周立春，楊明波，劉世浩

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

拖拉機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的動(dòng)力設(shè)備，目前已全部切換為非道路三階段排放水平，預(yù)計(jì)2022年底全面升級(jí)非道路四階段[1]。排放升級(jí)帶來的是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平的不斷提高。為了滿足排放要求，各品牌柴油機(jī)基本都采用電控高壓共軌技術(shù)。因?yàn)樵黾釉S多精密零部件，起動(dòng)過程出現(xiàn)的故障會(huì)比機(jī)械泵時(shí)期更難排查和解決。

拖拉機(jī)的起動(dòng)過程是指：機(jī)手發(fā)出起動(dòng)要求，旋轉(zhuǎn)鑰匙開關(guān)；ECU收到指令后首先判斷發(fā)動(dòng)機(jī)和整車狀態(tài)，然后控制起動(dòng)機(jī)工作；起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合入飛輪齒圈，將起動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸；在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，起動(dòng)機(jī)自動(dòng)脫開齒圈；與此同時(shí)，曲軸通過凸輪軸控制氣門完成進(jìn)排氣工作，齒輪帶動(dòng)油泵完成供油工作，ECU控制噴油器實(shí)現(xiàn)精確噴油。燃油系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、電控系統(tǒng)多個(gè)系統(tǒng)共同協(xié)作，實(shí)現(xiàn)順利起動(dòng)。

根據(jù)農(nóng)機(jī)推廣鑒定《農(nóng)用柴油機(jī)》（DG-T 003-2019）起動(dòng)試驗(yàn)通用要求，柴油機(jī)與測(cè)功機(jī)脫開或測(cè)功機(jī)處于空載位置，開啟起動(dòng)按鈕使柴油機(jī)起動(dòng)，在15 s內(nèi)柴油機(jī)可自行運(yùn)轉(zhuǎn)，為起動(dòng)成功。重復(fù)起動(dòng)3次，每次間隔2 min，3次起動(dòng)中至少成功2次即通過試驗(yàn)。

從以上步驟可以看出，拖拉機(jī)的多個(gè)系統(tǒng)都參與到了起動(dòng)這一過程，這就導(dǎo)致容易出現(xiàn)起動(dòng)故障，如起動(dòng)困難、無法起動(dòng)等。本文主要梳理和總結(jié)各系統(tǒng)參與起動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的問題，方便后續(xù)遇到起動(dòng)故障時(shí)，有層次、有條理地排查和解決故障。

1 起動(dòng)故障分類

按照整車各系統(tǒng)分類，可以將起動(dòng)故障起因件分為：燃油系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、電器電控系統(tǒng)，見圖1。

圖1 起動(dòng)故障分類Fig.1 The classification of starting fault

2 燃油系統(tǒng)分析

根據(jù)售后統(tǒng)計(jì)，燃油系統(tǒng)導(dǎo)致的起動(dòng)故障數(shù)量名列前茅。之所以油路故障多，原因是柴油經(jīng)過的零部件種類多、數(shù)量多。這些零部件中低壓油路部分由各整車廠負(fù)責(zé)，水平參差不齊，容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)上或者工藝上的問題。油路故障可以分為兩大類：低壓油路故障、高壓油路故障。

2.1 低壓油路故障分析

低壓油路故障主要起因件有：燃油管路、燃油濾清器、燃油箱、燃油。

2.1.1 燃油油管分析

燃油油管內(nèi)徑匹配不合適，油管內(nèi)徑小導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)供油不足。優(yōu)化建議：整車油路按照發(fā)動(dòng)機(jī)低壓管路內(nèi)徑推薦值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

燃油油管材質(zhì)軟，且管路中間缺少固定導(dǎo)致油管有折彎部分，供油不暢。優(yōu)化建議：燃油管路須用管夾在間隔約300 mm的位置上進(jìn)行固定，避免折彎。

2.1.2 燃油濾清器分析

燃油濾清器高度低于噴油泵＞1 m，油液因重力下落，管路易產(chǎn)生空腔，起動(dòng)瞬間無法供油。優(yōu)化建議：燃油濾清器的位置盡量靠近噴油泵。推薦使用帶電動(dòng)泵的燃油濾清器，可以在整車上電時(shí)泵油，使燃油提前充滿管路。

2.1.3 燃油箱分析

燃油箱內(nèi)進(jìn)回油口高度不合適，導(dǎo)致特定情況時(shí)吸空，無法供油。優(yōu)化建議：燃油箱進(jìn)回油口在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行及停車放置時(shí)均應(yīng)沒入最低油面，且回油管口位置應(yīng)低于進(jìn)油管口。以免出現(xiàn)油箱內(nèi)燃油較少、車輛顛簸時(shí)進(jìn)油管吸空的現(xiàn)象及停車后空氣沿回油管進(jìn)入油泵的情況，從而避免發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難的發(fā)生。

2.1.4 燃油分析

燃油選用不合適，低溫環(huán)境中使用常溫柴油，導(dǎo)致柴油結(jié)蠟。優(yōu)化建議：發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性受燃油品質(zhì)的影響很大，要正確使用燃油。一般根據(jù)使用環(huán)境，按燃油的冷凝點(diǎn)選擇柴油的牌號(hào)。溫度在0℃以下時(shí)，使用低溫時(shí)具有低黏度的冬季燃油。如果長(zhǎng)時(shí)間在寒區(qū)工作，可以使用帶燃油加熱功能的燃油濾清器。

2.2 高壓油路故障分析

高壓油路故障主要起因件有：噴油泵、共軌管、噴油器。起因件分析與優(yōu)化建議如下。

2.2.1 噴油泵分析

噴油泵流量計(jì)量單元出現(xiàn)故障導(dǎo)致起動(dòng)困難。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，ECU會(huì)根據(jù)起動(dòng)轉(zhuǎn)速、起動(dòng)扭矩計(jì)算出噴油泵流量計(jì)量單元的打開角度，實(shí)現(xiàn)軌壓控制。如果油品問題導(dǎo)致流量計(jì)量單元卡滯，則ECU無法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)軌壓，造成軌壓過低起動(dòng)困難或無法起動(dòng)。

2.2.2 共軌管分析

共軌管泄壓閥故障導(dǎo)致起動(dòng)困難。共軌管的主要作用是存儲(chǔ)高壓燃油。目前高壓共軌柴油機(jī)系統(tǒng)壓力比傳統(tǒng)柴油機(jī)要高出3倍，最高能達(dá)到200 MPa的燃油噴射壓力[2]。如果共軌管的泄壓閥不正常開啟，燃油壓力會(huì)瞬間泄漏，造成噴油器的輸入壓力下降，噴油量大幅度減少，造成無法起動(dòng)。

2.2.3 噴油器分析

噴油器卡滯、霧化不良導(dǎo)致起動(dòng)困難。ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的各種工況控制噴油器的開啟，提供精確地噴射。如果使用劣質(zhì)燃油，油內(nèi)有大顆粒雜質(zhì)，進(jìn)入噴油器造成卡滯，霧化不良，燃燒不充分，從而影響起動(dòng)[3]。

優(yōu)化建議：通過以上3個(gè)典型故障分析可以得出，高壓油路系統(tǒng)本身都是高精度零部件，質(zhì)量控制嚴(yán)格，自身出現(xiàn)故障的概率很小。絕大多數(shù)高壓油路故障最根本原因是油品質(zhì)量差。燃油中如果含水比較多，會(huì)造成零部件銹蝕。如果雜質(zhì)比較多，會(huì)造成零部件卡滯損壞[4]。這就要求用戶加強(qiáng)保養(yǎng)意識(shí)，拒絕低價(jià)劣質(zhì)柴油，不要因貪圖一時(shí)便宜反而造成更大的損壞，得不償失。

3 進(jìn)排氣系統(tǒng)故障分析

進(jìn)排氣系統(tǒng)同樣是拖拉機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)。中拖、大拖拖拉機(jī)絕大多數(shù)都采用增壓或增壓中冷技術(shù)。增壓機(jī)型相比自吸機(jī)型，可以在排量不變的情況下，燃燒更多的燃油，提高升功率。但是隨增壓技術(shù)的出現(xiàn)，進(jìn)排氣故障點(diǎn)也隨之增多，特別是起動(dòng)相關(guān)的故障。

3.1 進(jìn)氣系統(tǒng)故障分析

進(jìn)氣系統(tǒng)的作用是：向發(fā)動(dòng)機(jī)提供新鮮、清潔、干燥的空氣進(jìn)行燃燒。避免灰塵對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零件的磨損，延長(zhǎng)使用壽命。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和壽命至關(guān)重要[5]。

進(jìn)氣系統(tǒng)故障主要起因件有：空氣濾清器、進(jìn)氣管路、緊固卡箍。起因件分析與優(yōu)化建議如下。

3.1.1 空氣濾清器分析

空氣濾清器堵塞，進(jìn)氣不足，導(dǎo)致氣缸內(nèi)燃油燃燒不充分造成起動(dòng)困難。優(yōu)化建議：空氣濾清器增加進(jìn)氣阻力電子報(bào)警器。報(bào)警器通過線束連接到駕駛室儀表盤。當(dāng)空濾阻力變大時(shí)，儀表盤警示燈閃爍，提醒用戶及時(shí)清理更換濾芯。

3.1.2 進(jìn)氣管路分析

進(jìn)氣管路材質(zhì)軟，進(jìn)氣負(fù)壓將管路吸扁，進(jìn)氣流量減少，導(dǎo)致燃燒不充分。優(yōu)化建議：空濾至增壓器前的進(jìn)氣管路應(yīng)有足夠的耐負(fù)壓要求，防止吸扁或振動(dòng)變形。膠管可通過增加纖維夾層或鋼絲以提高抗負(fù)壓能力。

3.1.3 緊固卡箍分析

增壓后氣體壓力大，如果管路卡箍松脫，管路會(huì)大量漏氣，進(jìn)氣流量減少，導(dǎo)致燃燒不充分。優(yōu)化建議：硬管與橡膠連接位置應(yīng)用無縫鋼管制作并且管口部位有凸緣，保證橡膠管與硬管為過盈配合連接。卡箍必須具有360°密封作用但又不損壞膠管，推薦T型強(qiáng)力卡箍。

3.2 排氣系統(tǒng)故障分析

排氣系統(tǒng)的主要作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)最佳性能的同時(shí)把發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣經(jīng)由排氣管路輸送到消聲器或后處理進(jìn)行降噪處理、空氣凈化后排放到大氣中。排氣系統(tǒng)故障主要起因件有：消聲器、排氣管路。起因件分析與優(yōu)化建議如下。

消聲器、排氣管路如果堵塞或折彎太多，造成排氣背壓過大。排氣背壓增大會(huì)導(dǎo)致充氣損失增加，排氣消耗的功率增多[6]。如果背壓太大會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)困難。優(yōu)化建議：拖拉機(jī)嚴(yán)格按照發(fā)動(dòng)機(jī)要求設(shè)計(jì)，排氣系統(tǒng)背壓不能大于發(fā)動(dòng)機(jī)要求。排氣管路應(yīng)盡可能直，根據(jù)布置情況當(dāng)需要折彎時(shí)，彎曲半徑應(yīng)盡可能加大，以減小排氣阻力。另外拖拉機(jī)裝配完成后及時(shí)測(cè)試排氣背壓，確認(rèn)排氣背壓是否符合發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求。

4 電器電控系統(tǒng)

國(guó)三電控柴油機(jī)相比傳統(tǒng)柴油機(jī)在電器系統(tǒng)部分增加了控制單元（ECU）、發(fā)動(dòng)機(jī)線束、整車線束、各種傳感器、各種執(zhí)行器等電子元件。另外為了滿足拖拉機(jī)高端化、智能化的發(fā)展，ECU內(nèi)部設(shè)計(jì)集成了各項(xiàng)電控功能。這些電器件與電控功能給拖拉機(jī)帶來技術(shù)升級(jí)的同時(shí)，也給起動(dòng)過程帶來了更多的故障點(diǎn)。電器電控系統(tǒng)故障主要起因件有：起動(dòng)機(jī)、蓄電池、傳感器、整車線束、電控功能。起因件分析與優(yōu)化建議如下。

4.1 起動(dòng)機(jī)分析

起動(dòng)機(jī)是起動(dòng)過程的主要零部件。起動(dòng)機(jī)主要故障是起動(dòng)機(jī)進(jìn)水、進(jìn)油、進(jìn)塵損壞。優(yōu)化建議：飛輪殼不密封，有進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，建議選用無鼻結(jié)構(gòu)且前端無排水孔的起動(dòng)機(jī)。若拖拉機(jī)有水田工作需求建議選用防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67及以上的全密封起動(dòng)機(jī)[7]。

4.2 蓄電池分析

在起動(dòng)過程中，蓄電池將內(nèi)部的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，然后通過起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。蓄電池虧電會(huì)導(dǎo)致電壓下降，起動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之下降，造成起動(dòng)無力或者無法起動(dòng)[8]。優(yōu)化建議：拖拉機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注蓄電池，根據(jù)起動(dòng)機(jī)的功率等選擇合適的蓄電池容量。拖拉機(jī)在寒區(qū)工作應(yīng)選用專用低溫蓄電池。拖拉機(jī)日常使用時(shí)及時(shí)充電，起動(dòng)前檢查蓄電池電壓。

4.3 傳感器分析

傳感器中與起動(dòng)關(guān)系最大的是曲軸轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器。曲軸轉(zhuǎn)速傳感器用于確定曲軸位置，進(jìn)行噴油時(shí)刻、噴油量的計(jì)算。凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器用于信號(hào)校驗(yàn)，與曲軸轉(zhuǎn)速傳感器共同配合確定起動(dòng)點(diǎn)火的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置[9]。如果其中一個(gè)傳感器損壞，會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、起動(dòng)困難。如果兩個(gè)傳感器同時(shí)損壞，會(huì)導(dǎo)致無法起動(dòng)。優(yōu)化建議：傳感器發(fā)生故障ECU會(huì)報(bào)故障碼，拖拉機(jī)上電后及時(shí)查看故障碼，按照故障碼提示解決相應(yīng)故障。

4.4 整車線束分析

整車線束是拖拉機(jī)上電源和ECU、傳感器、執(zhí)行器等電器零部件實(shí)現(xiàn)電路連接的關(guān)鍵零部件，負(fù)責(zé)拖拉機(jī)各個(gè)電器零部件之間的信息傳遞，同時(shí)也要保證信號(hào)的正確性和即時(shí)性。線束出現(xiàn)最多的故障是接插件進(jìn)水、線束接插件退針、虛接。

優(yōu)化建議：選用質(zhì)量可靠的正規(guī)品牌接插件，嚴(yán)格按照線束要求進(jìn)行壓線制作。完成整車所有接插件組裝后，未用到的接插件內(nèi)部孔位需要使用密封件進(jìn)行密封，以滿足防水防塵要求。在拖拉機(jī)后續(xù)使用過程中，接插件拆裝時(shí)，務(wù)必操作到位，避免操作不當(dāng)造成針腳彎曲、退針，影響使用。

4.5 電控功能分析

起動(dòng)過程有多個(gè)相關(guān)的電控功能可供選擇，如果選擇不合適可能導(dǎo)致無法起動(dòng)。常見的有空擋保護(hù)功能、離合保護(hù)功能、進(jìn)氣加熱功能。

（1）空擋保護(hù)功能要求拖拉機(jī)起動(dòng)時(shí)變速箱在空擋，若不在空擋無法起動(dòng)。

（2）離合保護(hù)功能要求拖拉機(jī)起動(dòng)時(shí)，離合器必須分離，若結(jié)合狀態(tài)無法起動(dòng)。

（3）進(jìn)氣加熱功能是用于優(yōu)化寒區(qū)拖拉機(jī)的冷起動(dòng)性能。ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)上的溫度傳感器來感應(yīng)環(huán)境溫度，通過繼電器控制進(jìn)氣加熱柵格的工作。當(dāng)進(jìn)氣預(yù)熱工作時(shí)暫時(shí)無法起動(dòng)，預(yù)熱結(jié)束后可以正常起動(dòng)。所以拖拉機(jī)在寒區(qū)首次運(yùn)行無法起動(dòng)是進(jìn)氣加熱功能在運(yùn)行，無需擔(dān)心故障。

5 總結(jié)

以上是對(duì)起動(dòng)故障三大系統(tǒng)的分析，經(jīng)匯總后，簡(jiǎn)化樹狀圖，見圖2。

圖2 起動(dòng)故障樹狀圖Fig.2 The starting fault tree

故障處理對(duì)于農(nóng)機(jī)維修技術(shù)人員是綜合能力的考驗(yàn)，理論知識(shí)、實(shí)踐操作缺一不可。遇到起動(dòng)故障時(shí)考慮影響因素，逐項(xiàng)排除，找出真正的問題點(diǎn)。只有學(xué)習(xí)故障產(chǎn)生原理，避免故障的發(fā)生，才能使拖拉機(jī)發(fā)揮出優(yōu)秀的性能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值。