电控柴油机-高压共轨-燃油供给系统故障诊断与分析

PAGE11/NUMPAGES11电控柴油机_高压共轨_燃油供给系统故障诊断与分析第６卷第３期电控柴油机（高压共轨）燃油供给系统主要由油

箱、LP泵

、滤清器、油水分离器、高低压油管、高压泵、

高压共轨组件、喷油器、预热装置及各种传感、ECM等

基本部分组成。其基本功用是根据柴油机的工作要

求，定时、定量、定压地将雾化良好的柴油以一定的要

求喷入气缸内，并使这些燃油与空气迅速地混合和燃

烧。所谓定时就是按照供油相位要求；定量就是保证

一定的油量，满足动力性的要求；定压则要求喷入气

缸的燃油具备一定的动能与空气进行混合。优良的混

合气是提高柴油机动力性、燃油经济性、降低排放率

和噪音率的关键，也就是要求喷射系统产生足够高的

喷射压力，确保燃油雾化良好，同时还必须精确控制

喷油始点和喷油量。其中燃油供给压力就是柴油机一

直困扰人们的常见问题。电控柴油机（高压共轨）燃油

供给系故障就是指其燃油供给异常，影响发动机工作

性能的故障现象，就其故障产生原因，现就华泰现代

柴油车系为例分别从燃油供给系统低压部分、高压部

分、电控部分等因素引起的电控柴油机（高压共轨）燃

油供给系统故障进行简要分析与判排。

一、燃油供给系统低压部分引起的燃油系统故障

共轨喷油系统的低压供油部分包括:燃油箱（带有

滤网，油位显示器，油量报警器）、输油泵、燃油滤清器

总成及低压油管等1.输油泵压力异常引起燃油系统故障图1LP示意图输油泵是一种带有滤网的滚柱叶片泵

（容积式

泵）,它将燃油从燃油箱中吸出,将所需的燃油连续供给高压泵。安装在油箱外部的专用支架上，叶片泵主

要由转子、与转子偏心的定子（即泵体）及在转子和定收稿日期

：2010-9-30简介：姜伦（1967～）男，高级工程师，工学学士，主要研究方向:汽车检测与维修技术.电控柴油机（高压共轨）燃油供给系统

故障诊断与分析姜伦（

湖南民族职业学院，湖南岳阳414000）

【

【关键词】：电控柴油机高压共轨燃油供给系诊断分析姜伦电控柴油机

（高压共轨）燃油供给系故障诊断与分析９９湖南民族职业学院学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＵＮＡＮＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬＣＯＬＬＥＧＥＦＯＲＮＡＴＩＯＮＡＬＩＴＩＥＳ２０１０年１０月子之间起密封作用的滚柱等组成，如图1所示。泵体

的一端是进油口，一端是出油孔。进油口一侧的滚珠

式油泵由泵壳中间的直流电机驱动。当油泵旋转工作

时，由于离心力的作用，转子槽内的滚柱紧靠在偏心

设计的泵体内壁上。滚柱随转子一起旋转时泵腔容积

发生变换，燃油进口处容积越来越大，出口处容积越

来越小，使燃油经过滤网被吸入油泵，加压后经过电

机周围的空间从出油口泵出。油泵出口处有一个单向

阀，在燃油不工作时阻止燃油倒流入油箱。若因燃油

滤清器堵塞等原因使油泵出口一侧油压上升，与油泵

一体的限压阀即被顶开，使部分燃油回到进油口侧，

以防止电动油泵输出油压过高。

案例分析

华泰圣达菲2.0L自动档柴油车

，行驶30500KM，

客户描述为：加速不良；暖机后行驶时灭车；暖机后怠

速灭车。初步推测加速不良的原因是低压燃油供给不

足。经V30监测故障码为P1181，

用HI-DS检测低压

端（油泵-柴滤

）压力为2.8bar,供油压力过低。基本可

以断定是LP故障

。拆下电动燃油泵后发现其内部磨

损严重致供油压力不足。更换新件后问题解除。2.燃油滤清器引起燃油系统故障

燃油滤清器将进入高压泵前的燃油滤清净化?,从

而防止高压泵、出油阀和喷油器等精密件过早磨损和

损坏。因此使用满足喷油系统要求的燃油滤清器是保

证发动机正常工作和延长使用寿命的前提条件。共轨

喷油系统需要带有集水槽的燃油滤清器，每隔适当时

间必须将水放掉。当系统必须将水排出时，该装置的

报警灯就会闪亮。该系统还带有燃油预加热系统，在

燃油温度在-5

℃的情况下，起动电加热功能，提高燃

油温度，在燃油温度提高到3

℃时加热继电器断开，停

止加热。综上所述，燃油滤清器中水分过多和加热器

故障都会导致燃油系统的故障。

二、供给系统高压部分引起的燃油系统故障

共轨喷油系统的高压供油部分包括：带调压阀的

高压泵、高压共轨组件（共轨压力传感器、压力监测

器）、喷油器、回油管。1.高压泵引起燃油系统故障图2HP示意图燃油是由高压泵

（如图2所示）内3个相互呈120°径向布置的柱塞压缩的。燃油通过输油泵加压经

带水分离器的滤清器送往安全阀，通过安全阀上的节

流孔将燃油压到高压泵的润滑和冷却回路中。带偏

心凸轮的驱动轴或弹簧根据凸轮形状相位的变化而

将泵柱塞推上或压下。如果供油压力超过了安全阀

的开启压力（0.05

～0.15MPa），则输油泵可通过高压泵

的进油阀将燃油压入柱塞腔（吸油行程）。当柱塞达

到下止点后而上行时，则进油阀被关闭，柱塞腔内的

燃油被压缩，只要达到共轨压力就立即打开排油阀，

被压缩的燃油进入高压回路。到上止点前，柱塞一直

泵送燃油（供油行程）。达到上止点后，压力下降，排

油阀关闭。柱塞向下运动时，剩下的燃油降压，直到

柱塞腔中的压力低于输油泵的供油压力时，吸油阀再

次被打开，重复进入下一工作循环。

案例分析

华泰2.5L柴油版汽车

，行驶里程为50000KM。

故障现象是行驶中急加速熄火。客户描述为在行驶

中急加速熄火，尤其是有些上坡的路段加速熄火更为

明显，熄火的时候发动机故障灯亮，经V30监测故障

码为P1181（

燃油监测故障）通用码C009—燃油泄漏。

根据故障现象，首先检查燃油滤清器，检查燃油油质

是否存在过多的水分和杂质，将滤芯中的柴油倒出50%以后

，将剩余部分柴油倒进一个干净器皿中，发现

油质很好。用共轨检测仪检测低压油路压力中输油

泵出油口压力为5bar，

滤清器出油口压力为3.2bar，共

轨压力传感器为540bar,喷油器静态回油量正常

（见表1）。可以排除低压泵和柴油滤清器总成及喷油器故１００第６卷第３期障。基本可以确定高压泵故障。进一步检测发现高

压泵泄漏。经拆检后发现高压泵柱塞组件严重磨损，

如图3所示

，导致燃油泄漏。更换高压泵后检测数据

一切正常（见表2），

消除故障码后，汽车故障排除。图3柱塞组件表1序号测试项目测量值结论1低压油路检测（bar）

输油泵出油口5正常

滤清器出油口3.2正常2共轨压力检测

（bar）共轨压力传感器540高压泵压力低3喷油器静态回油量1缸120正常2缸120正常3缸120正常4缸120正常表2序号测试项目测量值结论1低压油路检测（bar）

输油泵出油口5正常

滤清器出油口3.2正常2共轨压力检测

（bar）共轨压力传感器1350高压泵压力低3喷油器静态回油量1缸120正常2缸120正常3缸120正常4缸120正常2.共轨组件引起燃油故障

在共轨中燃油仍保持其压力,即使喷油器喷油时,由于燃油的弹性而产生蓄压作用

，燃油压力基本保持

不便。燃油压力由共轨压力传感器测定，通过调压阀

调节到规定数值。限压阀的任务是将共轨中的燃油压

力限制在150MPa以内

。带流量限制器（选装件）、共轨

压力传感器、调压阀和限压阀的共轨，如图4所示

。图4共轨组件示意图（1）共轨压力传感器（RPS）

共轨压力传感器结构如图6所示

，被安装在共轨

组件上，任务是测量共轨内的瞬时燃油压力。通过共轨

内的一个开口，燃油流向共轨压力传感器，共轨的末端

用传感器的膜片密封。加压燃油通过一个盲孔到达传

感器的膜片，用于将压力信号转换成电信号的传感器

元件安装在这个膜片上。传感器的信号被输入一个评

估电路，在这里测量信号被放大，然后输送到ECM。图5RPS实物图图6RPS示意图当由共轨燃油压力引起膜片形状发生变化

（150

MPa时约为1mm）

时，其上的电阻值会随之变化，并在

用5V供电的电阻电桥中产生电压变化

。根据燃油压

力的不同，电压在0

～70mV之间变化，并由求值电路

放大到0.5

～4.5V。

精确测量共轨中的燃油压力是喷油系统正常工

作所必需的。为此，压力传感器在测量压力时的允许

偏差很小，在主要工作范围内测量精度约为最大值

的±

2%。一旦共轨压力传感器失效，具有应急行驶功

能的ECU以某个固定的预定值来控制调压阀的开度

。

案例分析

华泰2.0L手动档柴油版汽车

，行驶里程为42400KM。故障现象是在早晨冷车启动后着车3秒后

熄火，且再次启动无法着车。客户描述故障前前一天

曾在高速服务区加过油，但连续行驶一天均正常，而

第二天早晨气温骤降（-3

℃）。根据该现象，初步怀疑

该故障由燃油质量问题导致。用V30检测结果是P1181——

—燃油压力监测

。通过检查柴滤可断定该故

障由燃油质量问题导致，遂对该车做油箱、燃油管路、

共轨及相关部件做了清洗，并更换了燃油和柴滤。清

除故障码后该车能正常启动且路试一起正常，认为故姜伦电控柴油机

（高压共轨）燃油供给系故障诊断与分析１０１湖南民族职业学院学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＵＮＡＮＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬＣＯＬＬＥＧＥＦＯＲＮＡＴＩＯＮＡＬＩＴＩＥＳ２０１０年１０月障解决。但第二天早上气温更低（-5℃），再次启动试

车时发现启动后仍熄火，且熄火后无法启动。用监测

仪读码仍然是P1181———燃油压力监测

。经分析和检

测后怀疑在前一次清洗的时候不彻底。在拆下共轨压

力传感器时故障找到:传感器油孔被大量蜡质堵塞

，如

图5所示

，而正是由于这些蜡质导致传感器在监测共

轨压力时出现信号失常，从而使发动机ECU报出故障

码并将发动机熄火，致使上述现象出现。于是对传感

器油孔和共轨进行了彻底清洗。第三天早晨低温启动

及路试一切正常，故障彻底排除。

（2）

共轨压力监测阀（RPV）

共轨压力监测阀，如图8示

。安装在管线接头与

共轨连接的末端，壳体具有一个管路，外壳在通往共

轨的连接端有一个孔，此孔被外壳内部密封面上的锥

形活塞头部关闭。在标准工作压力（135MPa）

下，弹簧

将活塞紧压在座面上，共轨呈关闭状态。只有当超过

系统最大压力时，活塞才受共轨中压力的作用而压

缩，于是处于高压下的燃油流出。燃油经过通道流入

活塞中央的孔，然后经回油管流回油箱。随着阀的开

启，燃油从共轨中流出，结果降低了共轨中的压力。图7RPV实物图图8RPV示意图案例分析华泰特拉卡自动档2.9L柴油版汽车在行驶21000KM的时候出现汽车起动延迟的现象

。经进一步

检查发现出现起动延迟1

～2S，用HI-DS监测发现共

轨压力过低（1050bar）,卸下共轨压力阀发现内置球阀

松脱，预压力减小，进而证明共轨压力监测阀处泄压。

更换共轨组件后故障解除。3.喷油器引起燃油系统故障

如图9所示

，喷油器由孔式喷油嘴、液压伺服系

统、电磁阀组件构成。?在发动机和高压泵工作时

，喷

油器的功能可分为4个工作状态

：喷油器关闭（依靠

其中存有的高压）、喷油器打开（喷油开始）、喷油器完

全打开、喷油器关闭（喷油结束）。其工作作原理就是，

从共轨组件输送过来的高压油经进油管进入，通过油

道进入喷油器A腔

，此时高压油也通过节流孔进入喷

油器的B腔

，由于A腔与B腔的油压相等，故喷油器

的针阀不动，喷油器关闭；当电磁阀通电后，活塞被电

磁力吸起，单向阀在油压差的作用下被打开，B腔泄压

后油压下降，A腔与B腔的压力差将针阀抬起

，喷油

器开始喷油。

此类喷油器被安装在气缸盖内，用压板固定。电

控喷油器中由电磁阀直接控制喷油始点、喷油间隔和

喷油终点。从而直接控制喷油量、喷油时间和喷油率。

电控喷油器实际上完成了传统喷油装置中的喷油器、

调速器和提前器的功能。图9喷油器示意图图10喷油器零件图

图11共轨监测仪案例分析

华泰圣达菲2.0L柴油版自动档汽车在12000KM时出现高速行驶或突然加速时熄火

。客户描述说：车

速在90KM

／H时灭车，在30min行驶中出现5次；熄

火期间发生爆炸音，不能重新起动。检查发现：HP、LP、

柴滤和共轨都更换过，电脑检测故障码为p1181—

燃

油压力监测。；怠速状态良好；用HI-DS监测发现1、2、3缸回油量偏少

，如图11示，其喷油量超过。进而用

燃油压力表检测共轨组件中的压力发现在高速和急

加速的工况下燃油压力马上下降。基本推断故障原因

为喷油器老化如图10，

喷油器喷油量过大致共轨压力１０２第６卷第３期下降后汽车熄火。更换新喷油器后问题解决。

三、电控部分引起的燃油系统故障1.电控装置的组成

采用共轨喷油系统的柴油机,其电控装置由以下

三部分组成：a.采集运行状况和额定值的传感器和额定值发送

器,它们将各种不同的物理参数转变为电信号

。b.ECU，用于根据一定的数学计算过程（调节算

法）处理信息，并发出指令电信号。c.执行器

，用于将ECU输出的指令电信号转变为

机械参数。2.传感器引起燃油系统故障

（1）

曲轴转速传感器(CKP)汽缸内活塞位置对于限制喷射起动具有决定性

意义，对获得正确的喷油正时极为重要。由于发动机

的所有活塞都是由连杆和曲轴连接的，因此安装在飞

轮上部的曲轴转速传感器能提供所有汽缸内活塞位

置的信息。转速是指曲轴每分钟的转数。此重要输入

参数由ECU从电感式曲轴转速传感器的信号算出

。图12CKP示意图信号的产生：在机体上面对曲轴的部位装一个铁

磁式传感信号轮，如图12示

。轮上应该有60个齿，

去除2个齿

，留下的大齿隙相应于第一缸活塞上止点

位置。曲轴转速传感器按齿序对传感信号轮进行扫

描。它由永久磁铁和带铜导线绕组的软铁芯组成。

由于齿和齿隙交替地越过传感器，使其内部的磁流发

生变化，感应出一个正弦交变电压。该交变电压的振

幅随转速的上升而增大。从50r/min的最低转速起就

有足够大的振幅。

转速的计算：发动机汽缸的点火次序是互相错开

的，曲轴旋转两圈（720

°）后，第一缸又开始新的工作

循环。着火间隔是均匀分布的，适用于下式：

在四缸发动机上，着火间隔为180

°，也就是说，曲

轴转速传感器在两次着火间隔之间扫描30个齿

。由

该扫描时间内的平均曲轴转数即可算出曲轴的转速。

案例分析

华泰特拉卡2.5L手动档汽车

，行驶里程为78000KM，

故障现象为加速灭火。经电脑检测故障码为P0335

--曲轴位置传感器故障

。进一步检测其输出信号波

形异常，检查其连接线路正常，基本判断是传感器失

效。更换曲轴传感器后故障现象解除。

（2）

凸轮轴位置传感器(CMP)凸轮轴控制着进、排气门，它以曲轴转速的一半转动，其位置确定了向上止点运动的活塞是处于压缩

冲程上止点还是排气冲程上止点。在起动过程中，仅

从曲轴位置信号是无法区分这两种上止点的。而与

此相反，在车辆运行时，由曲轴转速传感器产生的信

号已足以确定发动机的状态。这就是说，若凸轮轴位

置传感器在车辆运行过程中失效时，ECU仍然能够判

别发动机的状态。

凸轮轴位置传感器利用霍尔效应来确定凸轮轴

的位置：在凸轮轴上设置一个铁磁材料制成的齿，它

随同凸轮轴转动。当该齿经过凸轮轴位置传感器中流

过电流的霍尔效应半导体薄片时，传感器的磁场将霍

尔效应半导体薄片中的电子流向偏转到与电流方面垂

直，从而短时内形成一个电压信号（霍尔电压），此信号

告知ECU：

此时第一缸正好处于压缩冲程上止点。

（3）

温度传感器（NTC）???温度传感器用在多个

地方:用在冷却水回路中,以便从冷却水温度推知发动机的温度；用在进气道中,以测定吸入空气的温度

；用

在燃油回路中，以测定燃油温度。温度传感器中有一

个电阻值随温度而变的负温度系数电阻，它是用5V供电的一个分压器电路的一部分

，其电压是温度的尺

度，经模拟-数字转换器输入ECU。

在ECU的微处理

器中存有一条负温度系数电阻特性曲线，对任何一个

电压都给出相应的温度。现就华泰特拉卡2.9L柴油

车中的燃油温度传感器(FTS)为例检测传感器类故障

的一般方法：a.可用汽车用万用表电阻挡测量传感器

插头两端子的电阻值，用万用表电阻档测接线端子间

的电阻，若电阻过大过小或无穷大，表明燃油温度传

感器失效，一旦燃油温度传感器热敏电阻元件损坏电姜伦电控柴油机

（高压共轨）燃油供给系故障诊断与分析１０３湖南民族职业学院学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＵＮＡＮＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬＣＯＬＬＥＧＥＦＯＲＮＡＴＩＯＮＡＬＩＴＩＥＳ２０１０年１０月阻值增大，显示的温度会比实际的低，因此造成电脑

按低温状态喷油，混合气过浓发动机电控单元视为高

电压信号输入或进气温度过低，将启动暖机加浓输出

增加喷油指令，怠速转速过高，会增加燃油消耗量，引

起燃油消耗过高。B燃油温度传感器头表面过脏

，造成

采集的燃油温度信号过低时，ECU即控制喷油器以启

动冷启动模式怠速提高引起错误指令。c.燃油温度传

感器传输线路断路、短路搭铁、接触不良均会引起燃

油温度传感器电阻增加ECU输出高电压信号

，即发动

机控制单元收到燃油温度过低信号，将对发动机起动

喷油量修正，增大喷油量，引起油耗增加。

（4）

热膜空气质量流量计(MAF)空气流量传感器一般位于空气过滤器与节气门

体之间，用于监测测进气的容积和密度。为了测定进

气温度，可在热膜空气质量流量计内装温度传感器。(例如华泰汽车圣达菲2.0L柴油版就用的此类热膜式

空气流量计)空气流量计测量一定时间内进入发动机

的进气量，发动机ECU根据空气流量信号以及发动机

操纵状况，进行供油计算并发出喷油指令。4）

其工作

原理是根据导体的电阻随温度变化。以便电控单元计算出发动机所需求的燃油量。导体被保持在恒定的校准温度。当更多的空气通过经加热的导体时。空气的流动将热量散发。需要更多的电流以保持导体的恒温该电流变成电压信号。通知PCM气流的大小

，完成燃

油供给。当空气气流量计出现故障时，ECU就不能得到正确的进气量信号，就无法准确的控制喷油量，混合气就会过浓。MAF故障时会出现凉车加速延迟

，输出不足的现

象，检测MAF信号异常

，ECU监测到异常输入就会限

制加速。

（5）

增压压力传感器

增压压力传感器与进气管相通,可测定0.05

～

0.3MPa的进气管绝对压力

。该传感器分为带两个传感

元件的压电晶体和求值电路空间两部分。求值电路放在共用的陶瓷底座上。

传感元件由一个钟形的厚层膜片构成，并将一个

具有一定内压力的基准容积封闭起来。根据增压压力的不同，膜片将发生相应的变形。膜片上设置有由压阻式电阻构成的电桥，而这些电阻的电阻值在机械应力下是变化的，使得膜片的变形导致电桥平衡发生变化，从而电桥电压成为增压压力的尺度。

求值电路的任务是将电桥电压放大，补偿温度的

影响以及使压力特性曲线线性化。求值电路的输出信号传给ECU，

并借助于脉谱图将测定的电压折算成增

压压力。

（6）

加速踏板传感器（APS）

有了EDC，

驾驶员的油门输入不再通过钢丝或机

械联动装置进行传送，而是通过一个加速踏板传感器记录下来，然后输送到ECU。

加速踏板传感器内通过

分电计产生的电压作为油门踏板设置的一个函数，利用程序规定的特性曲线，踏板的位置就可以通过这个电压计算出来。3.电控单元(ECU)

ECU对外部传感器发回的信号进行评估

，并将它

们限制在允许的范围内。为了让发动机在每个工况下

都能达到最佳的燃烧效果，ECU都要根据输入的数据

和存储的特性图计算出最佳的喷油时刻和喷油量，来

满足发动机的运动特性。4.执行器

（1）

预热控制器

电热塞预热时间控制装置用于使冷启动更加顺

利,并改善与废气排放有关的暖机阶段

。预热时间取决

于冷却水温度。在发动机启动和运转时，很多因素，例

如喷油量和发动机转速等，都影响预热阶段的长短。

预热时间是通过一个功率继电器来控制的。

（2）

电-气转换器

增压压力、涡流和EGR等调节器的阀或活门是

借助于真空膜盒或压力膜盒进行机械操纵的。为此，

发动机ECU产生一个电信号

，此信号通过电-气转换

器将超压或真空切换给上述膜盒执行器。a.VGT调节器

乘用车废气涡轮增压柴油机在低转速时需发出

高扭矩，因此涡轮机是针对低废气质量流量设计的。

当柴油机转速高而废气质量流量较大时，为使增压压

力不至于过高，需将一部分废气绕过涡轮机经一个放

气阀旁通到排气管中去。采用可变几何截面涡轮

（VTG），

通过改变废气涡轮的进气角和流道截面来改

变增压压力。b.涡流调节器涡流调节器用于调节进气的旋转运动。涡流绝大１０４第６卷第３期FaultDiagnosisandAnalysisofElectronicControlDieselEngineFue