柴油機共軌電控噴射系統故障診斷與分析

徐生明（四川交通職業技術學院　四川　成都　611130）

·測控技術·

柴油機共軌電控噴射系統故障診斷與分析

徐生明
（四川交通職業技術學院四川成都611130）

柴油機共軌電控燃油噴射系統具有改善低溫起動性；降低氮氧化物和煙度排放；提高發動機的動力性和經濟性；油耗低，故障率低，便于控制渦輪增壓等特點，在汽車和工程機械發動機上得到廣泛應用。但其結構復雜，修理成本高，使其成為目前汽車和工程機械維修行業帶有普遍性的技術難題。在使用過程中出現故障后，需要專業人員和專用設備進行故障診斷、檢修和排除。從柴油機共軌電控燃油噴射系統典型故障案例入手，從結構、控制原理分析故障原因，論述柴油機共軌電控燃油噴射系統故障的診斷實用方法和一般步驟。

柴油機共軌噴射系統結構原理故障診斷

引言

柴油機共軌電控燃油噴射系統克服了傳統柴油發動機噪音高，振動大，排放污染嚴重等缺點，其共軌腔內的高壓直接用于噴射，噴油壓力高，可以省去噴油器內的增力機構；通過高壓油泵上的壓力調節電磁閥，可以根據發動機負荷狀況、經濟性和排放性的要求對共軌腔內油壓進行靈活調節，優化發動機的低速性能；通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時、噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調節不同工況下預噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔，改善冷起動性能，降低了氮氧化物和煙度排放。因此，柴油機共軌電控燃油噴射系統在汽車和工程機械發動機上得到廣泛應用。但柴油機共軌電控燃油噴射系統結構復雜，修理成本高，使其成為目前汽車和工程機械維修行業帶有普遍性的技術難題。本文從柴油機電控燃油噴射系統典型結構、控制原理入手，論述柴油機共軌電控燃油噴射系統故障的診斷實用方法和一般步驟。

1　柴油機共軌噴射系統結構與工作原理

近年來，英國盧卡斯公司、德國博世（BOSCH）公司、美國卡特彼勒公司等都先后開發柴油機電控新技術，特別是德國博世（BOSCH）公司柴油機電噴系統對于歐洲柴油機的迅速發展具有決定性的影響。從20世紀90年代開始，博世公司對柴油機進行技術革新，減少了柴油機汽車80%的顆粒物排放和至少90%的其他排放物（CO、NO x、HC），從此開始了綠色柴油機時代。博世（BOSCH）公司電控共軌燃油噴射系統組成及布置如圖1所示。

圖1　博世公司共軌噴射系統的組成及布置圖

采用高壓共軌電控噴射系統由五個部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元（簡稱ECU）和各類傳感器。其電控裝置如圖2所示。它由傳感器及開關、電控單元（ECU）和執行器三部分組成。

圖2　共軌噴油系統電控裝置

柴油機共軌電控燃油噴射系統收集各種傳感器及開關輸入信號，經輸入回路或模/數轉換器輸入電控單元（ECU）。在電控單元的存儲器中，存有發動機各有關的調控參數或狀態的目標數據，這些目標數據是柴油機的各種不同參數和最優運行結果的綜合，一般通過統計或實測得到。當由傳感器檢測到的發動機的某一實際參數輸入電控單元后，首先與存儲器中的相應參數和最優運行結果比較，如果兩者相同，則電控系統保持原狀態，發動機繼續按當前狀態運行。當實際參數偏離目標參數時，微機將根據偏離值的大小和方向按一定的控制對策進行有關信息分析處理，再計算出相應的控制指令，控制噴油量、噴油壓力、噴油時間、噴油率和其他附加控制功能。柴油機電控系統通過控制燃油噴油量和噴油正時使之達到最佳水平。柴油機電控單元具備以下功能：

1）噴油正時的確定。共軌型電控柴油發動機的基本噴油正時是通過計算發動機轉速和加速踏板開啟角度來決定的，再根據水溫和進氣壓力的信號來進行修正，得出最佳的噴油正時。ECU根據蓄電池等信號提前或滯后噴油正時，并發送噴油信號給ECU，以調節、啟動噴油正時。由于噴油始點和噴油延續時間由指令脈沖決定，與轉速及負荷無關。因此，ECU可以自由控制噴油時間。

2）噴油量控制。電磁閥的通電時刻確定了噴油始點。電磁閥通電時間的長短可確定噴油量。這些基本噴油參數都是電子脈沖控制的。

3）各缸噴油量不均勻的修正。該系統能通過曲軸位置傳感器檢測曲軸轉速的變化情況來判斷各缸噴油量的差異，利用電磁溢流閥的快速響應性，及時修正各缸噴油量，以降低發動機轉速的波動，即按各缸間轉速無波動偏差來控制各缸的噴油量，消除所謂怠速顫振。

4）起動預熱控制。該系統通過ECU控制起動預熱塞的通電時間以提高發動機的低溫起動性能。

5）怠速控制。ECU根據各傳感器的信號，按驅動狀態計算目標速度，再將目標與發動機轉速信號進行比較，并控制噴油器，調節噴油量，以校正怠速。

當發動機暖機或空調/電加熱器運行期間，ECU為防止A/C開關斷開時發生的發動機動力不足而產生的怠速不穩，在發動機轉速波動前自動提高噴油量。在怠速時，如發動機的轉速超過規定范圍，ECU可校正每個氣缸的噴油量，從而減少怠速的振動和噪聲。

6）故障自診斷及安全保護功能。該系統具有對控制系統故障自診斷及安全保護功能。

2　柴油機共軌電控噴射系統故障診斷與分析

典型案例:一臺沃爾沃挖掘機EC250D用電控柴油機共軌系統故障現象:起動馬達正常運轉，排氣無煙，機器無法啟動。

設備出現故障后，服務工程師已經檢查了發動機線路，檢查了FCV閥的供電，檢查了噴油器上的電壓，均正常，檢查低壓力油路，清洗了油箱，更換了柴濾及油水分離器，檢查并與另一臺設備對調了FCV閥，FCV正常，在液壓泵上也安裝壓力表，在啟動時也末發現帶液壓負載。啟動馬達轉速達到200r/ min，轉速正常，無排煙，無法啟動。

2.1利用專用故障診斷儀讀取故障碼

工程師去現場支援，用VCADS作發動機診斷監控測試，觀察輸油壓力在啟動時約300～400kPa，說明低壓部分正常。軌道壓力一直無變化，壓力只有2000kPa，壓力異常。

在對診斷系統進行檢測時，務必將故障碼記入存儲器中。特別是當產生了多個故障碼時更是必要。如不能從存儲器中消除已經產生的故障碼時，則必須檢查故障碼產生的位置，因為已經有故障碼顯示，發動機工作異常，則必須檢查產生異常的原因。

該電控柴油發動機用自診斷系統如圖3所示。V-ECU（整機控制組件）安裝在駕駛右壁內側，配備有E-ECU（發動機控制組件）和I-ECU（儀表控制組件）。V-ECU是個主控制電腦，根據駕駛室內的開關和機器上的傳感器信號來控制電磁閥、繼電器和比例液壓電磁閥，通過CAN網絡與E-ECU和I-ECU通訊。主要功能有：自我診斷；機器信息顯示；模式選擇；發動機速度感應功率的控制；增壓；安全起動和停止，緊急控制；代碼鎖；保養Contronic驅動；數據登錄等。

圖3　沃爾沃挖掘機電控共軌噴射發動機自診斷系統

MID-控制組件識別；E-ECU-發動機控制組件；V-ECU-整機控制組件；I-ECU-儀表控制組件；J1939-控制總線；J1587-信息總線；MATRS-機器搜索信息系統；VCADS-分析可能的原因有幾種：1）FCV閥卡死在斷油位置；2）高壓泵不工作；3）凸輪軸異常磨損；4）噴油嘴密封不嚴，回油過大；5）共軌溢流閥損壞。

2.2用專用故障診斷儀清除故障碼

利用專用的故障診斷儀讀取故障碼時，與發動機的運行狀態無關，可以同時確認當前發生的故障碼和以前發生的、記憶了的故障碼。但是，通過故障指示燈確認故障碼的時候，在發動機運行狀態下顯示的內容和停機狀態下顯示的內容會有所不同。

2.3排除故障故障

擰松高壓泵的進油管，有較多燃油流出，說明高壓泵前面供油正常。松開高壓泵到軌道的出油管，無油流出。確定故障部位為高壓泵，分解高壓泵，清洗

內部出油閥后并安裝到設備，設備正常起動。

3結束語

柴油機的“心臟”是燃油系統，電子技術被成功地應用到柴油機燃油噴射裝置中，使柴油機燃油噴射技術產生了突飛猛進的發展。特別是柴油機共軌電控燃油噴射系統利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，并消除燃油中的壓力波動，然后輸送給每個噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實現噴射的開始和終止。因此，隨著電子控制手段更加精確，柴油機的振動和噪音大大減小，舒適性提高，進而使柴油機動力性大、經濟性好、穩定性好等優點顯現。在故障檢查與修理過程中，經驗固然重要，但有更好的方法可以輔助我們進行判斷。我們可以借助VCADS等專用軟件，檢測必要的數據，再根據理論知識進行故障分析，能迅速鎖定故障部位，避免走彎路，節省維修時間，快速排除生產實踐中柴油機共軌電控燃油噴射系統出現的各種故障，提高柴油機維修技術服務質量和顧客滿意度。

1毛彩云，陳學深.汽車新技術及典型故障診斷維修[M].北京：機械工業出版社，2012

2鄒小明.發動機構造與維修[M].北京：人民交通出版社，2003

3湯定國.汽車發動機構造與維修[M].北京：人民交通出版社，2005

4史文庫，葛安林，等.現代汽車新技術[M].北京：國防工業出版社，2011

5歐Ⅲ柴油機技術綜述中國工程機械網 http://www. gcjx888.com/

6徐家龍.柴油機電控噴油技術（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011

Fault Diagnosisand Analysisof Diesel Engine Comm on Rail EFISystem

Xu Shengm ing
Sichuan Vocational&Technical College ofCommunications（Chengdu，Sichuan，611130，China）

As for as we know，Diesel engine common rail EFI system has the ability to start under low temperatureand reduce emission ofnitrogen oxidesand smoke;itcan also improve engine performanceand fueleconomywith low fuel consumption and failure rate，which iseasy to control turbocharging.Because of those,diesel engine common rail EFI system is widely applied in automobile and engineeringmachinery engine.Butwith the complex structure and high repair costs,ithas become a common technicalproblem in modern automobileand engineeringmachinery repair industry.If there isany problem,weneed professional personnel and the specialized equipment tomake diagnosis，maintenance，and rule out the faults.The essay discusses the practicalmethods and general steps to diesel engine common rail EFIsystem based on its typical structure and controlprinciple.

Dieselengine，Common rail EFIsystem，Structure principle，Faultdiagnosis

TK421+.44

A

2095-8234（2015）01-0069-04

徐生明（1968-）男，教授級高級工程師，主要從事工程機械、車輛工程技術教學和研究工作。

（2015-01-06）