馬 偉，姚 青

(1.湖北工業(yè)職業(yè)技術學院 汽車工程學院，湖北 十堰442000；2.深圳愛夫卡科技股份有限公司，廣東 深圳518000)

電控高壓共軌系統(tǒng)在發(fā)動機控制模塊的精密控制下，噴油器能在一個氣缸工作循環(huán)內按規(guī)定壓力和流量實現(xiàn)先導噴射、預噴射、主噴射、后噴射和次后噴射等五次燃油噴射[1]，在提高柴油發(fā)動機工作效率的同時，大大降低了柴油機的噪音和尾氣排放物。目前，高壓共軌柴油發(fā)動機大量應用于商用車領域。在共軌式柴油機市場中，博世公司的產(chǎn)品占據(jù)了中國市場份額的90%以上，BOSCH柴油共軌系統(tǒng)出現(xiàn)的典型故障就具有很強的代表性。通過實際調研發(fā)現(xiàn)，柴油機進入失效保護模式的情況時有發(fā)生，而引發(fā)柴油機進入失效保護模式的故障點有很多，原因涉及燃油供給系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和尾氣后處理系統(tǒng)等多方面。本文通過故障案例，總結出柴油發(fā)動機ECU監(jiān)測到共軌壓力波動異常，控制發(fā)動機進入失效保護模式這類故障的處理方法。

1 發(fā)動機轉速限制故障簡述

一臺裝備博世柴油高壓共軌系統(tǒng)的一汽解放某型載貨汽車，行駛中出現(xiàn)發(fā)動機故障燈點亮后，加不上油，最高轉速被限制在1 500轉/分鐘。

2 故障原因綜合分析

2.1 故障初檢及分析

(1)將點火開關置于“ON”位置后，發(fā)動機故障指示燈點亮，約兩秒后正常熄滅。說明電控系統(tǒng)自檢傳感器，執(zhí)行器及相關線路正常。

(2)啟動發(fā)動機，目視觀察發(fā)動機工作狀態(tài)。緩緩踩下加速踏板，發(fā)動機轉速升至接近2 300轉/分鐘時，觀察儀表未見異常；在發(fā)動機轉速繼續(xù)上升至接近2 400轉/分鐘時，發(fā)動機故障指示燈點亮；在故障燈點亮后，發(fā)動機轉速自動降低，且被限制在最高1 500轉/分鐘，進入失效保護模式,即跛行回家模式。如果此時松開加速踏板，發(fā)動機轉速回到怠速，故障指示燈熄滅，再次踩下加速踏板，將發(fā)動機轉速提升至2 400轉/分鐘后，故障現(xiàn)象重現(xiàn)。

(3)在發(fā)動機故障指示燈常亮時，連接故障診斷儀讀取發(fā)動機故障代碼為:P01E8，油量計量單元設定流量相比理論計算的最大值大。

2.2 BOSCH柴油共軌系統(tǒng)工作原理

BOSCH柴油共軌系統(tǒng)的油路按燃油壓力和流動路徑可分為三類油路，如圖1。

(1)低壓油路，流動路徑為：油箱→帶水分離器的預濾器→低壓齒輪油泵→主濾清器→噴油泵；

(2)高壓油路，流動路徑為：噴油泵→共軌管→噴油器高壓連接管→噴油器；

(3)回油油路，流動路徑為：噴油泵→油箱，共軌管→油箱，噴油器→油箱。

圖1 BOSCH柴油共軌系統(tǒng)的結構

BOSCH柴油共軌系統(tǒng)油路中僅有一個軌壓傳感器監(jiān)測共軌管內高壓燃油壓力(簡稱軌壓)，當?shù)蛪河吐啡加蛪毫Σ蛔?、高壓油路燃油泄漏或回油油路回油量過大時，均會引起軌壓異常波動，不能快速準確地分析判斷出導致軌壓異常波動的故障點，是共軌系統(tǒng)油路的特點，也是共軌系統(tǒng)油路檢修的難點。

在博世電控系統(tǒng)中，發(fā)動機控制模塊通過共軌燃油壓力傳感器(簡稱軌壓傳感器)和燃油計量單元實現(xiàn)燃油壓力的閉環(huán)控制[1]，其控制策略為：發(fā)動機ECU根據(jù)當前各傳感器輸入的信號，從內部程序中調出發(fā)動機正常工作所需要的燃油共軌壓力，即數(shù)據(jù)流中的“目標軌壓”值。軌壓傳感器將“當前軌壓”值傳遞給發(fā)動機ECU，發(fā)動機ECU將“當前軌壓”值與“目標軌壓”值進行對比：當“當前軌壓”值比“目標軌壓”值低時，發(fā)動機ECU通過脈寬調制PWM方式，控制加大燃油計量單元的開度，增加進入噴油泵的燃油量，以此提高油軌壓力；當“當前軌壓”值比“目標軌壓”值高時，發(fā)動機ECU通過脈寬調制PWM方式，控制減小燃油計量單元的開度，減少進入噴油泵的燃油量，以此降低油軌壓力。最終通過改變“當前軌壓”值，使“目標軌壓”值與“當前軌壓”值兩者數(shù)據(jù)達到一致。發(fā)動機整個運轉過程中，軌壓傳感器時刻監(jiān)控，燃油計量單元時刻進行調整。當發(fā)動機控制模塊監(jiān)測到軌壓傳感器壓力波動超過設定范圍時，將開啟失效保護模式，即跛行回家模式。具體表現(xiàn)為：發(fā)動機故障指示燈常亮、發(fā)動機扭矩下降、油軌壓力波動大、發(fā)動機轉速最高限制在1 500轉/分鐘。

2.3 故障代碼解析

故障代碼P01E8：油量計量單元設定流量相比理論計算的最大值大。它指向的是燃油計量單元存在問題。因為該發(fā)動機配備的燃油計量單元為常開式，燃油計量單元在不通電時油路開度最大，即A→B油路完全相通，如圖2。燃油計量單元在通電工作時，發(fā)動機ECU通過改變圖2中10柱塞的位置，將A→B油路逐漸關閉。占空比調大，燃油計量單元的通電時間會變長，此時關閉油路時間相應變長，通過的燃油量便減小，此時共軌管的“當前軌壓”值就會降低。反之，占空比調小，可以提高共軌管的“當前軌壓”值。

發(fā)動機ECU通過對比“當前軌壓”值和“目標軌壓”值的差異，調節(jié)燃油計量單元占空比數(shù)據(jù)在20%左右。當占空比數(shù)據(jù)超出ECU設定的正常范圍時，發(fā)動機ECU報出故障“油量計量單元設定流量比理論計算值大，或者小”。此時，我們應將維修的方向從燃油計量單元流量調節(jié)轉移到：“當前軌壓”值和“目標軌壓”值不相符。

圖2 燃油計量單元

2.4 數(shù)據(jù)流分析

通過讀取軌壓數(shù)據(jù)，驗證維修方向是否正確。

(1)觀察怠速數(shù)據(jù)流

啟動發(fā)動機，在怠速工況下觀察數(shù)據(jù)流選項35“目標軌壓”值和選項34“當前軌壓”值，數(shù)據(jù)非常接近，并且沒有明顯波動，說明怠速時軌壓平穩(wěn)正常。如表1。

表1 發(fā)動機怠速工況下的數(shù)據(jù)流

(2)觀察加速工況下數(shù)據(jù)流

踩下加速踏板，觀察數(shù)據(jù)流選項35“目標軌壓”值和選項34“當前軌壓”值，短時間內出現(xiàn)了兩組不同狀態(tài)的數(shù)據(jù)，如表2、表3。

表2 發(fā)動機加速工況下的數(shù)據(jù)流一

表3 發(fā)動機加速工況下的數(shù)據(jù)流二

通過對比表2和表3的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當35“目標軌壓”值在1 033 bar-1 069 bar時，34“當前軌壓”從954 bar-1 140 bar大范圍波動，證明發(fā)動機的油軌壓力不穩(wěn)定，這就是產(chǎn)生故障的真正原因。

2.5 故障可能性分析

引起油軌壓力異常波動原因大致有：

(1)燃油計量單元內部柱塞工作不良導致油量波動；

(2)軌壓傳感器信號有偏差；

(3)柴油壓力不穩(wěn)定。

其中原因(3)的涉及面很廣，包括燃油濾芯、噴油器和噴油泵等。還需要結合前面油路分類中提到的低壓油路，高壓油路，回油油路。在此僅通過故障碼和軌壓數(shù)據(jù)流還不能鎖定故障點，還需要一些輔助方法來查找。

3 故障診斷與排除

通過系統(tǒng)生成的與燃油計量單元有關的故障代碼將故障鎖定為油路故障。進行如下操作：

(1)確認故障油路：將燃油壓力表接入低壓油路壓力端(低壓齒輪泵到高壓噴油泵之間管路上)，如圖3。在怠速狀態(tài)下，測量柴油低壓油路壓力，燃油壓力為6 bar，且加油過程中指針平穩(wěn)，沒有劇烈擺動，證明低壓油路正常。如圖4。(注意：如果壓力油路壓力低于4bar，說明低壓油路壓力不足，可能存在堵塞泄漏，或低壓齒輪泵磨損等問題；如果指針劇烈擺動，說明燃油管路中有空氣或不通暢)此時只需要檢查高壓油路和回油油路。

圖3 低壓燃油壓力測試接頭

圖4 低壓燃油壓力表讀數(shù)

(2)松開共軌管的回油管，啟動發(fā)動機，發(fā)現(xiàn)有少量燃油泄漏，踩下加速踏板，回油量逐漸增大。因該系統(tǒng)最大工作壓力為1 600 bar, 而限壓閥的打開壓力為1 850 bar，軌壓未達到1 850 bar時，共軌管的回油管是不會有回油的。但在該案例中，只要發(fā)動機啟動，“當前軌壓”值沒有上升到1 850 bar時，共軌回油管已經(jīng)有回油，說明限壓閥有泄漏故障。拆除限壓閥，看到上面有很多雜質(如圖5)，使用強光手電仔細觀察共軌管內部，有銹渣附著在內壁，判斷此情況為車輛使用的柴油含水量較多、油水分離器和柴油濾芯過濾效果不良，或未按時保養(yǎng)車輛，導致共軌管內部生銹，造成限壓閥卡滯回油，需更換共軌管總成。

圖5 限壓閥

(3)更換共軌管總成后，故障燈熄滅，試車踩油門發(fā)動機不再限速，讀取數(shù)據(jù)流查看“當前軌壓”值和“目標軌壓”值始終非常接近，共軌回油管也沒有回油流出，系統(tǒng)正常，故障排除。

4 結語

柴油共軌系統(tǒng)油壓異常波動是一類非常常見且形成原因較復雜的故障，檢修時需要全面掌握共軌壓力閉環(huán)控制工作原理及失效策略，巧妙運用數(shù)據(jù)流選項中“當前軌壓”和“目標軌壓”的數(shù)值變化對比，使用燃油壓力表等檢測工具與設備，準確判斷出故障類型及故障原因，以提高故障排查的效率和質量。