共軌柴油機(jī)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(jī)進(jìn)行臺架試驗時，發(fā)動機(jī)在運(yùn)行到大扭矩點或標(biāo)定點時，發(fā)動機(jī)限壓閥打開發(fā)動機(jī)進(jìn)入跛行模式。停車斷電重啟后故障恢復(fù)，繼續(xù)運(yùn)行后大扭矩點或標(biāo)定點時故障重復(fù)發(fā)生。故障排查最終得出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器與飛輪間隙異常，導(dǎo)致同步信號缺失。更換飛輪后，再次經(jīng)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(guān)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(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0105-04

0? 引言

隨著日益嚴(yán)苛的排放法規(guī)和發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性要求，傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)已無法滿足市場需求，電控燃油控制系統(tǒng)的市場占比也越來越高，它改變了柴油機(jī)冒黑煙、噪聲大、滿身油污等傳統(tǒng)形象，展示出了清潔、噪聲小、省油等全新形象[1]。與之相關(guān)故障也日益增多，較傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)故障排查難度更甚。

本文對某柴油機(jī)在耐久試驗中出現(xiàn)的限壓閥打開故障進(jìn)行了分析，通過對限壓閥工作原理、柴油機(jī)油路故障，軌壓控制原理等進(jìn)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(jī)進(jìn)行800h耐久臺架試驗，通過INCA與ECU通訊，在試驗開始時，發(fā)動機(jī)在運(yùn)行到大扭矩點或標(biāo)定點時，發(fā)動機(jī)限壓閥打開，發(fā)動機(jī)倒拖，重新從怠速點往上拉時功率和扭矩受到限制，發(fā)動機(jī)進(jìn)入跛行模式，INCA報DFC_PRVOpn故障，停車斷電重啟后故障恢復(fù)，繼續(xù)運(yùn)行后大扭矩點或標(biāo)定點時故障重復(fù)發(fā)生，見圖1。

2? 限壓閥的作用及工作原理

柴油機(jī)電控高壓共軌系統(tǒng)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(zhuǎn)速等信號輸入，通過精確控制噴油器噴油時刻和時長，實現(xiàn)穩(wěn)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(jié)構(gòu)示意圖如圖3。

限壓閥結(jié)構(gòu)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(dāng)共軌內(nèi)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(xiàn)泄壓，使發(fā)動機(jī)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(tǒng)排查

為解決出現(xiàn)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(jī)械故障導(dǎo)致異常開閥，更換共軌總成后該故障重復(fù)發(fā)生，可排除限壓閥機(jī)械故障，主要從臺架油路、發(fā)動機(jī)油路故障、發(fā)動機(jī)信號、ECU供電等幾方面進(jìn)行排查。

3.2 臺架油路排查

對臺架進(jìn)回油管及濾芯進(jìn)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(shè)定軌壓基本一致，回油壓力較小。在故障發(fā)生時，發(fā)動機(jī)實際軌壓（RailP_pFlt）突升大于設(shè)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(fā)動機(jī)進(jìn)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(fā)動機(jī)油路排查

對發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)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(dǎo)致向共軌輸入油量異常;共軌上軌壓傳感器故障，導(dǎo)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(xiàn)未有明顯變化，依舊為偶發(fā)性故障，說明發(fā)動機(jī)油路不是造成限壓閥打開的原因。

3.4 ECU供電系統(tǒng)排查

對發(fā)動機(jī)ECU供電系統(tǒng)進(jìn)行排查，可能原因為ECU、臺架線束、穩(wěn)壓電源內(nèi)部偶發(fā)性斷觸，造成ECU供電不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致故障發(fā)生。更換新件再次進(jìn)行試驗，故障依舊存在，說明ECU供電系統(tǒng)不是造成限壓閥打開的原因。

3.5 發(fā)動機(jī)信號排查

用INCA對發(fā)動機(jī)曲軸與凸輪軸同步信號進(jìn)行記錄查看，發(fā)現(xiàn)故障只發(fā)生大油量工況（標(biāo)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(hù)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(fù)，見圖6。

轉(zhuǎn)速信號傳感器是磁電式傳感器，其輸出電壓與飛輪轉(zhuǎn)速、傳感器與飛輪間隙有關(guān)，轉(zhuǎn)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(yīng)保持不變，理論輸出波形如圖7所示。用示波器對故障發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號進(jìn)行監(jiān)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(zhuǎn)速傳感器間隙波動異常導(dǎo)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(xù)工作，軌內(nèi)燃油壓力瞬間超過限壓閥開啟壓力，導(dǎo)致故障，由于飛輪轉(zhuǎn)速信號在消失后又迅速恢復(fù)，故ECU無相應(yīng)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(zhuǎn)速傳感器間隙進(jìn)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(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)如圖9，數(shù)據(jù)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(jìn)行轉(zhuǎn)速輸出信號檢測，檢測數(shù)據(jù)如圖10所示，數(shù)據(jù)顯示，其轉(zhuǎn)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(xù)運(yùn)行負(fù)載循環(huán)耐久試驗進(jìn)行驗證，經(jīng)過600h試驗循環(huán)中限壓閥打開故障未發(fā)生，可以確定故障是由于轉(zhuǎn)速傳感器與飛輪間隙異常導(dǎo)致。

4? 結(jié)論

對于高壓共軌燃油系統(tǒng)而言，臺架試驗時共軌限壓閥打開故障較為常見，故障發(fā)生后發(fā)動機(jī)會進(jìn)入跛行模式從而限制扭矩，為了及時發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)限扭，建議在試驗過程添加扭矩或功率限值，在發(fā)生故障后，可從外部燃油供給系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)電控燃油系統(tǒng)、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(shù)據(jù)，從根源解決故障。

參考文獻(xiàn)：

[1]張秀梅，振乾.柴油機(jī)電控高壓共軌燃油系統(tǒng)概論[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2020（04）：38-40.

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

[3]李鵬.共軌發(fā)動機(jī)限壓閥打開故障分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（02）：33-34.