柴油發(fā)動機(jī)供油壓力波形的檢測與診斷

趙乙鑫

摘 要：柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)工作性能的好壞，在很大程度上取決于噴油泵和噴油器的工作質(zhì)量。而噴油泵和噴油器的工作質(zhì)量，可通過燃油噴射過程中高壓油管的壓力變化情況反映出來。因此，檢測及分析高壓油管中的壓力波形與噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系，可診斷柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的技術(shù)狀況。

關(guān)鍵詞：柴油；發(fā)動機(jī)；供油壓力；波形

1.供油壓力波形的檢測

采用汽車專用示波器、發(fā)動機(jī)綜合性能分析儀等，可在柴油機(jī)不解體情況下，檢測各缸高壓油管內(nèi)的供油壓力波形。其檢測方法如下：

（1）安裝油壓傳感器

按檢測儀的使用要求，在規(guī)定的位置安裝檢測供油壓力波形的油壓傳感器。油壓傳感器主要有外卡式和串接式兩種。

①外卡式油壓傳感器的安裝。將外卡式油壓傳感器以一定的預(yù)緊力卡夾在噴油泵與噴油器之間的高壓油管上，常用外卡式油壓傳感器。

②串接式油壓傳感器的安裝。拆下噴油器的高壓油管，將油壓傳感器串接在噴油泵與噴油器之間。串接式油壓傳感器靈敏度高，但安裝過程比較麻煩。

（2）檢測供油壓力波形

將油壓傳感器與檢測儀器連接并預(yù)熱檢測儀器，然后起動柴油機(jī)，將柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在檢測工況，此時傳感器將各缸油壓信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)處理后送給示波器，即可觀測到各缸供油壓力波形，測出各缸高壓油管內(nèi)的最高壓力、殘余壓力、針閥開啟壓力和針閥關(guān)閉壓力。圖1為柴油機(jī)在有負(fù)荷情況下實測得到的某缸高壓油管內(nèi)噴油泵出口壓力和噴油器入口壓力隨噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角變化的波形。

2.供油壓力波形分析

（1）供油壓力變化規(guī)律

柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)正常時，一個供油循環(huán)內(nèi)單缸高壓油管壓力波形的變化規(guī)律如圖1所示。由于高壓柴油在噴油泵出口到噴油器的油管沿程以波動方式傳播，因此在同一瞬間高壓油管內(nèi)噴油泵端的壓力和噴油器端的壓力是不同的。圖中，高壓油管內(nèi)的壓力p0、Pmax、pb、pr 分別表示針閥開啟壓力、最高壓力、針閥關(guān)閉壓力和油管內(nèi)的殘余壓力。整個燃油噴射過程中，高壓油管中的壓力變化可分為三個階段。

第Ⅰ階段為噴油延遲階段。當(dāng)噴油泵泵油壓力上升到超過pr 時，燃油進(jìn)入高壓油管，當(dāng)油壓繼續(xù)升高達(dá)到p0時，噴油器才開始向燃燒室噴油，故噴油器實際噴油開始點落后于噴油泵供油開始點，因此這段時間稱為噴油延遲時間。由于延遲必將導(dǎo)致實際噴油提前角較供油提前角要小，為使各缸噴油提前角相等，其噴油延遲時間應(yīng)均衡。若調(diào)高p0 ，高壓油管滲漏，出油閥偶件或噴油器針閥偶件不密封導(dǎo)致pr 下降，以及隨意增加油管長度或增加高壓油系統(tǒng)的總?cè)莘e，均會使噴油延遲階段增長。

第Ⅱ階段為主噴油階段。由于噴油泵柱塞繼續(xù)上行，因而高壓油管的壓力也繼續(xù)升高，直到噴油泵回油孔打開。主噴油階段的長短主要取決于柴油機(jī)負(fù)荷，對于柱塞式噴油泵來說，與柱塞的有效供油行程有關(guān)。柴油機(jī)負(fù)荷越大，供油行程就越長，則該階段也就越長。

第Ⅲ階段為自由膨脹階段。此時由于噴油泵柱塞的有效行程結(jié)束、出油閥關(guān)閉，因而高壓油管的壓2力急劇下降，但由于高壓油管的彈性收縮，油管中的壓力仍高于聲。，燃油會繼續(xù)從噴孔中噴出。若pmax 不足，則自由膨脹階段會縮短，反之則延長。

由上述分析可見，噴油泵的實際供油階段為第Ⅰ、Ⅱ階段，噴油器的實際噴油階段為第Ⅱ、Ⅲ階段。當(dāng)循環(huán)供油量一定時，若第Ⅰ階段延長和第Ⅲ階段縮短，則噴油器針閥開啟所對應(yīng)的凸輪軸轉(zhuǎn)角會減少，噴油量就減少；若第Ⅰ階段縮短、第Ⅲ階段延長，則噴油量就增大。這就說明高壓油管內(nèi)壓力波形曲線上三個階段的長短，會對該缸工作性能產(chǎn)生重要影響。

（2）供油壓力波形類別

為了便于比較、分析各缸供油壓力波形，診斷供油系統(tǒng)故障，通常按一定的規(guī)則分類排列各缸供油壓力波形。若測試系統(tǒng)能同時采集多缸柴油機(jī)的各缸高壓油管內(nèi)的壓力信號，則經(jīng)過適當(dāng)?shù)夭僮?，示波器就可顯示各類供油壓力波形。

①全周期單缸波。它是指噴油泵凸輪軸旋轉(zhuǎn) 時某單缸高壓油管內(nèi)壓力變化的波形，利用該波形可觀測該缸高壓油管中的p0 、pmax 、pb 和pr。

②多缸平列波。它是指以各缸高壓油管中的pr為基線，將各缸壓力波形按發(fā)火次序從左到右首尾相連所形成的波形。利用該波形能直觀地比較各缸p0、pr、和pmax 所對應(yīng)的高度，進(jìn)而可確定各缸供油壓力的一致性。對于同一臺發(fā)動機(jī)、同一工況來說，各缸的p0、pb 、pmax 和p0 值應(yīng)分別相等，且符合規(guī)定要求。

③多缸并列波。它是指將各缸壓力波形首部對齊，按發(fā)火次序自下而上展開所形成的波形，利用該波形能觀測各缸壓力波形三個階段面積的大小，可比較各缸供油量、噴油量的一致性。

④多缸重疊波。它是指將各缸波形之首對齊并重疊放在一起所形成的波形。利用該波形能觀測各缸波形在高度、長度和面積上的一致程度，可比較各缸的p0、pb、pmax、pr 供油量和噴油量的一致性。若多缸重疊波像一個單缸波形一樣，則說明各缸工作一致性好。此外，利用多缸重疊波還能觀測噴油泵的重疊角。重疊角越小越好，當(dāng)重疊角為零時，表示各缸供油間隔一致。若各缸供油間隔不等，則需調(diào)整噴油泵。

3.供油壓力波形診斷

根據(jù)高壓油管內(nèi)的壓力波形可診斷柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的故障。若各缸供油壓力波形的幅度和形狀都相同，且與標(biāo)準(zhǔn)波形一致，則說明各缸供油狀況正常；若某缸供油壓力波形的幅度偏低，波形較窄，則說明該缸噴油量少；若某缸供油壓力波形的幅度很小或無波形，則說明該缸不噴油。此時將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提高，若仍無波形，則在加速中觀測；若還是無波形或波幅很小，則說明該缸不工作。下面介紹幾種常見的故障波形，如圖2所示。

（1）供油壓力過低故障波形

如圖2（a）所示，其波形表明，該缸噴油器因供油壓力過低而不能正常工作。故障的可能原因是噴油泵不泵油或泵油很少，致使高壓油管內(nèi)的壓力低；噴油器針閥在開啟位置卡死不能落座，致使高壓油管內(nèi)不能建立高壓。

（2）噴油器不噴油故障波形

如圖2（b）所示，其波形表明，噴油泵能供油建立正常的油壓，但壓力曲線光滑無抖動，說明噴油器的針閥完全沒動作，無噴油跡象。故障的可能原因是噴油器損壞使針閥不能動作；噴油器針閥被高溫?zé)g而在關(guān)閉位置卡死；噴油器針閥開啟壓力調(diào)整過高。

（3）噴油器噴前滴漏故障波形

如圖2（c）所示，其波形表明，在壓力上升階段有兩個抖動點，說明壓力在到達(dá)噴油器針閥開啟壓力前有燃油滴漏現(xiàn)象而導(dǎo)致壓力波動。故障的可能原因是噴油器針閥密封不嚴(yán)；針閥磨損過度；臟物積炭粘在針閥密封表面導(dǎo)致密封不良。

（4）高壓油路密封性差故障波形

如圖2（d）所示，其波形表明，殘余壓力部分呈窄幅振抖并逐漸降低，說明高壓油路密封性差。故障的可能原因是：噴油泵的出油閥密封不嚴(yán)；高壓油管及接頭有滲漏。

（5）噴油器隔次噴射故障波形

如圖2（e）所示，其波形表明，殘余壓力部分上下抖動嚴(yán)重，說明噴油器存在隔次噴射現(xiàn)象。當(dāng)油管內(nèi)殘余壓力很低，而下一次供油量又很小時，高壓油是燃油儲存在油管中，直到第二次供油時針閥才開啟，使兩次供油一次噴出。故障的可能原因是噴油泵的供油量過??；噴油器彈簧的壓力較高。