柴油机喷油技术经历了传统的机械式高压喷油泵、喷油器和现如今的电控燃油系统这两个发展阶段。
随着对柴油机经济性、动力性需求的不断提高,高压共轨电控柴油机应用越来越广泛。
对于电控系统发动机,电控单元(ECU)在正常条件下,接收到使用者的启动请求,会控制起动机工作,带动发动机运转;
ECU 通过接收各传感器的信号,使柴油以合适的喷油压力在正确的喷油时刻喷射出适量的柴油,保证柴油机最佳的空燃比、雾化和最佳的点火时间。
同时柴油机驱动凸轮轴的转动,进、排气门在合适的配气相位下开启和关闭,保证发动机顺利启动。
即柴油机启动的三大要素供油、供气、起动转速。
此外,柴油机启动也受环境温度、海拔、负载等因素影响。
本文针对高压共轨柴油机无法启动故障,按照柴油机机械故障、燃油系统故障、电气系统故障等方面进行分类。
通过梳理故障现象,分析故障原因,归纳和总结出故障排查的方向和方法,为该类故障排查提供依据。
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一、故障分析方法概述
柴油机是压燃式内燃机。
柴油机能正常启动,不仅需要在合适的时间喷入气缸内雾化正常的燃油,而且要求发动机在压缩冲程后气缸压力和问题达到燃油着火的物理条件。
因此,起动系统、电控燃油系统、进排气系统或柴油机配合间隙存在问题,都会导致柴油机无法启动。
柴油机无法启动的故障点较多,有时多种故障点反应出的故障现象相似,但故障起因却不同。
为了更精准的排查故障,在排查过程中寻求捷径,通常判断起因件和被害件,通过故障现象再结合柴油机的原理构造以及性能参数,由外而内、有简至繁逐层剖析。
柴油机故障常用的诊断可以利用“望、闻、问、切”以及其他的方法:
1)“望”:通过观察柴油机尾气的颜色和烟度的大小等特征,判断故障情况;
2)“闻”:根据柴油机声音,在正常的运转声音中,剥离出异常声音的音质和位置,通过经验,判断故障部位故障点;
4)“切”:通过手的触觉和温度感知,判断柴油机的震动和启动过程中温升的情况。
二、柴油机机械故障
1、气缸压力低
柴油机压缩压力不足,将导致功率不足,起动困难等问题。
使用专用
图1 活塞环对口▲图源：网络，侵权必删
拆下气缸盖,从进排气道灌入柴油,观察进、排气门是否密封不严,有柴油渗出,应按要求对气门修研或更换。
2、进排系统故障
检查空滤器及连接橡胶管件是否堵塞或吸瘪;对采用排气制动的柴油机,要注意检查排气制动阀是否处于完全开启状态,若排气制动蝶阀卡死在关闭位置,会导致排气不畅(图2);检查排气管或后处理是否堵塞(图3)。
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3、配气机构故障
(1)配气相位故障
通过曲轴转角来标识气门开启和关闭的时刻,称为配气相位。
气门间隙调整不合适,凸轮轴变形、凸轮轴设计不合理、加工不合格,正时齿轮错齿,均会造成配气相位的改变,导致柴油机进气不充分,排气不彻底,轻则影响柴油机性能及排放指标,重则导致柴油机无法启动。
(2)气门漏气
气门漏气会直接导致气缸内压缩和做功压力低。
气门间隙过小,气门在受热膨胀后导致气门关闭不严;
气门与气门阀座磨损较大,引起气门下沉量过大,气门受热也会导致气门关闭不严;
气门阀座和气门本身质量或装配问题导致密封不良。
可以通过气密性试验对气门密封情况进行验证。
(3)配气机构故障
检查气门弹簧是否断裂,检查气门或气门座圈是否断裂,气门是否烧蚀粘连,推杆是否弯曲。
配气机构导致柴油无法启动的故障,通常是重大故障,并伴有明显的黑烟或者白烟,以及柴油机的异响,当出现这种情况时,需要立即停机,进一步检查,否则将加剧故障现象。
三、柴油机燃油系统故障
1、低压油路故障
高压共轨系统对燃油油路要求较高,低压油路(油箱—粗滤—精滤—回油)、高压油路(高压油泵—共轨—高压油管—喷油器)都要保证密封性。
任何一个环节出现问题,轨压都无法建立,从而导致无法启动。
检查低压油路是否有气,并排空气(有时低压油路泄漏不明显,需要仔细检查),除此之外,低压油路管路连接错误,油箱通气孔堵塞,低压油路连接不可靠、弯折或者泄露也会造成柴油机无法启动。
使用故障诊断仪进一步检查轨压能否达到设定轨压。
如果不正常,需排查喷油器、共轨管、高压油泵、ECU 等零部件,可以“打吊瓶”测试。
2、高压油路故障
低压油路空气排净后仍不能起动柴油机,则排查高压油路是否有空气,排出高压油路的空气,并在排气的同时,检测高压油管是否连接可靠或者有泄***。
排气方法:
松开某缸高压油管,用起动机带动柴油机运转直至高压油管持续出油为止。
3、喷油器故障
喷油器常见故障,一般分为两种:
机械故障和接线故障。
机械故障主要为针阀卡死,由于柴油中污物较多或进水腐蚀,针阀卡死在喷油器内,不能动作。
ECU 可能不报错。
接线故障为线束由于振动、磨损等原因,连接断开或直接搭在缸盖上与地短接。
ECU 会报错。
4、燃油
燃油液位低导致供油量不足;检测燃油品质,含水较多会造成锈蚀,含杂质较多会堵塞柴滤或者损坏喷油器;
牌号不达标时柴油会有结蜡情况,堵塞低压油路。
5、喷油泵故障
a.油量计量单元卡滞或匹配不合适
流量计量单元是控制轨压的执行机构,安装在高压油泵上(图4)。
图4 油量计量单元▲图源：网络，侵权必删
若卡滞在最小位置,高压油泵不会向共轨管供油,造成轨压无法建立,柴油机无法启动。
b.喷油器溢流阀堵塞卡滞常开,柴油无法到达高压油泵柱塞,从溢流阀流向回油管,导致轨压无法建立,柴油机无法启动
c.喷油泵进油空心螺塞滤网堵塞
d.喷油泵密封性异常
四、电气系统故障
1、整车电气系统故障
a.蓄电池电压异常
检查电瓶电压是否过低,电瓶电压过低会导致柴油机转速低,无法启动。
b.点火开关故障
检查点火开关及起动开关是否已坏。
位排c查.仪表显示影响柴油机启动的故障码,根据故障码定
d.车下启动或空挡开关故障
检查是否挂在空档位置,检查车下停车开关的位置(应处于断开状态);检查空档开关(一般安装在变速箱上)及接线是否完好,试着使用紧急起动(点火开关持续按下3秒以上)。
2、发动机电控系统故障
对于起动机受 ECU 控制的整车,启动时 ECU 首先检查空档信号,然后输出一个电流驱动起动继电器,继电器接通后起动机带动飞轮转动,实现发动机启动。
从起动机工作角度分析,柴油机启动故障可以分为起动机不能运转故障和起动机正常转动故障。
(1)起动机不能运转
ECU 供电和 T15唤醒必须正常接入 ECU 才能工作,当 ECU 专用低功率继电器、ECU 整车线束供电、ECU 整车线束插接件等出现故障时, 会造成 ECU 供电异常;
ECU 的 T15 供电故障,也会导致 ECU 无法唤醒。
ECU无法正常供电和唤醒, 将伴随仪表中发动机参数读取异常。
若 ECU 正常唤醒,仪表中关于柴油机各参数显示正常,起动机仍然无法转动,可以从起动机本身、蓄电池到起动机30端供电、起动机继电器或插接件等故障点进行排查。
(2)起动机正常运转
a.同步信号异常
柴油机上安装曲轴位置传感器和判缸传感器,分别在飞轮壳和高压油泵外侧。
电控发动机的喷油正时取决于这两个传感器。
1)传感器损坏,线束短路或断路;
2)传感器固定不牢,造成传感器与感应齿间隙过大或过小(一般为1±0.5mm);
排除方法:
检查传感器是否损坏,线束是否连接良好,传感器是否松动等。
3)飞轮定位销安装错误或信号盘失准,造成信号异常(图5)。
图5 曲轴转速传感器▲图源：网络，侵权必删
4)由于凸轮轴转速传感器安装在高压油泵上,高压油泵安装错误将会导致两个转速传感器相对位置改变,造成同步信号异常(图6)。
图6 凸轮转速传感器▲图源：网络，侵权必删
b.环境温度低或环境温度传感器异常
环境温度较低时,柴油机的启动性能将大幅下降,需要借助辅助加热装置,对发动机的进气和冷却液进行预热,若对环境温度测量失准,将无法正常启动加热装置,影响柴油机的启动性能。
c.水温低或者水温传感器异常
冷却温度较低时,柴油机的启动性能将大幅下降,需要借助辅助加热装置,对发动机的进气和冷却液进行预热,若对冷却液温度测量失准,将无法正常启动加热装置;
若加热装置失效,也会影响柴油机的启动性能。
五、总结
当柴油机出现无法启动的故障时,应按照“由表及里,由简到繁”原则进行排查。
首先应使用诊断工具或者利用仪表故障灯闪码读取故障信息,通过柴油机启动的声音,排气管废气的颜色,从柴油机的结构和启动原理入手,结合整车的影响因素,综合的来判断故障排查方向。
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