柴油發動機供油壓力波形的檢測與診斷

趙乙鑫

摘 要：柴油機燃油供給系統工作性能的好壞，在很大程度上取決于噴油泵和噴油器的工作質量。而噴油泵和噴油器的工作質量，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角的對應關系，可診斷柴油機燃油供給系統的技術狀況。

關鍵詞：柴油；發動機；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、發動機綜合性能分析儀等，可在柴油機不解體情況下，檢測各缸高壓油管內的供油壓力波形。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熱檢測儀器，然后起動柴油機，將柴油機運轉在檢測工況，此時傳感器將各缸油壓信號轉換成電信號，經處理后送給示波器，即可觀測到各缸供油壓力波形，測出各缸高壓油管內的最高壓力、殘余壓力、針閥開啟壓力和針閥關閉壓力。圖1為柴油機在有負荷情況下實測得到的某缸高壓油管內噴油泵出口壓力和噴油器入口壓力隨噴油泵凸輪軸轉角變化的波形。

2.供油壓力波形分析

（1）供油壓力變化規律

柴油機燃油供給系統正常時，一個供油循環內單缸高壓油管壓力波形的變化規律如圖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，高壓油管內的壓力p0、Pmax、pb、pr 分別表示針閥開啟壓力、最高壓力、針閥關閉壓力和油管內的殘余壓力。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。當噴油泵泵油壓力上升到超過pr 時，燃油進入高壓油管，當油壓繼續升高達到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，其噴油延遲時間應均衡。若調高p0 ，高壓油管滲漏，出油閥偶件或噴油器針閥偶件不密封導致pr 下降，以及隨意增加油管長度或增加高壓油系統的總容積，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上行，因而高壓油管的壓力也繼續升高，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負荷，對于柱塞式噴油泵來說，與柱塞的有效供油行程有關。柴油機負荷越大，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束、出油閥關閉，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。當循環供油量一定時，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的凸輪軸轉角會減少，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壓力波形曲線上三個階段的長短，會對該缸工作性能產生重要影響。

（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，診斷供油系統故障，通常按一定的規則分類排列各缸供油壓力波形。若測試系統能同時采集多缸柴油機的各缸高壓油管內的壓力信號，則經過適當地操作，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 時某單缸高壓油管內壓力變化的波形，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 所對應的高度，進而可確定各缸供油壓力的一致性。對于同一臺發動機、同一工況來說，各缸的p0、pb 、pmax 和p0 值應分別相等，且符合規定要求。

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，則需調整噴油泵。

3.供油壓力波形診斷

根據高壓油管內的壓力波形可診斷柴油機燃油供給系統的故障。若各缸供油壓力波形的幅度和形狀都相同，且與標準波形一致，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。此時將發動機轉速提高，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；噴油器針閥被高溫燒蝕而在關閉位置卡死；噴油器針閥開啟壓力調整過高。

（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，說明壓力在到達噴油器針閥開啟壓力前有燃油滴漏現象而導致壓力波動。故障的可能原因是噴油器針閥密封不嚴；針閥磨損過度；臟物積炭粘在針閥密封表面導致密封不良。

（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；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重，說明噴油器存在隔次噴射現象。當油管內殘余壓力很低，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小；噴油器彈簧的壓力較高。