HXN3B型機(jī)車柴油機(jī)無(wú)法啟機(jī)的故障原因及處理

文 慶

（中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司 江岸機(jī)務(wù)段，武漢430000）

HXN3B型機(jī)車由中車大連機(jī)車車輛有限公司自主開(kāi)發(fā)研制，這款機(jī)車主發(fā)輸入功率3 235 kW（4 400 馬力），最高運(yùn)用速度100 km/h，傳動(dòng)方式為交?直?交，采用車載微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及EMD 先進(jìn)的電噴柴油機(jī)，具有功率大、排放低、速度高的優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)楹蛡鹘y(tǒng)直流傳動(dòng)的DF7型內(nèi)燃機(jī)車有很大區(qū)別，在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，機(jī)務(wù)段檢修保養(yǎng)人員因經(jīng)驗(yàn)不足，技術(shù)資料少，造成檢修效率低。

1 啟機(jī)條件

（1）按下操縱端司機(jī)操縱臺(tái)上啟機(jī)按鈕，微機(jī)開(kāi)始工作。如想中止該程序，則需按下緊急斷燃油按鈕。

（2）燃油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，建立起燃油壓力，此過(guò)程或者持續(xù)1 min，或者直到壓力足以使柴油機(jī)啟機(jī)時(shí)為止。如燃油初始循環(huán)進(jìn)行中按柴油機(jī)停機(jī)按鈕，可停止該工作。

（3）動(dòng)力室內(nèi)的柴油機(jī)啟機(jī)報(bào)警，對(duì)工作人員進(jìn)行警示，報(bào)警聲響30 s 后允許柴油機(jī)啟動(dòng)。如果30 s 之內(nèi)燃油壓力還未建立起來(lái)，則顯示信息:啟動(dòng)柴油機(jī)初始循環(huán)失敗，檢查燃油系統(tǒng)。

（4）當(dāng)燃油壓力在工作限定值內(nèi)，提示信息:啟動(dòng)柴油機(jī)燃油初始循環(huán)完成。

（5）在微機(jī)控制下，按照空氣啟動(dòng)系統(tǒng)風(fēng)路控制原理，啟動(dòng)風(fēng)缸壓力大于620 kPa，由啟動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，電噴控制器將獲取柴油機(jī)的各種傳感器數(shù)據(jù)并與EM2000 系統(tǒng)通訊，在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最低啟動(dòng)轉(zhuǎn)速后，電噴控制器馬上確認(rèn)當(dāng)前的曲軸和凸輪軸的準(zhǔn)確位置，在完成正時(shí)同步之后即開(kāi)始提供325 r/min 所設(shè)定的起動(dòng)噴油量。

（6）當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)325 r/min 時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)齒輪脫開(kāi)，完成啟動(dòng)程序。在整個(gè)啟機(jī)過(guò)程中，任意環(huán)節(jié)沒(méi)有滿足要求而導(dǎo)致的柴油機(jī)啟動(dòng)失敗，微機(jī)均會(huì)記載相應(yīng)的故障信息。

2 運(yùn)用中出現(xiàn)的無(wú)法啟機(jī)故障及處理

（1） 凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器故障

2018 年 12 月 20 日 HXN3B型 019 號(hào) 機(jī) 車 正 常 進(jìn) 庫(kù) 整備，整備完后發(fā)現(xiàn)機(jī)車無(wú)法啟機(jī)，且微機(jī)顯示屏無(wú)任何故障顯示，檢查發(fā)現(xiàn)空氣啟動(dòng)系統(tǒng)、燃油壓力等均正常，但是柴油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后始終不發(fā)火，檢查電噴控制器配線盒上的故障顯示燈亮紅燈，復(fù)位后啟機(jī)，故障現(xiàn)象一樣，技術(shù)科組織技術(shù)人員攻關(guān)。

查看電噴控制器的故障代碼為“03”，即凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器故障，HXN3B型機(jī)車使用的是海茵茨曼的MVC 01?10/20 型電噴控制單元，根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明，在凸輪軸上安裝了一個(gè)帶缺齒的齒輪盤(pán)，并且在柴油機(jī)上安裝了一個(gè)霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，即凸輪軸傳感器，用來(lái)測(cè)量出曲軸的轉(zhuǎn)角位置，進(jìn)而了解到每個(gè)缸的具體位置，這樣才能夠準(zhǔn)確地控制噴射提前角和噴射期，具體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 傳感器的安裝及齒牙形狀的要求

當(dāng)控制器檢測(cè)到齒輪盤(pán)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)即開(kāi)始搜尋同步缺齒，只有在同步成功之后電噴控制系統(tǒng)才允許起動(dòng)噴油程序。所以，機(jī)車運(yùn)行中發(fā)生凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器故障時(shí)是不會(huì)發(fā)生停機(jī)的，但是一旦停機(jī)之后，再次啟動(dòng)時(shí)，如果凸輪軸傳感器故障，則控制器接收不到同步缺齒同步成功的信號(hào)，電噴控制系統(tǒng)禁止啟動(dòng)噴油程序，柴油機(jī)噴油器無(wú)法噴油，啟機(jī)失敗。所以在更換凸輪軸傳感器后故障消失，啟機(jī)成功。

2019 年 3 月 21 日 HXN3B型 019 號(hào) 機(jī) 車 正 常 進(jìn) 庫(kù) 時(shí)再次出現(xiàn)相同故障，且故障代碼仍為“03”，檢修人員在盤(pán)車更換凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器后故障仍然存在，檢查線路無(wú)斷線，從正常運(yùn)用的機(jī)車上拆下的傳感器裝上019 機(jī)車后故障仍存在。

分析原因發(fā)現(xiàn)海茵茨曼公司提供的霍爾傳感器在安裝時(shí)對(duì)箭頭方向有要求:要使傳感器上的箭頭方向與齒輪盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向保持一致。如果二者相差90°傳感器將檢測(cè)不到信號(hào)，如果二者相差180°傳感器將檢測(cè)到錯(cuò)誤的信號(hào)。而我們?cè)诎惭b時(shí)只注意了傳感器與齒輪盤(pán)齒牙0.5～2 mm 的間隙要求，忽視了箭頭方向的要求，重新安裝后啟機(jī)成功。

通過(guò)這兩次故障攻關(guān)，并組織檢修人員學(xué)習(xí)檢查及安裝方法，后期出現(xiàn)的凸輪軸傳感器故障都很快的得到了解決，保障了機(jī)車供應(yīng)。

（2） 燃油管路進(jìn)氣

2019 年 5 月 15 日 HXN3B023 機(jī)車正常進(jìn)庫(kù)整備，整備完后發(fā)現(xiàn)機(jī)車無(wú)法啟動(dòng)，且微機(jī)控制及電噴控制均未報(bào)故障，空氣啟動(dòng)系統(tǒng)正常，連續(xù)啟機(jī)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到3 h（啟機(jī)也可以排氣），但是啟動(dòng)柴油機(jī)時(shí)就是不發(fā)火。我們采取了如下檢查措施:

第1 步:燃油系統(tǒng)檢查，啟動(dòng)電子燃油泵，打開(kāi)燃油濾清器排氣閥，發(fā)現(xiàn)有氣排出，且排氣超過(guò)40 s 后才會(huì)有油排出，而且排出的油中含有氣泡，不連續(xù)，證明電子燃油泵進(jìn)油管之前的管路有進(jìn)氣（即負(fù)壓端進(jìn)氣），檢查從油箱出來(lái)到電子燃油泵之前的管路，發(fā)現(xiàn)無(wú)破損處，管接頭也無(wú)漏點(diǎn)，拆開(kāi)燃油粗濾器，發(fā)現(xiàn)密封墊破損，更換密封墊后，再次檢查燃油系統(tǒng)，燃油壓力快速達(dá)到110 kPa，但是仍然啟機(jī)不成功。

第2 步:啟機(jī)動(dòng)態(tài)觀察，打開(kāi)柴油機(jī)監(jiān)控，按下啟機(jī)按鈕，鳴笛30 s 后柴油機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，噴油器噴油率（ER%）最高的達(dá)到1.4，一般達(dá)到1.15 就可以正常啟機(jī)，證明噴油泵工作正常，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速最高達(dá)到91 r/min，超過(guò)了柴油機(jī)設(shè)定的最低啟機(jī)轉(zhuǎn)速60 r/min，控制器即認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)正在被起動(dòng)，并馬上確認(rèn)當(dāng)前的曲軸和凸輪軸的準(zhǔn)確位置，在完成同步之后即開(kāi)始提供325 r/min 所設(shè)定的起動(dòng)噴油量，從這可以發(fā)現(xiàn)，柴油機(jī)無(wú)法正常啟機(jī)的原因是沒(méi)有發(fā)火。

第3 步:分析燃油管路原理，HXN3B型機(jī)車采用泵管嘴式電子控制燃油噴射系統(tǒng)，整個(gè)燃油流程如圖2所示。

圖2 燃油管路原理圖

分析原理圖發(fā)現(xiàn)，該機(jī)車整個(gè)低壓燃油系統(tǒng)只有燃油濾清器上方一個(gè)排氣閥可以排氣，因?yàn)槿加蜑V清器排氣閥的位置比較低，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)明顯低于柴油機(jī)低壓燃油管路的最高位置，通過(guò)燃油濾清器排氣閥排氣，只能排出濾清器內(nèi)部的氣，導(dǎo)致進(jìn)入噴油泵的燃油中仍然有空氣，而空氣易被壓縮，導(dǎo)致通過(guò)噴油器進(jìn)入燃燒室的霧化燃油中燃油量不足，達(dá)不到發(fā)火的條件。

解決措施:啟動(dòng)電子燃油泵，打開(kāi)排氣閥，在排氣閥處有持續(xù)的高壓燃油流出后關(guān)閉，然后用24 mm 的扳手一次松開(kāi)所有噴油泵的進(jìn)油管接頭，排出燃油后用規(guī)定力矩?cái)Q緊。因?yàn)樵摻宇^不僅位于最外側(cè)，而且可以讓盡可能少的燃油進(jìn)入油底殼，防止機(jī)油稀釋，還能達(dá)到排氣的目的，排完氣后一次就啟機(jī)成功。

（3） 微機(jī)控制故障

2018 年 6 月 20 日 HXN3B021 機(jī)車在運(yùn)用中突然停機(jī)且無(wú)法啟機(jī)，第一次復(fù)位后可以正常啟機(jī)，但是運(yùn)用2 天后再次出現(xiàn)相同故障，且復(fù)位后無(wú)法啟機(jī)，檢修人員上車檢查微機(jī)系統(tǒng)未報(bào)故障，電噴控制未亮紅燈，燃油壓力等均正常，分析認(rèn)為一般通過(guò)微機(jī)復(fù)位可以正常啟動(dòng)的故障基本上都是微機(jī)系統(tǒng)方面的，檢查EM2000系統(tǒng)各模塊，故障燈均未亮（故障是亮紅燈），通過(guò)分析機(jī)車啟機(jī)過(guò)程控制原理發(fā)現(xiàn)，啟機(jī)過(guò)程中的各種信號(hào)都要DIO1、DIO2 和DIO3 模塊實(shí)現(xiàn)傳輸，最終更換DIO2模塊后，機(jī)車啟機(jī)成功。HXN3B型機(jī)車啟機(jī)過(guò)程控制原理如圖3。圖3 說(shuō)明:

①按下啟機(jī)按鈕，通過(guò)DIO1 將信號(hào)傳給CPM 中央處理模塊；

②將允許啟機(jī)信號(hào)通過(guò)DIO2 輸出，控制啟機(jī)閥吸合；

③啟機(jī)閥成功吸合信號(hào)通過(guò)DIO3 傳給CPM；

圖3 HXN3B型機(jī)車啟機(jī)過(guò)程控制原理圖

④將啟動(dòng)燃油泵運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)通過(guò)DIO2 輸出，控制啟動(dòng)燃油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，建立初始燃油壓力。

⑤待初始燃油壓力建立后，待啟動(dòng)風(fēng)缸壓力大于620 kPa 的時(shí)候，將啟動(dòng)馬達(dá)齒輪嚙合信號(hào)通過(guò)DIO2 輸出，控制左、右齒輪嚙合電磁閥動(dòng)作，左、右啟動(dòng)馬達(dá)齒輪嚙合。

⑥啟動(dòng)馬達(dá)齒輪嚙合成功后，將啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)信號(hào)通過(guò)DIO2、DIO3 輸出，控制左、右啟動(dòng)馬達(dá)動(dòng)作電磁閥動(dòng)作，啟動(dòng)風(fēng)缸空氣進(jìn)入啟動(dòng)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)啟動(dòng)。

3 處理措施

（1）針對(duì)凸輪軸傳感器故障時(shí)的安裝要求制定作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，確保故障時(shí)安裝正確，2019 年7～11 月份因凸輪軸傳感器故障的臨修為0 件，環(huán)比減少3 件。

（2）將燃油管路進(jìn)氣的處理方法應(yīng)用到C3 以上修程中（C3 以上修程噴油器下車，燃油管路進(jìn)氣），將原本4 h 以上的啟機(jī)時(shí)間縮短到2 h 左右。

（3）針對(duì)DIO 模塊故障微機(jī)系統(tǒng)不顯示故障的情況:一是跟主機(jī)廠反饋，要求給出解決方法（目前還沒(méi)給出有效解決辦法）；二是做好故障案列的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，類似故障出現(xiàn)時(shí)，機(jī)務(wù)段檢修人員優(yōu)先用良好DIO 模塊互換故障機(jī)車的DIO 模塊，這樣就最大限度的縮短了故障查找時(shí)間。

4 結(jié) 論

較為詳盡地介紹了HXN3B型內(nèi)燃機(jī)車啟機(jī)原理。并在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合機(jī)務(wù)段維修過(guò)程中出現(xiàn)的幾種常見(jiàn)的柴油機(jī)無(wú)法啟機(jī)的故障原因進(jìn)行了分析，能夠有效的指導(dǎo)HXN3B型機(jī)車的維護(hù)保養(yǎng)，提高檢修效率，降低檢修成本。