李林林

（上海柴油機有限公司，上海200438）

電控高壓共軌式柴油機起動困難原因分析

李林林

（上海柴油機有限公司，上海200438）

介紹了典型的電控高壓共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、ECU、傳感器和噴油器幾個方面分析了電控高壓共軌式柴油機起動困難的原因。

柴油機高壓共軌起動困難

1　前言

電控柴油機和傳統(tǒng)柴油機燃油系統(tǒng)差別比較大。傳統(tǒng)柴油機采用機械油泵對柴油加壓后通過噴油器噴入氣缸，其噴射壓力和噴射時刻隨發(fā)動機的不同工況無法控制；而對于電控柴油機則增加了一套電控系統(tǒng)，主要包括ECU、共軌管、高壓油泵等，共軌管主要用來存儲高壓柴油，起到穩(wěn)壓的作用，保證發(fā)動機不同工況時噴射壓力都比較穩(wěn)定；通過標定軌壓、提前角等參數(shù)，保證發(fā)動機不同工況時有足夠動力性的同時油耗最低。但電控柴油機由于多出一套控制系統(tǒng)，成本會較高，而且精密零部件的故障也相對較多。如果電控系統(tǒng)和傳感器，線束接插件出現(xiàn)故障，也會造成起動困難。本文不僅從傳統(tǒng)的進排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)，也從ECU、傳感器，噴油器分析了電控高壓共軌式柴油機起動困難的原因。

2　電控高壓共軌噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

所謂高壓共軌是指噴油泵將燃油加壓到一定壓力后儲存在軌道內(nèi)，“高壓”是指噴油系統(tǒng)壓力比傳統(tǒng)柴油機要高出3倍，最高能達到200 MPa，而傳統(tǒng)柴油機噴油壓力在60～70 MPa。共軌噴射系統(tǒng)壓力高、霧化好、燃燒充分，從而提高了柴油機的動力性，最終達到省油的目的。該壓力是根據(jù)柴油機的工況而設(shè)定的，電控單元（ECU）能根據(jù)柴油機不同工況下的實際轉(zhuǎn)速、負荷、冷卻水溫度、進氣量等參數(shù)控制電控噴油器的開啟。ECU能根據(jù)需要提供完美而精確的理想噴射，柴油機排放、功率和燃油消耗主要依靠共軌系統(tǒng)精確的噴油控制?！肮曹墶笔峭ㄟ^公共供油管同時供給各個噴油嘴，噴油量經(jīng)過ECU精確計算，同時向各個噴油嘴提供同樣質(zhì)量、同樣壓力的燃油，從而使柴油機運轉(zhuǎn)更加平順，優(yōu)化了柴油機綜合性能。目前國產(chǎn)或合資生產(chǎn)的高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大同小異，但選用的電控單元有所不同。高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)主要由高壓油泵、高壓油管、高壓油軌、電控噴油器，ECU、各種傳感器和執(zhí)行器等組成［3］。下面具體就上柴R系列柴油機高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)來闡明各自的作用。上柴R系列柴油機使用的是BOSCH電控高壓共軌系統(tǒng)。

高壓泵：高壓泵位于低壓和高壓部分之間，它的主要任務(wù)是在車輛所有工作范圍和整個使用壽命期間，在共軌中持續(xù)產(chǎn)生符合系統(tǒng)壓力要求的高壓燃油，以及快速起動過程和共軌中壓力迅速提高時所需的燃油儲備。

電控噴油器：電控噴油器根據(jù)ECU發(fā)出的控制信號，通過控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入柴油機的燃燒室。

共軌：共軌的任務(wù)是存儲高壓燃油，高壓泵的供油和噴油所產(chǎn)生的壓力波動由共軌的容積進行緩沖，在輸出較大燃油量時，所有氣缸共用的共軌壓力也應(yīng)近似保持為恒定值，從而確保噴油器打開時噴油壓力不變。

輸油泵：輸油泵的主要作用是供給高壓油泵足夠的具有規(guī)定壓力的燃油。齒輪室輸油泵與高壓泵組合在一起。

燃油濾清器：柴油中的雜質(zhì)，可能導(dǎo)致泵零件、出油閥、噴油嘴等的磨損；另外柴油中含水，可能變成乳狀物或因溫度變化而凝結(jié)，若水進入噴射系統(tǒng)，則可能導(dǎo)致零件銹蝕。濾清器把含在燃油中的氧化鐵、粉塵等固體雜物除去，可防止燃油系統(tǒng)堵塞（特別是噴油嘴）。減少機械磨損，確保發(fā)動機穩(wěn)定運行，提高可靠性。

傳感器：系統(tǒng)中共有六個傳感器，分別將不同部位的信號傳給ECU。

水溫傳感器：水溫傳感器安裝在發(fā)動機缸體或缸套的水套出水口處，與冷卻液接觸，通過冷卻液測定發(fā)動機的溫度。ECU據(jù)此信號對基本噴油量進行修正；特別是在冷車起動時對噴油器有加濃的作用，有些車輛還可作為冷卻風(fēng)扇的起控信號，同時也是柴油機預(yù)熱控制的主要依據(jù)。

進氣溫度壓力傳感器：進氣溫度壓力傳感器安裝在進氣道中，用于測量進氣岐溫度和進氣壓力。

空氣流量傳感器：空氣流量傳感器直接檢測吸入發(fā)動機的進氣量，并將進氣量以電信號的方式傳輸給ECU，作為電控單元確定發(fā)動機基本噴油量的主要依據(jù)。

曲軸轉(zhuǎn)速傳感器：曲軸轉(zhuǎn)速傳感器確認曲軸位置，檢測活塞上止點，曲軸轉(zhuǎn)角及發(fā)動機轉(zhuǎn)速。是ECU得到的第一個發(fā)動機轉(zhuǎn)動信號。ECU根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)速信號與凸輪軸位置信號共同完成噴油器的噴油順序及噴油時間的分析計算工作。

凸輪軸相位傳感器：凸輪軸相位傳感器是判別發(fā)動機做功順序的關(guān)鍵器件，用于判定運動活塞在上止點時是處在壓縮行程還是處在排氣行程。

共軌壓力傳感器：共軌壓力傳感器的作用是以足夠的精度，在相應(yīng)的較短時間內(nèi)，精確快速地測定共軌中的瞬時壓力，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸送給ECU，由ECU對燃油計量單元（PCV）實施反饋控制，通過對供油量的增減來調(diào)節(jié)油壓穩(wěn)定在目標值。

ECU：ECU的作用是接收來自各種傳感器、開關(guān)的信息，經(jīng)過快速處理、運算、分析和判斷后，適時地輸出控制指令，控制執(zhí)行器動作，借以控制發(fā)動機［1］。

3　電控高壓共軌柴油機起動困難原因分析

3.1進排氣系統(tǒng)

進氣系統(tǒng)嚴重堵塞，造成柴油機在起動時進氣量不夠。有一次在整車廠的柴油機樣機裝車點火時出現(xiàn)柴油機無法起動，多方排查發(fā)現(xiàn)柴油機進氣管上的防塵蓋裝車時沒有去掉，導(dǎo)致進氣系統(tǒng)嚴重堵塞進而導(dǎo)致柴油機無法起動，見圖1。排氣系統(tǒng)則可能由于后處理裝置或消聲器嚴重堵塞，造成排氣背壓過大，從而造成發(fā)動機無法起動。

圖1　柴油機進氣管上的防塵蓋裝車時沒有去掉

3.2潤滑系統(tǒng)

潤滑系統(tǒng)的作用是及時向機械各運動零件表面提供足量的潤滑油，減小運動表面的摩擦阻力。如果柴油機潤滑系統(tǒng)工作不正常，不能及時向運動零件表面提供足量的潤滑油，勢必造成運動阻力增大、運動零件轉(zhuǎn)動困難，從而直接導(dǎo)致柴油機起動困難。所以，柴油機的潤滑系統(tǒng)是否工作良好，也直接關(guān)系到柴油機能否正常起動。有一些用戶出于成本的考慮，沒有按指定公里數(shù)更換機油和機油濾芯。而長時間不換機油和機油濾清器，造成機油中雜質(zhì)過多，進而引起起動困難［6］。

3.3燃油系統(tǒng)

常見問題為油箱濾網(wǎng)堵塞，污物將油箱濾網(wǎng)堵塞，致使發(fā)動機工作時油路中真空度過大，從油路中的結(jié)合部位吸入空氣；燃油箱無燃油或油位過低，由于回油管油流沖擊液面濺起氣泡，被油泵連氣帶油吸進出油管，造成燃油管路內(nèi)產(chǎn)生大量空氣導(dǎo)致柴油機無法正常起動；連接件松脫、燃油中進水、燃油濾清器堵塞、油管裂損進氣、油箱通氣口堵塞（該孔堵塞后油箱不再與大氣相通），油箱上部因油面下降會出現(xiàn)負壓，造成供油中斷［6］；柴油車錯加成汽油，燃油濾清器進回油管接錯，導(dǎo)致油路斷路等，系統(tǒng)建立不起軌壓，柴油機不能正常起動，見圖2。調(diào)整燃油濾清器進回油管，柴油機正常起動。這些錯誤都會造成柴油機無法正常起動。

圖2　燃油濾清器進回油管接錯

檢查柴油牌號，不符合規(guī)定的應(yīng)進行更換。使用條件發(fā)生變化，而維護和保養(yǎng)卻沒有跟上，也會造成柴油機難以起動。例如：所加的柴油牌號不對，或是柴油中混入汽油等其它油品，都會明顯地損害燃料的發(fā)火性。再如：天氣突變，氣溫驟降，致使燃油和潤滑油變得粘稠，其流動性能變差，燃油不能良好霧化，機油造成扭力矩增大，也會造成暫時性起動困難［4］。

某用戶在冬季從山東提一輛新車開回東北，從廠家提車時加注了-10號柴油，回到當?shù)兀|北）停車后次日無法起動。經(jīng)檢查低壓油路，發(fā)現(xiàn)油箱結(jié)蠟，造成燃油流動性受阻，堵塞油路和各個濾芯，導(dǎo)致發(fā)動機無法起動。后來徹底更換柴油（符合當?shù)販囟鹊?35號柴油），疏通油路和更換濾芯，發(fā)動機順利起動［1］。

3.4起動系統(tǒng)

（1）起動電機的力矩選用不正確，在冬季無法克服柴油機的內(nèi)阻。

（2）電瓶的電壓不足，不足以提供足夠的電壓起動柴油機。有些車主經(jīng)常在下車時忘記關(guān)大燈，或是車內(nèi)照明燈。開一夜之后，電瓶很可能就沒電了，嚴重影響整車的正常起動。

（3）電瓶容量偏小，在起動時電瓶的瞬間放電量不能達到起動電機的要求。

起動柴油機時，若接通起動機開關(guān)而起動機不轉(zhuǎn)，說明起動機或其電路出了問題。若起動時，只聽到起動機驅(qū)動齒輪的嚙入聲，卻不見起動機運轉(zhuǎn)；或是起動機雖轉(zhuǎn)起來了，但僅轉(zhuǎn)動一兩圈又停了下來，這些都是蓄電池嚴重虧電所造成的。

如果蓄電池存電充足而起動機旋轉(zhuǎn)無力，可用手觸摸起動開關(guān)，若開關(guān)很燙，大多為起動機內(nèi)部或起動開關(guān)出現(xiàn)短路故障；若開關(guān)不熱，一般是起動機沒有運轉(zhuǎn)，可能是起動電路斷路或開關(guān)觸點嚴重燒損所致［2］。

（4）起動機負極搭鐵線沒有連接。

3.5ECU和傳感器故障

3.5.1ECU故障

（1）電控單元ECU未連接，造成整車沒有給ECU電源。有時整車廠裝配線上疏忽沒注意連接ECU，造成整車無法起動。這種低級錯誤應(yīng)該要避免。

（2）電控單元ECU插針損壞，造成插針接觸不良，造成起動困難。

（3）電控單元ECU對應(yīng)的線束接插件針腳損壞，造成起動困難，見圖3。

（4）車輛在焊接作業(yè)時沒有將ECU拆掉或斷開其電源，造成電控單元ECU內(nèi)部燒毀或針腳處燒焦，引起起動困難［1］。

3.5.2傳感器類故障

（1）空氣流量傳感器出現(xiàn)故障，造成發(fā)動機起動困難。

（2）曲軸位置傳感器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致發(fā)動機起動困難。

（3）軌壓傳感器信號失?；蚴В瑢?dǎo)致發(fā)動機起動困難。

3.6噴油器故障

（1）噴油嘴卡住，燃油中有水分，會使噴油嘴卡死，造成發(fā)動機起動困難。

（2）噴油孔堵塞，燃油中有臟物進入噴油嘴，使噴油嘴堵塞，造成發(fā)動機起動困難［5］。

圖3　電控單元ECU對應(yīng)的線束接插件針腳損壞

4　結(jié)論

電控高壓共軌柴油機啟動困難除了進排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)要進行檢查以外，ECU、傳感器、噴油器故障也會造成起動困難。

［1］樑郭建.柴油發(fā)動機高壓共軌電控系統(tǒng)原理與故障檢修［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2015.

［2］田玉霞.柴油機起動困難的原因分析［J］.農(nóng)機使用與維修，2006（5）.

［3］吳京彥.高壓共軌柴油機起動困難的故障診斷與排除［J］.安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2012（4）.

［4］黃忠民.柴油機起動困難的原因及診斷排除［J］.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005（2）.

［5］袁靖.柴油機起動困難的原因及排除方法［J］.城市公共交通，2001（1）.

［6］于麗麗，吳景剛.柴油機起動困難的故障檢修［J］.農(nóng)機推廣，1995（1）.

Electronic Controlled High Pressure Common-Rail Diesel Engine Hard Starting of Cause Analysis

Li Linlin
（Shanghai Diesel Engine Co.，Ltd.Shanghai 200438，China）

Introduced the structure of a typical electronic control high pressure common rail system，from the intake system，exhaust system，lubrication system，fuel system，starting system，ECU，sensors，fuel injector analyzed electronic control high pressure common-rail diesel engine cause hard starting.

diesel engine，high pressure common rail，hard starting

10.3969/j.issn.1671-0614.2016.03.008

來稿日期：2015-10-30

李林林（1980-），男，工程師，主要研究方向為客車用發(fā)動機配套設(shè)計。