江淮HFC4DA1發動機無法啟動

文/山東 姜盛杰

江淮HFC4DA1系列發動機采用博世EDC16電控系統(圖1)，裝配CP1H型高壓油泵及CRI2.0型電控噴油器，最高噴射壓力為145MPa。江淮HFC4DA1-2B1為電控高壓共軌柴油機，裝配博世電控系統，滿足國Ⅲ排放標準。

據駕駛員反應，一輛中通LCK6601D3F客車在行車途中聽到發動機傳出類似于金屬撞擊的聲音，之后車輛出現加油門沒有反應的現象，大約一分鐘后車輛自行熄火，無法再次啟動。

維修人員到現場后，首先檢查發動機外觀，未發現明顯開裂或損壞的部位。打開鑰匙開關至ON位置，發動機故障燈點亮2s后自動熄滅，用萬用表測量水溫傳感器接插件電壓，為4.8V，這兩點說明發動機EDC正常工作，連接診斷儀讀取故障碼，系統顯示沒有故障碼。

至此，初步分析電控系統沒有故障，故障點可能存在于機械部分或者燃油系統。首先檢查燃油系統，低壓部分油路為高壓部分油路供給足夠的油量，主要零部件有油箱，低壓回路的進、出油管，燃油濾清器，輸油泵和高壓泵的低壓區。拆掉原車油箱至手油泵的出油管，重新從油箱接一根油管到手油泵，松開手油泵出油口，按壓手油泵，很快有連續的燃油流出，將出油口管子接上，然后繼續按壓手油泵直到手油泵變沉重無法繼續按壓為止，這樣就可以排除由于低壓油路供油不足而導致的發動機無法啟動，但發動機依然無法啟動。

拆卸噴油器高壓進油管，打啟動機，發現進油管沒有燃油流出。懷疑高壓油泵未向共軌管內供油，所以拆卸高壓油泵出油管，打啟動機拖轉，果然沒有高壓油噴出。

博世共軌EDC16系統的高壓油泵(圖2)安裝在與傳統柴油機分配泵相同的位置上。它通過皮帶輪法蘭盤、皮帶輪、齒帶由發動機驅動，其最高轉速不超過3000r/min。高壓泵用柴油作為潤滑劑，因此對水分較為敏感，柴油中的水可造成油泵的嚴重故障。高壓油泵上安裝有用來控制進入高壓油泵高壓腔柴油量多少的燃油計量閥。柴油被三個成輻射狀安裝的互隔120°的泵油柱塞壓縮，高壓泵每轉一圈有三次供油，峰值驅動扭矩較低，油泵驅動系統保持較穩定的負荷。16Nm的扭矩大概是驅動一個同等分配泵所需扭矩的1/9，這就意味著共軌系統比傳統的噴射系統在泵的驅動方面負荷相對較少。所需的動力是隨著共軌壓力和泵的速度(供油量)成比例上升的。

齒輪式輸油泵(圖3)將燃油從油箱泵吸，經過帶有油水分離裝置的燃油濾清器到達高壓泵的進油口。輸油泵使燃油經安全閥的節流孔進入高壓泵的潤滑和冷卻回路。凸輪軸使三個泵的柱塞按照凸輪的外形上下運動。

高壓泵的柱塞向下運動時(吸油行程)，輸油泵使燃油經高壓泵進油計量比例閥和階躍回油閥進入柱塞腔，在高壓泵柱塞越過下止點后，進油閥關閉。這樣，柱塞腔內的燃油被密封，它將以高于供油壓力的油壓被壓縮，油壓的升高一旦達到共軌的油壓，出油閥被打開，被壓縮的燃油就進入了高壓循環。柱塞繼續供給燃油，直至到達上止點(供油行程)，壓力減小，導致出油閥關閉，仍然在柱塞腔內的燃油壓力也下降，柱塞又向下運動。只要柱塞腔內的壓力降至低于輸油泵的供油壓力時，進油閥又開啟，吸油過程又開始。

燃油計量閥(圖4)安裝在高壓油泵的進油位置，用于調整燃油供給量和燃油壓力值。而其調整要求受 ECU控制。

燃油計量閥在控制線圈通電時，計量閥是導通的，在控制信號最大時可以提供最大流量的燃油。ECU 通過脈沖信號改變高壓油泵燃油計量閥進油截面積而增大或減小油量。

EDC16系統的高壓油泵要產生高壓油需要同時滿足兩個條件，一是轉速大于200r/min，二是正時相位正確。如果ECU同時檢測到有嚴重故障，也會控制燃油計量閥關閉，使高壓油泵不能產生高壓油，如軌壓傳感器異常、燃油計量閥異常等。

因為故障診斷儀未讀取到相關故障碼，所以初步排除軌壓傳感器及燃油計量閥電路方面的故障，重點檢查高壓油泵機械故障及正時相位。

拆卸高壓油泵回油管，打啟動機拖轉，回油管有大量回油，證明高壓油泵的輸油泵工作正常。打開點火開關至ON擋，用手觸摸燃油計量閥有振動感，證明燃油計量閥工作正常。

連接故障診斷儀，啟動車輛，讀取啟動過程的數據流發現在“同步狀態”一欄一直是數字3，但正常的同步狀態應該是48，車輛才可能啟動成功。

EDC16系統的同步狀態由曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器共同確定。曲軸位置傳感器(圖5)為可變磁阻式傳感器，安裝在發動機飛輪殼體上，正對著加工有58個齒和2個缺齒位置的飛輪。永久磁鐵發出的磁場通過軟鐵芯傳到飛輪，磁場的強度受到飛輪與傳感器的間隙的影響，當飛輪輪齒向傳感器接近時，磁場強度變強，當飛輪輪齒遠離傳感器時磁場強度變弱。當飛輪旋轉時，將會產生一個交變的磁場，從而使得電磁線圈產生一個正弦感應電壓，交變電壓的振幅隨著觸發輪轉速的提高而加大，系統便依此計算出曲軸轉速，當飛輪轉動到缺2齒的位置時，交變電壓便會發生一個突變，系統由此可判斷出當前的曲軸位置。

曲軸位置傳感器波形圖如圖6所示。

凸輪軸位置傳感器為霍爾效應式傳感器，安裝在齒輪室前蓋上。感應凸輪軸帶輪上的感應鐵，以此判定一缸上止點，該傳感器由永久磁鐵和霍爾元件組成，當發動機運轉時，感應鐵與傳感器的位置發生相對運動，這種變化會引起磁場變化，由于磁場變化，來自傳感器的電壓也會發生變化，輸出方波電壓信號，系統根據此信號的變化來判定凸輪軸的位置。凸輪軸位置傳感器輸出電壓如圖7所示。

啟動發動機時，ECU需采集曲軸位置及凸輪軸位置信號來判定一缸上止點。如果失去凸輪軸位置信號，系統無法設定噴油時刻。當飛輪轉動2圈后，系統仍檢測不到發動機轉速信號即曲軸位置傳感器信號時，便無法得知當前的曲軸位置，不能確定正確的噴射時刻，系統會控制高壓油泵及噴油器不工作，所以發動機無法啟動。

按照由易到難的原則，首先拆檢前齒輪室蓋，凸輪軸位置傳感器及感應鐵位置正確，未發現故障。然后拆檢變速箱總成及離合器壓盤，在拆卸壓盤的過程中發現有兩塊1cm左右的條狀金屬從飛輪殼內掉出來，經檢查，兩塊金屬是飛輪上的信號齒脫落。

至此，車輛無法啟動的原因終于查明，為曲軸位置傳感器信號盤信號齒脫落，導致ECU無法檢測到曲軸位置，不能確定噴射時刻，所以ECU控制高壓油泵及噴油器不工作，發動機無法啟動。

更換新的飛輪(飛輪與信號盤一體)后，發動機順利啟動，故障解決。

回顧維修的過程，故障診斷儀一直沒有報曲軸位置傳感器的相關故障，這給診斷工作增添了不少麻煩，走了很多彎路。同時EDC16系統，對電控系統的完整性要求比較嚴格，軌壓傳感器、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、燃油計量閥等電控元件工作不正常都會影響車輛啟動，這也使故障的診斷時間及難度大大增加。