曹學(xué)峰，張建超

（石家莊鐵道大學(xué)工程訓(xùn)練中心，河北 石家莊 050043）

發(fā)動(dòng)機(jī)作為挖掘機(jī)的核心部件，其動(dòng)力輸出的好壞直接影響挖掘機(jī)的工作性能，而其動(dòng)力輸出的關(guān)鍵在于燃油系統(tǒng)。挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足的故障絕大多數(shù)都是燃油系統(tǒng)引起的。大量裝配在住友、日立、凱斯等進(jìn)口挖掘機(jī)上的五十鈴4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)，其燃油系統(tǒng)采用機(jī)電液一體化的高壓共軌電噴技術(shù)，燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高，故障查找難度大。本文結(jié)合一起故障實(shí)例系統(tǒng)介紹了高壓共軌燃油系統(tǒng)的組成、工作原理和故障診斷方法。

1 故障現(xiàn)象及初步診斷

某臺(tái)裝配五十鈴4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)的住友SH210-5型挖掘機(jī)正常工作中突然憋車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)異響、煙色正常。單從故障現(xiàn)象判斷是發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵之間功率不匹配，原因是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降或者是液壓泵輸出功率增大。

現(xiàn)在絕大多數(shù)挖掘機(jī)是機(jī)電液一體化產(chǎn)品，此類(lèi)產(chǎn)品在處理故障時(shí)，一般先檢查電氣系統(tǒng)，再檢查液壓系統(tǒng)，最后檢查機(jī)械部分。住友SH210-5型挖掘機(jī)采用機(jī)電液一體化技術(shù)，其發(fā)動(dòng)機(jī)為高壓共軌燃油系統(tǒng)，液壓泵為恒功率變量控制系統(tǒng)。其中電氣系統(tǒng)帶自我診斷功能，電氣系統(tǒng)一旦有故障發(fā)生就會(huì)在監(jiān)控器顯示屏上顯示故障代碼，同時(shí)故障報(bào)警燈閃爍。檢查監(jiān)控器顯示屏，無(wú)故障代碼顯示和報(bào)警燈閃爍，說(shuō)明電氣系統(tǒng)正常。接著對(duì)液壓泵輸出功率控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)：在液壓泵泵控比例減壓電磁閥輸出測(cè)壓點(diǎn)安裝6MPa壓力表，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作，液壓泵泵控比例減壓電磁閥輸出壓力為0.6～2.5MPa，輸出值正常范圍內(nèi)，說(shuō)明液壓泵比例減壓電磁閥無(wú)卡滯，工作正常；同時(shí)操作2個(gè)行走桿，行走無(wú)跑偏現(xiàn)象，調(diào)整液壓泵2個(gè)調(diào)節(jié)器功率調(diào)整螺釘，液壓泵輸出流量均有變化，說(shuō)明液壓泵調(diào)節(jié)器工作正常，無(wú)卡滯。由此判斷液壓泵輸出功率正常，故障原因是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降。造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降的原因絕大多數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)引起的。為了準(zhǔn)確找到故障原因，應(yīng)了解五十鈴4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的組成和工作原理。

2 燃油系統(tǒng)的組成與工作原理

2.1 五十鈴4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的組成

五十鈴4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)為日本電裝公司生產(chǎn)的ECD-U2型高壓共軌燃油系統(tǒng)。主要由電子控制系統(tǒng)和燃油共給系統(tǒng)兩大部分組成，而電子控制系統(tǒng)由電子控制單元（ECM）、傳感器和執(zhí)行器三大部分組成，其中電子控制單元（ECM）是電控高壓共軌燃油系統(tǒng)的核心部分。五十鈴4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)具體組成如圖1所示：燃油箱、供油管路、燃油濾清器（粗）、電磁泵、燃油濾清器（細(xì)）、高壓油泵、高壓共軌器（共用油槽）、壓力傳感器、高壓共軌溢流閥（壓力限制器）、流量限制閥（流量阻尼器）、電控噴油器、電控單元（ECM）、凸輪軸位置（CMP）傳感器、曲軸位置（CKP）傳感器、油門(mén)位置傳感器、增壓壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、機(jī)油壓力傳感器等。

2.2 燃油系統(tǒng)的工作原理

五十鈴4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。燃油箱的燃油經(jīng)粗濾器、電磁泵和精濾器到高壓油泵內(nèi)的輸油油泵，輸油泵的作用是克服濾清器及低壓供油管路的阻力，把燃油加壓后不斷地輸送到高壓油泵，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工況下，都能向高壓油泵提供充足的燃油；高壓油泵將燃油加壓后送入高壓共軌器，高壓油經(jīng)高壓共軌器上的流量限制閥后通過(guò)高壓油管輸送到電控噴油器。

電控單元（ECM）根據(jù)接收到的共軌壓力、機(jī)油壓力、油門(mén)位置、曲軸位置（CKP）、凸輪軸位置（CMP）、冷卻液溫度、增壓壓力、轉(zhuǎn)速等傳感器檢測(cè)到的信號(hào)參數(shù)，與已存儲(chǔ)的參數(shù)值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算、修正，按照最佳值輸出控制指令，驅(qū)動(dòng)高壓油泵上的SCV閥按照工況需要調(diào)節(jié)高壓油泵向高壓共軌器的輸油量，驅(qū)動(dòng)電控噴油器按照最佳的噴油量和時(shí)間工作，驅(qū)動(dòng)廢氣再循環(huán)閥按照最低排放進(jìn)行配氣，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)達(dá)到最佳。

圖2 五十鈴4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)高壓共軌燃油系統(tǒng)的工作原理

3 故障分析

根據(jù)其工作原理進(jìn)行分析，可能造成五十鈴4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降的原因有：進(jìn)氣量不足，氣缸壓力低，燃油系統(tǒng)電控系統(tǒng)故障，燃油系統(tǒng)低壓燃油供油不足，燃油系統(tǒng)高壓燃油壓力不夠，電控噴油器工作不良等。

4 故障排除

在進(jìn)行具體故障診斷處理過(guò)程中，一般遵循由外到內(nèi)、先易后難的原則進(jìn)行排除。

4.1 電控系統(tǒng)檢測(cè)

住友-5型挖掘機(jī)的自我診斷功能涵蓋了4HK1發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓共軌燃油系統(tǒng)的電氣部分。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，挖掘機(jī)監(jiān)控器顯示屏上無(wú)故障代碼顯示和報(bào)警燈閃爍。說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)電控系統(tǒng)工作正常。

4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和缸壓檢測(cè)

啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，操作挖掘機(jī)工作，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)煙色、下竄氣正常，發(fā)動(dòng)機(jī)易啟動(dòng)，無(wú)冒黑煙現(xiàn)象。初步判斷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和缸壓正常。

4.3 高壓油路和電控噴油器檢測(cè)

連接發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)儀，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，打開(kāi)診斷軟件，挖掘機(jī)工作時(shí)，檢測(cè)儀檢測(cè)共軌壓力和各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均正常，說(shuō)明高壓油路正常。在怠速狀態(tài)下，利用發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)儀進(jìn)行斷缸試驗(yàn)，各缸均工作，說(shuō)明電控噴油器工作正常。

4.4 檢查低壓燃油供油油路

更換了預(yù)濾清器（油水分離器）、燃油濾清器后，試車(chē)故障依舊；從預(yù)濾清器處斷開(kāi)供油管，發(fā)現(xiàn)油流通常，從燃油箱到預(yù)濾清器的供油管吹氣，沒(méi)有阻滯感覺(jué)，說(shuō)明供油管沒(méi)有堵塞；同樣的方法檢查從預(yù)濾清器到電磁泵，從電磁泵到燃油濾清器，從燃油濾清器到高壓油泵的供油管均無(wú)堵塞。拆檢低壓燃油限壓閥，閥芯無(wú)卡滯現(xiàn)象，密封良好；判斷低壓燃油供給油路正常。

4.5 重新檢測(cè)

啟動(dòng)后重新試車(chē)，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)有輕微抖動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)高速大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)抖動(dòng)加劇，大負(fù)荷工作過(guò)程中似乎伴有斷火現(xiàn)象。這說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作狀態(tài)不均，懷疑個(gè)別電控噴油器工作不好。再次連接發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)儀，在高速大負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行斷缸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2缸電控噴油器斷電后，現(xiàn)象消失，初步斷定2缸噴油器動(dòng)作不良。為了更為準(zhǔn)確地判斷2缸噴油器是否有故障，把1缸、2缸電控噴油器對(duì)調(diào)后，重新試車(chē)故障依舊存在，可見(jiàn)2缸原來(lái)噴油器良好。由此推斷問(wèn)題可能出在高壓共軌和電控噴油器之間供油路上。拆下高壓共軌器和共軌器到噴油器的油管檢查，檢查發(fā)現(xiàn)高壓油管正常，進(jìn)一步拆檢高壓共軌器發(fā)現(xiàn)在2缸的流量限制閥里卡住一小鐵屑，由于鐵屑的存在，阻礙了燃油的通過(guò)，減小了2缸的供油量，在怠速時(shí)表現(xiàn)的不明顯，高速大負(fù)荷時(shí)影響到了噴油器的供油量，使得2缸供油量不足，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降，挖掘機(jī)工作出現(xiàn)憋車(chē)現(xiàn)象。清除鐵屑后，安裝好高壓共軌器和管路，再次試車(chē)故障現(xiàn)象消失。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)住友SH210-5型挖掘機(jī)一則故障實(shí)例進(jìn)行了診斷排除，從診斷排除過(guò)程可以得出一個(gè)結(jié)論：故障診斷排除是在了解挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)組成和工作原理的基礎(chǔ)上，一個(gè)觀察、假設(shè)、推理、驗(yàn)證、修正假設(shè)、再驗(yàn)證，直到準(zhǔn)確判定排除故障的過(guò)程。而對(duì)于挖掘機(jī)這種采用機(jī)電液一體化技術(shù)的產(chǎn)品，一般先檢查電氣系統(tǒng)，再檢查液壓系統(tǒng)，最后檢查機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。