劉繼武

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

維特根W2200-3800sm 采礦機主要用于露天礦道路的修筑，該款機型采用成熟的切削技術(shù)針對工作路面進行銑刨，能夠顯著提高道路工程質(zhì)量。維特根采礦機采用的是由美國卡特彼勒公司生產(chǎn)3412E型發(fā)動機，發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)采用高壓機油為單體噴油器提供動力與電子控制技術(shù)相結(jié)合的方式[1]，不再依靠傳統(tǒng)機械驅(qū)動的方式驅(qū)動噴油器，通過高壓油泵為噴油器活塞提供動力和電腦（簡稱ECM）控制單體噴油器相結(jié)合的方式控制噴油器工作。該噴油器具有較高的可靠性和靈活性，根據(jù)ECM 提供的信號控制燃油噴射壓力和噴射量，ECM 根據(jù)安裝在發(fā)動機各部位的傳感器提供的信號確定發(fā)動機的實時工作情況并對這些信號進行分析進而控制燃油系統(tǒng)工作，實現(xiàn)使發(fā)動機處于最理想的工作狀態(tài)[2]。由于采用高壓機油驅(qū)動電子控制單體噴油器，需要高壓機油為其提供的動力，若機油壓力存在異常，則發(fā)動機可能出現(xiàn)故障。也就是說該款機型出現(xiàn)發(fā)動機啟動或動力異常的故障需要從3 個方面考慮：①發(fā)動機啟動控制電路是否正常；②燃油供給油路是否正常；③機油供給油路是否正常。

1 維特根采礦機啟動控制電路

1.1 發(fā)動機啟動控制電路組成及工作原理

1）發(fā)動機啟動控制電路的組成。3412E 發(fā)動機啟動原理圖如圖1。3412E 型發(fā)動機啟動控制電路主要由啟動繼電器、啟動開關(guān)、可復位斷路器、發(fā)電機、啟動馬達、蓄電池、ECM 組成、總電源開關(guān)和相關(guān)連接導線等組成。

圖1 3412E 發(fā)動機啟動原理圖

2）發(fā)動機啟動控制電路工作原理。當總電源打開后，蓄電池正極輸出的電流經(jīng)可復位斷路器向ECM 供電；當啟動開關(guān)轉(zhuǎn)到第2 檔位即啟動位置時，啟動繼電器得電并吸和使啟動馬達得電運轉(zhuǎn)，啟動馬達帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)動；當發(fā)動機的機油低壓油路、高壓油路壓力、啟動轉(zhuǎn)速等都達到要求時實現(xiàn)發(fā)動機的啟動。此時松開啟動開關(guān)使開關(guān)處于第1 檔位，控制電源繼電器使全車供電，同時提供ECM 發(fā)動機運行信號；當啟動開關(guān)轉(zhuǎn)至0 檔位即斷開啟動開關(guān)時，控制電源繼電器使全車失去供電，ECM 失去運行信號使發(fā)動機熄火。

1.2 發(fā)動機啟動控制電路常見故障

1）啟動電源故障。即當啟動蓄電池充電量不足、內(nèi)部極板短路、蓄電池連接端子不牢等原因造成電壓低于額定值將導致啟動馬達無法轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速不足，通常情況下啟動馬達達到70 r/min 以上才能啟動發(fā)動機，當啟動馬達轉(zhuǎn)速不足時，機油泵和高壓油泵無法為噴油器提供足夠的壓力實現(xiàn)噴油器正常噴出霧化的燃油從而導致無法啟動。

2）啟動控制故障。即啟動開關(guān)故障導致啟動信號無法提供到啟動繼電器使馬達無法轉(zhuǎn)動、啟動繼電器故障導致啟動馬達無法轉(zhuǎn)動、斷路器故障導致蓄電池供電信號無法提供至ECM、ECM 遠程熄火信號異常接地、與啟動相關(guān)的各個電氣元件之間線路故障等。

3）啟動執(zhí)行元件故障。即啟動馬達故障，啟動馬達常見故障有馬達連接線路接觸不良、磁力開關(guān)觸點接觸不良、啟動馬達小齒輪與飛輪齒圈嚙合不實出現(xiàn)異常磨損、單向離合器卡死無法彈出、啟動馬達勵磁繞組絕緣不好存在短路、換向器出現(xiàn)環(huán)火或碳刷接觸不良等情況。

4）ECM（電子控制模塊）及傳感器故障。ECM 是一塊由美國卡特彼勒公司制造的用于控制發(fā)動機的電腦，ECM 可以根據(jù)司機的控制指令和傳感器提供的工作狀態(tài)信號，經(jīng)過計算可以及時準確地對噴油器的噴油量、噴油正時和噴油壓力進行實時控制，同時，還能夠監(jiān)控發(fā)動機的實時運行狀態(tài)和記錄發(fā)動機的故障信息。發(fā)動機上的傳感器將發(fā)動機的實時工作情況采集并將信號發(fā)送至ECM，ECM 根據(jù)采集到工況信息計算出更合理的噴油量。發(fā)動機常見的傳感器有水溫傳感器、進氣溫度傳感器、大氣壓力傳感器、進氣壓力傳感器、速度傳感器等，當傳感器出現(xiàn)故障將會導致發(fā)動機報警同時可能會影響發(fā)動機的動力甚至造成無法正常啟動和運行[3]。

2 發(fā)動機潤滑與燃油系統(tǒng)

發(fā)動機潤滑與燃油系統(tǒng)如圖2。

圖2 3412E 發(fā)動機潤滑與燃油系統(tǒng)

2.1 維特根采礦機燃油供給油路

2.1.1 發(fā)動機的燃油供給油路組成及工作原理

燃油從燃油箱吸出后，流經(jīng)燃油一級濾芯后到達燃油泵的入口處，燃油經(jīng)過燃油泵加壓后，從泵出口流出，流出后的燃油經(jīng)過燃油二級濾芯過濾，最后到達發(fā)動機的2 條燃油供給管道。2 條燃油供油管道分別與6 個高壓機油驅(qū)動電子單體噴油器相連并提供參與燃燒的燃油。燃油供給管道的燃油并不是全部供給到噴油器中參與燃燒，多余的燃油經(jīng)燃油回油單向閥后通過回油油管流回燃油箱。燃油回油單向閥是一個利用彈簧施加壓力使開啟壓力限制在35 kPa 的單向閥，這樣可以保持燃油系統(tǒng)工作壓力，當燃油回油單向閥出現(xiàn)故障時可能會造成動力不足或啟動不著。

2.1.2 發(fā)動機燃油供給油路常見故障

1）燃油泵故障。3412E 發(fā)動機燃油泵為齒輪泵，上面裝有1 個用來限制壓力的安全閥，該閥將燃油泵的出口壓力限制在450～830 kPa 之間，并將燃油提供給高壓機油驅(qū)動電子單體噴油器[4]。燃油泵常見故障有以下幾個方面：①泵內(nèi)齒輪磨損過大導致壓力不足、鑄件破裂；②中間軸和軸承損壞：在更換燃油管件過程中沒有及時清理異物會通過吸入泵腔內(nèi)，導致泵的齒輪卡住，造成中間軸的變形甚至斷裂；③減壓閥卡住：燃油泵減壓閥是用來限制最大燃油壓力從而保證整個燃油系統(tǒng)正常工作，如果減壓閥卡住被卡住在非正常位置，就會使燃油壓力異常；④油封損壞：當燃油泵油封存在損壞的情況后，將導致燃油進入機油內(nèi)造成機油稀釋造成機油潤滑不良同時可能影響燃油壓力[5]。

2）燃油過濾器堵塞或管路滲漏。檢查燃油過濾器和管路通常從以下幾個方面入手。①檢查柴油箱到燃油過濾器油路是否存在堵塞、滲漏[6]；②檢查柴油管路中有無空氣、燃油濾芯因使用時間過長而阻塞；③通過使用手油泵泵油，通過顯示器或ET（卡特彼勒用于故障診斷的軟件）查看燃油系統(tǒng)壓力是否快速下降。如果壓力下降過快說明管路或元器件有滲漏的情況。

3）高壓機油驅(qū)動電子單體噴油器本身出現(xiàn)異常。高壓機油驅(qū)動電子單體噴油器針閥是極其精密的元器件，對燃油品質(zhì)要求非常高，如果柴油質(zhì)量不好，噴油器可能會出現(xiàn)噴油器霧化效果不好或針閥卡死等情況[7]?？梢杂肊T 測量噴油器工作是否正常、線路是否有短路和斷路的情況。用ET 中的“噴油器電磁閥測試”功能，給每個噴油器的電磁閥給電和斷電，通過是否聽到發(fā)動機里的噴油器電磁閥有“嗒、嗒”的聲音，判斷噴油器電磁閥是否工作正常工作。通過ET 中的“斷缸測試”功能，測試每個噴油器工作狀況是否良好，首先將發(fā)動機機轉(zhuǎn)速保持1 個固定的轉(zhuǎn)速值，利用ET 進行斷缸測試，使其噴油器逐個停止和恢復工作。如果此時發(fā)動機轉(zhuǎn)速短時有所下降并恢復，同時出現(xiàn)聲音出現(xiàn)變化以及可能有短暫的抖動，并且ET 中測試的數(shù)值其他噴油器差距不大，說明此缸噴油器工作狀況良好。反之，發(fā)動機轉(zhuǎn)速、聲音沒有任何變化，測試的數(shù)值與其他噴油器有明顯差異，說明該缸噴油器一直沒有工作，應(yīng)對其檢查或更換。

2.2 維特根采礦機機油供給油路

2.2.1 發(fā)動機的機油供給油路組成及工作原理

采礦機發(fā)動機的機油泵安裝發(fā)動機缸體的底部，泵的吸油管安裝在油底殼內(nèi)。機油泵將機油從油底殼中抽出，機油隨后經(jīng)機油潤滑管路流向機油冷卻器。隨后流經(jīng)機油濾芯，機油進入主油道。主油道的機油分配給主軸承、凸輪軸軸承、挺柱滾子軸承、前惰輪軸承和渦輪增壓器供油管路等。前殼體油道將機油向上送至高壓油泵。油道加長管路位于發(fā)動機缸體的右前側(cè)。油道加長管路為前惰輪軸承供應(yīng)機油。油道將來自前后凸輪軸軸承的機油送往缸體內(nèi)的油道。機油隨后進入通往推桿挺柱的油道。這些機油負責潤滑挺柱滾子軸承。高壓泵是由齒輪驅(qū)動的軸向活塞泵，高壓泵將機油壓力升高到單體噴油器所需驅(qū)動壓力的水平。噴油驅(qū)動壓力控制閥內(nèi)置于高壓油泵。噴油驅(qū)動壓力控制閥采用電子方式控制高壓油泵的輸出壓力。油路由低壓段和高壓段組成。低壓油路的工作壓力通常在240～ 480 kPa。低壓油路在為發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)供油的同時還為高壓油泵提供已過濾的機油。機油泵將油從油底殼中抽出后經(jīng)由機油冷卻器和機油濾芯到達發(fā)動機潤滑油路和高壓油泵。高壓油路為單體噴油器提供驅(qū)動油，高壓油路的壓力通常在5～23 MPa。高壓油經(jīng)由管路到達高壓油道，高壓油道安裝在每個缸蓋頂部的流體歧管內(nèi)。歧管保存處于驅(qū)動壓力下的機油。機油通過氣門罩蓋下方從單體噴油器中流出，無需回油管。機油泵上安有旁通閥對來自機油泵的機油壓力進行限制。機油泵送入系統(tǒng)中的機油量可能超過需求量。隨著機油壓力的升高，機油泵旁通閥打開。從而使不需要的機油返回到機油泵的進口側(cè)。如果發(fā)動機溫度低，高粘度涼機油會導致流經(jīng)機油冷卻器和機油濾芯的機油受阻，機油冷卻器和機油濾芯上旁通閥將打開。從而對所有部件進行瞬間潤滑。機油泵使涼機油流經(jīng)機油冷卻器和機油濾芯的旁通閥到達缸體內(nèi)的主油道。機油變暖時，機油粘度降低，旁通閥關(guān)閉。此時機油繼續(xù)正常流過機油冷卻器和機油濾芯。當機油冷卻器或機油濾芯堵塞時，旁通閥也會打開。如果機油冷卻器或機油濾芯堵塞，通過此過程潤滑發(fā)動機。旁通閥打開壓力隨具體場合的不同而變化。

2.2.2 發(fā)動機機油供給油路常見故障

1）機油泵故障。3412E 發(fā)動機機油泵為齒輪泵，該泵可以提高機油壓力并保證一定的供油量，向各需要潤滑的部位和高壓油泵強制供油。機油泵常見故障有幾個方面：①泵內(nèi)齒輪磨損過大導致壓力降低、殼體破裂：泵的殼體破裂，通常是由于泵安裝不當或異物沖擊而造成的；②中間軸和軸承損壞：發(fā)動機非正常產(chǎn)生的異物會通過吸油過濾篩進入泵腔內(nèi)，如果有異物卡在泵的齒輪之間，中間軸就可能會變形或斷裂軸承也造成損壞；③減壓閥卡住：機油泵減壓閥是用于限制機油壓力的，如果有異物進入到減壓閥內(nèi)，使減壓閥卡住在非正常位置將導致機油壓力異常。

2）高壓油泵故障。高壓機油泵是1 個由發(fā)動機自身驅(qū)動的軸向柱塞泵。高壓油泵壓力傳感器將高壓油路中機油壓力信號傳遞至ECM，ECM 通過控制壓力控制閥調(diào)整高壓油泵壓力將高壓油軌中油壓控制在5～23 MPa 從而滿足發(fā)動機最佳性能的需求。機油從高壓機油驅(qū)動電子單體噴油器直接回到發(fā)動機氣門室罩下邊并流回油底殼。高壓油泵常見故障的原因有：①吸入量不足：機油液位過低導致機油吸入量不足，進油管存在滲漏，機油冷卻器、機油濾芯堵塞等；②泄漏量過大：如配流盤被金屬碎屑劃傷，吸油腔、排油腔或減壓槽密封不良造成泵的間隙過大；③傾斜盤傾角不足：比例電磁閥故障或異物進入變量活塞，在控制活塞上劃出劃痕，造成控制活塞泄壓而運動不穩(wěn)定使斜盤傾角不足從而導致泵的流量不足；④當高壓油泵比例電磁閥存在供電異?；螂姶砰y損壞也會導致高壓泵控制故障。

3）高壓油泵控制電磁閥及其傳感器故障。高壓油泵控制電磁閥（IAP 控制閥）安裝在高壓油泵上，它根據(jù)發(fā)動機ECM 提供的信號控制電磁閥運動，將高壓機油壓力控制在合理區(qū)間。高壓油泵傳感器對高壓油道內(nèi)壓力進行實時監(jiān)測，監(jiān)測信號提供給ECM 后，ECM 會將實時數(shù)值與期望的壓力值進行對比并修正高壓油泵控制閥的電流值，進而實現(xiàn)對壓力的閉環(huán)控制。當高壓油泵控制電磁閥或其傳感器故障將導致高壓機油壓力異常進而導致發(fā)動機工作異常或無法啟動[8]。

4）供油管路故障。供油管路常見故障有:①機油冷卻器存在堵塞；②機油濾芯由于質(zhì)量不合格或不及時更換導致堵塞；③通向2 條高壓油路單向閥異常存在卡滯的現(xiàn)象；④2 條高壓油路管路存在滲漏和高壓油路到單體噴油器的“O”型密封出現(xiàn)滲漏導致壓力無法建立等。

5）機油選擇不當。由于該款發(fā)動機采用高壓機油驅(qū)動單體噴油器，所以，在日常使用過程中對機油粘度和品質(zhì)要求較高。在天氣較為寒冷的情況下通常需選用5W-40 或0W-40 的機油，否則可因機油流動性太差而導致機油壓力異常進而無法啟動[9]。

4 結(jié)語

維特根采礦機采用的卡特彼勒3412E 型發(fā)動機所用的HEU I 燃油系統(tǒng)較傳統(tǒng)發(fā)動機燃油更為復雜。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)相比需要機油潤滑系統(tǒng)的提供動力，燃油油路部分通過ECM 控制噴油器電磁閥實現(xiàn)對噴油壓力實時控制，與其他車型的噴油器相比HEUI 燃油系統(tǒng)噴油壓力與柴油機負荷和轉(zhuǎn)速無關(guān)，噴油器不需要傳統(tǒng)方式的機械驅(qū)動，取而代之的是利用機油進行驅(qū)動，而機油潤滑油路又分低壓和高壓部分，在處理機油潤滑系統(tǒng)故障時還要從這2 個方面入手。傳統(tǒng)的技術(shù)手段已不能滿足維修HEUI 燃油系統(tǒng)的需求，必須具備機械、電氣和液壓方面的知識和技能，深入學習所維修燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。才能更好更快地處理HEUI 燃油系統(tǒng)的問題，還要能熟練掌握設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的故障診斷工具，在設(shè)備出現(xiàn)故障時，應(yīng)通過故障診斷工具讀出故障信息，根據(jù)故障信息和故障現(xiàn)象分析出故障點[9]，對故障進行更深入的檢查，進而排除故障。