1、康明斯电控柴油机高压油轨油压过低的故障诊断摘要：本文主要介绍康明斯电控高压共轨柴油发动机，由于喷油器泄漏，引起蓄压器（油轨）内燃油压力下降，导致发动机启动困难，动力下降的故障现象，通过控制过程分析和油压测试等方法进行诊断，并排除故障。关健词：高压共轨 工作原理 油压测试 故障诊断前言：随着我国汽车工业的发展，汽车技术也随之日新月异，作为汽车动力核心的发动机，也从原来的传统式柴油发动机转变为电控燃油喷射式发动机。柴油机电控技术的发展经历了位置控制到时间控制，现已经发展到时间-压力控制方式，即高压共轨系统。随着高压共轨电控柴油机的大量应用，其使用维修问题也日益突出。本人在对一台康明斯 ISBe22
2、0-31型电控高压共轨柴油发动机起动困难，动力下降，油耗增大的故障诊断过程中，为了弄清问题排除故障，我作了比较深入的系统控制过程分析和诊断。一 故障现象我公司在 2007 年新购进了 45 台金龙 KLQ6891GA 的大客车，该车采用康明斯 ISBe220-31 型电控高压共轨柴油发动机。有一天，一台车的主班司机进厂报修故障是这两天来发动机起动困难，动力下降，油耗增大，经过和司机的交谈，进一步了解到，无论是冷车、热车都起动困难，这种故障不但对汽车的动力性、经济性有影响，而且大大缩短蓄电池的使用寿命。二、验证故障现象试启动发动机，连续 5 次启动，都没有着车迹象，第 6 次才勉强启动，启动后，
3、发动机空转一切正常，仪表显示正常（水温表指示 85）故障灯也不亮，再进行路试，感觉发动机动力明显不如以前充足。三、初步检查1、检查起动系工作状况起动发动机，观察起动时起动机运转有力，转速应为足够。 （ISBe柴油机所需发动机最低启动转速为 150r/min） ，用万用表检查起动时蓄电池电压为 22V，正常，说明起动系工作正常。2、目视检查电控系统各线束接头连接正常。高压/低压燃油管、燃油滤清器、高压油泵、蓄压器都无渗漏滴油现象。发动机运转时，视查曲轴箱通风口排出的废气很小，以经验判断发动机应该没有拉缸，断活塞环现象。视查排气管排出的废气，消声器，排气管应该是畅通的。3、检查低压燃油拆下燃油滤清
4、器出口的低压油管，用手压动手摇泵，发现满管的燃油流出来，也没带气泡，再装上油管，压动手摇泵，感觉阻力很大，以经验判断低压油路应该没问题。常规检查没有发现问题。为了寻找故障原因，先弄清楚发动机的控制过程。四、高压共轨系统的结构组成与控制过程1、系统概述柴油机电控技术的发展经历了位置控制到时间控制，现已经发展到时间- 压力控制方式，即高压共轨系统。高压共轨燃油喷射技术，德国博世公司也已将该技术发展到了第三代。康明斯 ISBe 发动机用的是德国博世公司生产的第一代高压共轨燃油喷燃系统，其参数特征见表1。表 1 德国博世公司第一代高压共轨燃油喷燃系统特征参数特 性 第一代共轨燃油喷射系统最大喷射压力
5、1350bar喷油器 带电磁阀的喷油器喷嘴油孔型式 柱式(内外一致)喷孔直径和数量 0.2mm;5 孔喷射次数根据发动机负荷和排放要求有预喷、主喷 1次2 次达到的尾气排放标准 欧2、电子共轨系统的结构组成 电子控制高压共轨系统由电子控制和燃油供给两大部分组成，如图 1所示。图 1 康明斯电子控制共轨系统的组成1 电子控制部分电子控制部分由各种传感器（如曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、油门踏板传感器、各种温度和压力传感器等） 、ECM 和执行器（如喷油器、电磁阀）等组成。电控系统的功能是根据各种传感器输入的信号，由 ECM 经过比较，运算、处理后得出最佳喷油时刻和喷油量，向喷油器发出开启或关
6、闭电磁阀的指令，从而精确控制与发动机负荷相适应的喷油量。2燃油供给部分高压共轨系统为蓄压器共轨系统，该系统由油箱、柴油滤清器、轴油泵、VP 分配式高压油泵、高压/低压燃油管、蓄压器（油轨） 、喷油器和回油管等组成。如图 2 所示，燃油供给系统又分为低压部分和高压部分。图 2 康明斯电子控制共轨燃油系统的燃油供给部分细箭头部分为低压部分 粗箭头部分为高压部分(3)高压共轨系统的工作过程燃油由发动机凸轮轴驱动的齿轮泵从油箱中抽出，经油水分离器和滤清器滤清后，进入供油泵，此时燃油压力为 0.2Mpa。然后，油流分为两路：一路经过安全阀的小孔作为冷却油通过供油泵的凸轮轴流入压力控制阀，然后流回油箱；另
7、一路充入 VP 分配式高压泵中。在 VP 分配式高压泵中，燃油被加压，通过安装在油泵上的电控燃油压力控制阀，将油泵输出油压调节到 25140MPa 后输送到高压油轨，以适应不同工况对高压油轨油压的需求。油轨上安装了传感器和压力限制阀，用压力限制阀来限制共轨压力不高于 140MPa。高压柴油从高压油轨经高压油管进入喷油器后，又分两路：一路直接入燃烧室；另一路在喷油期间针阀导向部分和套筒与柱塞缝隙处泄漏的多余燃油一起流回油箱，如图 3 所示。图 3 康明斯电子控制系统的工作原理五、故障诊断根据以上对电控高压共轨的工作过程分析，从中得知，发动机的传感器对发动机的启动性能和动力性起到关键性的作用。并结
8、合故障现象对主要的几个传感器进行检查1、检查水温传感器水温传感器是柴油机起动时控制喷油的主信号。拨下水温传感器配线插头，打开点火开关，测得电压为 4.7V 属于正常。测得水温传感器电阻为 1.9K 当时环境温度约为 25，正常值为 1700-2500，水温传感器正常。2、检查油门踏板位置传感器油门踏板位置传感器和发动机转速传感器配合，计算出基本喷油量和基本喷油时刻，是发动机运转时控制喷油的主信号。拔下油门踏板位置传感器配线插头，打开点火开关，测量触针 A 与触针 C 之间的电压，测得电压为 4.98V 属于正常油门踏板位置传感器的电阻测量值见表 2。从表 2 看出，油门踏板位置传感器正常。表
9、2 油门踏板位置传感器的电阻测量值油门踏板位置 端子名称 电阻测量值 电阻测量值释放油门踏板 触针 B 与触针 C 之间2.77K 25003000踩下油门踏板 触针 B 与触针 C 之间1.03K 2501500踏板在释放或踩下位置 触针 A 与触针 C 之间2.89K 20003000从故障现象和故障灯不亮来分析，曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器应该没问题。以上测得各主要传感器的电压，电阻值都在正常范围，使检查工作很难继续，经过我对故障现象的深思，决定围绕柴油发动机的三要素进行检查。柴油发动机正常工作必须满足以下三个条件：合适的喷油量和喷油正时；足够的气缸压力；预热系统正常。这堪称柴油发动
10、机三要素。预热系统为冷起动的辅助功能，因为此车故障在热车也有，发动机带涡轮增压器，此系统可以暂不考虑检查。足够的气缸压力：如气缸内压缩压力不够柴油是很难燃烧的。查找维修档案，发现此车三个月前刚大修过，发动机也不烧机油，前面也检查过曲轴箱通气口的废气，以经验判断，气缸压力应该没问题。合适的喷油量和喷油正时：从电控高压共轨的工作过程得知，电控系统根据各种传感器输入的信号，由 ECM 经过比较，运算，处理后得出最佳喷油时间和喷油量。根据以上的检查结果和故障现象分析，电控部分没有显示故障。喷油压力影响喷油量，燃油压力越大，喷油能量愈高，喷雾愈细，混合气形成和燃烧愈完全，柴油机的排放性能和动力性，经济性
11、都会得到进步改善，同时又可以缩短着火落后区。为了尽快从燃油供给部分找出问题，我决定用测试油压的方法来进行排查。六 油压测试表 3 是康明斯 ISBe 柴油机燃油系技术数据。表 3 康明斯 ISBe 柴油机燃油系技术数据项 目 数 据 项 目 数 据发动机怠速转速/(r/min) 600800最高进油温度/ 80齿 轮 泵 的 最 大 燃 油 进油 阻 力 /kPa 50.7发 动 机 最 低 启 动转 速 /(r/min) 150油轨压力/bar 2501400 柴油型号 推荐使用 ASTM2 号燃油滤清器出口的燃油压力/bar3.01 1.0(发动 机 启 动 时 )在环境温度低于时建 议
12、使 用 2号 和 1号混 合 柴 油燃油滤清器进口的燃油压力/bar513(发动机启动时)燃油滤清器最大压降/ bar 2.040时柴油黏度 必须超过 2.0cst燃油回油管最大阻力/ bar 1.2柴油含硫量 不 得 超 过 0.05(质 量分 数 )我厂油压表量程最高为 600bar,为防止油压过高油压表爆裂,以下测量的油压为拆下曲轴位置传感器打马达起动发动机时(发动机未运转)的油压。检查低压部分：拆下燃油滤清器出口的低压油管，将燃油压力表插入燃油滤清器座，起动发动机（ISB e220-31 型发动机输油泵为机械泵） ，所测得压力为 10bar，从表 3 可以看出燃油滤清器出口的燃油压力为
13、3.0 11.0bar ,属于正常范围，说明柴油滤清器，油水分离器、油管无堵塞，输油泵工作正常。也证明前面的判断是正确的。 再检查高压部分：先拆下高压油泵到油轨的高压油管，将燃油压力表装在高压油泵出油口处，此时高压油没有进入高压油轨，起动发动机，所测得压力大约为 350bar。从表三可以看出正常压力为 2501400 bar，属于正常范围，说明高压油泵和电控燃油压力控制阀工作正常。装上高压油泵到油轨的高压油管，拆下燃油压力传感器，将燃油压力表装在油轨上，起动发动机 5 次，压力表指针在 180bar200bar 之间徘徊，从表 3 可以看出正常压力为 2501400 bar，实测压力明显偏低，
14、说明喷油器和/或限压阀有泄漏。从以上通过测试油压得出结论，限压阀、喷油器可能有泄漏，下一步先来对限压阀、喷油器的工作原理进行了解。3限压阀的构造与工作过程 限压阀的构造与工作过程：限压阀是个机械装置，包括底座螺丝拧到轨道上一端连接到油箱的回油管，可移动的柱塞，弹簧等部件如图 4 所示。图 4 康明斯限压阀的构造限压阀连接到轨道上以后，底座上有一个通道，一个圆锥形的柱塞与底座的表面接角，形成密封面，在正常的工作压力 135MPa 下，弹簧推动柱塞与底座接合，轨道保持压力。当压力过高达到 140MPa 时，柱塞被轨道压力推动，克服弹簧压力，燃油通过压力内部的通道流回油箱，当阀门打开时，轨道中的压力
15、便会降低。通过以上对压力阀的工作过程分析得知：如果压力阀有泄漏，回油管也定有燃油流出，拆下回油管，起动发动机，没有发现回油口流出燃油，说明压力阀工作正常。那么，泄漏高压燃油的故障只有是喷油器造成的。4、喷油器的构造与工作过程 喷油器的构造：燃油器主要由喷油嘴部分，油压活塞部分和电磁阀部分组成，如图 5 所示。图 5 康明斯喷油器的结构 喷油器的工作过程：如图所示 5，当喷油器电磁阀未被触发时，泄油量孔 2 在小弹簧弹力作用下也关闭，共轨高压油经量孔 1 进入控制室，控制室内形成共轨高压油，高压油压在油压活塞端面上使喷油器处于关闭状态。同样，在喷嘴腔内也形成共轨高压，共轨高力对油压活塞端面的压力
16、和喷嘴弹簧的压力与高压燃油作用在针阀锥面上的向上压力相平衡，使针阀保持关闭状态。当电磁阀被触发时，电磁力将泄油量孔 2 打开，燃油从控制室流到上方的空腔中，并从空腔通过回油通道返回油箱，使控制室中的压力下降，控制室中的压力降低，减小了作用在油压活塞端面上的压力，这时喷针阀被打开，喷油器开始喷油。五故障的排除通过以上对喷油器的工作过程分析得知，喷油器存在两处泄漏的地方，一个是喷油嘴密封不严，造成燃油直接漏入气缸，另一个是控制室密封不严，造成泄油量孔 2 关闭时泄漏。而发动机有六个喷油器，到底是哪一个出了问题呢？因为喷油器出的是机械故障，所以诊断系统不可能诊断出故障码。我决定用一个比较传统的方法，
17、加工一个油塞，逐一对六个缸的高压油管进行阻塞。如果塞到哪个缸的高压油管，发动机能顺利启动，说明就是哪个缸的喷油器有泄漏。当塞到第三缸时，发动机顺利启动，说明第三缸喷油器有泄漏，拆下第三缸喷油器，把总成拆散，发现控制阀的密封环有磨损和裂痕，如图 6 所示。调试喷油器必须有一套专业的设备，把喷油器拿到博世公司指定的维修点进行调试，发现喷油嘴部分也有泄漏现象，更换喷油器的修理包，调试好，装上发动机，发动机顺利启动，加油顺畅。图 6 康明斯喷油器的磨损部件六结束语通过对这台康明斯发动机的维修，使我深刻的了解和掌握了电控高压共轨柴油机的结构和工作原理，同时，也深刻体会到在诊断故障时，理论与实践相结合的重要性。油压测试虽然是比较传统的检测方法。对于维修电控高压共轨系统而言，是一种不错的选择，当燃油供给部分出了问题，它能准确的查找出故障的根源，使我们在排除故障时少走弯路。致谢：由于本人理论水平和维修经验有限，本文存在很多错漏的地方，敬请评审老师批评指正。本论文得到了同行前辈的耐心指导，特表哀心感谢！参考资料：1 汽车电控柴油机故障诊断2 汽车维修专项技能培训教材3 康明斯发动机维修手册
