【燃油供给系统】BOSCH高压共轨系统燃油计量阀与溢流阀故障排查、拆检指导规范

汽车工程师之家2019-03-28 16:47:48

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燃油计量阀溢流阀故障排查拆检指导规范

  一、适用范围

  适用于配套BOSCH高压共轨燃油喷射系统的玉柴国3、国4系列电控柴油机。

  二、工作原理介绍

  燃油计量阀和溢流阀是博世共轨高压油泵中故障率比较高的两个关键部件,其结构原理如下图所示。大部分情况下,通过精确定位故障部位和故障类型,单独拆检、清洗或者更换燃油计量阀和溢流阀部件可以避免不必要的整泵更换。

  

图1 燃油计量阀和溢流阀的结构原理示意图

  燃油计量阀是一个比例电磁阀,一般安装在高压油泵的进油位置,由ECU输出的PWM信号控制;ECU通过改变PWM信号的占空比来控制燃油计量阀的开度,来控制进入柱塞的燃油量,从而控制共轨管压力。

  玉柴博世共轨电控柴油机中不同的机型,依据的高压油泵型号以及具体控制策略的不同,其采用的燃油计量阀结构、特性、安装位置及电气接口形式略有不同,在维修更换时一定要注意区别,特别是根据缺省状态(断电情况下)特性的不同,燃油计量阀分为开型和闭型两种类型。在实际应用中可以根据共轨管上是否存在泄压阀来进行判断:一般商用车平台发动机共轨管都有泄压阀,其燃油计量阀为常开型;乘用车平台发动机共轨管没有泄压阀,其燃油计量阀为常闭型。

  对于常开型燃油计量阀,其默认工作状态为常开,不通电状态下流量最大,电流特性如下图所示(常闭型电流特性正好相反)

  

  

图 2常开型燃油计量阀电流特性示意图

溢流阀是一个多级机械阀,用于调节输油泵出油压力,对于保证油泵的润滑和回油正常至关重要。当燃油计量阀进口油压过高时(一般为0.1MPa),溢流阀将打开回油口,使燃油重新回到输入泵入口或者燃油箱。

三、常见故障模式与故障分析

不同的机型,依据所应用的燃油计量阀类型以及具体控制策略的不同,其故障现象与故障码定义会略有不同,但基本排查思路是一致的。下述表格以EDC7系统常开型燃油计量阀为例,对燃油计量阀的常见故障模式进行了汇总分析:

  燃油计量阀的常见故障模式

序号

故障模式

故障现象

故障机理分析

1

燃油计量阀线路开路或者短路

  (与ECU的连接线路故障)

1、亮故障灯

2、产生相应的故障码 :P0251(燃油计量阀驱动故障- 开路)、 P0254(燃油计量阀驱动故障-对电源短路)、 P0253(燃油计量阀驱动故障-对地短路)、 P160E(主继电器1驱动线路故障-对电源短路)或者P160F(主继电器1驱动线路故障-对地短路);

3、控制器加大高压油泵的供油量;

4、燃油压力超高,泄压阀冲开;

5、诊断仪显示轨压为700-760Bar;

6、发动机限转速,限速范围内油门仍起作用。

1、燃油计量阀与ECU之间的线路连接有两根:电源线和信号线;

  2、电源线和信号线开路、信号线对电源短路以及信号信号线对地短路分别对应故障码P0251、P0254和P0253。

  3、电源线由ECU内部的主继电器控制,所以电源线短路会导致故障码P160E或者P160F。

2

燃油计量阀及其接插件损坏

  (内部电气连接异常故障)

在使用、保养、拆卸、搬运以及装配过程中的不适当操作有可能会导致燃油计量阀及其电气接插件出现碰伤、变形、内部结构损坏,甚至泄漏等故障,导致电气连接异常。


3

燃油计量阀与ECU线束之间的接插件连接异常

接插件针脚弯折、断裂、老化、磨损、锈蚀、结构失效等以及接插件进水,导致接插件连接异常。


4

燃油计量阀驱动电流及工作状态异常

  1、亮故障灯

  2、产生相应的故障码 :P025D(燃油计量阀AD通道信号故障-电压超高)、 P025C(燃油计量阀AD通道信号故障-电压超低)或者P0252(燃油计量阀驱动故障-超温);

  3、控制器加大高压油泵的供油量;

  4、燃油压力超高,泄压阀冲开;

  5、诊断仪显示轨压为700-760Bar;

  6、发动机限转速,限速范围内油门仍起作用。

1、计量阀参数不配套或进脏物改变了参数(比如计量单元电阻发生显著变化);

  2、计量阀内部驱动电流监测模块故障;

  3、ECU故障,导致驱动信号异常。

5

燃油计量阀卡滞--卡滞在小开度位置

1、轨压低于目标值,发动机动力不足;

2、可能产生如下故障码:P1011(轨压闭环控制模式故障0--轨压低于目标值)、P0087(轨压闭环控制模式故障3--轨压较低)或者P1019(轨压闭环控制模式故障12--轨压低于目标值)。

燃油计量阀卡滞会导致轨压闭环控制断链,当计量阀卡滞在小开度位置时在某些工况下会出现实际轨压偏低或者低于目标值的情况,当目标轨压与实际轨压正差值超过某一阈值时,会触发相应的故障码;这种情况和油泵综合供油能力下降类似,当油泵综合供油能力降低到一定程度,喷油量又较大时,即使计量阀开度最大,轨压也无法建立到ECU设定的目标值,ECU可能会报故障码,但并不能区别是计量阀卡在开度相对小的位置,还是综合供油能力下降。

  此外,燃油计量阀阀芯发卡,车在上坡或加速时开不到最大位置,也可能导致实际轨压低于目标值的情况。

6

燃油计量阀卡滞--卡滞在大开度位置

1、轨压高于目标值,车辆加速或上坡时,容易出现泄压阀冲开的故障现象;

2、可能产生如下故障码:P1013(轨压闭环控制模式故障2--轨压高于目标值)、 P0088(轨压闭环控制模式故障4--轨压超高)、 P1014(轨压闭环控制模式故障7--overun模式供油量过大)或者 P1018(轨压闭环控制模式故障10--供油量过大)。

燃油计量阀卡滞会导致轨压闭环控制断链,当计量阀卡滞在小开度位置时在某些工况下会出现实际轨压偏高或者高于目标值的情况,当目标轨压与实际轨压正差值超过某一阈值时,会触发相应的故障码;另外,燃油计量阀有零供油状态,如果零供油状态实际不是零供油,则有可能是因为燃油计量阀卡在相对开度较大位置。

7

燃油计量阀阀芯磨损、不密封

车在下坡或倒推时,容易出现泄压阀冲开的故障现象

如果燃油计量阀阀芯磨损、不密封,那么车在下坡或倒推时(ECU此时不喷油不进油,但是由于阀芯不密封,少量低压油进入高压泵),容易出现轨压超高,泄压阀冲开的故障。

  注明:对于油品质量问题导致的燃油计量阀卡滞或者损坏故障,在修复或者更换燃油计量阀后,必须同时更换清洁的合格燃油;另外,对于常闭型燃油计量阀,在发生线路故障时,燃油计量阀是全关的,并且共轨管上不会有泄压阀,发动机将无法启动

  溢流阀的常见故障模式

序号

故障模式

故障现象

故障机理分析

1

溢流阀密封圈损坏

发动机轨压难以建立、启动困难或者无法启动

溢流阀损坏、卡滞或者进空气,将使柴油进空气或者从低压油路流回油箱,从而使低压油路不能保持一定的油压,导致发动机启动困难或无法启动。

2

溢流阀漏空气



3

溢流阀流量和压力参数异常



4

溢流阀卡滞



5

溢流阀弹簧折断或者被异物垫起



  四、故障排查方法与操作流程

  燃油计量阀的故障排查方法

  预先检查

  1、蓄电池电量充足

  2、车辆供电线路及保险丝均正常

  3、所有接头均正常,接头无松动或者引脚锈蚀

  检测工具

  1、万用表、诊断仪

  2、跳线盒,导线若干

  电路/接线图

  根据具体机型,查找相关技术资料,确认燃油计量阀的安装位置、接插件引脚定义、ECU引脚定义以及两者之间线路连接。根据所用ECU硬件版本的不同,其相应的电路/接线图略有不同,以EDC7系统为例,其燃油计量阀与ECU的引脚定义及线路连接如下图所示:

  

3燃油计量阀与ECU的引脚定义及线路连接示例

其中:

  

  检测步骤及方法

  1 供电检查

  1.1 将点火开关置于OFF

  1.2 拔出燃油计量阀单元接头

  1.3 将点火开关置于ON

  1.4 测量燃油计量阀单元接头引脚1到车厢地的电压,正常值应23-28V

  如有异常,则可能的故障原因:保险丝、线束、接头、控制单元损坏

  2线路检查

  2.1线束开路检查

  2.1.1 将点火开关置于OFF

  2.1.2 拔出ECU接插件3

  2.1.3 拔出燃油计量阀单元的接头

  2.1.4 测量燃油计量阀单元接头引脚12分别到ECU 3.093.10的电阻,正常值为0欧姆

  如有异常,则可能的故障原因:线束、接头损坏

  2.2线束短路检查

  2.2.1 将点火开关置于OFF

  2.2.2 拔出ECU插接头3

  2.2.3 拔出燃油计量阀单元的接头

  2.2.4 测量燃油计量阀单元接头引脚12分别到车厢地的电阻,正常值大于1M欧姆

  如有异常,则可能的故障原因:线束、接头损坏

  3部件检查

  3.1阻值检测

  3.1.1 将点火开关置于OFF

  3.1.2 拔出燃油计量阀单元接头

  3.1.3 测量燃油计量阀单元引脚12之间的电阻,正常值为2.6-3.15 欧姆

  如有异常,则可能的故障原因:燃油计量阀单元损坏

  3.2 声音判断

  听声音判断工作是否异常。燃油计量比例电磁阀在断电时关闭,切断低压油路与高压油路的联系,在通电时则打开。因此,点火开关ON时,应听到燃油计量比例电磁阀发出连续不断的嗡鸣声,且把手放上应能够感到明显震动。

  如有异常,则可能的故障原因:燃油计量阀单元损坏

  燃油计量阀检修注意事项

  1、由于燃油系统油路本身的故障,比如油品质量、油泵磨损等原因间接导致的燃油计量阀磨损或者卡滞故障,在更换新的燃油计量阀的同时,必须同时对整个燃油系统油路进行检查、清洗并更换符合标准的燃油。

  2、因为高压燃油溢出时产生的巨大压力可能对皮肤和眼睛造成严重伤害,同时泄漏出来的高压燃油在遇到到发动机高温零部件或排气系统时可能会被点燃,有发生火灾的危险。所以对于在对包括燃油计量阀等高压燃油系统及其相应部件进行任何操作时,务必要遵守厂家提供的拆装规范。

  3、在发动机运转时,绝对不能拆装燃油计量阀。

  4、在检查、拆装高压燃油零部件前须确保残余的燃油压力已完全消除。

  5、只有在发动机冷机时,才能对高压燃油系统进行检修。当需要拆开高压输油管路和零部件时,尤其要注意这一点。

  6、燃油计量阀有常开型、常闭型两种,检修时应特别注意。

  7、在对高压油泵或者燃油计量阀进行拆检、搬运和安装过程中,需要注意轻拿轻放,避免不恰当的载荷,并对相关燃油接口进行保护。

  

  

4高压油泵搬运损坏与接口保护示例

  五、拆装方法与操作流程

1 燃油计量阀的拆装(示意图见后面附图)

1.1 工具

M5内六角扳手或M5内六角安装套筒

1.2 拆卸步骤

1.2.1 使用常规清洗剂清洗燃油计量阀及其附近区域,然后用压缩空气将其吹干。

1.2.2 拔下连接在计量阀上的线束,并保证线束、接口等做好保护避免污染。

1.2.3 用扳手或套筒将燃油计量阀的紧固螺丝先松开1-2圈,尽可能抽吸掉计量阀区域内散落的颗粒物,例如油漆或者脏污颗粒。

1.2.4 松开并且取出紧固螺钉。拉拔并转动计量阀,将其从壳体中取出。同时对泵体上的计量阀孔做好防护避免污染。

1.3 安装步骤

1.3.1 使用适当的清洗剂清洗新零件以及重新使用的零件,然后用过滤后的压缩空气将其吹干。

1.3.2 从泵体上的计量阀孔中抽吸可能存在的颗粒。

1.3.3 涂抹一些非酸性凡士林来润滑密封圈、密封面、咬口密封、弹簧、阀球以及螺塞。

1.3.4 检查计量阀装入泵体端是否有赃污、沉积物或者损伤(裂纹),吸出可能存在的脏污颗粒。

1.3.5 将平垫圈放在计量阀上,按压并转动计量阀使之进入泵壳之中,上紧紧固螺钉,力矩为6-7 N.m。插好连接线束。

2 溢流阀的拆装(示意图见后面附图)

2.1 工具

扳手、套筒

2.2 拆卸步骤

2.2.1 使用常规清洗剂清洗溢流阀及其附近区域,然后用压缩空气将其吹干。

2.2.2 用扳手将溢流阀松开1-2圈,尽可能抽吸掉溢流阀区域内散落的颗粒物,例如油漆或者脏污颗粒。

2.2.3 松开并取下溢流阀,同时对泵体溢流阀孔做好防护避免污染。

2.3 检查

2.3.1 查看拆下的溢流阀腔内是否有赃污、沉积物,如有用适当的清洁剂清洗并用过滤后的压缩空气将其吹干。

2.3.2 按压阀芯看是否有卡滞现象,如有需更换新的溢流阀。

2.4 安装步骤

2.4.1 使用适当的清洗剂清洗新零件以及重新使用的零件,然后用过滤后的压缩空气将其吹干。

2.4.2 从泵体上的溢流阀孔中抽吸可能存在的颗粒。

2.4.3 涂抹一些非酸性凡士林来润滑密封圈,将其旋入泵体,上紧力矩为20N.m(M14的溢流阀)、35N.m(M16的溢流阀)。


柴油机燃油系统

柴油机使用的燃料是柴油,由于柴油比汽油粘度大,蒸发性差,所以在柴油机工作时,必须采用高压喷射的方法在压缩行程活塞接近上止点时,将柴油以雾状喷入燃烧宝,直接在气缸内部形成可燃混合气,并借助气缸内空气的高温自行发火燃烧。

柴油机燃油系统同时要完成柴油供给和空气供给以及可燃混合气的形成、燃烧和废气的排出任务。

要求

根据可燃混合气形成特点

燃料与空气的混合是在气缸内进行的。柴油蒸发性和流动性都比汽油差,不能在气缸外部形成混合气。接近压缩行程终点时,把柴油喷入气缸,受热、蒸发、扩散,与空气混合。混合气形成的时间很短(15~35 °CA),燃烧室各处混合气成分不均匀,且随时间变化。柴油粘度大,不易挥发,必须用高压以雾状喷入。

可燃混合气的形成和燃烧过程是同时、连续重叠进行的,即边喷射、边混合、边燃烧(扩散燃烧)。必须要有足够的空气和柴油混合:α=1.2~2.2。理论空燃比14.5。进气道、燃烧室、燃油系统要相互匹配。喷油提前角:是指从喷油器喷油开始,到活塞运行至上始点时曲轴转过的角度。[1] 

根据喷油提前角

柴油喷入气缸后,要经过一定时间的物理化学过程后才能着火燃烧。要在上止点附近着火,就要在上止点之前喷油。气缸内柴油着火前的物理化学过程准备时间基本不变,但转速越高,同样时间所占曲轴转角就越大。所以,喷油提前角应随发动机转速增高而加大。

自动调速

柴油机高压供油系统中,只能控制喷入气缸的油量,但油量控制装置与发动机负荷没有直接联系(汽油机用节气门控制进入缸内的空气量)。负荷增加时,如果每循环油量不变,则发动机转速降低,甚至熄火;负荷减小时,若油量不变,则发动机转速增大,甚至可能超速。发动机转速不稳,随负荷而变。需要设置自动调速装置,使之根据负荷变化,自动调整喷油泵循环供油量,以使柴油机稳定转速运行。

适时调整

在适当时刻将增压的、洁净的、适量的柴油以适当的规律喷入气缸:喷油正时(喷油提前角)和喷油量与发动机工况适应;喷油压力、喷注雾化质量及其在燃烧室的分布与燃烧室类型适应。多缸机一个工作循环内,各缸均喷油一次,喷油次序与气缸工作顺序一致;根据负荷变化自动调节循环喷油量,保证发动机稳定运转,稳定怠速,限制超速。

燃油系统元件组成

燃油供给装置:柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。

空气供给装置:空气滤清器、进气管道。

混合气形成装置:燃烧室。

废气排出装置:排气管道、消音器。


燃油系统构造

低压供油系统

将过滤后的清洁燃油输入喷油泵的低压油腔,并将多供和喷油器泄漏的柴油送回油箱。油箱、低压油管、柴油滤清器、输油泵。一般称为燃油系统的辅助装置。输油泵输油压力0.1~0.25MPa

高压喷油系统

将输入的低压油加压到超过喷油器开启压力,以雾状喷入气缸。喷油泵、高压油管、喷油器,称为泵-管-嘴系统。也有喷油泵、喷油器合一的所谓泵喷嘴系统。一般柴油机燃油喷射装置指的是高压喷油系统。

自动调节系统

喷油提前器:转速变化时自动调整喷油正时。调速器:根据柴油机负荷的变化,自动增减喷油泵供油量,使转速保持稳定。[2] 



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