共軌柴油機限壓閥打開故障的研究與分析 Research and Analysis of Pressure Limiting Valve Opening Fault of Common Rail Diesel Engine

周畢升 ZHOU Bi-sheng 卞光祥 BIAN Guang-xiang 吳士軍 WU Shi-jun 葉飛 YE Fei

摘要：我公司某柴油機進行臺架試驗時，發動機在運行到大扭矩點或標定點時，發動機限壓閥打開發動機進入跛行模式。停車斷電重啟后故障恢復，繼續運行后大扭矩點或標定點時故障重復發生。故障排查最終得出發動機轉速傳感器與飛輪間隙異常，導致同步信號缺失。更換飛輪后，再次經過600h耐久試驗驗證，限壓閥打開問題解決。

Abstract： During the bench test of a diesel engine in our company， when the engine runs to the high torque point or the standard point， the engine pressure limiting valve opens and the engine enters the limp mode. After shutdown， power off and restart， the fault recovers. After continuous operation， the fault occurs repeatedly at large torque point or fixed point. Fault investigation finally concluded that the gap between the engine speed sensor and the flywheel was abnormal， resulting in the loss of synchronization signal. After replacing the flywheel， the 600h durability test was carried out again， and the problem of pressure limiting valve opening was solved.

關鍵詞：限壓閥;故障;同步信號缺失;間隙

Key words： pressure limiting valve;fault;synchronization signal missing;clearance

中圖分類號：U464.172? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0105-04

0? 引言

隨著日益嚴苛的排放法規和發動機燃油經濟性和動力性要求，傳統的燃油系統已無法滿足市場需求，電控燃油控制系統的市場占比也越來越高，它改變了柴油機冒黑煙、噪聲大、滿身油污等傳統形象，展示出了清潔、噪聲小、省油等全新形象[1]。與之相關故障也日益增多，較傳統燃油系統故障排查難度更甚。

本文對某柴油機在耐久試驗中出現的限壓閥打開故障進行了分析，通過對限壓閥工作原理、柴油機油路故障，軌壓控制原理等進行分析，明確了故障原因，并通過耐久試驗考核。

1? 故障描述

我公司某柴油機進行800h耐久臺架試驗，通過INCA與ECU通訊，在試驗開始時，發動機在運行到大扭矩點或標定點時，發動機限壓閥打開，發動機倒拖，重新從怠速點往上拉時功率和扭矩受到限制，發動機進入跛行模式，INCA報DFC_PRVOpn故障，停車斷電重啟后故障恢復，繼續運行后大扭矩點或標定點時故障重復發生，見圖1。

2? 限壓閥的作用及工作原理

柴油機電控高壓共軌系統的主要組成部件有油箱、低壓油泵、燃油濾清器、高壓油泵、共軌管、噴油器、電控單元、傳感器，組成示意圖如圖2所示，其中共軌管的主要作用是積累并分配高壓燃油[2]，各噴油器通過油管與共軌連接，控制單元接收油門踏板及轉速等信號輸入，通過精確控制噴油器噴油時刻和時長，實現穩定控制噴油。其中共軌管由軌壓傳感器、軌體、限壓閥等組成[3]，結構示意圖如圖3。

限壓閥結構示意圖如圖4所示：在正常情況下，限壓閥保持封閉并且密封，當共軌內燃油壓力過大超過限壓閥開啟壓力時，活塞和彈簧共同工作，通過控制部分燃油從限壓閥回到油箱來實現泄壓，使發動機不會因為壓力失控造成損失。

3? 限壓閥打開問題的研究與分析

3.1 故障系統排查

為解決出現的問題，我們從油路和電控兩方面考慮。首先確定是否為限壓閥機械故障導致異常開閥，更換共軌總成后該故障重復發生，可排除限壓閥機械故障，主要從臺架油路、發動機油路故障、發動機信號、ECU供電等幾方面進行排查。

3.2 臺架油路排查

對臺架進回油管及濾芯進行排查，無氣泡、泄露、堵塞等異常情況，且由圖5可知，正常情況下，實際軌壓與設定軌壓基本一致，回油壓力較小。在故障發生時，發動機實際軌壓（RailP_pFlt）突升大于設定軌壓（Rail_pSetPoint），超共軌限定值2000bar后，限壓閥打開，軌壓降低，回油壓力上升，發動機進入跛行模式，說明臺架油路不是造成限壓閥打開的原因。

3.3 發動機油路排查

對發動機燃油系統進行排查，可能原因為噴油泵油量計量單元損壞，噴油泵回油管堵塞，導致向共軌輸入油量異常;共軌上軌壓傳感器故障，導致軌壓信號讀取異常;或限壓閥彈簧彈力過小，從而限壓閥被迫打開。更換噴油泵及共軌總成后故障依舊存在，故障表現未有明顯變化，依舊為偶發性故障，說明發動機油路不是造成限壓閥打開的原因。

3.4 ECU供電系統排查

對發動機ECU供電系統進行排查，可能原因為ECU、臺架線束、穩壓電源內部偶發性斷觸，造成ECU供電不穩定，從而導致故障發生。更換新件再次進行試驗，故障依舊存在，說明ECU供電系統不是造成限壓閥打開的原因。

3.5 發動機信號排查

用INCA對發動機曲軸與凸輪軸同步信號進行記錄查看，發現故障只發生大油量工況（標定點及大扭矩點），且每次故障前0.1s曲軸與凸輪軸同步信號（Epm_stOpMode與Epm_stSync）丟失，軌壓超保護限值（2000bar）后限壓閥打開，實際軌壓下降，在同步信號丟失0.5s后同步信號恢復，見圖6。

轉速信號傳感器是磁電式傳感器，其輸出電壓與飛輪轉速、傳感器與飛輪間隙有關，轉速一定且傳感器與飛輪間隙保持均勻的情況下，其輸出電壓峰值應保持不變，理論輸出波形如圖7所示。用示波器對故障發動機轉速傳感器輸出信號進行監控，輸出波形如圖8，輸出電壓波峰與波峰差距過大。初步判斷為飛輪與轉速傳感器間隙波動異常導致傳感器輸出信號缺失，ECU未能接受到同步信號后立即切斷噴油，此過程由于噴油泵繼續工作，軌內燃油壓力瞬間超過限壓閥開啟壓力，導致故障，由于飛輪轉速信號在消失后又迅速恢復，故ECU無相應缺失信號報錯。

3.6 試驗驗證

為驗證以上猜想是否正確，均勻盤車一圈，用塞尺對飛輪與轉速傳感器間隙進行測量，下臺架更換飛輪，重新上臺架后均勻盤車一圈，并對傳感器與飛輪間間隙進行測量，測量數據如圖9，數據顯示，更換飛輪前傳感器與飛輪間隙波動較大，更換飛輪后間隙正常。使用示波器進行轉速輸出信號檢測，檢測數據如圖10所示，數據顯示，其轉速傳感器輸出波形中波峰間差距較小，輸出信號無異常。繼續運行負載循環耐久試驗進行驗證，經過600h試驗循環中限壓閥打開故障未發生，可以確定故障是由于轉速傳感器與飛輪間隙異常導致。

4? 結論

對于高壓共軌燃油系統而言，臺架試驗時共軌限壓閥打開故障較為常見，故障發生后發動機會進入跛行模式從而限制扭矩，為了及時發現發動機限扭，建議在試驗過程添加扭矩或功率限值，在發生故障后，可從外部燃油供給系統、發動機電控燃油系統、各部件傳感器等逐步排查，并及時使用INCA軟件記錄并分析故障時ECU數據，從根源解決故障。

參考文獻：

[1]張秀梅，振乾.柴油機電控高壓共軌燃油系統概論[J].農業技術與裝備，2020（04）：38-40.

[2]王文成.高壓共軌柴油機軌壓控制策略的研究[D].中國艦船研究院，2017.

[3]李鵬.共軌發動機限壓閥打開故障分析[J].內燃機與配件，2019（02）：33-34.