五十铃4HK1发动机燃油系统故障诊断

曹学峰，张建超

（石家庄铁道大学工程训练中心，河北 石家庄 050043）

发动机作为挖掘机的核心部件，其动力输出的好坏直接影响挖掘机的工作性能，而其动力输出的关键在于燃油系统。挖掘机发动机动力不足的故障绝大多数都是燃油系统引起的。大量装配在住友、日立、凯斯等进口挖掘机上的五十铃4HK1发动机，其燃油系统采用机电液一体化的高压共轨电喷技术，燃油系统结构复杂，技术含量高，故障查找难度大。本文结合一起故障实例系统介绍了高压共轨燃油系统的组成、工作原理和故障诊断方法。

1 故障现象及初步诊断

某台装配五十铃4HK1发动机的住友SH210-5型挖掘机正常工作中突然憋车，发动机无异响、烟色正常。单从故障现象判断是发动机和液压泵之间功率不匹配，原因是发动机动力下降或者是液压泵输出功率增大。

现在绝大多数挖掘机是机电液一体化产品，此类产品在处理故障时，一般先检查电气系统，再检查液压系统，最后检查机械部分。住友SH210-5型挖掘机采用机电液一体化技术，其发动机为高压共轨燃油系统，液压泵为恒功率变量控制系统。其中电气系统带自我诊断功能，电气系统一旦有故障发生就会在监控器显示屏上显示故障代码，同时故障报警灯闪烁。检查监控器显示屏，无故障代码显示和报警灯闪烁，说明电气系统正常。接着对液压泵输出功率控制系统进行检测：在液压泵泵控比例减压电磁阀输出测压点安装6MPa压力表，启动发动机工作，液压泵泵控比例减压电磁阀输出压力为0.6～2.5MPa，输出值正常范围内，说明液压泵比例减压电磁阀无卡滞，工作正常；同时操作2个行走杆，行走无跑偏现象，调整液压泵2个调节器功率调整螺钉，液压泵输出流量均有变化，说明液压泵调节器工作正常，无卡滞。由此判断液压泵输出功率正常，故障原因是发动机动力下降。造成发动机动力下降的原因绝大多数是发动机燃油系统引起的。为了准确找到故障原因，应了解五十铃4HK1发动机燃油系统的组成和工作原理。

2 燃油系统的组成与工作原理

2.1 五十铃4HK1发动机燃油系统的组成

五十铃4HK1发动机的燃油系统为日本电装公司生产的ECD-U2型高压共轨燃油系统。主要由电子控制系统和燃油共给系统两大部分组成，而电子控制系统由电子控制单元（ECM）、传感器和执行器三大部分组成，其中电子控制单元（ECM）是电控高压共轨燃油系统的核心部分。五十铃4HK1发动机燃油系统具体组成如图1所示：燃油箱、供油管路、燃油滤清器（粗）、电磁泵、燃油滤清器（细）、高压油泵、高压共轨器（共用油槽）、压力传感器、高压共轨溢流阀（压力限制器）、流量限制阀（流量阻尼器）、电控喷油器、电控单元（ECM）、凸轮轴位置（CMP）传感器、曲轴位置（CKP）传感器、油门位置传感器、增压压力传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、机油压力传感器等。

2.2 燃油系统的工作原理

五十铃4HK1发动机燃油系统的工作原理如图2所示。燃油箱的燃油经粗滤器、电磁泵和精滤器到高压油泵内的输油油泵，输油泵的作用是克服滤清器及低压供油管路的阻力，把燃油加压后不断地输送到高压油泵，以保证发动机在任何工况下，都能向高压油泵提供充足的燃油；高压油泵将燃油加压后送入高压共轨器，高压油经高压共轨器上的流量限制阀后通过高压油管输送到电控喷油器。

电控单元（ECM）根据接收到的共轨压力、机油压力、油门位置、曲轴位置（CKP）、凸轮轴位置（CMP）、冷却液温度、增压压力、转速等传感器检测到的信号参数，与已存储的参数值进行比较，经过分析、计算、修正，按照最佳值输出控制指令，驱动高压油泵上的SCV阀按照工况需要调节高压油泵向高压共轨器的输油量，驱动电控喷油器按照最佳的喷油量和时间工作，驱动废气再循环阀按照最低排放进行配气，使柴油发动机运转状态达到最佳。

图2 五十铃4HK1发动机高压共轨燃油系统的工作原理

3 故障分析

根据其工作原理进行分析，可能造成五十铃4HK1发动机动力下降的原因有：进气量不足，气缸压力低，燃油系统电控系统故障，燃油系统低压燃油供油不足，燃油系统高压燃油压力不够，电控喷油器工作不良等。

4 故障排除

在进行具体故障诊断处理过程中，一般遵循由外到内、先易后难的原则进行排除。

4.1 电控系统检测

住友-5型挖掘机的自我诊断功能涵盖了4HK1发动机的高压共轨燃油系统的电气部分。启动发动机后，挖掘机监控器显示屏上无故障代码显示和报警灯闪烁。说明发动机燃油系统电控系统工作正常。

4.2 发动机进气和缸压检测

启动发动机后，操作挖掘机工作，观察发动机烟色、下窜气正常，发动机易启动，无冒黑烟现象。初步判断发动机进气和缸压正常。

4.3 高压油路和电控喷油器检测

连接发动机检测仪，启动发动机，打开诊断软件，挖掘机工作时，检测仪检测共轨压力和各种监测数据均正常，说明高压油路正常。在怠速状态下，利用发动机检测仪进行断缸试验，各缸均工作，说明电控喷油器工作正常。

4.4 检查低压燃油供油油路

更换了预滤清器（油水分离器）、燃油滤清器后，试车故障依旧；从预滤清器处断开供油管，发现油流通常，从燃油箱到预滤清器的供油管吹气，没有阻滞感觉，说明供油管没有堵塞；同样的方法检查从预滤清器到电磁泵，从电磁泵到燃油滤清器，从燃油滤清器到高压油泵的供油管均无堵塞。拆检低压燃油限压阀，阀芯无卡滞现象，密封良好；判断低压燃油供给油路正常。

4.5 重新检测

启动后重新试车，仔细观察发现发动机有轻微抖动，发动机高速大负荷运转抖动加剧，大负荷工作过程中似乎伴有断火现象。这说明发动机各缸工作状态不均，怀疑个别电控喷油器工作不好。再次连接发动机检测仪，在高速大负荷状态下进行断缸试验，发现2缸电控喷油器断电后，现象消失，初步断定2缸喷油器动作不良。为了更为准确地判断2缸喷油器是否有故障，把1缸、2缸电控喷油器对调后，重新试车故障依旧存在，可见2缸原来喷油器良好。由此推断问题可能出在高压共轨和电控喷油器之间供油路上。拆下高压共轨器和共轨器到喷油器的油管检查，检查发现高压油管正常，进一步拆检高压共轨器发现在2缸的流量限制阀里卡住一小铁屑，由于铁屑的存在，阻碍了燃油的通过，减小了2缸的供油量，在怠速时表现的不明显，高速大负荷时影响到了喷油器的供油量，使得2缸供油量不足，导致发动机动力下降，挖掘机工作出现憋车现象。清除铁屑后，安装好高压共轨器和管路，再次试车故障现象消失。

5 结 语

本文对住友SH210-5型挖掘机一则故障实例进行了诊断排除，从诊断排除过程可以得出一个结论：故障诊断排除是在了解挖掘机结构组成和工作原理的基础上，一个观察、假设、推理、验证、修正假设、再验证，直到准确判定排除故障的过程。而对于挖掘机这种采用机电液一体化技术的产品，一般先检查电气系统，再检查液压系统，最后检查机械传动系统。