電控柴油機(jī)常見(jiàn)故障分析及處理

郝利君

（同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海200092）

電控柴油機(jī)常見(jiàn)故障分析及處理

郝利君

（同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海200092）

主要描述了電控共軌柴油機(jī)在車輛匹配和使用過(guò)程中，在燃油系統(tǒng)、電子電氣以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等方面容易發(fā)生的故障并進(jìn)行了分析，同時(shí)說(shuō)明了故障處理的措施。

電控柴油機(jī)故障分析

1 前言

隨著國(guó)家環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，市場(chǎng)上越來(lái)越青睞于清潔環(huán)保的車型。電控柴油車因其采用先進(jìn)的電控燃油噴射系統(tǒng)，可以對(duì)噴油壓力、噴油量以及噴油提前角進(jìn)行靈活控制，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于卡車、城市公交、長(zhǎng)途客車等各類車輛。

電控燃油噴射技術(shù)，由于燃油壓力的建立和噴油提前角的調(diào)節(jié)都是由ECU（電子控制單元）自動(dòng)控制的，與傳統(tǒng)機(jī)械泵柴油機(jī)相比，電控柴油機(jī)的故障形式有其特殊之處，除了機(jī)械方面的因素外，還有很多電氣方面的因素。作者在幾年的電控共軌國(guó)Ⅲ柴油機(jī)的研發(fā)和匹配工作中，以上柴公司114系列SC8DK共軌柴油機(jī)為例，對(duì)SC8DK共軌柴油機(jī)常見(jiàn)的故障進(jìn)行了總結(jié)，說(shuō)明常見(jiàn)的一些故障及原因分析。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)

2.1 正時(shí)齒輪安裝錯(cuò)位

如果發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)齒輪在安裝過(guò)程中錯(cuò)位，比如油泵齒輪和凸輪軸齒輪沒(méi)有“對(duì)零”（見(jiàn)圖1），即使二者錯(cuò)位一個(gè)齒，由于作為判缸的G信號(hào)錯(cuò)誤，發(fā)動(dòng)機(jī)也無(wú)法起動(dòng)。如果拔掉G傳感器插頭，發(fā)動(dòng)機(jī)完全借助于曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)nE，則發(fā)動(dòng)機(jī)能順利起動(dòng)。

2.2 燃油系統(tǒng)不能建立軌壓

如果燃油管路中混有空氣，則共軌系統(tǒng)無(wú)法建立軌壓，發(fā)動(dòng)機(jī)就不能正常起動(dòng)。此時(shí)，應(yīng)松開回油管接頭，通過(guò)不斷按壓手撳泵，直到管接頭流出的燃油中看不到氣泡。另外，如果高壓油泵上的溢流閥鋼球脫落，則高壓油泵柱塞向上運(yùn)動(dòng)壓油時(shí)，柱塞上腔的燃油會(huì)經(jīng)溢流閥直接回到油箱，系統(tǒng)也無(wú)法建立高壓，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)。

3 車輛行駛過(guò)程中突然熄火

3.1 燃油系統(tǒng)堵塞

高壓共軌電控柴油機(jī)，對(duì)燃油的清潔度要求是很高的，電控高壓共軌柴油機(jī)的燃油采用兩級(jí)濾清的方式，粗濾精度為15 μm，精濾要求對(duì)15 μm以上的顆粒過(guò)濾效率達(dá)到100%，而對(duì)于5 μm以上顆粒的過(guò)濾效率達(dá)到95%以上。但目前市場(chǎng)上配電控共軌柴油機(jī)的公交車輛，相當(dāng)一部分是由原來(lái)的國(guó)Ⅱ車輛改裝的，即保留原車的低壓燃油管路，只更換發(fā)動(dòng)機(jī)。由于車輛已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了好幾年，燃油管路的橡膠件已經(jīng)老化，燃油箱長(zhǎng)期沒(méi)有清洗，油箱的底部積聚了一層厚厚的油泥。由于共軌燃油系統(tǒng)在工作時(shí)的回油量很大，大量的回油沖刷油泥，油泥泛起后進(jìn)入燃油管路，很快將濾清器堵塞，進(jìn)入高壓油路后還會(huì)堵塞噴油器柱塞或噴油嘴孔，使噴油器無(wú)法正常工作，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。

圖1 油泵與凸輪軸齒輪對(duì)標(biāo)

另外，由于共軌系統(tǒng)燃油的流量很大，因此要求燃油管路尤其是低壓燃油管路的管徑不能過(guò)小，如圖2所示，從油箱到油泵的進(jìn)油管路以及從油泵回油管接頭到油箱的最小管徑不應(yīng)小于Φ7.5 mm。實(shí)際上，有些改裝車由于仍采用原來(lái)機(jī)械直列泵的燃油管路系統(tǒng)，其低壓管路的最小管徑一般都小于Φ7.5 mm，而且由于使用時(shí)間比較長(zhǎng)，有的橡膠管已經(jīng)老化變形，通流能力下降。與共軌系統(tǒng)相比，機(jī)械直列泵及相應(yīng)的噴油器由于在燃油噴射過(guò)程中除了系統(tǒng)少量泄漏外，其回油量很少，系統(tǒng)總的進(jìn)油量也少，所以機(jī)械直列泵系統(tǒng)燃油管路的管徑比共軌系統(tǒng)的小。車輛配共軌發(fā)動(dòng)機(jī)后，如果仍采用原來(lái)的管路，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高速高負(fù)荷時(shí)，進(jìn)油管路就可能發(fā)生吸癟現(xiàn)象導(dǎo)致斷油，使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。

3.2 ECU電路短路或斷路

對(duì)于一些改裝車輛以及初期配套的公交車輛，ECU安裝在車輛大粱上，位置與車輪在同一平面。車輛在雨天行駛時(shí)，由于車輪的旋轉(zhuǎn)將大量的雨水飛濺沖刷ECU，雨水進(jìn)入ECU導(dǎo)致ECU電子元器件失效、線束短路或斷路，繼電器失效，使ECU無(wú)法正常工作，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。

圖2 共軌系統(tǒng)燃油管路

3.3 油泵軸半圓鍵折斷

發(fā)動(dòng)機(jī)在加速、減速、起動(dòng)等變工況過(guò)程中扭矩變化很大，使高壓油泵軸在工作過(guò)程中承受沖擊載荷。如果半圓鍵沒(méi)有安裝到位，存在單邊翹起現(xiàn)象，半圓鍵的剪切面積減小，剪切應(yīng)力增大，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在外特性工況或載荷突變時(shí)，半圓鍵很容易被剪斷，使高壓油泵軸不能傳遞扭矩，無(wú)法建立正常的軌壓，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)聲音異常

如圖3所示，飛輪加工正確時(shí)，其定位銷與“缺孔”的間隔位為130°，飛輪的刻度線落在“缺孔”之間。如果飛輪在制造加工過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，使定位銷落在“缺孔”之間，而飛輪刻度線落在加工孔區(qū)域（見(jiàn)圖4），發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中的提前角必然出現(xiàn)很大的偏差，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)聲音異常。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器為磁電式，見(jiàn)圖5。飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)飛輪上的徑向孔（孔徑為Φ7 mm，孔深為5 mm）切割由轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的磁力線，每個(gè)孔切割磁力線便產(chǎn)生一個(gè)尖峰脈沖，飛輪上缺孔的部位轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，波形為水平線（見(jiàn)圖6），發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器與飛輪圓周方向的安裝間隙為1.2 mm。間隙過(guò)小，飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生跳動(dòng)容易損壞傳感器；間隙過(guò)大，則轉(zhuǎn)速信號(hào)太弱，ECU無(wú)法檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nE信號(hào)。2種情況都會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)聲音異常。

圖3 定位銷落在加工孔區(qū)域

圖4 定位銷落在缺孔區(qū)域

5 車輛動(dòng)力性不足的原因分析

5.1 進(jìn)氣管路漏氣

隨著強(qiáng)化程度的提高，特別是增壓度較高的發(fā)動(dòng)機(jī)，在高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，進(jìn)氣管的增壓壓力較高，加上發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，要求進(jìn)氣管路的連接可靠，否則如果連接進(jìn)氣管的固定螺栓松動(dòng)，導(dǎo)致進(jìn)氣系統(tǒng)泄漏，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量不足，則動(dòng)力性下降。

5.2 噴油器松動(dòng)

SC8DK電控柴油機(jī)噴油器固定壓板采用M8的螺栓固定，壓板的一端壓在噴油器上，另一端壓在缸蓋螺栓的球頭上。如果缸蓋螺栓球頭或壓板凹球窩的加工存在一定誤差，使壓板與缸蓋螺栓球頭接觸點(diǎn)的受力方向跟壓板與噴油器接觸點(diǎn)的受力方向不一致，噴油器在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中承受交變負(fù)載，很容易導(dǎo)致噴油器松動(dòng)，造成燃燒室漏氣，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足，見(jiàn)圖7。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的安裝位置

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)

5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫過(guò)高

如果發(fā)動(dòng)機(jī)水溫達(dá)到節(jié)溫器的設(shè)定溫度時(shí)，節(jié)溫器還不能打開，則發(fā)動(dòng)機(jī)水溫有可能超出ECU的正常允許范圍，如水溫超過(guò)94%以上，則ECU會(huì)自動(dòng)減小發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的噴油量，從而減小發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

5.4 電控系統(tǒng)有嚴(yán)重故障

當(dāng)電控系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，如軌壓傳感器故障、油門踏板故障、水溫傳感器故障等，ECU會(huì)自動(dòng)限制油門開度（即使油門踏板踩到底），限制噴油壓力和噴油量，從而限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，即所謂的“跛行回家（limp home）”。

6 車輛冒煙現(xiàn)象分析

6.1 車輛冒黑煙分析

6.1.1 車輛起動(dòng)過(guò)程冒黑煙

車輛在起動(dòng)過(guò)程中冒黑煙的主要原因是水溫傳感器故障或起動(dòng)開關(guān)信號(hào)線未接24 V電源，從而造成發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)不能按正常MAP數(shù)據(jù)運(yùn)行。

如果水溫傳感器有故障，則起動(dòng)過(guò)程中ECU默認(rèn)的水溫為-20%，而-20%時(shí)的起動(dòng)油量設(shè)定值比常溫時(shí)的起動(dòng)油量大很多，因此在常溫下起動(dòng)時(shí)就會(huì)由于ECU采用-20%時(shí)的起動(dòng)油量導(dǎo)致起動(dòng)冒黑煙。

如果起動(dòng)開關(guān)信號(hào)線未接24 V電源，則發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的噴油量不從起動(dòng)MAP中查找，也可能導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)冒黑煙。

6.1.2 車輛在行駛過(guò)程中冒黑煙

車輛在運(yùn)行過(guò)程中冒黑煙主要是操作不當(dāng)所致，如掛檔的時(shí)機(jī)掌握不當(dāng)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)的負(fù)載過(guò)大，而此時(shí)增壓器的轉(zhuǎn)速也低，進(jìn)氣壓力小，造成發(fā)動(dòng)機(jī)冒黑煙。

圖7 噴油器壓緊形式

6.2 車輛冒白煙分析

除低溫冷起動(dòng)車輛容易發(fā)生冒白煙情況外，車輛在其他情況下冒白煙主要是噴油正時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，如加工過(guò)程中飛輪上的“缺孔”與定位銷的相對(duì)位置發(fā)生錯(cuò)誤、飛輪殼上轉(zhuǎn)速傳感器的安裝孔加工錯(cuò)誤等都會(huì)使實(shí)際的噴油提前角發(fā)生很大的偏差，造成發(fā)動(dòng)機(jī)冒白煙。

如果噴油器松動(dòng)使燃燒室漏氣，則柴油和空氣的混合氣在壓縮終了時(shí)由于氣缸內(nèi)壓縮壓力不足而未能燃燒，未燃燒的混合氣從排氣管排出，造成冒白煙。

7 結(jié)論

與傳統(tǒng)的機(jī)械泵柴油機(jī)相比，電控共軌柴油機(jī)的維修除了要考慮機(jī)械和液壓的因素以外，ECU、線束、傳感器等電子方面的故障也是造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障的重要因素，因此，共軌柴油機(jī)在維修中要注意從燃油系統(tǒng)、電子電氣以及發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程等多方面去解決問(wèn)題。

Analysis and Handle of Faults in Electronically Controlled Diesel Engine

Hao Lijun
(Tong Ji university,Shanghai 200092,China)

During the process of applying an electronically controlled diesel engine to a vehicle and operating vehicle,some faults usually occur in the fuel system,electronic and electrical system and other parts.Analysis of these faults and methods for removing the faults are showed.

diesel engine,electronic control,fault,analysis

來(lái)稿日期：2008-12-05

郝利君（1984－），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槠囯娮蛹夹g(shù)。