浅议共轨柴油发动机的常见故障_图文

1、浅议共轨柴油发动机的常见故障威海交通运输集团有限公司二分公司姜盛杰国内主流的国三发动机大都采用了电控高压共轨喷射系统,与单体泵系统相比,电控高压共轨系统具有舒适性高、喷油压力柔性控制好、可靠性高以及噪声小等优点,但也存在对油品要求苛刻、维护成本高等缺点。目前绝大部分客车、轻型卡车都采用电控高压共轨系统柴油发动机,国内常见的电控高压共轨系统有德国博世共轨系统、美国德尔福共轨系统以及日本电装共轨系统;而中重型卡车因对舒适性要求不高且使用环境复杂无法保证燃油质量,多采用单体泵系统,如南岳衡阳单体泵系统、成都威特单体泵系统,德尔福单体泵系统因成本及维护费用问题而较少采用。德尔福共轨系统是一款为轻型车设

2、计的共轨系统,早期在玉柴YC4F系列发动机上大量采用,主要装配20-30座的小客车,但因该系统对燃油品质要求极为苛刻,造成了该款发动机使用过程中,居高不下的喷油器及高压油泵损坏率,所以该系统在商用车领域现已很少使用;电装共轨系统主要应用在日野发动机及部分锡柴发动机上,市场占有率较小;而目前国内销量第一的玉柴发动机的大部分机型以及专业生产大马力发动机具有较高市场占有率的潍柴发动机都采用博世共轨系统,因此,博世共轨系统占据了中国柴油机电控系统供应市场的大部分份额。本文以博世共轨系统为例,介绍本人在电控柴油机检测与维修的过程中积累和总结的一些经验,与大家一起交流。现阶段高压共轨电控柴油机的故障主要集

3、中在喷油器卡滞、低压油路堵塞、线束短路断路及传感器功能失效等方面。电控喷油器是共轨系统中最关键和最复杂的部件,由与传统喷油器相似的孔式喷油嘴、液压伺服系统以及高速电磁阀等组成,为达到高速响应及精确定量喷射等目的,电控喷油器内部加工精度较高,对水分和杂质非常敏感,柴油中的水分或杂质等可对其造成致命的损伤。接触过的喷油器故障中,90%以上的喷油器故障是因燃油不达标造成的喷油器卡滞。喷油器内部靠柴油润滑,如果柴油含水分较多,将使喷油器得不到足够润滑而造成磨损,同时水分也将使喷油器内部精密阀体锈蚀。图1为保护电控喷油器及其它系统紧密部件,高压共轨系统采用油水分离器加柴油滤清器双级过滤系统,如图2:左侧

4、为油水分离器,右侧为柴油滤清器。图2双级滤清器过滤性能要求如表1: 表1 图3由表1可以看出共轨系统燃油过滤系统对杂质的过滤能力较强,火柴头部的直径约为3.3毫米,相比而言直径10微米的杂质几乎无法用肉眼分辨(如图3,但是共轨系统对10微米级的杂质过滤可达到99.6%。高效率的过滤能力一方面保护了系统的精密部件,但另一方面,由于目前国内大部分地区柴油的质量问题(含杂质及水分较多导致了柴油滤清器极易堵塞,造成系统供油不畅,引起发动机轨压过低报警、启动困难或无法启动、加速熄火等故障。 表2高压共轨柴油机使用了多个传感器(表2,以便实时采集发动机的运行工况,达到精确控制的目的。传感器的好坏直接影响着

5、发动机的工况。但就目前接触的维修实例分析,传感器自身发生故障的概率很小。目前使用的无论是磁电式、热敏电阻式、霍尔式、压敏电阻式以及光电式传感器,其技术和工艺都已经很成熟,因此,传感器自身出现故障的情况很少。图4图5曲轴位置传感器的另一种故障是传感器与齿圈间隙的改变。曲轴位置传感器的间隙小于或大于规定范围都会造成信号失准或者采集不到信号。曲轴位置传感器的头部带有磁性,飞轮壳内的齿圈、离合器系统在运行时会产生少量铁屑,这些铁屑极易被吸附在传感器头部(图6,相当于改变了传感器与齿圈的间隙,引起传感器信号失准或信号丢失,造成发动机故障,如启动困难、冒黑烟以及油耗升高。 图6轨压传感器(图7的故障也较为

6、常见。轨压传感器安装在共轨管上(图8,起监控轨压的作用,是共轨系统实现闭环控制的重要传感器,传感器皮膜上的传感器元件将高压管道内的压力变化转化成电压信号输送到ECU分析处理。图7图8更换下来的轨压传感器大部分都是接插件进水锈蚀所致,这与轨压传感器的安装位置有关。轨压传感器水平安装在共轨管上(图9,清洗发动机或者涉水时,水残留在传感器壳体上慢慢渗入内部引起传感器损坏。 图9电控柴油机采用电子式油门,即油门位置传感器。早期的油门位置传感器一般使用电位计式,现在多采用霍尔式。霍尔效应:半导体片上,长度方向上通过直流电流I,厚度方向上施加磁感应强度为B 的磁场时,宽度方向上会产生电压U(图10。图10

7、图11博世共轨系统的加速踏板模块中有两路信号输出,输出的电压随加速踏板位置的改变而变化,ECU可以监控加速踏板的运动情况。由图11可以看出两路输出电压信号存在APS12APS2的关系,这也是诊断油门位置传感器是否工作正常的依据之一。油门位置传感器常见的故障有,信号失效、信号波动、油门开度无法达到100%或者无法回到全关状态即油门卡滞等。当ECU判断油门信号失效时,会自动进入跛行回家(Limp home状态,怠速升至1100转,油门控制被切断。油门信号的波动是指因传感器磨损、接插件松动、线路虚接以及电磁干扰造成的油门信号无法固定总是变动的现象。油门卡滞一般是由于传感器自身损坏或者线路故障造成的无

8、法全开或者无法全闭的现象。传感器与车身及ECU之间通过大量线束连接(图11,作为电控发动机的重要组成部分之一,也是目前电控发动机故障率最高的部分。图11商用车车身线路布置较长,如后置发动机的客车,发动机至仪表台的线束长达十几米,车辆在行驶中的震动颠簸、温度变化引起线束的震动、摩擦、热胀冷缩等,都有可能造成线束的断裂、接触不良等。发动机线束就好比人的神经,神经一旦损伤了,发动机就会工作不正常或者不工作。由于发动机线束大部分固定在车架内部,因此查找起来非常困难,一旦确定是线束的故障就要做好长时间奋战的准备。案例分析:1、喷油器卡滞故障一辆中通客车装配玉柴YC6L330-30发动机,行驶三千公里左右

9、,发动机出现异响、加速无力、冒黑烟的故障现象,连接诊断仪后读取故障码(图12,车速信号故障不合理、轨压闭环控制模式故障10-供油量过大、燃油水位信号报警,其中车速信号故障不合理属非主要故障可以忽略。 图12读取数据流发现发动机转速波动很大(图13,发动机怠速明显不稳,这说明某缸或某些缸的做功情况很差,结合加速时还有黑烟冒出,怀疑喷油器不能喷油或喷油雾化不良。图13电控高压共轨系统高压油路采用的是闭环控制模式,对故障模式10,一般是与喷油器有关,当喷油器喷油不好或回油不好时,发动机转速不能稳定,这时ECU试图通过加大每循环的油量来维持转速的稳定,所以就会有该故障码出现。结合故障码P2269-燃油

10、水位信号报警,分析是燃油中水分过多,导致喷油器内部锈蚀卡滞,引起发动机工作异常。用诊断仪自带的断缸功能判断出第3缸、第6缸喷油器工作不良(图14,更换后故障解决。图142、曲轴位置传感器损坏一辆装配朝柴CY4102-C3C发动机的金龙客车在行驶途中自己熄火,后无法启动。驾驶员叙述说,车辆行驶正常,后来车辆突然抖动起来,然后自己熄火后无法再次启动。打开点火锁,ECU故障灯常亮,用万用表测量水温传感器接插件,有5V电压,证明ECU已经工作。连接诊断仪,读取故障码,如图15。发动机无法启动的主要原因是无曲轴信号。用万用表测量曲轴位置传感器两端子间的电阻值,为480,正常应为900左右,判断曲轴位置传

11、感器损坏,拆检曲轴位置传感器发现头部被打坏(图16。传感器头部被打坏,说明离合器内有杂物,为了防止再次损坏,拆检离合器,发现分离轴承散架,轴承滚珠随离合器旋转将传感器打坏。清理轴承滚珠、更换分离轴承及曲轴位置传感器装复后试车,仍然无法启动。这时候想起还有一个故障码P1013-轨压偏差低于下限门槛值并且喷油量低于门槛值,该故障说明系统无法建立轨压,一般是低压油路出现故障。询问驾驶员得知,该车行驶三万多公里,一直没有更换柴油滤清器。拆检滤清器发现里面都变成黑色的了,柴油滤清器堵塞造成油路供油不畅。更换滤清器后发动机顺利启动,运行正常。图15图16 3、油门位置传感器故障一辆中通LCK6125客车装

12、配潍柴WP10.360发动机,行驶中出现油门失效,怠速提升至1100转,进入跛行回家(Limp home状态。出现怠速1100转,大部分是电子油门或油门线路出现故障,连接诊断仪读出故障码(图17。当前故障为油门踏板1电压值高出上限门槛值。因该车长达12米,所以油门位置传感器的线束也是十几米厂,且线束固定在车架内,查找困难,所以先测量油门位置传感器电阻特性,在正常范围内。为保证准确性将该油门位置传感器接到同型号车辆上,工作正常,排除传感器故障。图17将油门位置传感器的原线束从接插件处断开,按照ECU线路图(图18重新连接导线测试,即从新制作一条油门位置传感器与发动机的连接线束。从新连接后一切正常

13、,这样就可以断定是原车油门位置传感器线束出现了故障。接下来就是查找线束故障部位。这里说一下为什么一定要查找出线束的故障部位,发动机线束一般是成捆、成束包扎在一起,其本身不易出现故障,除非是受外力影响,如拉扯、挤压、摩擦以及烘烤,导致绝缘层开裂或导线断裂。虽然对于线路故障可以采取“飞线”的方式从新进行连接，但是如果不 查找出故障部位，故障部位的外力就会始终作用在该线束的故障点， 引起更多线路的故障。如果再遇到进水等状况，就可能会引起短路而 烧毁整车线路或 ECU 电脑。 图 18 在排查该车线路到发动机附近时， 发现有一处线束与发动机排气 管贴在一起， 且波纹管已经破损， 扒开波纹管， 发现有两条导线损坏(图 19。其中一条就是油门信号线。将该线路接合后故障解决。 图 19 目前国内电控高压共