共轨柴油机限压阀打开故障的研究与分析 Research and Analysis of Pressure Limiting Valve Opening Fault of Common Rail Diesel Engine

周毕升 ZHOU Bi-sheng 卞光祥 BIAN Guang-xiang 吴士军 WU Shi-jun 叶飞 YE Fei

摘要：我公司某柴油机进行台架试验时，发动机在运行到大扭矩点或标定点时，发动机限压阀打开发动机进入跛行模式。停车断电重启后故障恢复，继续运行后大扭矩点或标定点时故障重复发生。故障排查最终得出发动机转速传感器与飞轮间隙异常，导致同步信号缺失。更换飞轮后，再次经过600h耐久试验验证，限压阀打开问题解决。

Abstract： During the bench test of a diesel engine in our company， when the engine runs to the high torque point or the standard point， the engine pressure limiting valve opens and the engine enters the limp mode. After shutdown， power off and restart， the fault recovers. After continuous operation， the fault occurs repeatedly at large torque point or fixed point. Fault investigation finally concluded that the gap between the engine speed sensor and the flywheel was abnormal， resulting in the loss of synchronization signal. After replacing the flywheel， the 600h durability test was carried out again， and the problem of pressure limiting valve opening was solved.

关键词：限压阀;故障;同步信号缺失;间隙

Key words： pressure limiting valve;fault;synchronization signal missing;clearance

中图分类号：U464.172                  文獻标识码：A                  文章编号：1674-957X（2021）22-0105-04

0  引言

随着日益严苛的排放法规和发动机燃油经济性和动力性要求，传统的燃油系统已无法满足市场需求，电控燃油控制系统的市场占比也越来越高，它改变了柴油机冒黑烟、噪声大、满身油污等传统形象，展示出了清洁、噪声小、省油等全新形象[1]。与之相关故障也日益增多，较传统燃油系统故障排查难度更甚。

本文对某柴油机在耐久试验中出现的限压阀打开故障进行了分析，通过对限压阀工作原理、柴油机油路故障，轨压控制原理等进行分析，明确了故障原因，并通过耐久试验考核。

1  故障描述

我公司某柴油机进行800h耐久台架试验，通过INCA与ECU通讯，在试验开始时，发动机在运行到大扭矩点或标定点时，发动机限压阀打开，发动机倒拖，重新从怠速点往上拉时功率和扭矩受到限制，发动机进入跛行模式，INCA报DFC_PRVOpn故障，停车断电重启后故障恢复，继续运行后大扭矩点或标定点时故障重复发生，见图1。

2  限压阀的作用及工作原理

柴油机电控高压共轨系统的主要组成部件有油箱、低压油泵、燃油滤清器、高压油泵、共轨管、喷油器、电控单元、传感器，组成示意图如图2所示，其中共轨管的主要作用是积累并分配高压燃油[2]，各喷油器通过油管与共轨连接，控制单元接收油门踏板及转速等信号输入，通过精确控制喷油器喷油时刻和时长，实现稳定控制喷油。其中共轨管由轨压传感器、轨体、限压阀等组成[3]，结构示意图如图3。

限压阀结构示意图如图4所示：在正常情况下，限压阀保持封闭并且密封，当共轨内燃油压力过大超过限压阀开启压力时，活塞和弹簧共同工作，通过控制部分燃油从限压阀回到油箱来实现泄压，使发动机不会因为压力失控造成损失。

3  限压阀打开问题的研究与分析

3.1 故障系统排查

为解决出现的问题，我们从油路和电控两方面考虑。首先确定是否为限压阀机械故障导致异常开阀，更换共轨总成后该故障重复发生，可排除限压阀机械故障，主要从台架油路、发动机油路故障、发动机信号、ECU供电等几方面进行排查。

3.2 台架油路排查

对台架进回油管及滤芯进行排查，无气泡、泄露、堵塞等异常情况，且由图5可知，正常情况下，实际轨压与设定轨压基本一致，回油压力较小。在故障发生时，发动机实际轨压（RailP_pFlt）突升大于设定轨压（Rail_pSetPoint），超共轨限定值2000bar后，限压阀打开，轨压降低，回油压力上升，发动机进入跛行模式，说明台架油路不是造成限压阀打开的原因。

3.3 发动机油路排查

对发动机燃油系统进行排查，可能原因为喷油泵油量计量单元损坏，喷油泵回油管堵塞，导致向共轨输入油量异常;共轨上轨压传感器故障，导致轨压信号读取异常;或限压阀弹簧弹力过小，从而限压阀被迫打开。更换喷油泵及共轨总成后故障依旧存在，故障表现未有明显变化，依旧为偶发性故障，说明发动机油路不是造成限压阀打开的原因。

3.4 ECU供电系统排查

对发动机ECU供电系统进行排查，可能原因为ECU、台架线束、稳压电源内部偶发性断触，造成ECU供电不稳定，从而导致故障发生。更换新件再次进行试验，故障依旧存在，说明ECU供电系统不是造成限压阀打开的原因。

3.5 发动机信号排查

用INCA对发动机曲轴与凸轮轴同步信号进行记录查看，发现故障只发生大油量工况（标定点及大扭矩点），且每次故障前0.1s曲轴与凸轮轴同步信号（Epm_stOpMode与Epm_stSync）丢失，轨压超保护限值（2000bar）后限压阀打开，实际轨压下降，在同步信号丢失0.5s后同步信号恢复，见图6。

转速信号传感器是磁电式传感器，其输出电压与飞轮转速、传感器与飞轮间隙有关，转速一定且传感器与飞轮间隙保持均匀的情况下，其输出电压峰值应保持不变，理论输出波形如图7所示。用示波器对故障发动机转速传感器输出信号进行监控，输出波形如图8，输出电压波峰与波峰差距过大。初步判断为飞轮与转速传感器间隙波动异常导致传感器输出信号缺失，ECU未能接受到同步信号后立即切断喷油，此过程由于喷油泵继续工作，轨内燃油压力瞬间超过限压阀开启压力，导致故障，由于飞轮转速信号在消失后又迅速恢复，故ECU无相应缺失信号报错。

3.6 试验验证

为验证以上猜想是否正确，均匀盘车一圈，用塞尺对飞轮与转速传感器间隙进行测量，下台架更换飞轮，重新上台架后均匀盘车一圈，并对传感器与飞轮间间隙进行测量，测量数据如图9，数据显示，更换飞轮前传感器与飞轮间隙波动较大，更换飞轮后间隙正常。使用示波器进行转速输出信號检测，检测数据如图10所示，数据显示，其转速传感器输出波形中波峰间差距较小，输出信号无异常。继续运行负载循环耐久试验进行验证，经过600h试验循环中限压阀打开故障未发生，可以确定故障是由于转速传感器与飞轮间隙异常导致。

4  结论

对于高压共轨燃油系统而言，台架试验时共轨限压阀打开故障较为常见，故障发生后发动机会进入跛行模式从而限制扭矩，为了及时发现发动机限扭，建议在试验过程添加扭矩或功率限值，在发生故障后，可从外部燃油供给系统、发动机电控燃油系统、各部件传感器等逐步排查，并及时使用INCA软件记录并分析故障时ECU数据，从根源解决故障。

参考文献：

[1]张秀梅，振乾.柴油机电控高压共轨燃油系统概论[J].农业技术与装备，2020（04）：38-40.

[2]王文成.高压共轨柴油机轨压控制策略的研究[D].中国舰船研究院，2017.

[3]李鹏.共轨发动机限压阀打开故障分析[J].内燃机与配件，2019（02）：33-34.