五十鈴4HK1發(fā)動機燃油系統(tǒng)故障診斷

曹學峰，張建超

（石家莊鐵道大學工程訓練中心，河北 石家莊 050043）

發(fā)動機作為挖掘機的核心部件，其動力輸出的好壞直接影響挖掘機的工作性能，而其動力輸出的關鍵在于燃油系統(tǒng)。挖掘機發(fā)動機動力不足的故障絕大多數(shù)都是燃油系統(tǒng)引起的。大量裝配在住友、日立、凱斯等進口挖掘機上的五十鈴4HK1發(fā)動機，其燃油系統(tǒng)采用機電液一體化的高壓共軌電噴技術，燃油系統(tǒng)結構復雜，技術含量高，故障查找難度大。本文結合一起故障實例系統(tǒng)介紹了高壓共軌燃油系統(tǒng)的組成、工作原理和故障診斷方法。

1 故障現(xiàn)象及初步診斷

某臺裝配五十鈴4HK1發(fā)動機的住友SH210-5型挖掘機正常工作中突然憋車，發(fā)動機無異響、煙色正常。單從故障現(xiàn)象判斷是發(fā)動機和液壓泵之間功率不匹配，原因是發(fā)動機動力下降或者是液壓泵輸出功率增大。

現(xiàn)在絕大多數(shù)挖掘機是機電液一體化產品，此類產品在處理故障時，一般先檢查電氣系統(tǒng)，再檢查液壓系統(tǒng)，最后檢查機械部分。住友SH210-5型挖掘機采用機電液一體化技術，其發(fā)動機為高壓共軌燃油系統(tǒng)，液壓泵為恒功率變量控制系統(tǒng)。其中電氣系統(tǒng)帶自我診斷功能，電氣系統(tǒng)一旦有故障發(fā)生就會在監(jiān)控器顯示屏上顯示故障代碼，同時故障報警燈閃爍。檢查監(jiān)控器顯示屏，無故障代碼顯示和報警燈閃爍，說明電氣系統(tǒng)正常。接著對液壓泵輸出功率控制系統(tǒng)進行檢測：在液壓泵泵控比例減壓電磁閥輸出測壓點安裝6MPa壓力表，啟動發(fā)動機工作，液壓泵泵控比例減壓電磁閥輸出壓力為0.6～2.5MPa，輸出值正常范圍內，說明液壓泵比例減壓電磁閥無卡滯，工作正常；同時操作2個行走桿，行走無跑偏現(xiàn)象，調整液壓泵2個調節(jié)器功率調整螺釘，液壓泵輸出流量均有變化，說明液壓泵調節(jié)器工作正常，無卡滯。由此判斷液壓泵輸出功率正常，故障原因是發(fā)動機動力下降。造成發(fā)動機動力下降的原因絕大多數(shù)是發(fā)動機燃油系統(tǒng)引起的。為了準確找到故障原因，應了解五十鈴4HK1發(fā)動機燃油系統(tǒng)的組成和工作原理。

2 燃油系統(tǒng)的組成與工作原理

2.1 五十鈴4HK1發(fā)動機燃油系統(tǒng)的組成

五十鈴4HK1發(fā)動機的燃油系統(tǒng)為日本電裝公司生產的ECD-U2型高壓共軌燃油系統(tǒng)。主要由電子控制系統(tǒng)和燃油共給系統(tǒng)兩大部分組成，而電子控制系統(tǒng)由電子控制單元（ECM）、傳感器和執(zhí)行器三大部分組成，其中電子控制單元（ECM）是電控高壓共軌燃油系統(tǒng)的核心部分。五十鈴4HK1發(fā)動機燃油系統(tǒng)具體組成如圖1所示：燃油箱、供油管路、燃油濾清器（粗）、電磁泵、燃油濾清器（細）、高壓油泵、高壓共軌器（共用油槽）、壓力傳感器、高壓共軌溢流閥（壓力限制器）、流量限制閥（流量阻尼器）、電控噴油器、電控單元（ECM）、凸輪軸位置（CMP）傳感器、曲軸位置（CKP）傳感器、油門位置傳感器、增壓壓力傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器等。

2.2 燃油系統(tǒng)的工作原理

五十鈴4HK1發(fā)動機燃油系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。燃油箱的燃油經粗濾器、電磁泵和精濾器到高壓油泵內的輸油油泵，輸油泵的作用是克服濾清器及低壓供油管路的阻力，把燃油加壓后不斷地輸送到高壓油泵，以保證發(fā)動機在任何工況下，都能向高壓油泵提供充足的燃油；高壓油泵將燃油加壓后送入高壓共軌器，高壓油經高壓共軌器上的流量限制閥后通過高壓油管輸送到電控噴油器。

電控單元（ECM）根據(jù)接收到的共軌壓力、機油壓力、油門位置、曲軸位置（CKP）、凸輪軸位置（CMP）、冷卻液溫度、增壓壓力、轉速等傳感器檢測到的信號參數(shù)，與已存儲的參數(shù)值進行比較，經過分析、計算、修正，按照最佳值輸出控制指令，驅動高壓油泵上的SCV閥按照工況需要調節(jié)高壓油泵向高壓共軌器的輸油量，驅動電控噴油器按照最佳的噴油量和時間工作，驅動廢氣再循環(huán)閥按照最低排放進行配氣，使柴油發(fā)動機運轉狀態(tài)達到最佳。

圖2 五十鈴4HK1發(fā)動機高壓共軌燃油系統(tǒng)的工作原理

3 故障分析

根據(jù)其工作原理進行分析，可能造成五十鈴4HK1發(fā)動機動力下降的原因有：進氣量不足，氣缸壓力低，燃油系統(tǒng)電控系統(tǒng)故障，燃油系統(tǒng)低壓燃油供油不足，燃油系統(tǒng)高壓燃油壓力不夠，電控噴油器工作不良等。

4 故障排除

在進行具體故障診斷處理過程中，一般遵循由外到內、先易后難的原則進行排除。

4.1 電控系統(tǒng)檢測

住友-5型挖掘機的自我診斷功能涵蓋了4HK1發(fā)動機的高壓共軌燃油系統(tǒng)的電氣部分。啟動發(fā)動機后，挖掘機監(jiān)控器顯示屏上無故障代碼顯示和報警燈閃爍。說明發(fā)動機燃油系統(tǒng)電控系統(tǒng)工作正常。

4.2 發(fā)動機進氣和缸壓檢測

啟動發(fā)動機后，操作挖掘機工作，觀察發(fā)動機煙色、下竄氣正常，發(fā)動機易啟動，無冒黑煙現(xiàn)象。初步判斷發(fā)動機進氣和缸壓正常。

4.3 高壓油路和電控噴油器檢測

連接發(fā)動機檢測儀，啟動發(fā)動機，打開診斷軟件，挖掘機工作時，檢測儀檢測共軌壓力和各種監(jiān)測數(shù)據(jù)均正常，說明高壓油路正常。在怠速狀態(tài)下，利用發(fā)動機檢測儀進行斷缸試驗，各缸均工作，說明電控噴油器工作正常。

4.4 檢查低壓燃油供油油路

更換了預濾清器（油水分離器）、燃油濾清器后，試車故障依舊；從預濾清器處斷開供油管，發(fā)現(xiàn)油流通常，從燃油箱到預濾清器的供油管吹氣，沒有阻滯感覺，說明供油管沒有堵塞；同樣的方法檢查從預濾清器到電磁泵，從電磁泵到燃油濾清器，從燃油濾清器到高壓油泵的供油管均無堵塞。拆檢低壓燃油限壓閥，閥芯無卡滯現(xiàn)象，密封良好；判斷低壓燃油供給油路正常。

4.5 重新檢測

啟動后重新試車，仔細觀察發(fā)現(xiàn)發(fā)動機有輕微抖動，發(fā)動機高速大負荷運轉抖動加劇，大負荷工作過程中似乎伴有斷火現(xiàn)象。這說明發(fā)動機各缸工作狀態(tài)不均，懷疑個別電控噴油器工作不好。再次連接發(fā)動機檢測儀，在高速大負荷狀態(tài)下進行斷缸試驗，發(fā)現(xiàn)2缸電控噴油器斷電后，現(xiàn)象消失，初步斷定2缸噴油器動作不良。為了更為準確地判斷2缸噴油器是否有故障，把1缸、2缸電控噴油器對調后，重新試車故障依舊存在，可見2缸原來噴油器良好。由此推斷問題可能出在高壓共軌和電控噴油器之間供油路上。拆下高壓共軌器和共軌器到噴油器的油管檢查，檢查發(fā)現(xiàn)高壓油管正常，進一步拆檢高壓共軌器發(fā)現(xiàn)在2缸的流量限制閥里卡住一小鐵屑，由于鐵屑的存在，阻礙了燃油的通過，減小了2缸的供油量，在怠速時表現(xiàn)的不明顯，高速大負荷時影響到了噴油器的供油量，使得2缸供油量不足，導致發(fā)動機動力下降，挖掘機工作出現(xiàn)憋車現(xiàn)象。清除鐵屑后，安裝好高壓共軌器和管路，再次試車故障現(xiàn)象消失。

5 結 語

本文對住友SH210-5型挖掘機一則故障實例進行了診斷排除，從診斷排除過程可以得出一個結論：故障診斷排除是在了解挖掘機結構組成和工作原理的基礎上，一個觀察、假設、推理、驗證、修正假設、再驗證，直到準確判定排除故障的過程。而對于挖掘機這種采用機電液一體化技術的產品，一般先檢查電氣系統(tǒng)，再檢查液壓系統(tǒng)，最后檢查機械傳動系統(tǒng)。