高壓共軌電控柴油機(jī)的常見故障分析

1、*高壓共軌電控柴油機(jī)的常見故障分析劉雄1,蔡遂生2(1.上海柴油機(jī)股份有限公司,上海200438;2.聯(lián)創(chuàng)汽車電子有限公司,上海201203摘要:從根據(jù)電控共軌柴油機(jī)在車輛匹配和使用過程中的具體情況,從燃油系統(tǒng)、電子電氣以及發(fā)動機(jī)工作過程等方面詳細(xì)分析了導(dǎo)致電控共軌柴油機(jī)起動困難,車輛行駛過程中突然熄火,動力性能下降以及發(fā)動機(jī)冒煙的影響因素。關(guān)鍵詞:柴油機(jī);電控燃油噴射系統(tǒng);研究;高壓共軌;故障中圖分類號:TK428文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1000-6494(200903-0055-03Common Troubles Analysis for High-pressure Common-rai

2、lElectronically-controlled EngineLIU Xiong,CAI Sui-sheng0前言隨著國家環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格,市場上越來越青睞于清潔環(huán)保的車型。共軌燃油噴射系統(tǒng),因其對噴油壓力、噴油量以及噴油提前角的靈活控制,被公認(rèn)為性能優(yōu)越,穩(wěn)定可靠的電控燃油噴射系統(tǒng),目前已經(jīng)被發(fā)動機(jī)各主機(jī)廠廣泛采用。采用高壓共軌電控噴油系統(tǒng)的柴油機(jī)能夠滿足國甚至國排放標(biāo)準(zhǔn),所配車型包括卡車、城市公交、長途客車等各類車輛。由于共軌柴油機(jī)油泵和噴油器都采用了電控技術(shù),燃油壓力的建立和噴油提前角的調(diào)節(jié)都是由ECU (電子控制單元自動控制的。因此,與傳統(tǒng)機(jī)械泵柴油機(jī)相比,共軌柴油機(jī)的故障形式也

3、有其特殊之處,除了機(jī)械方面的因素外,還有很多電氣方面的因素。筆者在幾年的電控共軌國柴油機(jī)的研發(fā)和匹配服務(wù)中,對共軌柴油機(jī)常見的故障進(jìn)行了總結(jié),以下是共軌柴油機(jī)常見的一些故障及原因分析。1發(fā)動機(jī)無法起動1.1正時(shí)齒輪安裝錯(cuò)位如果發(fā)動機(jī)正時(shí)齒輪在安裝過程中錯(cuò)位,比如油泵齒輪和凸輪軸齒輪沒有“對零”,見圖1,即使兩者錯(cuò)位一個(gè)齒,由于作為判缸的G 信號錯(cuò)誤,發(fā)動機(jī)也無法起動。如果拔掉G 傳感器插頭,使發(fā)動機(jī)完全借助于曲軸轉(zhuǎn)速信號NE ,則發(fā)動機(jī)能順利起動。1.2燃油系統(tǒng)不能建立軌壓如果燃油管路中混有空氣,則共軌系統(tǒng)無法建立軌壓,發(fā)動機(jī)就不能正常起動。此時(shí),應(yīng)松開回油管接頭,通過不斷按壓手撳泵,直到管接

4、頭流出的燃油中看不到氣泡。另外,如果高壓油泵上的溢流閥鋼球脫落,則高壓油泵柱塞向上運(yùn)動壓油時(shí),柱塞上腔的燃油會直接經(jīng)溢流閥回油箱,系統(tǒng)也無法建立高壓,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法正常起動。2車輛行駛過程中突然熄火2.1燃油系統(tǒng)堵塞高壓共軌電控柴油機(jī),對燃油的清潔度要求是很高的,電控高壓共軌柴油機(jī)的燃油采用兩級過濾的方式,粗濾為15m ,精濾則要求對15m 以上的顆粒過濾效率達(dá)到100%,而對于5m 以上顆粒的過濾效率達(dá)到95%以上。但對于目前市場上配電控作者簡介:劉雄(1974-,高級工程師,博士后,主要從事電控柴油機(jī)的性能開發(fā)和匹配研究。收稿日期:2008-12-18圖1正時(shí)齒輪安裝時(shí)的對零記號對零記號內(nèi)

5、燃機(jī)Internal Combustion Engines第3期2009年6月內(nèi)燃機(jī)2009年6月共軌柴油機(jī)的公交車輛,相當(dāng)一部分是由原來的歐車輛改裝的,即保留原車的低壓燃油管路,只更換發(fā)動機(jī)。由于車輛已經(jīng)運(yùn)營了好幾年,燃油管路的橡膠件已經(jīng)老化,燃油箱一直沒有清洗更換,油箱的底部積聚了一層厚厚的油泥。由于共軌燃油系統(tǒng)在工作時(shí)的回油量很大,大量的回油沖刷油泥,油泥泛起后進(jìn)入燃油管路,很快將濾清器堵塞,進(jìn)入高壓油路后還會堵塞噴油器柱塞或噴油嘴孔,使噴油器無法正常工作,從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火。另外,由于共軌系統(tǒng)燃油的流量很大,因此要求燃油管路尤其是低壓燃油管路的管徑不能過小,見圖2,從油箱到油泵的進(jìn)油管

6、路以及從油泵回油管接頭到油箱的最小管徑不應(yīng)小于7.5。實(shí)際上,有些改裝車由于仍采用原來機(jī)械直列泵的燃油管路系統(tǒng),其低壓管路的最小管徑一般都小于7.5,而且由于使用時(shí)間比較長,有的橡膠管已經(jīng)老化變形,通流能力下降。與共軌系統(tǒng)相比,機(jī)械直列泵及相應(yīng)的噴油器由于在燃油噴射過程中除了系統(tǒng)少量泄漏外,其回油量很少,系統(tǒng)總的進(jìn)油量也少,所以機(jī)械直列泵系統(tǒng)燃油管路的管徑比共軌系統(tǒng)的小。車輛配共軌發(fā)動機(jī)后,如果仍采用原來的管路,當(dāng)發(fā)動機(jī)處于高速高負(fù)荷時(shí),進(jìn)油管路就可能發(fā)生吸癟現(xiàn)象導(dǎo)致斷油,使發(fā)動機(jī)熄火。2.2ECU 電路短路或斷路對于一些改裝車輛以及初期配套的公交車輛,ECU 安裝在車輛大粱上,位置與車輪在同

7、一平面。車輛在雨天行駛時(shí),由于車輪的旋轉(zhuǎn)將大量的雨水飛濺沖刷ECU ,雨水進(jìn)入ECU 導(dǎo)致ECU 電子元器件失效,線束短路或斷路,繼電器失效,使ECU 無法正常工作,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火。2.3油泵軸半圓鍵折斷由于安裝過程中半圓鍵未能安裝到位,發(fā)動機(jī)在加速、減速、起動等變工況過程中扭矩變化很大,使高壓油泵軸在工作過程中承受沖擊載荷。由于半圓鍵沒有安裝到位,存在單邊翹起現(xiàn)象,半圓鍵的剪切面積減小,剪切應(yīng)力增大,當(dāng)發(fā)動機(jī)工作在外特性工況或載荷突變時(shí),半圓鍵很容易被剪斷,使高壓油泵軸不能傳遞扭矩,無法建立正常的軌壓,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火。3發(fā)動機(jī)聲音異常飛輪在制造加工過程中,轉(zhuǎn)速孔的加工有時(shí)會發(fā)生錯(cuò)誤,即定位銷

8、與“缺孔”的相對位置不正確,造成發(fā)動機(jī)在工作過程中的提前角錯(cuò)誤。如圖3所示,飛輪加工正確時(shí),其定位銷孔與“缺孔”的間隔位為130°,飛輪的刻度線落在“缺孔”之間。如果飛輪在制造加工過程中發(fā)生錯(cuò)誤,使定位銷孔落在“缺孔”之間,而飛輪刻度線落在加工孔區(qū)域,見圖4,發(fā)動機(jī)在工作過程中的提前角必然出現(xiàn)很大的偏差,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)聲音異常。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器為磁電式,飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)飛輪上的徑向孔(孔的直徑為7,孔深為5切割由轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的磁力線,每個(gè)孔切割磁力線便產(chǎn)生一個(gè)尖峰脈沖,飛輪上缺孔的部位轉(zhuǎn)過時(shí),波形為水平線,見圖5,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器與飛輪圓周方向的安裝間隙為1.2±0.5。間隙過小,

9、飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生跳圖2共軌系統(tǒng)燃油管路3.0(400500mm4.05.05m(95%3×250300mm圖4定位銷落在缺孔區(qū)域圖3定位銷落在加工孔區(qū)域130°100°100°301°20°10°56-7孔深5飛輪刻度線定位銷孔定位銷孔56··動容易損壞傳感器;間隙過大,則轉(zhuǎn)速信號太弱,ECU 無法檢測出發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速NE 信號。兩種情況都會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)聲音異常。4車輛動力性不足的原因分析4.1進(jìn)氣管路漏氣發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷時(shí),進(jìn)氣管的壓縮空氣壓力可達(dá)到230kPa (對于標(biāo)定功率為183.875kW 的增壓

10、中冷柴油機(jī),這么高的氣壓,加上發(fā)動機(jī)的振動,要求進(jìn)氣管路的連接可靠,否則如果連接進(jìn)氣管的固定螺栓松動,導(dǎo)致進(jìn)氣系統(tǒng)泄漏,發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量不足,則動力性下降。4.2噴油器松動噴油器固定壓板采用M8的螺栓固定,壓板的一端壓在噴油器上,另一端壓在缸蓋螺栓的球頭上,如果缸蓋螺栓球頭或壓板凹球窩的加工存在一定誤差,使壓板與缸蓋螺栓球頭接觸點(diǎn)的受力方向跟壓板與噴油器接觸點(diǎn)的受力方向不一致,噴油器在發(fā)動機(jī)的工作過程中承受交變負(fù)載,很容易導(dǎo)致噴油器松動(見圖6,造成燃燒室漏氣,發(fā)動機(jī)動力不足。4.3發(fā)動機(jī)水溫過高如果發(fā)動機(jī)水溫達(dá)到節(jié)溫器的設(shè)定溫度時(shí),節(jié)溫器還不能打開,則發(fā)動機(jī)水溫有可能超出ECU 的正常允許范圍,

11、如水溫超過94以上,則ECU 會自動減小發(fā)動機(jī)外特性的噴油量,從而減小發(fā)動機(jī)的輸出功率。4.4電控系統(tǒng)有嚴(yán)重故障當(dāng)電控系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí),如軌壓傳感器故障、油門踏板故障、水溫傳感器故障等,ECU 會自動限制油門開度(即使油門踩到100%,限制噴油壓力,限制噴油量,即所謂的跛行回家,從而限制了發(fā)動機(jī)的動力輸出。5車輛冒煙現(xiàn)象分析5.1車輛冒黑煙分析車輛在起動過程中冒黑煙的主要原因是水溫傳感器故障或起動開關(guān)信號線未接24V 電源,從而造成發(fā)動機(jī)在起動時(shí)不能按正常MAP 數(shù)據(jù)運(yùn)行。如果水溫傳感器故障,則起動過程中ECU 默認(rèn)的水溫為-20,而-20時(shí)的起動油量設(shè)定值比常溫時(shí)的起動油量大很多,因此在常

12、溫下起動時(shí)就會由圖5發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的安裝位置及轉(zhuǎn)速信號(7(5(30°(6°(485FLYWHEEL1.2±0.5發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器與飛輪孔的間隙1000r/min圖6噴油器的安裝壓板螺栓壓板缸蓋螺栓(下轉(zhuǎn)第60頁劉雄等:高壓共軌電控柴油機(jī)的常見故障分析第3期57··內(nèi)燃機(jī)2009年6月于ECU 采用-20時(shí)的起動油量導(dǎo)致起動冒黑煙。如果起動開關(guān)信號線未接24V 電源,則發(fā)動機(jī)起動時(shí)的噴油量不從起動MAP 查找,也可能導(dǎo)致起動冒黑煙。車輛在運(yùn)行過程中冒黑煙主要是操作不當(dāng)所致,如掛檔的時(shí)機(jī)掌握不當(dāng),造成發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)的負(fù)載過大,而此時(shí)增壓器的轉(zhuǎn)

13、速也低,進(jìn)氣壓力小,造成發(fā)動機(jī)冒黑煙。5.2車輛冒白煙分析車輛冒白煙主要是噴油正時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤,如加工過程中飛輪上的“缺孔”與定位銷的相對位置發(fā)生錯(cuò)誤,飛輪殼上NE 傳感器的安裝孔加工錯(cuò)誤等都會使實(shí)際的噴油提前角發(fā)生很大的偏差,造成發(fā)動機(jī)冒白煙。如果噴油器松動使燃燒室漏氣,則柴油和空氣的混合氣在壓縮終了時(shí)由于氣缸內(nèi)壓縮壓力不足而未能燃燒,未燃燒的混合氣從噴油器安裝孔處逸出,造成冒白煙。6結(jié)論電控共軌柴油機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械泵柴油機(jī)相比,維修過程中除了要考慮機(jī)械和液壓的因素以外,ECU 、線束、傳感器等電子方面的故障也是造成發(fā)動機(jī)故障的重要因素。因此,共軌柴油機(jī)在維修中要注意從燃油系統(tǒng)、電子電氣以及發(fā)動機(jī)

14、工作過程等多方面去解決問題。(上接第57頁子與傳感器線圈凸起部分的間隙不符合。G1和Ne 線圈的間隙極小,標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為0.20.4mm 。傳感器信號轉(zhuǎn)子與傳感器線圈是通過過盈配合固定在分電器上的,用力轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)子時(shí),有磨擦的現(xiàn)象。G1信號用來判別六缸在壓縮上止點(diǎn)位置,當(dāng)緩加油時(shí),Ne 與G1,G2信號基本匹配,但急加油時(shí),轉(zhuǎn)子和線圈互相磨擦,信號失常,造成點(diǎn)火不良。更換分電器后,該發(fā)動機(jī)故障完全排除。3結(jié)束語發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn)、間歇性熄火的原因較多,必須認(rèn)真、耐心地進(jìn)行檢查。該維修實(shí)例就是由于節(jié)氣門IDL 怠速信號與曲軸位置傳感器信號不良而造成,信號不良常常會是間歇性的,也不一定出現(xiàn)故障代碼,在維修時(shí)必須加以注意。參考文獻(xiàn)1曹振峰,等.怎樣維修電控發(fā)動機(jī)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.2宋福昌,等.汽車發(fā)