基于電控高壓共軌柴油機CKPS失效策略探究

柴仕貞　朱彥熙　吳衛剛

【摘 要】電控高壓共軌柴油機已取代了傳統的柴油機，在交通運輸、工程機械等各行各業普及。因此電控高壓共軌柴油機的故障診斷越來越重要。CKPS（曲軸位置傳感器）是電控柴油機中比較重要的傳感器，它用于精確計算曲軸的轉動位置及確定第一缸上止點，實現轉速計算和噴油正時的控制基準。不同的車輛會采用不同的電控系統，從而采用不同的失效策略，而CKPS失效時所表現出的故障亦不同。本文通過對兩種車型CKPS失效后出現的不同故障，分析采用不同的失效策略，為及時判斷排除電控高壓共軌柴油機故障提供幫助。

【關鍵詞】電控高壓共軌柴油機;CKPS;失效策略

中圖分類號： TK421 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）29-0166-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.078

Research on CKPS Failure Strategy of Electrically Controlled High-pressure Common-rail Diesel Engine

CHAI Shi-zhen ZHU Yan-xi WU Wei-gang

（Qingdao Harbor Vocational & Technical College，Qingdao Shandong 266404， China）

【Abstract】Electrically controlled high-pressure common-rail diesel engine has replaced the traditional diesel engine， and is widely used in transportation， engineering machinery and other industries. Therefore， the fault diagnosis of it is becoming increasingly important. CKPS （Crankshaft Position Sensor） is an important sensor in electrically controlled diesel engine. It is used to accurately calculate the crankshaft rotation position and determine the first cylinder top stop point， so as to achieve speed calculation and fuel injection timing control benchmark. Different vehicles will adopt different electrical control systems， thus adopt different failure strategies， so is the failure of CKPS. In this paper， CKPS failure strategies in two types of vehicles are analyzed and adopted， which is helpful in the diagnosing and troubleshooting in time the failure of electrically controlled high-pressure common-rail diesel engine.

【Key words】Electrically controlled high-pressure common-rail diesel engine; CKPS; Failure strategy

0 引言

電控高壓共軌柴油機采用的傳感器數量不盡相同，這與它們采用的電控系統（博世、電裝、德爾福等）有關。一般電控高壓共軌柴油機至少需要安裝以下幾個傳感器：曲軸位置傳感器（CKPS）、凸輪軸位置傳感器、空氣流量計、加速踏板傳感器、進氣溫度壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、共軌壓力傳感器等。而曲軸位置傳感器（CKPS）用于精確計算曲軸的轉動位置及確定第一缸上止點、轉速計算和噴油正時的控制基準，因此是比較重要的傳感器。不同系統的車輛CKPS失效后電腦會采用不同的失效策略，車輛會出現不同的故障。這給維修工作帶來一定的難度，通過對長城GW2.8TC柴油機和濰柴WP10.336型柴油機CKPS采用的不同失效策略進行分析，為及時判斷排除故障提供參考。

1 電控柴油機CKPS類型及磁電式CKPS工作原理

1.1 電控柴油機CKPS常見的類型有磁電式和霍爾式兩種

磁電式CKPS主要由信號轉子、感應線圈、永久磁鐵等組成。當信號轉子轉動時，便會在感應線圈中感應出一交變的電壓信號，這個信號作為傳感器的輸出信號送給電腦。

霍爾式CKPS主要由觸發葉輪、霍爾集成塊、永久磁鐵等組成。根據霍爾原理，當觸發葉輪轉動時，便可感應出高低變化的霍爾電壓，將這一電壓進行放大處理，便可作為傳感器的信號送給電腦。

因大多數車輛采用的是磁電式CKPS，本文對磁電式CKPS的工作原理作如下介紹。

1.2 磁電式CKPS的工作原理

1.信號輪;2.感應線圈;3.永久磁鐵

圖1 磁電式曲軸位置傳感器工作原理示意圖

參考圖1，當信號輪隨著發動機曲軸旋轉時，信號輪與曲軸位置傳感器的間隙便有規律的發生變化，這便引起穿過感應線圈的磁阻及磁通發生有規律的變化，當信號輪齒向傳感器接近時感應線圈的磁通量變大，當信號輪齒遠離傳感器時磁通量變小。根據楞次定律，在感應線圈上會形成一個正弦感應電動勢，該交變電動勢的振幅（電壓）隨著信號輪轉速的提高而增大，發動機ECU便依此計算出曲軸的轉速[1]。

圖2 Bosch共軌的曲軸位置傳感器安裝位置

圖3 Bosch共軌柴油機信號輪

圖4 Bosch共軌柴油機信號輪長齒槽

圖5 曲軸位置傳感器輸出波形圖

同時，采用磁電式高壓共軌系統中，信號輪的齒數分布不是完全均勻的。以博世共軌系統為例，它采用信號輪為“60-2”形式，當信號輪轉動到缺2齒的位置時，交變電動勢便會發生一個突變，發動機ECU由此可判處一缸上止點的位置。圖2為博世共軌柴油車曲軸位置傳感器的位置。圖3為博世共軌柴油車信號輪的實物圖。圖4為博世共軌柴油車信號輪長齒槽的位置。圖5為曲軸位置傳感器輸出波形圖，其中波形圖中發生突變的位置對應的是一缸上止點的位置。

2 CKPS失效策略

CKPS失效策略是指CKPS發生故障后的運行策略。它分為四級：一級——缺省值;二級——降扭矩;三級——limp home（跛行回家）;四級——停機[1]。

2.1 缺省值失效策略

對于不涉及駕駛安全性的輕微故障，電腦使用缺省值（故障后的默認值）代替真實值。

2.2 降轉矩失效策略

部分較重要電控元件故障后，為了保證駕駛安全性、繼續駕駛以及排放性能等，電腦控制發動機以降低功率的方式繼續運行。

2.3 limp home（跛行回家）失效策略

對于部分嚴重系統故障，控制器運行于較危險情況下，為了保證發動機能夠繼續工作以便到最近服務站維修，電腦控制發動機采用降轉矩、限轉速運行，代替立即停機的失效策略。

2.4 停機失效策略

對于部分電控元件的特別嚴重故障，為了保護發動機，電腦采用延時停機或立即停機的失效策略[2]。

3 GW2.8TC長城柴油機與濰柴WP10.336柴油機CKPS失效分析

3.1 GW2.8TC長城柴油機CKPS失效現象及研究分析

GW2.8TC長城柴油機安裝的是博世EDC16系統，給CKPS進行斷電（拔下插頭）試驗，啟動發動機，發現發動機無法啟動。

分析研究：該機型采用的是博世EDC16系統，若CKPS失效，啟動發動機，當飛輪轉動兩圈后，系統仍然檢測不到發動機轉速信號，便無法得知當前的曲軸位置，無法找到第一缸上止點，系統便不能確定正確的噴油時刻，于是直接采用了第四種失效策略——停止噴油，使發動機停機。

3.2 濰柴WP10.336柴油機CKPS失效現象及研究分析

濰柴WP10.336柴油機安裝的是博世EDC7系統，同樣我們給CKPS進行斷電（拔下插頭試驗），啟動發動機，發現發動機能啟動起來，同時點亮故障指示燈。

分析研究：濰柴采用的是EDC7系統，當CKPS失效后采用的是跛行回家失效策略。CKPS失效系統利用凸輪軸位置傳感器（CMPS）讀取發動機轉速及壓縮上止點信息，使車輛能順利啟動，但同時會出現以下情況：

（1）點亮故障燈;

（2）產生相關的故障碼P0008、P00016、P0340、P0341、P0335、P0336（視具體情況有所差異）;

（3）起動時間可能會較正常情況稍長;

（4）油門感覺正常;

（5）車輛運行沒有明顯影響，但油耗和排放可能會變差。

4 結論及預防措施

GW2.8TC長城柴油機如果無法起動，可能與CKPS失效有關，在故障診斷與檢測當中應該檢查CKPS的好壞使維修工作少走彎路。而濰柴WP10.336柴油機CKPS失效由于采用了跛行回家策略，同時會報出故障碼，這對故障診斷有很大幫助。但是由于該系統發動機能正常啟動，車輛可運行作業，可能被許多駕駛員疏忽而造成故障不能及時排除而觸發更多故障。

通過以上分析可以看到電控高壓共軌柴油機采用不同的系統，CKPS失效策略是不同，在這里無法定論哪種好與壞，但是在維修中必須明確所采用的是哪種失效策略，否則會給故障診斷和排除帶來很大困難。

【參考文獻】

[1]劉華，郭振杰.汽車柴油機電控系統檢修[M].教育科學出版社.

[2]仇桂玲，朱彥熙.內燃機構造與原理[M].電子工業出版社，2012.