柴仕貞　朱彥熙　吳衛(wèi)剛

【摘 要】電控高壓共軌柴油機(jī)已取代了傳統(tǒng)的柴油機(jī)，在交通運(yùn)輸、工程機(jī)械等各行各業(yè)普及。因此電控高壓共軌柴油機(jī)的故障診斷越來(lái)越重要。CKPS（曲軸位置傳感器）是電控柴油機(jī)中比較重要的傳感器，它用于精確計(jì)算曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置及確定第一缸上止點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速計(jì)算和噴油正時(shí)的控制基準(zhǔn)。不同的車(chē)輛會(huì)采用不同的電控系統(tǒng)，從而采用不同的失效策略，而CKPS失效時(shí)所表現(xiàn)出的故障亦不同。本文通過(guò)對(duì)兩種車(chē)型CKPS失效后出現(xiàn)的不同故障，分析采用不同的失效策略，為及時(shí)判斷排除電控高壓共軌柴油機(jī)故障提供幫助。

【關(guān)鍵詞】電控高壓共軌柴油機(jī);CKPS;失效策略

中圖分類(lèi)號(hào)： TK421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）29-0166-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.078

Research on CKPS Failure Strategy of Electrically Controlled High-pressure Common-rail Diesel Engine

CHAI Shi-zhen ZHU Yan-xi WU Wei-gang

（Qingdao Harbor Vocational & Technical College，Qingdao Shandong 266404， China）

【Abstract】Electrically controlled high-pressure common-rail diesel engine has replaced the traditional diesel engine， and is widely used in transportation， engineering machinery and other industries. Therefore， the fault diagnosis of it is becoming increasingly important. CKPS （Crankshaft Position Sensor） is an important sensor in electrically controlled diesel engine. It is used to accurately calculate the crankshaft rotation position and determine the first cylinder top stop point， so as to achieve speed calculation and fuel injection timing control benchmark. Different vehicles will adopt different electrical control systems， thus adopt different failure strategies， so is the failure of CKPS. In this paper， CKPS failure strategies in two types of vehicles are analyzed and adopted， which is helpful in the diagnosing and troubleshooting in time the failure of electrically controlled high-pressure common-rail diesel engine.

【Key words】Electrically controlled high-pressure common-rail diesel engine; CKPS; Failure strategy

0 引言

電控高壓共軌柴油機(jī)采用的傳感器數(shù)量不盡相同，這與它們采用的電控系統(tǒng)（博世、電裝、德?tīng)柛５龋┯嘘P(guān)。一般電控高壓共軌柴油機(jī)至少需要安裝以下幾個(gè)傳感器：曲軸位置傳感器（CKPS）、凸輪軸位置傳感器、空氣流量計(jì)、加速踏板傳感器、進(jìn)氣溫度壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、共軌壓力傳感器等。而曲軸位置傳感器（CKPS）用于精確計(jì)算曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置及確定第一缸上止點(diǎn)、轉(zhuǎn)速計(jì)算和噴油正時(shí)的控制基準(zhǔn)，因此是比較重要的傳感器。不同系統(tǒng)的車(chē)輛CKPS失效后電腦會(huì)采用不同的失效策略，車(chē)輛會(huì)出現(xiàn)不同的故障。這給維修工作帶來(lái)一定的難度，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)城GW2.8TC柴油機(jī)和濰柴WP10.336型柴油機(jī)CKPS采用的不同失效策略進(jìn)行分析，為及時(shí)判斷排除故障提供參考。

1 電控柴油機(jī)CKPS類(lèi)型及磁電式CKPS工作原理

1.1 電控柴油機(jī)CKPS常見(jiàn)的類(lèi)型有磁電式和霍爾式兩種

磁電式CKPS主要由信號(hào)轉(zhuǎn)子、感應(yīng)線(xiàn)圈、永久磁鐵等組成。當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，便會(huì)在感應(yīng)線(xiàn)圈中感應(yīng)出一交變的電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)作為傳感器的輸出信號(hào)送給電腦。

霍爾式CKPS主要由觸發(fā)葉輪、霍爾集成塊、永久磁鐵等組成。根據(jù)霍爾原理，當(dāng)觸發(fā)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，便可感應(yīng)出高低變化的霍爾電壓，將這一電壓進(jìn)行放大處理，便可作為傳感器的信號(hào)送給電腦。

因大多數(shù)車(chē)輛采用的是磁電式CKPS，本文對(duì)磁電式CKPS的工作原理作如下介紹。

1.2 磁電式CKPS的工作原理

1.信號(hào)輪;2.感應(yīng)線(xiàn)圈;3.永久磁鐵

圖1 磁電式曲軸位置傳感器工作原理示意圖

參考圖1，當(dāng)信號(hào)輪隨著發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，信號(hào)輪與曲軸位置傳感器的間隙便有規(guī)律的發(fā)生變化，這便引起穿過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈的磁阻及磁通發(fā)生有規(guī)律的變化，當(dāng)信號(hào)輪齒向傳感器接近時(shí)感應(yīng)線(xiàn)圈的磁通量變大，當(dāng)信號(hào)輪齒遠(yuǎn)離傳感器時(shí)磁通量變小。根據(jù)楞次定律，在感應(yīng)線(xiàn)圈上會(huì)形成一個(gè)正弦感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該交變電動(dòng)勢(shì)的振幅（電壓）隨著信號(hào)輪轉(zhuǎn)速的提高而增大，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU便依此計(jì)算出曲軸的轉(zhuǎn)速[1]。

圖2 Bosch共軌的曲軸位置傳感器安裝位置

圖3 Bosch共軌柴油機(jī)信號(hào)輪

圖4 Bosch共軌柴油機(jī)信號(hào)輪長(zhǎng)齒槽

圖5 曲軸位置傳感器輸出波形圖

同時(shí)，采用磁電式高壓共軌系統(tǒng)中，信號(hào)輪的齒數(shù)分布不是完全均勻的。以博世共軌系統(tǒng)為例，它采用信號(hào)輪為“60-2”形式，當(dāng)信號(hào)輪轉(zhuǎn)動(dòng)到缺2齒的位置時(shí)，交變電動(dòng)勢(shì)便會(huì)發(fā)生一個(gè)突變，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU由此可判處一缸上止點(diǎn)的位置。圖2為博世共軌柴油車(chē)曲軸位置傳感器的位置。圖3為博世共軌柴油車(chē)信號(hào)輪的實(shí)物圖。圖4為博世共軌柴油車(chē)信號(hào)輪長(zhǎng)齒槽的位置。圖5為曲軸位置傳感器輸出波形圖，其中波形圖中發(fā)生突變的位置對(duì)應(yīng)的是一缸上止點(diǎn)的位置。

2 CKPS失效策略

CKPS失效策略是指CKPS發(fā)生故障后的運(yùn)行策略。它分為四級(jí)：一級(jí)——缺省值;二級(jí)——降扭矩;三級(jí)——limp home（跛行回家）;四級(jí)——停機(jī)[1]。

2.1 缺省值失效策略

對(duì)于不涉及駕駛安全性的輕微故障，電腦使用缺省值（故障后的默認(rèn)值）代替真實(shí)值。

2.2 降轉(zhuǎn)矩失效策略

部分較重要電控元件故障后，為了保證駕駛安全性、繼續(xù)駕駛以及排放性能等，電腦控制發(fā)動(dòng)機(jī)以降低功率的方式繼續(xù)運(yùn)行。

2.3 limp home（跛行回家）失效策略

對(duì)于部分嚴(yán)重系統(tǒng)故障，控制器運(yùn)行于較危險(xiǎn)情況下，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠繼續(xù)工作以便到最近服務(wù)站維修，電腦控制發(fā)動(dòng)機(jī)采用降轉(zhuǎn)矩、限轉(zhuǎn)速運(yùn)行，代替立即停機(jī)的失效策略。

2.4 停機(jī)失效策略

對(duì)于部分電控元件的特別嚴(yán)重故障，為了保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，電腦采用延時(shí)停機(jī)或立即停機(jī)的失效策略[2]。

3 GW2.8TC長(zhǎng)城柴油機(jī)與濰柴WP10.336柴油機(jī)CKPS失效分析

3.1 GW2.8TC長(zhǎng)城柴油機(jī)CKPS失效現(xiàn)象及研究分析

GW2.8TC長(zhǎng)城柴油機(jī)安裝的是博世EDC16系統(tǒng)，給CKPS進(jìn)行斷電（拔下插頭）試驗(yàn)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。

分析研究：該機(jī)型采用的是博世EDC16系統(tǒng)，若CKPS失效，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈后，系統(tǒng)仍然檢測(cè)不到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，便無(wú)法得知當(dāng)前的曲軸位置，無(wú)法找到第一缸上止點(diǎn)，系統(tǒng)便不能確定正確的噴油時(shí)刻，于是直接采用了第四種失效策略——停止噴油，使發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。

3.2 濰柴WP10.336柴油機(jī)CKPS失效現(xiàn)象及研究分析

濰柴WP10.336柴油機(jī)安裝的是博世EDC7系統(tǒng)，同樣我們給CKPS進(jìn)行斷電（拔下插頭試驗(yàn)），啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)能啟動(dòng)起來(lái)，同時(shí)點(diǎn)亮故障指示燈。

分析研究：濰柴采用的是EDC7系統(tǒng)，當(dāng)CKPS失效后采用的是跛行回家失效策略。CKPS失效系統(tǒng)利用凸輪軸位置傳感器（CMPS）讀取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及壓縮上止點(diǎn)信息，使車(chē)輛能順利啟動(dòng)，但同時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下情況：

（1）點(diǎn)亮故障燈;

（2）產(chǎn)生相關(guān)的故障碼P0008、P00016、P0340、P0341、P0335、P0336（視具體情況有所差異）;

（3）起動(dòng)時(shí)間可能會(huì)較正常情況稍長(zhǎng);

（4）油門(mén)感覺(jué)正常;

（5）車(chē)輛運(yùn)行沒(méi)有明顯影響，但油耗和排放可能會(huì)變差。

4 結(jié)論及預(yù)防措施

GW2.8TC長(zhǎng)城柴油機(jī)如果無(wú)法起動(dòng)，可能與CKPS失效有關(guān)，在故障診斷與檢測(cè)當(dāng)中應(yīng)該檢查CKPS的好壞使維修工作少走彎路。而濰柴WP10.336柴油機(jī)CKPS失效由于采用了跛行回家策略，同時(shí)會(huì)報(bào)出故障碼，這對(duì)故障診斷有很大幫助。但是由于該系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)能正常啟動(dòng)，車(chē)輛可運(yùn)行作業(yè)，可能被許多駕駛員疏忽而造成故障不能及時(shí)排除而觸發(fā)更多故障。

通過(guò)以上分析可以看到電控高壓共軌柴油機(jī)采用不同的系統(tǒng)，CKPS失效策略是不同，在這里無(wú)法定論哪種好與壞，但是在維修中必須明確所采用的是哪種失效策略，否則會(huì)給故障診斷和排除帶來(lái)很大困難。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉華，郭振杰.汽車(chē)柴油機(jī)電控系統(tǒng)檢修[M].教育科學(xué)出版社.

[2]仇桂玲，朱彥熙.內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理[M].電子工業(yè)出版社，2012.