接触网作业车高压共轨电控系统检修与故障分析

胡志慧 上海铁路局杭州供电段

1 引言

接触网作业车是铁路接触网线路的施工与检修用车，它由走行系统、动力传动系统、制动系统、液压系统和电气系统等组成。动力传动系统中发动机的燃油供给系统，因为承受较大的机械负荷与热负荷，在柴油机系统中经常发生故障，因此供油系统性能的好坏直接影响发动机的性能和可靠性。电控高压共轨系统是一种比传统柴油机燃油供给系统具有更好的动力性和经济性的燃油供给系统。

本文以博世公司高压共轨系统为例，围绕其在接触网作业车中应用时维修方式及常见的故障展开分析。

2 电控高压共轨系统概述

高压共轨系统由电子控制系统和燃油供给系统两部分组成。电控高压共轨系统和传统的燃油供给系统最大的差别是高压油泵不与喷油器直接连接，中间增加了存储和保存油压的燃油油轨。这样喷油器和高压油泵的工作状态不发生直接联系。高压柴油共轨系统是在高压油泵、压力传感器和电子控制模块ECM组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油系统。如图1所示。这种系统相较于传统柴油机供油系统中供油压力随发动机转速变化的供油方式而言，它可以根据燃油轨压力和电磁阀开启时间的长短来精确控制喷油量，使发动机始终处在最佳工作状态，同时最大程度控制发动机的排放量，将污染降到最低。

3 高压共轨电控系统的工作原理、检修方式与故障分析

高压共轨系统的电子控制系统具有故障诊断功能，电控系统由ECM、各种传感器和执行器组成。电子控制模块ECM根据各种传感器的输入信号，由ECM经过比较、运算、处理后，将指令发送到燃油系统、车辆和发动机执行器，进行喷油时间和喷油量的最佳控制，向喷油控制阀发出开启或关闭指令，从而精确控制发动机的工作过程。由此可见，传感器的状态是否良好，在高压共轨系统的正常运行中起着十分重要的作用。

图1 电控高压共轨燃油系统的组成

3.1 油门位置传感器APPS

3.1.1 油门位置传感器的工作原理

油门位置传感器安装在加速踏板上，当驾驶员踩下加速踏板时，油门位置传感器将油门位置信号传输给ECM。油门位置传感器电路有3条导线，即信号导线、电源导线和回路线。油门位置传感器常见形式有双电位计式、带有冗余的双电位计式、带怠速触点单电位计式等。图2为双电位计式油门位置传感器电路。油门位置传感器同时输出两路信号给ECM，两个电压信号成比例变化，一个是另一个的两倍，这样有助于提高输出信号的可靠性。

图2 油门位置传感器电路

电位计式加速踏板位置传感器以分压电路原理工作，ECM供给传感器电路5V电压。电子油门踏板通过转轴与传感器内部的滑动变阻器的电刷连接，加速踏板位置传感器的位置改变时，电刷与接地端的电压发生改变，ECM将该电压转变成加速踏板的位置信号。

3.1.2 油门位置传感器的检修

为了避免损坏传感器的触针和线束，进行测量时应使用专用测试连接器和连接导线。

（1）检查传感器的电阻值。在释放和踩下加速踏板时，测量传感器的+5 V电源触针和回路触针间电阻，其电阻值应在规定范围内。

（2）检查传感器触针间电阻值。在释放和踩下加速踏板时，测量传感器的电源触针和信号触针间电阻，其电阻值应在规定范围内。

（3）检查是否存在短路接地。分别测量传感器的电源触针与接地之间的电阻、信号触针与接地之间的电阻，应大于100 kΩ。

（4）检查是否存在开路。分别测量电源线、信号线、回路线间电阻，应小于10 Ω。

3.1.3 油门位置传感器的故障分析

（1）无法测得油门位置信号

原因：ECM至传感器之间的线路断路。

（2）发动机加速无力

原因：传感器内部2套电阻之间不能够相互检测，ECM无法获得当前油门踏板的正确位置，出现发动机加速无力的故障现象；电位计中某一套电阻失效导致ECM接收错误信号。

（3）发动机不能加速

原因：电子油门踏板内电位计失效或者线路断路。

3.2 进气歧管温度传感器MAT

3.2.1 进气歧管温度传感器的工作原理

进气温度传感器用于测量进气温度，并将其转换成电信号传输给ECM。进气温度传感器是一个负温度系数的热敏电阻，其电阻随进气温度变化而变化。进气温度传感器可以安装在进气压力传感器内，发动机进气温度高时控制单元会减少喷油量，反之则增加喷油量。图3所示为进气歧管温度传感器电路。

图3 进气歧管温度传感器电路

3.2.2 进气歧管温度传感器的检修

（1）检查进气歧管温度传感器，其温度与电阻的对应值应符合规定。

（2）检查传感器电阻。测量传感器连接器中的1号触针和2号触针间的电阻，其电阻值应在规定范围内。

（3）检查是否存在开路。测量ECM上21号触针和传感器线束侧的1号触针、29号触针和2号触针间的电阻，电阻均应小于10 Ω。

（4）检查是否短路接地。分别测量21号触针、29号触针与机体间的电阻，电阻均应大于100 kΩ。

（5）检查触针与触针间是否短路。分别测量21号触针、29号触针与其他所有触针间的电阻，电阻值均应大于100 kΩ。

3.2.3 进气歧管温度传感器的故障分析

如果进气歧管温度传感器存在故障会产生发动机熄火、怠速不良等故障现象。负温度系数热敏电阻传感器常见故障为信号不正常，传感器或线束短路，会出现虚假的高温信号；传感器或线束开路、端子进水或回路线接触不良，会出现虚假的低温信号。

（1）当传感器数据流出现虚假的高温信号时，ECM会减少喷油量，使混合气体过稀，造成发动机输出功率不足，起动无力，排气管冒白烟。

（2）当传感器数据流出现虚假的低温信号时，ECM会增加喷油量，造成燃油的消耗量过高，混合气体过浓，排气管冒黑烟。

3.3 进气歧管压力传感器MAP

3.3.1 进气歧管压力传感器工作原理

进气歧管压力传感器用于检测进气压力，ECM根据进气压力大小转换成空气质量流量大小，ECM按空燃比控制喷油量。

单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化的现象，这种效应称为压阻效应。进气歧管绝对压力传感器就是利用这种效应制成的。图4为进气歧管压力传感器电路。

图4 进气歧管压力传感器电路

3.3.2 进气歧管压力传感器的检修

（1）检查传感器和发动机线束连接器触针。从传感器上拆下发动机线束，检查触针应不存在损坏为合格。

（2）测量传感器的3号触针与4号触针间电阻，电阻值应在规定范围内，否则应更换传感器。

（3）测量电源电压。测量传感器连接器的1号触针与3号触针间的电源电压，电压应为4.75 V～5.25 V为合格。

（4）测量信号电压。测量传感器连接器的4号触针和蓄电池负极接线柱之间的信号电压，电压值应在规定范围内。

（5）测量传感器连接器的3号触针和蓄电池负极接线柱之间的电源电压，电压应为4.75 V～5.25 V为合格。

（6）检查传感器连接器和蓄电池负极间回路电阻值。测量传感器连接器的1号触针和蓄电池负极间回路电阻值，小于10 Ω为合格。

（7）检查是否存在开路。

分别测量10号触针与3号触针间的电阻，21号触针与1号触针间，28号触针与4号触针间的电阻值，小于10 Ω为合格。

3.3.3 进气歧管压力传感器故障分析

如果进气压力传感器发生故障，会发生怠速不稳，加速响应慢，发动机无力，油耗增加等现象。

（1）当传感器数据流出现虚假的低压信号时，ECM会减少喷油量，使混合气体过稀，在气缸内燃烧火焰传播速度减慢，导致发动机不易启动，启动后转速不易提高，动力不足。

（2）当传感器数据流出现虚假的高压信号时，ECM会增加喷油量，使混合气体过浓，由于燃烧不完全，气缸盖、活塞顶、气门和火花塞将严重积炭，排气管放炮、冒黑烟，发动机动力不足，并且燃油消耗增加。

3.3.4 进气歧管压力/温度传感器故障原因

（1）使用过程中有不正常的高电压或反向大电流。

（2）维修过程中使真空元件受损。在对进气歧管压力和温度传感器进行操作时应注意，禁止用高压气体向真空元件冲击。

4 结束语

目前，上海铁路局杭州供电段管辖范围内高压共轨柴油机作为一项新技术，仅用于高铁线路上的接触网作业车，鉴于高压共轨技术的环保性和经济性，相信该技术将在今后的接触网作业车中得到广泛的应用。

[1]曾文，《康明斯电控高压共轨式柴油机故障分析与排除》，《汽车维修》，2009年11月.

[2]宋福昌，《康明斯高压共轨柴油机维修手册》，机械工业出版社，2009年11月.