位置也要求非常準(zhǔn)確，這導(dǎo)致了柴油噴射裝置的實(shí)施要復(fù)雜得多[1]。

從控制方面考慮，電子控制系統(tǒng)不光要控制噴油量、正時(shí)，還要控制噴油量注射壓力感應(yīng)狀態(tài)，從單一的轉(zhuǎn)速狀態(tài)發(fā)展到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和環(huán)境狀況，這樣就使控制的難度大大的提高了。所以，柴油機(jī)的重點(diǎn)控制研究對(duì)象是執(zhí)行器，它是電控柴油機(jī)的噴油機(jī)構(gòu)。所以研究柴油機(jī)的國(guó)家都在大力鉆研各類電控柴油機(jī)噴油機(jī)構(gòu)，努力找到更好的解決方案，這同樣也是柴油機(jī)電控技術(shù)的困難所在。

1.2 柴油機(jī)控制技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

能源短缺和環(huán)境大面積污染使得人們對(duì)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、有害排放和穩(wěn)定性要求變得更高。這就要求采取多種改進(jìn)方案，對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行高精度、全工況的改進(jìn)和控制[2]。由于柴油機(jī)控制精度高、反應(yīng)速度靈敏、控制方面多變、適應(yīng)性優(yōu)越等方面的特點(diǎn)，柴油機(jī)的電子控制一定會(huì)成為未來(lái)柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。微電子技術(shù)的飛速進(jìn)步、集成度持續(xù)優(yōu)化、成本降低、功能和穩(wěn)定性的提高，為柴油機(jī)電噴系統(tǒng)的發(fā)展奠定了優(yōu)越的條件。和以往的機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)相比，電子燃油噴射系統(tǒng)擁有以下優(yōu)點(diǎn)。

1.2.1 減少尾氣污染，提高經(jīng)濟(jì)效益

高壓噴射能夠提升燃油經(jīng)濟(jì)性，大量降低顆粒和煙霧；燃油噴射定時(shí)和燃油噴射量的有效控制能夠降低氮氧化物和碳?xì)浠衔锏呐欧?；電子燃油噴射系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作要求實(shí)現(xiàn)燃油噴射量、燃油噴射定時(shí)、燃油噴射壓力和燃油噴射率在滿足排放法規(guī)的同時(shí)提供最佳的經(jīng)濟(jì)性[3]。

1.2.2 操作控制自動(dòng)化及穩(wěn)定性

電子控制系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換成滿足駕駛員要求的控制信號(hào)，用各種傳感器及執(zhí)行器完成發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制。如怠速自動(dòng)控制和過(guò)渡條件的最好控制等。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)還擁有智能的自診斷、故障防護(hù)與后備能力，電子控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也可以依照發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況自校正參數(shù)校準(zhǔn)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)在工作生涯中一直處于優(yōu)越狀態(tài)。

2 電控柴油機(jī)的控制

2.1 電控共軌系統(tǒng)原理

電控柴油機(jī)的控制原理和汽油機(jī)控制的原理大體相同，都是由電控單元、傳感器與執(zhí)行器構(gòu)成。柴油機(jī)的電子控制原理和汽油機(jī)的電子控制原理都一樣，但是柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)電子控制要更加復(fù)雜[4]。

執(zhí)行器的組成部分：電動(dòng)油泵、燃油壓力調(diào)節(jié)器、第三泵停止電磁閥、電動(dòng)噴油器、空調(diào)壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)扇離合器、冷起動(dòng)預(yù)熱電磁閥、燃油加熱設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)故障報(bào)警燈、測(cè)試口、可變幾何渦輪增壓調(diào)節(jié)控制閥、廢氣循環(huán)調(diào)節(jié)控制閥、顆粒捕捉器、巡航控制（動(dòng)力輸出控制）等。電子燃油噴射系統(tǒng)與燃油噴射壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)速度無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，注射壓力和注射過(guò)程是互相分離的。系統(tǒng)中的高壓泵只是將燃油壓縮和傳輸至共軌歧管，沒(méi)有機(jī)械泵調(diào)節(jié)速度的能力。

共軌中的高壓燃油用高壓管連接到電動(dòng)噴油器，電氣數(shù)據(jù)收集器依照發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴射序列向燃料噴射器給出燃料噴射命令，打開燃料噴射器電磁閥，并提升密封電樞，使得燃料的控制量通過(guò)返回管道到燃料箱管道內(nèi)的壓力降落在控制區(qū)內(nèi)，這時(shí)噴油器開始噴射高壓燃油。反之 ，切斷電磁閥電源，銜鐵返回到關(guān)閉狀態(tài)，并且控制區(qū)域中的壓力和壓力室中的壓力相等，然后柱塞閥在彈簧的彈力促使下返回到關(guān)閉狀態(tài)，燃料噴射結(jié)束。

高壓共軌系統(tǒng)是一種時(shí)間和壓力控制的噴射系統(tǒng)，高壓泵僅向共軌歧管輸送高壓燃油，用來(lái)保持在導(dǎo)軌上受到的壓力。導(dǎo)軌中的壓力，就是燃料噴射壓力，由壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。壓力調(diào)節(jié)器的可調(diào)范圍在245～130 MPa之間，電氣數(shù)據(jù)收集器依照壓力傳感器測(cè)量出的共軌壓力，與發(fā)動(dòng)機(jī)在一定時(shí)間條件下需要的燃油壓力和燃油噴射情況以及控制部分的默認(rèn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算并給出一個(gè)調(diào)節(jié)命令，用來(lái)調(diào)控噴油壓力和噴油量的多少，噴油量的大小由噴油器電磁閥開啟的時(shí)長(zhǎng)來(lái)調(diào)控。燃油噴射壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載無(wú)關(guān)，燃油噴射正時(shí)、燃油噴射壓力及燃油噴射可維持的時(shí)長(zhǎng)能夠在很寬的區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)。共軌系統(tǒng)能夠依照發(fā)動(dòng)機(jī)的需求產(chǎn)生預(yù)噴射狀態(tài)、首要噴射及二次噴射，使燃燒效率得到很大的提高，也減少了柴油機(jī)噪聲及氮氧化物等有害氣體的排放量[5]。

2.2 電控共軌系統(tǒng)調(diào)節(jié)策略

噴油量的調(diào)節(jié)，電氣數(shù)據(jù)收集器依照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門開度信號(hào)以及溫度、壓力等輔助信號(hào)，來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)在工作狀態(tài)下的最佳噴油量。電氣數(shù)據(jù)收集器通過(guò)調(diào)節(jié)噴油器電磁閥的開關(guān)時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)噴油量的大小，從而讓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

噴射壓力調(diào)節(jié)，電氣數(shù)據(jù)收集器通過(guò)共軌壓力傳感器測(cè)量當(dāng)前共軌壓力，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油噴射量和調(diào)節(jié)部分所給定的理想值進(jìn)行比較，從而反饋給系統(tǒng)，以達(dá)到噴射壓力高精度環(huán)調(diào)節(jié)。噴油時(shí)長(zhǎng)調(diào)節(jié)，電氣數(shù)據(jù)收集器依照轉(zhuǎn)速與負(fù)載等數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)節(jié)噴油器的工作時(shí)間、停止時(shí)間，精確地調(diào)節(jié)噴油時(shí)間。

噴油方式調(diào)節(jié)，高壓共軌系統(tǒng)用的是多次噴油的方式，電氣數(shù)據(jù)收集器依照發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作狀態(tài)來(lái)設(shè)定和調(diào)節(jié)預(yù)噴、首噴和二次噴射。注入一個(gè)工作周期的過(guò)程將由幾次噴射后完成，每次注入與其他次注入互不干擾。多次噴射方式能夠使燃燒率得到很大提升，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的噪音和產(chǎn)生的廢氣物量得以減少。

高壓共軌柴油機(jī)的調(diào)節(jié)是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下調(diào)節(jié)燃油壓力，依據(jù)各傳感器反饋的信息，經(jīng)邏輯運(yùn)算給出調(diào)節(jié)命令，從而完成精確調(diào)節(jié)。電子控制單元依照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門點(diǎn)位、進(jìn)氣流量、冷卻液溫度、電池電壓和燃油壓力等數(shù)據(jù)給出噴油方式及噴油量。

3 電控柴油機(jī)常見故障和診斷流程

在掌握發(fā)動(dòng)機(jī)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)是如何構(gòu)成和工作的前提下，使用先進(jìn)的檢測(cè)儀器、善于總結(jié)是重點(diǎn)，以下是筆者總結(jié)的簡(jiǎn)單柴油機(jī)診斷過(guò)程。

（1）確定發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，感受發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，對(duì)故障做出初步判斷。

（2）使用檢測(cè)儀器（X431）檢索故障代碼，并通過(guò)故障現(xiàn)象得出初步判斷。

（3）經(jīng)故障代碼判斷不出故障時(shí)，可以進(jìn)入診斷程序“讀取數(shù)據(jù)流”頁(yè)面，選擇對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，研究數(shù)據(jù)判斷故障情況。

（4）依照檢測(cè)儀器給出的數(shù)據(jù)和故障模式，分析燃油系統(tǒng)的情況、回油裝置的壓力等。

（5）根據(jù)故障代碼和故障現(xiàn)象，檢查有關(guān)傳感器和執(zhí)行器的運(yùn)行情況，酌情修理或更換。

（6）檢查相關(guān)傳感器與調(diào)節(jié)部分之間的通訊線路是否存在問(wèn)題，檢驗(yàn)有關(guān)調(diào)節(jié)開關(guān)和配電箱內(nèi)的熔絲狀況。

（7）將發(fā)現(xiàn)的故障和異常排除在外，用檢測(cè)儀清除存儲(chǔ)的故障碼，并進(jìn)行路測(cè)以確認(rèn)故障是否排除。

（8）將發(fā)現(xiàn)的故障點(diǎn)排除后，使用檢測(cè)儀器檢查故障代碼是否再次出現(xiàn)，確保故障完全排除后，交給檢查員進(jìn)行檢測(cè)，并向客戶交車[6]。

在電控柴油機(jī)的維修中，不能單靠解碼器來(lái)查找故障，要熟練掌握各部件的工作原理、結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，合理利用檢測(cè)儀器。對(duì)維修車輛在出現(xiàn)故障之前的運(yùn)行狀態(tài)、保養(yǎng)情況和發(fā)生故障的時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境等方面多做了解，以幫助分析故障點(diǎn)，縮短檢查時(shí)間。尤其需要注意燃油質(zhì)量的好壞、過(guò)濾器更換的頻率，這些因素都會(huì)對(duì)供油系統(tǒng)有直接影響。

[1]田晉躍.現(xiàn)代汽車新技術(shù)概論[M].北京大學(xué)出版社.2013.

[2]宋福昌.電子控制高壓共軌柴油機(jī)故障檢修[M].國(guó)防工業(yè)出版社.2015.

[3]朱玉平.怎樣維修電控柴油轎車[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[4]譚明裕、劉建華.綜合維修電子報(bào),2013年007版.

[5]張家璽.新編汽車電控燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與檢修[M].金盾.2014.

[6]嚴(yán)安輝、韋忠霞.汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)原理與檢修[M].國(guó)防工業(yè)出版社.2016.6.