電控高壓共軌式柴油機起動困難原因分析

李林林

（上海柴油機有限公司，上海200438）

電控高壓共軌式柴油機起動困難原因分析

李林林

（上海柴油機有限公司，上海200438）

介紹了典型的電控高壓共軌系統的結構，從進氣系統、排氣系統、潤滑系統、燃油系統、起動系統、ECU、傳感器和噴油器幾個方面分析了電控高壓共軌式柴油機起動困難的原因。

柴油機高壓共軌起動困難

1　前言

電控柴油機和傳統柴油機燃油系統差別比較大。傳統柴油機采用機械油泵對柴油加壓后通過噴油器噴入氣缸，其噴射壓力和噴射時刻隨發動機的不同工況無法控制；而對于電控柴油機則增加了一套電控系統，主要包括ECU、共軌管、高壓油泵等，共軌管主要用來存儲高壓柴油，起到穩壓的作用，保證發動機不同工況時噴射壓力都比較穩定；通過標定軌壓、提前角等參數，保證發動機不同工況時有足夠動力性的同時油耗最低。但電控柴油機由于多出一套控制系統，成本會較高，而且精密零部件的故障也相對較多。如果電控系統和傳感器，線束接插件出現故障，也會造成起動困難。本文不僅從傳統的進排氣系統、潤滑系統、燃油系統、起動系統，也從ECU、傳感器，噴油器分析了電控高壓共軌式柴油機起動困難的原因。

2　電控高壓共軌噴射系統結構

所謂高壓共軌是指噴油泵將燃油加壓到一定壓力后儲存在軌道內，“高壓”是指噴油系統壓力比傳統柴油機要高出3倍，最高能達到200 MPa，而傳統柴油機噴油壓力在60～70 MPa。共軌噴射系統壓力高、霧化好、燃燒充分，從而提高了柴油機的動力性，最終達到省油的目的。該壓力是根據柴油機的工況而設定的，電控單元（ECU）能根據柴油機不同工況下的實際轉速、負荷、冷卻水溫度、進氣量等參數控制電控噴油器的開啟。ECU能根據需要提供完美而精確的理想噴射，柴油機排放、功率和燃油消耗主要依靠共軌系統精確的噴油控制。“共軌”是通過公共供油管同時供給各個噴油嘴，噴油量經過ECU精確計算，同時向各個噴油嘴提供同樣質量、同樣壓力的燃油，從而使柴油機運轉更加平順，優化了柴油機綜合性能。目前國產或合資生產的高壓共軌電控柴油噴射系統結構大同小異，但選用的電控單元有所不同。高壓共軌電控柴油噴射系統主要由高壓油泵、高壓油管、高壓油軌、電控噴油器，ECU、各種傳感器和執行器等組成［3］。下面具體就上柴R系列柴油機高壓共軌電控柴油噴射系統來闡明各自的作用。上柴R系列柴油機使用的是BOSCH電控高壓共軌系統。

高壓泵：高壓泵位于低壓和高壓部分之間，它的主要任務是在車輛所有工作范圍和整個使用壽命期間，在共軌中持續產生符合系統壓力要求的高壓燃油，以及快速起動過程和共軌中壓力迅速提高時所需的燃油儲備。

電控噴油器：電控噴油器根據ECU發出的控制信號，通過控制電磁閥的開啟和關閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入柴油機的燃燒室。

共軌：共軌的任務是存儲高壓燃油，高壓泵的供油和噴油所產生的壓力波動由共軌的容積進行緩沖，在輸出較大燃油量時，所有氣缸共用的共軌壓力也應近似保持為恒定值，從而確保噴油器打開時噴油壓力不變。

輸油泵：輸油泵的主要作用是供給高壓油泵足夠的具有規定壓力的燃油。齒輪室輸油泵與高壓泵組合在一起。

燃油濾清器：柴油中的雜質，可能導致泵零件、出油閥、噴油嘴等的磨損；另外柴油中含水，可能變成乳狀物或因溫度變化而凝結，若水進入噴射系統，則可能導致零件銹蝕。濾清器把含在燃油中的氧化鐵、粉塵等固體雜物除去，可防止燃油系統堵塞（特別是噴油嘴）。減少機械磨損，確保發動機穩定運行，提高可靠性。

傳感器：系統中共有六個傳感器，分別將不同部位的信號傳給ECU。

水溫傳感器：水溫傳感器安裝在發動機缸體或缸套的水套出水口處，與冷卻液接觸，通過冷卻液測定發動機的溫度。ECU據此信號對基本噴油量進行修正；特別是在冷車起動時對噴油器有加濃的作用，有些車輛還可作為冷卻風扇的起控信號，同時也是柴油機預熱控制的主要依據。

進氣溫度壓力傳感器：進氣溫度壓力傳感器安裝在進氣道中，用于測量進氣岐溫度和進氣壓力。

空氣流量傳感器：空氣流量傳感器直接檢測吸入發動機的進氣量，并將進氣量以電信號的方式傳輸給ECU，作為電控單元確定發動機基本噴油量的主要依據。

曲軸轉速傳感器：曲軸轉速傳感器確認曲軸位置，檢測活塞上止點，曲軸轉角及發動機轉速。是ECU得到的第一個發動機轉動信號。ECU根據曲軸轉速信號與凸輪軸位置信號共同完成噴油器的噴油順序及噴油時間的分析計算工作。

凸輪軸相位傳感器：凸輪軸相位傳感器是判別發動機做功順序的關鍵器件，用于判定運動活塞在上止點時是處在壓縮行程還是處在排氣行程。

共軌壓力傳感器：共軌壓力傳感器的作用是以足夠的精度，在相應的較短時間內，精確快速地測定共軌中的瞬時壓力，并將其轉換成電壓信號輸送給ECU，由ECU對燃油計量單元（PCV）實施反饋控制，通過對供油量的增減來調節油壓穩定在目標值。

ECU：ECU的作用是接收來自各種傳感器、開關的信息，經過快速處理、運算、分析和判斷后，適時地輸出控制指令，控制執行器動作，借以控制發動機［1］。

3　電控高壓共軌柴油機起動困難原因分析

3.1進排氣系統

進氣系統嚴重堵塞，造成柴油機在起動時進氣量不夠。有一次在整車廠的柴油機樣機裝車點火時出現柴油機無法起動，多方排查發現柴油機進氣管上的防塵蓋裝車時沒有去掉，導致進氣系統嚴重堵塞進而導致柴油機無法起動，見圖1。排氣系統則可能由于后處理裝置或消聲器嚴重堵塞，造成排氣背壓過大，從而造成發動機無法起動。

圖1　柴油機進氣管上的防塵蓋裝車時沒有去掉

3.2潤滑系統

潤滑系統的作用是及時向機械各運動零件表面提供足量的潤滑油，減小運動表面的摩擦阻力。如果柴油機潤滑系統工作不正常，不能及時向運動零件表面提供足量的潤滑油，勢必造成運動阻力增大、運動零件轉動困難，從而直接導致柴油機起動困難。所以，柴油機的潤滑系統是否工作良好，也直接關系到柴油機能否正常起動。有一些用戶出于成本的考慮，沒有按指定公里數更換機油和機油濾芯。而長時間不換機油和機油濾清器，造成機油中雜質過多，進而引起起動困難［6］。

3.3燃油系統

常見問題為油箱濾網堵塞，污物將油箱濾網堵塞，致使發動機工作時油路中真空度過大，從油路中的結合部位吸入空氣；燃油箱無燃油或油位過低，由于回油管油流沖擊液面濺起氣泡，被油泵連氣帶油吸進出油管，造成燃油管路內產生大量空氣導致柴油機無法正常起動；連接件松脫、燃油中進水、燃油濾清器堵塞、油管裂損進氣、油箱通氣口堵塞（該孔堵塞后油箱不再與大氣相通），油箱上部因油面下降會出現負壓，造成供油中斷［6］；柴油車錯加成汽油，燃油濾清器進回油管接錯，導致油路斷路等，系統建立不起軌壓，柴油機不能正常起動，見圖2。調整燃油濾清器進回油管，柴油機正常起動。這些錯誤都會造成柴油機無法正常起動。

圖2　燃油濾清器進回油管接錯

檢查柴油牌號，不符合規定的應進行更換。使用條件發生變化，而維護和保養卻沒有跟上，也會造成柴油機難以起動。例如：所加的柴油牌號不對，或是柴油中混入汽油等其它油品，都會明顯地損害燃料的發火性。再如：天氣突變，氣溫驟降，致使燃油和潤滑油變得粘稠，其流動性能變差，燃油不能良好霧化，機油造成扭力矩增大，也會造成暫時性起動困難［4］。

某用戶在冬季從山東提一輛新車開回東北，從廠家提車時加注了-10號柴油，回到當地（東北）停車后次日無法起動。經檢查低壓油路，發現油箱結蠟，造成燃油流動性受阻，堵塞油路和各個濾芯，導致發動機無法起動。后來徹底更換柴油（符合當地溫度的-35號柴油），疏通油路和更換濾芯，發動機順利起動［1］。

3.4起動系統

（1）起動電機的力矩選用不正確，在冬季無法克服柴油機的內阻。

（2）電瓶的電壓不足，不足以提供足夠的電壓起動柴油機。有些車主經常在下車時忘記關大燈，或是車內照明燈。開一夜之后，電瓶很可能就沒電了，嚴重影響整車的正常起動。

（3）電瓶容量偏小，在起動時電瓶的瞬間放電量不能達到起動電機的要求。

起動柴油機時，若接通起動機開關而起動機不轉，說明起動機或其電路出了問題。若起動時，只聽到起動機驅動齒輪的嚙入聲，卻不見起動機運轉；或是起動機雖轉起來了，但僅轉動一兩圈又停了下來，這些都是蓄電池嚴重虧電所造成的。

如果蓄電池存電充足而起動機旋轉無力，可用手觸摸起動開關，若開關很燙，大多為起動機內部或起動開關出現短路故障；若開關不熱，一般是起動機沒有運轉，可能是起動電路斷路或開關觸點嚴重燒損所致［2］。

（4）起動機負極搭鐵線沒有連接。

3.5ECU和傳感器故障

3.5.1ECU故障

（1）電控單元ECU未連接，造成整車沒有給ECU電源。有時整車廠裝配線上疏忽沒注意連接ECU，造成整車無法起動。這種低級錯誤應該要避免。

（2）電控單元ECU插針損壞，造成插針接觸不良，造成起動困難。

（3）電控單元ECU對應的線束接插件針腳損壞，造成起動困難，見圖3。

（4）車輛在焊接作業時沒有將ECU拆掉或斷開其電源，造成電控單元ECU內部燒毀或針腳處燒焦，引起起動困難［1］。

3.5.2傳感器類故障

（1）空氣流量傳感器出現故障，造成發動機起動困難。

（2）曲軸位置傳感器出現故障，導致發動機起動困難。

（3）軌壓傳感器信號失常或失效，導致發動機起動困難。

3.6噴油器故障

（1）噴油嘴卡住，燃油中有水分，會使噴油嘴卡死，造成發動機起動困難。

（2）噴油孔堵塞，燃油中有臟物進入噴油嘴，使噴油嘴堵塞，造成發動機起動困難［5］。

圖3　電控單元ECU對應的線束接插件針腳損壞

4　結論

電控高壓共軌柴油機啟動困難除了進排氣系統、潤滑系統、燃油系統、起動系統要進行檢查以外，ECU、傳感器、噴油器故障也會造成起動困難。

［1］樑郭建.柴油發動機高壓共軌電控系統原理與故障檢修［M］.北京：機械工業出版社，2015.

［2］田玉霞.柴油機起動困難的原因分析［J］.農機使用與維修，2006（5）.

［3］吳京彥.高壓共軌柴油機起動困難的故障診斷與排除［J］.安徽冶金科技職業學院學報，2012（4）.

［4］黃忠民.柴油機起動困難的原因及診斷排除［J］.泰州職業技術學院學報，2005（2）.

［5］袁靖.柴油機起動困難的原因及排除方法［J］.城市公共交通，2001（1）.

［6］于麗麗，吳景剛.柴油機起動困難的故障檢修［J］.農機推廣，1995（1）.

Electronic Controlled High Pressure Common-Rail Diesel Engine Hard Starting of Cause Analysis

Li Linlin
（Shanghai Diesel Engine Co.，Ltd.Shanghai 200438，China）

Introduced the structure of a typical electronic control high pressure common rail system，from the intake system，exhaust system，lubrication system，fuel system，starting system，ECU，sensors，fuel injector analyzed electronic control high pressure common-rail diesel engine cause hard starting.

diesel engine，high pressure common rail，hard starting

10.3969/j.issn.1671-0614.2016.03.008

來稿日期：2015-10-30

李林林（1980-），男，工程師，主要研究方向為客車用發動機配套設計。