柴油機故障案例及診斷技巧

杭州技師學(xué)院 寧振華

浙江省樂清市雁蕩山周氏汽車修理廠 周后余

隨著柴油機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，柴油機的維修對維修人員的技術(shù)要求也越來越高。按照傳統(tǒng)的柴油機故障診斷思路、維修方法，已經(jīng)跟不上現(xiàn)代柴油機發(fā)展的需要，因此，現(xiàn)在的柴油機維修，維修人員不僅要學(xué)習(xí)電子控制技術(shù)、柴油機新技術(shù)、新理論知識，還要學(xué)會熟練使用汽車故障檢測儀和各種輔助檢測設(shè)備。本文以柴油機故障案例為主，重點介紹了柴油機的故障診斷方法、技巧及故障診斷時的注意事項，與同行們一起探討學(xué)習(xí)。

1 柴油機故障診斷原則

現(xiàn)在的柴油機有高壓共軌、電控單體泵、電控泵噴油器等供油控制技術(shù)，且不同車型有不同電控系統(tǒng)。柴油機出現(xiàn)故障，可能是機械故障引起，也可能是電控系統(tǒng)故障引起，故障診斷難易程度也不一樣，因此，對柴油機故障進(jìn)行診斷，不可盲目而行，應(yīng)遵循先外后內(nèi)、先易后難、先簡后繁、先思后行，從故障現(xiàn)象點切入，分析故障特點，找到故障原因，使故障排除少走彎路，提高工作效率。

柴油機出現(xiàn)故障，除機械故障外，電控系統(tǒng)故障要借助故障檢測儀才能診斷或解決。有些車型雖然增加了儀表自診斷功能，但儀表自診斷功能只能閃出故障代碼或文字提示，缺少可供分析故障的數(shù)據(jù)流信息，且對懷疑部件無法做功能測試，只能通過故障檢測儀進(jìn)行檢測、診斷、功能測試等發(fā)現(xiàn)和解決問題。目前，國內(nèi)有很多品牌的故障檢測儀，性能更是良莠不齊，且多數(shù)故障檢測儀對柴油機的檢測、診斷均有一定局限性。因此，柴油機維修，還需要配備柴油機專用檢測設(shè)備，如尿素泵試驗臺，該設(shè)備除了能讀取尿素系統(tǒng)故障代碼外，還能對尿素泵、尿素噴嘴等進(jìn)行功能測試。

2 故障案例診斷與維修

故障檢測儀讀取到的故障代碼，只能為維修人員提供一個診斷故障的方向，而真正要解決故障，還是要依賴維修人員的技術(shù)能力和故障檢測儀的輔助才能完成。故障代碼是存在系統(tǒng)里的故障記錄，分為當(dāng)前故障代碼和歷史故障代碼。使用故障檢測儀清除故障代碼，如果故障代碼無法清除，說明系統(tǒng)存在故障，需要將故障解決后才能清除；故障檢測儀能清除的故障代碼，則說明是曾經(jīng)出現(xiàn)過的故障或間歇性的故障。

柴油機在使用中出現(xiàn)故障，其診斷和排除方法與汽油發(fā)動機基本一致，首先要對故障特性進(jìn)行分析，這樣才能有明確的診斷思路，排除和解決故障才能少費周折。以下是筆者在柴油機維修中，曾經(jīng)遇到且具有典型的一些故障案例。

（1）通常情況下，發(fā)動機控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障則儀表盤上的發(fā)動機故障燈會點亮。用故障檢測儀讀取故障代碼，如果是多個故障代碼，先記錄后清除故障代碼。無法清除的則是當(dāng)前故障代碼，排除故障時先從當(dāng)前故障代碼入手，首先分析故障代碼含義，結(jié)合電控發(fā)動機工作原理，明確故障診斷思路，確定引起故障的原因。

例如，一輛福田奧鈴輕卡車，搭載4J28TC3國Ⅴ發(fā)動機。故障現(xiàn)象為行駛中踩下加速踏板無反應(yīng)，儀表盤上的發(fā)動機故障燈點亮。連接故障檢測儀快速檢測，讀取到圖1中的一組故障代碼，嘗試清除，其中有3個故障代碼無法清除。

因該車故障現(xiàn)象為踩下加速踏板無反應(yīng)，因此，維修人員首先檢查加速踏板位置傳感器。查閱該車維修手冊得知，該車加速踏板位置傳感器有2條5 V供電線，均來自發(fā)動機控制單元（ECU）。斷開加速踏板位置傳感器導(dǎo)線連接器，在鑰匙開關(guān)接通狀態(tài)下，測量導(dǎo)線連接器端電源導(dǎo)線1與搭鐵之間電壓，為0 V，異常，正常為5 V；測量導(dǎo)線連接器端電源導(dǎo)線2與搭鐵之間電壓，為5 V，正常。檢查導(dǎo)線連接器電源導(dǎo)線1至ECU電路，未見異常。因有過該車型類似維修案例，連接在ECU上的某個傳感器內(nèi)部有故障會導(dǎo)致ECU對其他傳感器供電出現(xiàn)異常。維修人員依次斷開連接ECU的燃油軌壓傳感器、冷卻液溫度傳感器、空氣流量傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器等，當(dāng)斷開壓差傳感器（用于監(jiān)測尾氣顆粒捕捉器工作狀態(tài)）導(dǎo)線連接器時，加速踏板位置傳感器電源導(dǎo)線1電壓為5 V。恢復(fù)壓差傳感器導(dǎo)線連接器連接，再次測量加速踏板位置傳感器電源導(dǎo)線1電壓，為0 V。因此推斷，壓差傳感器內(nèi)部故障引起ECU對加速踏板位置傳感器電源1的供電異常，同時，還引發(fā)并生成別的故障代碼。更換壓差傳感器，故障排除。

圖1 讀取到的故障代碼（截屏）

（2）發(fā)動機確實有故障，但儀表盤上發(fā)動機故障燈未點亮，故障檢測儀也讀取不到故障代碼。在實際維修中，遇到這種情況時，無論是機械故障，還是發(fā)動機控制系統(tǒng)故障，通過故障檢測儀讀取相關(guān)數(shù)據(jù)流，只要能捕捉到異常數(shù)據(jù)信號，就能準(zhǔn)確找到并排除故障。

例如，一輛2015款五十鈴清掃車，搭載慶鈴4KH1-TCG40發(fā)動機，累計行駛里程僅為3 400 km。故障現(xiàn)象為發(fā)動機加速無力，排氣管冒黑煙。維修人員對故障進(jìn)行驗證，接通鑰匙開關(guān)，儀表盤上發(fā)動機故障燈亮3 s后熄滅，說明控制系統(tǒng)自檢正常。連接故障檢測儀，未讀取到任何故障代碼。起動發(fā)動機，讀取發(fā)動機中軌壓、空氣流量、EGR等數(shù)據(jù)流，只有發(fā)動機提升壓力（即進(jìn)氣增壓壓力）數(shù)據(jù)流無變化（表1），正常提升壓力值應(yīng)隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化而變化。

表1 發(fā)動機各轉(zhuǎn)速時的提升壓力

通過數(shù)據(jù)分析，推測為發(fā)動機進(jìn)氣增壓異常，故障原因可能有：渦輪增壓器損壞；中冷器漏氣；渦輪增壓器到發(fā)動機進(jìn)氣管漏氣等。遵循先簡后繁原則，首先對發(fā)動機進(jìn)氣管路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣波紋管與中冷器連接處的卡箍松動。由此推斷，因進(jìn)氣波紋管與中冷器連接處的卡箍松動，造成進(jìn)氣管漏氣，導(dǎo)致發(fā)動機進(jìn)氣增壓異常。擰緊進(jìn)氣管卡箍，試車時發(fā)動機加速有力，排氣管冒黑煙故障排除。

（3）通過故障代碼、數(shù)據(jù)流分析，明確故障診斷思路。汽車在使用中產(chǎn)生的故障有時很復(fù)雜，維修人員用故障檢測儀讀取到故障代碼，通過維修和排除消除了故障代碼，但車輛故障并沒有解決，還要繼續(xù)查找和排除故障，這在汽車排故中是常有的事。

例如，一輛江鈴順達(dá)車，搭載JX493ZLQ4國Ⅳ發(fā)動機和博世EDC17C55電控系統(tǒng)。故障現(xiàn)象為行駛中發(fā)動機加速無力，儀表盤上發(fā)動機故障燈點亮。連接故障檢測儀讀取到4個故障代碼（表2），嘗試清除，只有故障代碼P2269無法清除。

表2 讀取到的發(fā)動機故障代碼

根據(jù)故障代碼提示，維修人員首先檢查燃油低壓油路，未發(fā)現(xiàn)管路中有水。斷開油水分離器傳感器導(dǎo)線連接器，測量傳感器輸入和輸出端之間的電阻，為∞，說明油水分離器傳感器內(nèi)部有故障。更換油水分離器傳感器，發(fā)動機故障現(xiàn)象依然存在。

繼續(xù)對歷史故障代碼進(jìn)行分析，故障代碼P150B為起動時蓄電池虧電所觸發(fā)，與發(fā)動機加速無力無關(guān)；故障代碼P1107、P1103、P0101與空氣流量傳感器輸出信號有關(guān)，斷開空氣流量傳感器導(dǎo)線連接器，用萬用表分別測量導(dǎo)線連接器端子1、2、3、4與搭鐵之間的電壓，分別為12 V、0 V、5 V、5 V，均正常。

連接故障檢測儀讀取發(fā)動機相關(guān)數(shù)據(jù)流，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時，空氣流量控制偏差值為-247.06 bar（1 bar=100 kPa），異常，正常應(yīng)在30 bar左右。踩下加速踏板時EGR閥占空比數(shù)值為99.6%且無變化，異常，正常應(yīng)在0%～100%變化。與正常使用的同款車互換空氣流量傳感器，空氣流量控制偏差值為-185 bar，EGR閥占空比數(shù)值仍然為99.6%，無變化。檢查EGR閥，無卡滯現(xiàn)象，檢查其真空管路，未見異常，與正常同款車互換EGR閥，EGR閥占空比數(shù)值在0%～100%之間變化，空氣流量控制偏差值在30 bar上下變化。仔細(xì)檢查故障車EGR閥，雖無卡滯，但動作行程明顯與互換的EGR閥有差異。更換EGR閥，清除故障代碼，路試時發(fā)動機加速正常，故障排除。

（4）汽車故障診斷，有時需要故障檢測儀，有時需要其他相應(yīng)的檢測設(shè)備輔助，如用示波器讀取曲軸位置傳感器信號、凸輪軸位置傳感器信號等，通過分析確定其工作狀態(tài)是否正常；用氣缸壓力表測量發(fā)動機氣缸壓力，確定發(fā)動機氣缸壓縮壓力是否正常；用壓力表測量進(jìn)氣管壓力，判斷渦輪增壓器、中冷器、增壓管路是否堵塞、漏氣；用尿素泵試驗臺測試尿素泵、尿素噴嘴是否工作正常等。在故障診斷中，維修人員甚至要使用到自制的二極管測試燈、跨接線、滑動電阻等。

例如，一輛江鈴順達(dá)車，搭載JX493ZLQ4國Ⅳ發(fā)動機，博世EDC17C55電控系統(tǒng)。故障現(xiàn)象為行駛中發(fā)動機加速無力、排氣管嚴(yán)重冒白煙，儀表盤上發(fā)動機故障燈未點亮。根據(jù)故障現(xiàn)象初步推測，故障原因可能有：氣缸壓力不足（包括氣門漏氣、活塞環(huán)密封不好）；噴油器工作不正常；發(fā)動機配氣相位不對；發(fā)動機控制系統(tǒng)故障；發(fā)動機進(jìn)氣量不足（渦輪增壓器、中冷器、進(jìn)氣管路等漏氣）等。

首先對發(fā)動機進(jìn)氣管道、氣缸壓力等進(jìn)行檢查，未見異常。連接故障檢測儀查看發(fā)動機運行時相關(guān)數(shù)據(jù)流，未發(fā)現(xiàn)異常。拆下發(fā)動機進(jìn)氣管上（中冷器至發(fā)動機）的進(jìn)氣溫度傳感器，裝上壓力表（量程為0 MPa～0.1 MPa），發(fā)動機車速為3 500 r/min時，進(jìn)氣管壓力為0.025 MPa，異常，正常應(yīng)為0.04 MPa左右。檢查渦輪增壓器，發(fā)現(xiàn)渦輪增壓器旁通閥支架固定螺栓明顯松動，由此分析，發(fā)動機加速時，因渦輪增壓器旁通閥漏氣，造成渦輪增壓器增壓壓力不足。緊固渦輪增壓器旁通閥支架固定螺栓，測得進(jìn)氣管壓力為0.04 MPa。路試時發(fā)動機加速有力，冒白煙現(xiàn)象消失，故障排除。

（5）要善于借助各種維修資料，如在診斷控制系統(tǒng)故障時，通過分析相關(guān)系統(tǒng)控制電路或工作原理，理清思路，找到故障切入點，排除故障時才能做到有條有理、少走彎路，提高故障排除效率。

例如，一輛大漢H N Q 61 2 8 H客車，搭載濰柴WP12.375E40國Ⅳ發(fā)動機。據(jù)客戶反映，該車儀表盤上的發(fā)動機故障燈點亮，但發(fā)動機運行未見異常。維修人員接車后，連接故障檢測儀快速檢測，讀取到故障代碼“P0285 尿素管（泵到箱）加熱電阻反饋不可信”。清除故障代碼，再讀取，系統(tǒng)顯示正常。因該車發(fā)動機運行并無異常，因此，維修人員認(rèn)為故障代碼P0285為偶發(fā)性故障，便將車直接交給了客戶。

次日，客戶將車開回修理廠，稱發(fā)動機故障燈再次點亮。維修人員查閱并分析該車相關(guān)控制原理圖（圖2），用萬用表測量尿素回流加熱器連接587線與584線之間的電阻，為∞，檢查587線與584線路，均無異常。由此推測，尿素泵回流加熱器可能斷路。更換尿素泵回流加熱器，清除故障代碼，交車3日后電話回訪，發(fā)動機故障燈未再點亮，故障排除。

（6）采用分段密封查漏法，確定漏氣部位。現(xiàn)在的柴油發(fā)動機普遍采用了渦輪增壓中冷技術(shù)，渦輪增壓器增壓后的空氣，通過管路經(jīng)中冷卻器冷卻后，再由進(jìn)氣歧管吸入發(fā)動機氣缸。車輛在使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)中冷器或各管路漏氣，造成增壓后的壓力達(dá)不到額定要求，導(dǎo)致發(fā)動機工作出現(xiàn)異常。在診斷柴油機故障時，如果懷疑發(fā)動機進(jìn)氣管路漏氣，先拆下渦輪增壓器出氣管，在發(fā)動機怠速狀態(tài)下，用手或其他密封件堵死連接中冷器的進(jìn)氣管，如果發(fā)動機熄火，則說明增壓管路沒有漏氣；如果發(fā)動機不熄火，則說明中冷器或管路有漏氣，此時，應(yīng)該能聽到有漏氣聲，尋著漏氣聲源就能找到漏氣部位。

圖2 濰柴WP12.375E40 ECU控制尿素加熱電路

3 故障診斷時應(yīng)注意問題

（1）有些車型控制單元存儲的歷史故障代碼，非原廠專用故障檢測儀無法清除，車輛使用一段時間后故障代碼會自動清除。如康明斯發(fā)動機控制單元歷史故障代碼，只能通過原廠故障檢測儀進(jìn)行清除，或者讓發(fā)動機運行一定時間后故障代碼自動清除。

（2）在清除故障代碼前，應(yīng)記錄故障檢測儀讀取到的所有故障代碼，以備診斷故障分析時使用。讀取故障代碼時，車輛應(yīng)處于靜態(tài)（車輛未行駛）時讀取，有必要或?qū)τ谂及l(fā)性故障，需在動態(tài)（車輛行駛）中讀取。連接故障檢測儀時，鑰匙開關(guān)應(yīng)處于“OFF”狀態(tài)，防止通信電纜連接器拔插時瞬間放電燒毀故障檢測儀或控制單元。

（3）柴油機出現(xiàn)限轉(zhuǎn)速、限轉(zhuǎn)矩，除了和發(fā)動機廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）、選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）故障有關(guān)外，還要注意檢查離合器開關(guān)、制動燈開關(guān)工作是否異常。限轉(zhuǎn)速、限轉(zhuǎn)矩，有時控制單元不報故障代碼，需要從數(shù)據(jù)流中發(fā)現(xiàn)問題，找出故障原因。

（4）檢查控制系統(tǒng)故障時，應(yīng)先檢查控制線路連接是否牢固、可靠，線路絕緣有無破損。拔插導(dǎo)線連接器，注意有無新的故障代碼出現(xiàn)。排除疑難故障時，采用排除法或換件法，能盡快找到故障點，提高故障診斷效率。

（5）柴油機高壓共軌系統(tǒng)工作時，各轉(zhuǎn)速工況下的軌壓應(yīng)一致，如噴油器出現(xiàn)堵塞，會造成數(shù)據(jù)流中實際軌壓過高；噴油器出現(xiàn)泄漏（漏油）時，數(shù)據(jù)流會顯示實際軌壓過低，軌壓傳感器信號電壓不正常等。如安裝EDC17C55系統(tǒng)的江鈴順達(dá)車，發(fā)動機未起動時，軌壓傳感器信號電壓若大于0.5 V，發(fā)動機會出現(xiàn)起動困難的現(xiàn)象。因此，在柴油機故障診斷時，先了解該車型發(fā)動機的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，再通過數(shù)據(jù)流顯示，對快速診斷并確定故障點會有一定幫助。