豐田柯斯達(dá)中型客車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足檢修

葉峻峰

引言

目前，國(guó)內(nèi)外柴油發(fā)動(dòng)機(jī)普遍實(shí)現(xiàn)了電子化控制，其中高壓共軌、電控噴射、渦輪增壓中冷等技術(shù)在現(xiàn)代先進(jìn)的汽車柴油機(jī)上得到了廣泛運(yùn)用。相較于傳統(tǒng)的機(jī)械噴射系統(tǒng)，電控噴射系統(tǒng)有效地改善柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，也降低氮氧化物和煙度的排放;與此同時(shí)，對(duì)維修人員的技能提出了更高的要求。

電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為車輛的動(dòng)力裝置，工作性能的好壞直接影響汽車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性。其中動(dòng)力不足是柴油機(jī)常見的故障，主要引發(fā)車輛提速遲緩、加速性能變差以及爬坡無(wú)力等癥狀，特別是在大負(fù)荷工況下，柴油機(jī)表現(xiàn)出動(dòng)力明顯不足，車輛行駛無(wú)力且油耗增加。

本文針對(duì)電控柴油機(jī)動(dòng)力不足現(xiàn)象，將對(duì)進(jìn)排氣系統(tǒng)、氣缸氣密性、高壓共軌供油系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)等進(jìn)行檢查。但是，在利用豐田二代診斷儀TOYOTA Intelligent Tester 2（簡(jiǎn)稱ITT2）讀取發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)故障代碼DTC與數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)了故障代碼P0088且在加速工況高壓油軌油壓參數(shù)異常。因此，結(jié)合N04C型號(hào)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)組成與工作原理，優(yōu)先考慮對(duì)高壓共軌電控噴射系統(tǒng)電路與油路進(jìn)行檢修。

一、高壓共軌燃油噴系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

（一）高壓共軌燃油噴系統(tǒng)構(gòu)成

豐田柯斯達(dá)Coaster中型客車搭載N04C型號(hào)電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1所示。

其高壓共軌燃油噴系統(tǒng)主要部件組成和工作原理與汽油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)相類似，如圖2所示。該型號(hào)柴油電控發(fā)動(dòng)機(jī)采有日本電裝公司基于HP3的三缸HP4型輸油泵的高壓共軌系統(tǒng)，包含燃油供給系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)兩大部分，燃油供油系統(tǒng)低壓油路部分主要由柴油箱、輸油泵、濾清器、低油管等部件組成;高壓油路部分組成部件有高壓供油泵、吸油控制閥、高壓油軌、共軌壓力傳感器和噴油器等。高壓共軌系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)主要由傳感器、執(zhí)行器和電控單元ECU組成。電控單元ECU作為控制系統(tǒng)的司令部，接收傳感器和數(shù)據(jù)導(dǎo)線獲取的駕駛員加速踏板開度、檔位以及車輛和柴油機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，對(duì)這些信息按照預(yù)設(shè)程序進(jìn)行處理，向噴油器電磁閥、吸油控制閥、輸油泵繼電器等發(fā)出相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié)指令，對(duì)柴油的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。傳感器部分包括：進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、空氣流量計(jì)、油軌壓力傳感器、油門踏板傳感器、曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、凸軸位置傳感器等。

（二）高壓共軌燃油噴系統(tǒng)工作原理

如圖2所示，貯存在油箱中的柴油被低壓油泵抽入柴油濾清器，流經(jīng)吸油控制閥SCV輸入高壓油泵，高壓油泵將低壓油轉(zhuǎn)化為高壓油后送入高壓油軌中，油軌中的壓力由電控單元ECU和油壓電控模塊根據(jù)燃油壓力傳感器檢測(cè)油軌壓力以及預(yù)設(shè)值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管進(jìn)入噴油器;ECU根據(jù)各種傳感器及開關(guān)檢測(cè)電控柴油機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并將接收到的信號(hào)與存儲(chǔ)器中的相應(yīng)參數(shù)和最優(yōu)運(yùn)行結(jié)果比較，ECU根據(jù)比較偏離值的大小和方向按一定的控制策略進(jìn)行有關(guān)信息分析處理，再計(jì)算出相應(yīng)的控制指令，確定合適的噴油正時(shí)和噴油時(shí)，以控制噴油器的噴油起始時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間，操縱電液控制的噴油器將柴油噴入氣缸內(nèi)完成燃燒。

（三）控制閥SCV的結(jié)構(gòu)與工作原理

高壓供油泵裝備有一個(gè)緊湊型吸油控制閥SCV，如圖3所示，吸油控制閥具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

如圖5所示，電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元通過(guò)向吸油控制閥發(fā)送一定占空比的脈沖，改變吸油控制閥閥門開啟的大小和關(guān)閉回通油道的時(shí)刻及關(guān)閉持續(xù)的時(shí)間，調(diào)節(jié)進(jìn)入供給泵腔內(nèi)被壓縮的柴油量，從而控制了高壓泵供油量，達(dá)到控制共軌內(nèi)的柴油壓力的目標(biāo)。

二、實(shí)例案例

一輛豐田柯斯達(dá)Coaster中型客車進(jìn)廠時(shí)，客戶反映車輛行駛中柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈亮，發(fā)動(dòng)機(jī)加速不起，油門踩到底也只能跑到40km/h。為此，維修技師首先使用豐田二代診斷儀ITT2讀取故障代碼DTC，結(jié)果顯示故障代碼：P0088油軌/系統(tǒng)壓力太高，清除故障代碼后對(duì)故障車輛進(jìn)行路試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)油門踩到底時(shí)，車輛出現(xiàn)提速后出現(xiàn)動(dòng)力后繼不足，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min區(qū)域時(shí)突然轉(zhuǎn)速下降，最高車速只能到40km/h左右，說(shuō)明動(dòng)力性指標(biāo)嚴(yán)重下降，這與客戶所說(shuō)描述的情況一致;與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈馬上又亮了，讀取故障代碼DTC為P008。

三、故障診斷與排除

（一）故障檢查與診斷

該車型搭載N04C型共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，采用直列4缸16氣門、側(cè)式凸輪軸（OHV）、排量4.0升帶渦輪增壓系統(tǒng)。分析故障代碼產(chǎn)生原因并查閱修理手冊(cè)，對(duì)燃油系統(tǒng)低壓油路、供油泵吸油控制閥以及電子控制系統(tǒng)等總成及系統(tǒng)進(jìn)行檢查和相關(guān)電路入手，以確定故障發(fā)生的具體部位。

1） 檢查燃油低壓油路：車輛發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足故障可能是實(shí)際燃油壓力過(guò)低引起的，于是檢查低壓油管，并未發(fā)現(xiàn)彎曲、變形等;拆下柴油濾清器和吸油器濾芯發(fā)現(xiàn)堵塞嚴(yán)重，且燃油箱內(nèi)部生銹嚴(yán)重，如圖6所示，建議客戶更換燃油箱、柴油濾清器和吸油器濾芯，經(jīng)客戶同意后更換以上部件，但故障卻未排除。

2）檢查高壓油泵吸油控制閥SCV（Suction Control Valve）：根據(jù)修理手冊(cè)檢查步驟，對(duì)高壓油泵吸油控制閥進(jìn)行檢查，其端子如圖7所示，拔下吸油控制閥插接器后，測(cè)量吸油控制閥1-2端子之間的電阻為2.0Ω（標(biāo)準(zhǔn)1.9-2.3Ω），測(cè)量值在正常范圍。

檢查吸油控制閥與發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元之間電路的是否斷路、對(duì)地短路等，根據(jù)圖8、圖9吸油控制閥與電腦端子信息以及吸油控制閥電路進(jìn)行檢查，測(cè)量結(jié)果如表1、表2所示。

從表1、表2實(shí)測(cè)結(jié)果中并未發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，確定吸油控制閥與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元之間電路工作正常。

3）讀取發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)：利用ITT2查看電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下，實(shí)際燃油壓力與目標(biāo)燃油壓力相符，標(biāo)準(zhǔn)值在25000-35000kpa之間，測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)流如表3所示。

從表3中可知，怠速工況數(shù)據(jù)流測(cè)試結(jié)果符合要求，并未發(fā)現(xiàn)異常。

在無(wú)負(fù)載條件下進(jìn)行加速測(cè)試，發(fā)動(dòng)機(jī)在3000r/min區(qū)域時(shí)，故障突然發(fā)生，實(shí)際燃油壓力從75200kpa驟升至92310kpa，明顯超過(guò)目標(biāo)燃油壓力要求，標(biāo)準(zhǔn)范圍為7000-9000kpa，測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)流如表4所示。

從表4數(shù)據(jù)中分析可知，N04C柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)故障引起的軌壓超高存在兩種可能性，其一是供油量過(guò)多，使進(jìn)入共軌管的高壓油過(guò)多而引起的軌壓超高，其二是回油管中回油不暢導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)多余燃油積累而引起的軌壓超高。

（二）故障排除

根據(jù)柴油機(jī)加速工況數(shù)據(jù)流結(jié)果分析，于是決定進(jìn)行下一步檢查：將吸油控制閥連接器斷開，啟動(dòng)電控柴油機(jī)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)卻能起動(dòng)，說(shuō)明低壓油路的柴油能進(jìn)高壓油泵泵腔內(nèi)。正常情況下，電控柴油機(jī)應(yīng)不能起動(dòng)，因?yàn)閿嚅_吸油控制閥連接器后，吸油控制閥與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU失去通訊功能，吸油控制閥線圈處于斷電狀態(tài)，控制閥閥門位于常閉位置，低壓油路的柴油未能進(jìn)入高壓油泵泵腔內(nèi)，無(wú)法產(chǎn)生高壓油，因此，電控柴電機(jī)不能起動(dòng)。由此表明吸油控制閥工作異常，經(jīng)過(guò)之前的基本檢查，并未發(fā)現(xiàn)吸油控制閥線圈電阻、控制電圖10受腐蝕的密封膠圈路異常，于是決定對(duì)吸油控制閥進(jìn)行拆檢，在拆檢前，對(duì)柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)進(jìn)行泄壓處理，當(dāng)拆下高壓供油泵吸油控制閥時(shí)，發(fā)現(xiàn)其密封膠圈已有一處腐蝕，如圖10所示。

可見密封膠圈的破損，造成了高壓油泵泵腔與低壓油路之間的密封性下降，柴油可不經(jīng)吸油控制閥而直接進(jìn)入高壓油泵泵腔內(nèi)，吸油控制閥失去了調(diào)節(jié)低壓油路燃油進(jìn)行高壓油泵的能力，致使高壓油軌共軌壓力超高，柴油電控發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)失效保護(hù)模式，將發(fā)動(dòng)機(jī)處于轉(zhuǎn)速限制在1200r/min之下，為“跛行回家”狀態(tài)。最后，更換吸油控制閥的密封膠圈，經(jīng)反復(fù)試車該車加速正常，發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈也未再亮。查看數(shù)據(jù)流，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和加速時(shí)實(shí)際燃油壓力都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，車輛故障完全排除。

結(jié)語(yǔ)

（1） 此類故障位置較為隱蔽，在故障的排除過(guò)程中通常會(huì)按經(jīng)驗(yàn)判斷，若經(jīng)驗(yàn)不足，將導(dǎo)致故障修復(fù)進(jìn)度變慢。

（2）在檢查故障過(guò)程中，若有故障代碼提示，務(wù)必根據(jù)故障代碼DTC的含義依據(jù)維修手冊(cè)建議的檢查項(xiàng)目與流程進(jìn)行檢查，并運(yùn)用數(shù)據(jù)流分析來(lái)縮小故障部位范圍，以確定故障點(diǎn)。

（3）故障燈被點(diǎn)亮，故障代碼DTC為P0088表示油軌/系統(tǒng)壓力太高，說(shuō)明柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)有嚴(yán)重的故障，因此進(jìn)入失效保護(hù)模式，啟動(dòng)限制轉(zhuǎn)速保護(hù)措施，避免了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以防止故障擴(kuò)大。

責(zé)任編輯 朱守鋰