柴油机共轨电控喷射系统故障诊断与分析

徐生明（四川交通职业技术学院　四川　成都　611130）

·测控技术·

柴油机共轨电控喷射系统故障诊断与分析

徐生明
（四川交通职业技术学院四川成都611130）

柴油机共轨电控燃油喷射系统具有改善低温起动性；降低氮氧化物和烟度排放；提高发动机的动力性和经济性；油耗低，故障率低，便于控制涡轮增压等特点，在汽车和工程机械发动机上得到广泛应用。但其结构复杂，修理成本高，使其成为目前汽车和工程机械维修行业带有普遍性的技术难题。在使用过程中出现故障后，需要专业人员和专用设备进行故障诊断、检修和排除。从柴油机共轨电控燃油喷射系统典型故障案例入手，从结构、控制原理分析故障原因，论述柴油机共轨电控燃油喷射系统故障的诊断实用方法和一般步骤。

柴油机共轨喷射系统结构原理故障诊断

引言

柴油机共轨电控燃油喷射系统克服了传统柴油发动机噪音高，振动大，排放污染严重等缺点，其共轨腔内的高压直接用于喷射，喷油压力高，可以省去喷油器内的增力机构；通过高压油泵上的压力调节电磁阀，可以根据发动机负荷状况、经济性和排放性的要求对共轨腔内油压进行灵活调节，优化发动机的低速性能；通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时、喷射油量以及喷射速率，还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔，改善冷起动性能，降低了氮氧化物和烟度排放。因此，柴油机共轨电控燃油喷射系统在汽车和工程机械发动机上得到广泛应用。但柴油机共轨电控燃油喷射系统结构复杂，修理成本高，使其成为目前汽车和工程机械维修行业带有普遍性的技术难题。本文从柴油机电控燃油喷射系统典型结构、控制原理入手，论述柴油机共轨电控燃油喷射系统故障的诊断实用方法和一般步骤。

1　柴油机共轨喷射系统结构与工作原理

近年来，英国卢卡斯公司、德国博世（BOSCH）公司、美国卡特彼勒公司等都先后开发柴油机电控新技术，特别是德国博世（BOSCH）公司柴油机电喷系统对于欧洲柴油机的迅速发展具有决定性的影响。从20世纪90年代开始，博世公司对柴油机进行技术革新，减少了柴油机汽车80%的颗粒物排放和至少90%的其他排放物（CO、NO x、HC），从此开始了绿色柴油机时代。博世（BOSCH）公司电控共轨燃油喷射系统组成及布置如图1所示。

图1　博世公司共轨喷射系统的组成及布置图

采用高压共轨电控喷射系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元（简称ECU）和各类传感器。其电控装置如图2所示。它由传感器及开关、电控单元（ECU）和执行器三部分组成。

图2　共轨喷油系统电控装置

柴油机共轨电控燃油喷射系统收集各种传感器及开关输入信号，经输入回路或模/数转换器输入电控单元（ECU）。在电控单元的存储器中，存有发动机各有关的调控参数或状态的目标数据，这些目标数据是柴油机的各种不同参数和最优运行结果的综合，一般通过统计或实测得到。当由传感器检测到的发动机的某一实际参数输入电控单元后，首先与存储器中的相应参数和最优运行结果比较，如果两者相同，则电控系统保持原状态，发动机继续按当前状态运行。当实际参数偏离目标参数时，微机将根据偏离值的大小和方向按一定的控制对策进行有关信息分析处理，再计算出相应的控制指令，控制喷油量、喷油压力、喷油时间、喷油率和其他附加控制功能。柴油机电控系统通过控制燃油喷油量和喷油正时使之达到最佳水平。柴油机电控单元具备以下功能：

1）喷油正时的确定。共轨型电控柴油发动机的基本喷油正时是通过计算发动机转速和加速踏板开启角度来决定的，再根据水温和进气压力的信号来进行修正，得出最佳的喷油正时。ECU根据蓄电池等信号提前或滞后喷油正时，并发送喷油信号给ECU，以调节、启动喷油正时。由于喷油始点和喷油延续时间由指令脉冲决定，与转速及负荷无关。因此，ECU可以自由控制喷油时间。

2）喷油量控制。电磁阀的通电时刻确定了喷油始点。电磁阀通电时间的长短可确定喷油量。这些基本喷油参数都是电子脉冲控制的。

3）各缸喷油量不均匀的修正。该系统能通过曲轴位置传感器检测曲轴转速的变化情况来判断各缸喷油量的差异，利用电磁溢流阀的快速响应性，及时修正各缸喷油量，以降低发动机转速的波动，即按各缸间转速无波动偏差来控制各缸的喷油量，消除所谓怠速颤振。

4）起动预热控制。该系统通过ECU控制起动预热塞的通电时间以提高发动机的低温起动性能。

5）怠速控制。ECU根据各传感器的信号，按驱动状态计算目标速度，再将目标与发动机转速信号进行比较，并控制喷油器，调节喷油量，以校正怠速。

当发动机暖机或空调/电加热器运行期间，ECU为防止A/C开关断开时发生的发动机动力不足而产生的怠速不稳，在发动机转速波动前自动提高喷油量。在怠速时，如发动机的转速超过规定范围，ECU可校正每个气缸的喷油量，从而减少怠速的振动和噪声。

6）故障自诊断及安全保护功能。该系统具有对控制系统故障自诊断及安全保护功能。

2　柴油机共轨电控喷射系统故障诊断与分析

典型案例:一台沃尔沃挖掘机EC250D用电控柴油机共轨系统故障现象:起动马达正常运转，排气无烟，机器无法启动。

设备出现故障后，服务工程师已经检查了发动机线路，检查了FCV阀的供电，检查了喷油器上的电压，均正常，检查低压力油路，清洗了油箱，更换了柴滤及油水分离器，检查并与另一台设备对调了FCV阀，FCV正常，在液压泵上也安装压力表，在启动时也末发现带液压负载。启动马达转速达到200r/ min，转速正常，无排烟，无法启动。

2.1利用专用故障诊断仪读取故障码

工程师去现场支援，用VCADS作发动机诊断监控测试，观察输油压力在启动时约300～400kPa，说明低压部分正常。轨道压力一直无变化，压力只有2000kPa，压力异常。

在对诊断系统进行检测时，务必将故障码记入存储器中。特别是当产生了多个故障码时更是必要。如不能从存储器中消除已经产生的故障码时，则必须检查故障码产生的位置，因为已经有故障码显示，发动机工作异常，则必须检查产生异常的原因。

该电控柴油发动机用自诊断系统如图3所示。V-ECU（整机控制组件）安装在驾驶右壁内侧，配备有E-ECU（发动机控制组件）和I-ECU（仪表控制组件）。V-ECU是个主控制电脑，根据驾驶室内的开关和机器上的传感器信号来控制电磁阀、继电器和比例液压电磁阀，通过CAN网络与E-ECU和I-ECU通讯。主要功能有：自我诊断；机器信息显示；模式选择；发动机速度感应功率的控制；增压；安全起动和停止，紧急控制；代码锁；保养Contronic驱动；数据登录等。

图3　沃尔沃挖掘机电控共轨喷射发动机自诊断系统

MID-控制组件识别；E-ECU-发动机控制组件；V-ECU-整机控制组件；I-ECU-仪表控制组件；J1939-控制总线；J1587-信息总线；MATRS-机器搜索信息系统；VCADS-分析可能的原因有几种：1）FCV阀卡死在断油位置；2）高压泵不工作；3）凸轮轴异常磨损；4）喷油嘴密封不严，回油过大；5）共轨溢流阀损坏。

2.2用专用故障诊断仪清除故障码

利用专用的故障诊断仪读取故障码时，与发动机的运行状态无关，可以同时确认当前发生的故障码和以前发生的、记忆了的故障码。但是，通过故障指示灯确认故障码的时候，在发动机运行状态下显示的内容和停机状态下显示的内容会有所不同。

2.3排除故障故障

拧松高压泵的进油管，有较多燃油流出，说明高压泵前面供油正常。松开高压泵到轨道的出油管，无油流出。确定故障部位为高压泵，分解高压泵，清洗

内部出油阀后并安装到设备，设备正常起动。

3结束语

柴油机的“心脏”是燃油系统，电子技术被成功地应用到柴油机燃油喷射装置中，使柴油机燃油喷射技术产生了突飞猛进的发展。特别是柴油机共轨电控燃油喷射系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除燃油中的压力波动，然后输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。因此，随着电子控制手段更加精确，柴油机的振动和噪音大大减小，舒适性提高，进而使柴油机动力性大、经济性好、稳定性好等优点显现。在故障检查与修理过程中，经验固然重要，但有更好的方法可以辅助我们进行判断。我们可以借助VCADS等专用软件，检测必要的数据，再根据理论知识进行故障分析，能迅速锁定故障部位，避免走弯路，节省维修时间，快速排除生产实践中柴油机共轨电控燃油喷射系统出现的各种故障，提高柴油机维修技术服务质量和顾客满意度。

1毛彩云，陈学深.汽车新技术及典型故障诊断维修[M].北京：机械工业出版社，2012

2邹小明.发动机构造与维修[M].北京：人民交通出版社，2003

3汤定国.汽车发动机构造与维修[M].北京：人民交通出版社，2005

4史文库，葛安林，等.现代汽车新技术[M].北京：国防工业出版社，2011

5欧Ⅲ柴油机技术综述中国工程机械网 http://www. gcjx888.com/

6徐家龙.柴油机电控喷油技术（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011

Fault Diagnosisand Analysisof Diesel Engine Comm on Rail EFISystem

Xu Shengm ing
Sichuan Vocational&Technical College ofCommunications（Chengdu，Sichuan，611130，China）

As for as we know，Diesel engine common rail EFI system has the ability to start under low temperatureand reduce emission ofnitrogen oxidesand smoke;itcan also improve engine performanceand fueleconomywith low fuel consumption and failure rate，which iseasy to control turbocharging.Because of those,diesel engine common rail EFI system is widely applied in automobile and engineeringmachinery engine.Butwith the complex structure and high repair costs,ithas become a common technicalproblem in modern automobileand engineeringmachinery repair industry.If there isany problem,weneed professional personnel and the specialized equipment tomake diagnosis，maintenance，and rule out the faults.The essay discusses the practicalmethods and general steps to diesel engine common rail EFIsystem based on its typical structure and controlprinciple.

Dieselengine，Common rail EFIsystem，Structure principle，Faultdiagnosis

TK421+.44

A

2095-8234（2015）01-0069-04

徐生明（1968-）男，教授级高级工程师，主要从事工程机械、车辆工程技术教学和研究工作。

（2015-01-06）