电控共轨柴油机的常见故障分析
核心提示:国内主流国Ⅲ柴油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
国内主流国Ⅲ柴油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计的共轨系统,早期在玉柴YC4F系列柴油机上大量采用。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,造成了该款柴油机使用过程中,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柴油机及部分锡柴柴油机上,市场占有率较小。而目前国内销量第一的玉柴柴油机的大部分机型以及专业生产大功率柴油机具有较高市场占有率的潍柴柴油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。
(1)电控喷油器及油路故障。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。
为保护电控碛;由器及其它系统精密部件,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1所示。双级滤清器过滤性能要求如表1所示。
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,共轨系统对10μm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,引起柴油机轨压过低报警、启动困难或无法启动、加速熄火等故障。
(2)传感器故障。高压共轨柴油机使用了多个传感器,如表2所示,以便实时采集柴油机的运行工况,达到精确控制的目的。传感器的好坏直接影响着柴油机的工况。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。
①曲轴位置传感器故障。较易出现故障的主要是曲轴位置传感器。大部分的共轨柴油机将曲轴位置传感器安装在飞轮壳上,曲轴与飞轮齿圈的空气间隙在0.5~1.5mm之间,间隙较小。而车辆在行驶过程中离合器的使用频率较高,离合器摩擦产生大量的粉尘或碎屑以及热量,粉尘或碎屑有可能将传感器头部击碎,而热量则有可能将传感器融化。
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、商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,如图2所示。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,造成柴油机故障。如启动困难、冒黑烟以及油耗升高。
图2曲轴转速传感器头部吸附物②轨压传感器故障。轨压传感器(图3)的故障也较为常见。轨压传感器安装在共轨管上(图4),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3轨压传感器图4轨压传感器安装位置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,清洗柴油机或者涉水时,水残留在传感器壳体上慢慢渗入内部引起传感器损坏。
③油门位置传感器故障。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5)。
图5油门传感器接线图图6油门传感器输出信号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6可以看出两路输出电压信号存在APS1≈2APS2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(Limphome)状态,怠速升至1100r/min,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法全开或者无法全闭的现象。
④线束故障。传感器与车身及ECU之间通过大量线束连接,如图7所示,作为电控柴油机的重要组成部分之一,也是目前电控柴油机故障率最高的部分。
图7电控柴油机线束商用车车身线路布置较长,如后置柴油机的客车,柴油机至仪表合的线束长达十几米,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。柴油机线束就好比人的神经,神经一旦损伤了,柴油机就会工作不正常或者不工作。
由于柴油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。(来源:网络)