高压共轨电控柴油机的常见故障分析

1、*高压共轨电控柴油机的常见故障分析刘雄1,蔡遂生2(1.上海柴油机股份有限公司,上海200438;2.联创汽车电子有限公司,上海201203摘要:从根据电控共轨柴油机在车辆匹配和使用过程中的具体情况,从燃油系统、电子电气以及发动机工作过程等方面详细分析了导致电控共轨柴油机起动困难,车辆行驶过程中突然熄火,动力性能下降以及发动机冒烟的影响因素。关键词:柴油机;电控燃油喷射系统;研究;高压共轨;故障中图分类号:TK428文献标识码:B 文章编号:1000-6494(200903-0055-03Common Troubles Analysis for High-pressure Common-rai

2、lElectronically-controlled EngineLIU Xiong,CAI Sui-sheng0前言随着国家环保法规的日益严格,市场上越来越青睐于清洁环保的车型。共轨燃油喷射系统,因其对喷油压力、喷油量以及喷油提前角的灵活控制,被公认为性能优越,稳定可靠的电控燃油喷射系统,目前已经被发动机各主机厂广泛采用。采用高压共轨电控喷油系统的柴油机能够满足国甚至国排放标准,所配车型包括卡车、城市公交、长途客车等各类车辆。由于共轨柴油机油泵和喷油器都采用了电控技术,燃油压力的建立和喷油提前角的调节都是由ECU (电子控制单元自动控制的。因此,与传统机械泵柴油机相比,共轨柴油机的故障形式也

3、有其特殊之处,除了机械方面的因素外,还有很多电气方面的因素。笔者在几年的电控共轨国柴油机的研发和匹配服务中,对共轨柴油机常见的故障进行了总结,以下是共轨柴油机常见的一些故障及原因分析。1发动机无法起动1.1正时齿轮安装错位如果发动机正时齿轮在安装过程中错位,比如油泵齿轮和凸轮轴齿轮没有“对零”,见图1,即使两者错位一个齿,由于作为判缸的G 信号错误,发动机也无法起动。如果拔掉G 传感器插头,使发动机完全借助于曲轴转速信号NE ,则发动机能顺利起动。1.2燃油系统不能建立轨压如果燃油管路中混有空气,则共轨系统无法建立轨压,发动机就不能正常起动。此时,应松开回油管接头,通过不断按压手揿泵,直到管接

4、头流出的燃油中看不到气泡。另外,如果高压油泵上的溢流阀钢球脱落,则高压油泵柱塞向上运动压油时,柱塞上腔的燃油会直接经溢流阀回油箱,系统也无法建立高压,导致发动机无法正常起动。2车辆行驶过程中突然熄火2.1燃油系统堵塞高压共轨电控柴油机,对燃油的清洁度要求是很高的,电控高压共轨柴油机的燃油采用两级过滤的方式,粗滤为15m ,精滤则要求对15m 以上的颗粒过滤效率达到100%,而对于5m 以上颗粒的过滤效率达到95%以上。但对于目前市场上配电控作者简介:刘雄(1974-,高级工程师,博士后,主要从事电控柴油机的性能开发和匹配研究。收稿日期:2008-12-18图1正时齿轮安装时的对零记号对零记号内

5、燃机Internal Combustion Engines第3期2009年6月内燃机2009年6月共轨柴油机的公交车辆,相当一部分是由原来的欧车辆改装的,即保留原车的低压燃油管路,只更换发动机。由于车辆已经运营了好几年,燃油管路的橡胶件已经老化,燃油箱一直没有清洗更换,油箱的底部积聚了一层厚厚的油泥。由于共轨燃油系统在工作时的回油量很大,大量的回油冲刷油泥,油泥泛起后进入燃油管路,很快将滤清器堵塞,进入高压油路后还会堵塞喷油器柱塞或喷油嘴孔,使喷油器无法正常工作,从而导致发动机熄火。另外,由于共轨系统燃油的流量很大,因此要求燃油管路尤其是低压燃油管路的管径不能过小,见图2,从油箱到油泵的进油管

6、路以及从油泵回油管接头到油箱的最小管径不应小于7.5。实际上,有些改装车由于仍采用原来机械直列泵的燃油管路系统,其低压管路的最小管径一般都小于7.5,而且由于使用时间比较长,有的橡胶管已经老化变形,通流能力下降。与共轨系统相比,机械直列泵及相应的喷油器由于在燃油喷射过程中除了系统少量泄漏外,其回油量很少,系统总的进油量也少,所以机械直列泵系统燃油管路的管径比共轨系统的小。车辆配共轨发动机后,如果仍采用原来的管路,当发动机处于高速高负荷时,进油管路就可能发生吸瘪现象导致断油,使发动机熄火。2.2ECU 电路短路或断路对于一些改装车辆以及初期配套的公交车辆,ECU 安装在车辆大粱上,位置与车轮在同

7、一平面。车辆在雨天行驶时,由于车轮的旋转将大量的雨水飞溅冲刷ECU ,雨水进入ECU 导致ECU 电子元器件失效,线束短路或断路,继电器失效,使ECU 无法正常工作,导致发动机熄火。2.3油泵轴半圆键折断由于安装过程中半圆键未能安装到位,发动机在加速、减速、起动等变工况过程中扭矩变化很大,使高压油泵轴在工作过程中承受冲击载荷。由于半圆键没有安装到位,存在单边翘起现象,半圆键的剪切面积减小,剪切应力增大,当发动机工作在外特性工况或载荷突变时,半圆键很容易被剪断,使高压油泵轴不能传递扭矩,无法建立正常的轨压,导致发动机熄火。3发动机声音异常飞轮在制造加工过程中,转速孔的加工有时会发生错误,即定位销

8、与“缺孔”的相对位置不正确,造成发动机在工作过程中的提前角错误。如图3所示,飞轮加工正确时,其定位销孔与“缺孔”的间隔位为130°,飞轮的刻度线落在“缺孔”之间。如果飞轮在制造加工过程中发生错误,使定位销孔落在“缺孔”之间,而飞轮刻度线落在加工孔区域,见图4,发动机在工作过程中的提前角必然出现很大的偏差,导致发动机声音异常。发动机转速传感器为磁电式,飞轮旋转时飞轮上的径向孔(孔的直径为7,孔深为5切割由转速传感器产生的磁力线,每个孔切割磁力线便产生一个尖峰脉冲,飞轮上缺孔的部位转过时,波形为水平线,见图5,发动机转速传感器与飞轮圆周方向的安装间隙为1.2±0.5。间隙过小,

9、飞轮旋转时产生跳图2共轨系统燃油管路3.0(400500mm4.05.05m(95%3×250300mm图4定位销落在缺孔区域图3定位销落在加工孔区域130°100°100°301°20°10°56-7孔深5飞轮刻度线定位销孔定位销孔56··动容易损坏传感器;间隙过大,则转速信号太弱,ECU 无法检测出发动机的转速NE 信号。两种情况都会导致发动机声音异常。4车辆动力性不足的原因分析4.1进气管路漏气发动机在高转速大负荷时,进气管的压缩空气压力可达到230kPa (对于标定功率为183.875kW 的增压

10、中冷柴油机,这么高的气压,加上发动机的振动,要求进气管路的连接可靠,否则如果连接进气管的固定螺栓松动,导致进气系统泄漏,发动机进气量不足,则动力性下降。4.2喷油器松动喷油器固定压板采用M8的螺栓固定,压板的一端压在喷油器上,另一端压在缸盖螺栓的球头上,如果缸盖螺栓球头或压板凹球窝的加工存在一定误差,使压板与缸盖螺栓球头接触点的受力方向跟压板与喷油器接触点的受力方向不一致,喷油器在发动机的工作过程中承受交变负载,很容易导致喷油器松动(见图6,造成燃烧室漏气,发动机动力不足。4.3发动机水温过高如果发动机水温达到节温器的设定温度时,节温器还不能打开,则发动机水温有可能超出ECU 的正常允许范围,

11、如水温超过94以上,则ECU 会自动减小发动机外特性的喷油量,从而减小发动机的输出功率。4.4电控系统有严重故障当电控系统发生严重故障时,如轨压传感器故障、油门踏板故障、水温传感器故障等,ECU 会自动限制油门开度(即使油门踩到100%,限制喷油压力,限制喷油量,即所谓的跛行回家,从而限制了发动机的动力输出。5车辆冒烟现象分析5.1车辆冒黑烟分析车辆在起动过程中冒黑烟的主要原因是水温传感器故障或起动开关信号线未接24V 电源,从而造成发动机在起动时不能按正常MAP 数据运行。如果水温传感器故障,则起动过程中ECU 默认的水温为-20,而-20时的起动油量设定值比常温时的起动油量大很多,因此在常

12、温下起动时就会由图5发动机转速传感器的安装位置及转速信号(7(5(30°(6°(485FLYWHEEL1.2±0.5发动机转速传感器与飞轮孔的间隙1000r/min图6喷油器的安装压板螺栓压板缸盖螺栓(下转第60页刘雄等:高压共轨电控柴油机的常见故障分析第3期57··内燃机2009年6月于ECU 采用-20时的起动油量导致起动冒黑烟。如果起动开关信号线未接24V 电源,则发动机起动时的喷油量不从起动MAP 查找,也可能导致起动冒黑烟。车辆在运行过程中冒黑烟主要是操作不当所致,如挂档的时机掌握不当,造成发动机在低转速时的负载过大,而此时增压器的转

13、速也低,进气压力小,造成发动机冒黑烟。5.2车辆冒白烟分析车辆冒白烟主要是喷油正时出现错误,如加工过程中飞轮上的“缺孔”与定位销的相对位置发生错误,飞轮壳上NE 传感器的安装孔加工错误等都会使实际的喷油提前角发生很大的偏差,造成发动机冒白烟。如果喷油器松动使燃烧室漏气,则柴油和空气的混合气在压缩终了时由于气缸内压缩压力不足而未能燃烧,未燃烧的混合气从喷油器安装孔处逸出,造成冒白烟。6结论电控共轨柴油机与传统的机械泵柴油机相比,维修过程中除了要考虑机械和液压的因素以外,ECU 、线束、传感器等电子方面的故障也是造成发动机故障的重要因素。因此,共轨柴油机在维修中要注意从燃油系统、电子电气以及发动机

14、工作过程等多方面去解决问题。(上接第57页子与传感器线圈凸起部分的间隙不符合。G1和Ne 线圈的间隙极小,标准值应为0.20.4mm 。传感器信号转子与传感器线圈是通过过盈配合固定在分电器上的,用力转动信号转子时,有磨擦的现象。G1信号用来判别六缸在压缩上止点位置,当缓加油时,Ne 与G1,G2信号基本匹配,但急加油时,转子和线圈互相磨擦,信号失常,造成点火不良。更换分电器后,该发动机故障完全排除。3结束语发动机怠速不稳、间歇性熄火的原因较多,必须认真、耐心地进行检查。该维修实例就是由于节气门IDL 怠速信号与曲轴位置传感器信号不良而造成,信号不良常常会是间歇性的,也不一定出现故障代码,在维修时必须加以注意。参考文献1曹振峰,等.怎样维修电控发动机M.北京:机械工业出版社,2003.2宋福昌,等.汽车发