电控高压共轨式柴油机起动困难原因分析

李林林

（上海柴油机有限公司，上海200438）

电控高压共轨式柴油机起动困难原因分析

李林林

（上海柴油机有限公司，上海200438）

介绍了典型的电控高压共轨系统的结构，从进气系统、排气系统、润滑系统、燃油系统、起动系统、ECU、传感器和喷油器几个方面分析了电控高压共轨式柴油机起动困难的原因。

柴油机高压共轨起动困难

1　前言

电控柴油机和传统柴油机燃油系统差别比较大。传统柴油机采用机械油泵对柴油加压后通过喷油器喷入气缸，其喷射压力和喷射时刻随发动机的不同工况无法控制；而对于电控柴油机则增加了一套电控系统，主要包括ECU、共轨管、高压油泵等，共轨管主要用来存储高压柴油，起到稳压的作用，保证发动机不同工况时喷射压力都比较稳定；通过标定轨压、提前角等参数，保证发动机不同工况时有足够动力性的同时油耗最低。但电控柴油机由于多出一套控制系统，成本会较高，而且精密零部件的故障也相对较多。如果电控系统和传感器，线束接插件出现故障，也会造成起动困难。本文不仅从传统的进排气系统、润滑系统、燃油系统、起动系统，也从ECU、传感器，喷油器分析了电控高压共轨式柴油机起动困难的原因。

2　电控高压共轨喷射系统结构

所谓高压共轨是指喷油泵将燃油加压到一定压力后储存在轨道内，“高压”是指喷油系统压力比传统柴油机要高出3倍，最高能达到200 MPa，而传统柴油机喷油压力在60～70 MPa。共轨喷射系统压力高、雾化好、燃烧充分，从而提高了柴油机的动力性，最终达到省油的目的。该压力是根据柴油机的工况而设定的，电控单元（ECU）能根据柴油机不同工况下的实际转速、负荷、冷却水温度、进气量等参数控制电控喷油器的开启。ECU能根据需要提供完美而精确的理想喷射，柴油机排放、功率和燃油消耗主要依靠共轨系统精确的喷油控制。“共轨”是通过公共供油管同时供给各个喷油嘴，喷油量经过ECU精确计算，同时向各个喷油嘴提供同样质量、同样压力的燃油，从而使柴油机运转更加平顺，优化了柴油机综合性能。目前国产或合资生产的高压共轨电控柴油喷射系统结构大同小异，但选用的电控单元有所不同。高压共轨电控柴油喷射系统主要由高压油泵、高压油管、高压油轨、电控喷油器，ECU、各种传感器和执行器等组成［3］。下面具体就上柴R系列柴油机高压共轨电控柴油喷射系统来阐明各自的作用。上柴R系列柴油机使用的是BOSCH电控高压共轨系统。

高压泵：高压泵位于低压和高压部分之间，它的主要任务是在车辆所有工作范围和整个使用寿命期间，在共轨中持续产生符合系统压力要求的高压燃油，以及快速起动过程和共轨中压力迅速提高时所需的燃油储备。

电控喷油器：电控喷油器根据ECU发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。

共轨：共轨的任务是存储高压燃油，高压泵的供油和喷油所产生的压力波动由共轨的容积进行缓冲，在输出较大燃油量时，所有气缸共用的共轨压力也应近似保持为恒定值，从而确保喷油器打开时喷油压力不变。

输油泵：输油泵的主要作用是供给高压油泵足够的具有规定压力的燃油。齿轮室输油泵与高压泵组合在一起。

燃油滤清器：柴油中的杂质，可能导致泵零件、出油阀、喷油嘴等的磨损；另外柴油中含水，可能变成乳状物或因温度变化而凝结，若水进入喷射系统，则可能导致零件锈蚀。滤清器把含在燃油中的氧化铁、粉尘等固体杂物除去，可防止燃油系统堵塞（特别是喷油嘴）。减少机械磨损，确保发动机稳定运行，提高可靠性。

传感器：系统中共有六个传感器，分别将不同部位的信号传给ECU。

水温传感器：水温传感器安装在发动机缸体或缸套的水套出水口处，与冷却液接触，通过冷却液测定发动机的温度。ECU据此信号对基本喷油量进行修正；特别是在冷车起动时对喷油器有加浓的作用，有些车辆还可作为冷却风扇的起控信号，同时也是柴油机预热控制的主要依据。

进气温度压力传感器：进气温度压力传感器安装在进气道中，用于测量进气岐温度和进气压力。

空气流量传感器：空气流量传感器直接检测吸入发动机的进气量，并将进气量以电信号的方式传输给ECU，作为电控单元确定发动机基本喷油量的主要依据。

曲轴转速传感器：曲轴转速传感器确认曲轴位置，检测活塞上止点，曲轴转角及发动机转速。是ECU得到的第一个发动机转动信号。ECU根据曲轴转速信号与凸轮轴位置信号共同完成喷油器的喷油顺序及喷油时间的分析计算工作。

凸轮轴相位传感器：凸轮轴相位传感器是判别发动机做功顺序的关键器件，用于判定运动活塞在上止点时是处在压缩行程还是处在排气行程。

共轨压力传感器：共轨压力传感器的作用是以足够的精度，在相应的较短时间内，精确快速地测定共轨中的瞬时压力，并将其转换成电压信号输送给ECU，由ECU对燃油计量单元（PCV）实施反馈控制，通过对供油量的增减来调节油压稳定在目标值。

ECU：ECU的作用是接收来自各种传感器、开关的信息，经过快速处理、运算、分析和判断后，适时地输出控制指令，控制执行器动作，借以控制发动机［1］。

3　电控高压共轨柴油机起动困难原因分析

3.1进排气系统

进气系统严重堵塞，造成柴油机在起动时进气量不够。有一次在整车厂的柴油机样机装车点火时出现柴油机无法起动，多方排查发现柴油机进气管上的防尘盖装车时没有去掉，导致进气系统严重堵塞进而导致柴油机无法起动，见图1。排气系统则可能由于后处理装置或消声器严重堵塞，造成排气背压过大，从而造成发动机无法起动。

图1　柴油机进气管上的防尘盖装车时没有去掉

3.2润滑系统

润滑系统的作用是及时向机械各运动零件表面提供足量的润滑油，减小运动表面的摩擦阻力。如果柴油机润滑系统工作不正常，不能及时向运动零件表面提供足量的润滑油，势必造成运动阻力增大、运动零件转动困难，从而直接导致柴油机起动困难。所以，柴油机的润滑系统是否工作良好，也直接关系到柴油机能否正常起动。有一些用户出于成本的考虑，没有按指定公里数更换机油和机油滤芯。而长时间不换机油和机油滤清器，造成机油中杂质过多，进而引起起动困难［6］。

3.3燃油系统

常见问题为油箱滤网堵塞，污物将油箱滤网堵塞，致使发动机工作时油路中真空度过大，从油路中的结合部位吸入空气；燃油箱无燃油或油位过低，由于回油管油流冲击液面溅起气泡，被油泵连气带油吸进出油管，造成燃油管路内产生大量空气导致柴油机无法正常起动；连接件松脱、燃油中进水、燃油滤清器堵塞、油管裂损进气、油箱通气口堵塞（该孔堵塞后油箱不再与大气相通），油箱上部因油面下降会出现负压，造成供油中断［6］；柴油车错加成汽油，燃油滤清器进回油管接错，导致油路断路等，系统建立不起轨压，柴油机不能正常起动，见图2。调整燃油滤清器进回油管，柴油机正常起动。这些错误都会造成柴油机无法正常起动。

图2　燃油滤清器进回油管接错

检查柴油牌号，不符合规定的应进行更换。使用条件发生变化，而维护和保养却没有跟上，也会造成柴油机难以起动。例如：所加的柴油牌号不对，或是柴油中混入汽油等其它油品，都会明显地损害燃料的发火性。再如：天气突变，气温骤降，致使燃油和润滑油变得粘稠，其流动性能变差，燃油不能良好雾化，机油造成扭力矩增大，也会造成暂时性起动困难［4］。

某用户在冬季从山东提一辆新车开回东北，从厂家提车时加注了-10号柴油，回到当地（东北）停车后次日无法起动。经检查低压油路，发现油箱结蜡，造成燃油流动性受阻，堵塞油路和各个滤芯，导致发动机无法起动。后来彻底更换柴油（符合当地温度的-35号柴油），疏通油路和更换滤芯，发动机顺利起动［1］。

3.4起动系统

（1）起动电机的力矩选用不正确，在冬季无法克服柴油机的内阻。

（2）电瓶的电压不足，不足以提供足够的电压起动柴油机。有些车主经常在下车时忘记关大灯，或是车内照明灯。开一夜之后，电瓶很可能就没电了，严重影响整车的正常起动。

（3）电瓶容量偏小，在起动时电瓶的瞬间放电量不能达到起动电机的要求。

起动柴油机时，若接通起动机开关而起动机不转，说明起动机或其电路出了问题。若起动时，只听到起动机驱动齿轮的啮入声，却不见起动机运转；或是起动机虽转起来了，但仅转动一两圈又停了下来，这些都是蓄电池严重亏电所造成的。

如果蓄电池存电充足而起动机旋转无力，可用手触摸起动开关，若开关很烫，大多为起动机内部或起动开关出现短路故障；若开关不热，一般是起动机没有运转，可能是起动电路断路或开关触点严重烧损所致［2］。

（4）起动机负极搭铁线没有连接。

3.5ECU和传感器故障

3.5.1ECU故障

（1）电控单元ECU未连接，造成整车没有给ECU电源。有时整车厂装配线上疏忽没注意连接ECU，造成整车无法起动。这种低级错误应该要避免。

（2）电控单元ECU插针损坏，造成插针接触不良，造成起动困难。

（3）电控单元ECU对应的线束接插件针脚损坏，造成起动困难，见图3。

（4）车辆在焊接作业时没有将ECU拆掉或断开其电源，造成电控单元ECU内部烧毁或针脚处烧焦，引起起动困难［1］。

3.5.2传感器类故障

（1）空气流量传感器出现故障，造成发动机起动困难。

（2）曲轴位置传感器出现故障，导致发动机起动困难。

（3）轨压传感器信号失常或失效，导致发动机起动困难。

3.6喷油器故障

（1）喷油嘴卡住，燃油中有水分，会使喷油嘴卡死，造成发动机起动困难。

（2）喷油孔堵塞，燃油中有脏物进入喷油嘴，使喷油嘴堵塞，造成发动机起动困难［5］。

图3　电控单元ECU对应的线束接插件针脚损坏

4　结论

电控高压共轨柴油机启动困难除了进排气系统、润滑系统、燃油系统、起动系统要进行检查以外，ECU、传感器、喷油器故障也会造成起动困难。

［1］樑郭建.柴油发动机高压共轨电控系统原理与故障检修［M］.北京：机械工业出版社，2015.

［2］田玉霞.柴油机起动困难的原因分析［J］.农机使用与维修，2006（5）.

［3］吴京彦.高压共轨柴油机起动困难的故障诊断与排除［J］.安徽冶金科技职业学院学报，2012（4）.

［4］黄忠民.柴油机起动困难的原因及诊断排除［J］.泰州职业技术学院学报，2005（2）.

［5］袁靖.柴油机起动困难的原因及排除方法［J］.城市公共交通，2001（1）.

［6］于丽丽，吴景刚.柴油机起动困难的故障检修［J］.农机推广，1995（1）.

Electronic Controlled High Pressure Common-Rail Diesel Engine Hard Starting of Cause Analysis

Li Linlin
（Shanghai Diesel Engine Co.，Ltd.Shanghai 200438，China）

Introduced the structure of a typical electronic control high pressure common rail system，from the intake system，exhaust system，lubrication system，fuel system，starting system，ECU，sensors，fuel injector analyzed electronic control high pressure common-rail diesel engine cause hard starting.

diesel engine，high pressure common rail，hard starting

10.3969/j.issn.1671-0614.2016.03.008

来稿日期：2015-10-30

李林林（1980-），男，工程师，主要研究方向为客车用发动机配套设计。