HP4型电控高压共轨柴油机故障诊断

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1、HP3HP4型电控高压共轨柴油机故障诊断（上）(图) 2007-12-20 10:35:47 来源：本网 字符大小： 【大】 【中】 【小】 一、 概述 电控共轨燃油系统是20世纪90年代研制出的一种全新的燃油喷射系统，虽然正式问世不久，但已显示出它的巨大的优越性。这种燃油系统通过各种传感器检测出发动机的实际运行状态，通过发动机电控单元的计算和处理，可以对喷油时间、喷油压力和喷油率进行最佳控制。 传统的泵管嘴燃油系统中，喷油压力与发动机的转速和负荷有关，不是一个独立参量。在高压电控共轨系统中，喷油压力(共轨压力)与发动机的转速和负荷无关，是可以独立控制的。由共轨压力传感器测出燃油压力，并与设定

2、的目标燃油压力进行比较后进行反馈控制。1.共轨系统特性 （1）共轨系统使用一种称为油轨的蓄压室来存储加压燃油，带电子控制电磁阀的喷射器可将加压燃油喷射到各个汽缸中。 （2）由于发动机 ECU 控制喷射系统（包括喷射压力、喷射率和喷射正时）， 所以喷射系统是相对独立的，不受发动机转速或负荷的影响。 （3）由于发动机 ECU 可以将喷射量和喷射正时控制到很高的精度，甚至可实现多重喷射（一次喷射行程中有多次燃油喷射）。 （4）这样确保喷射压力在任何时候都是稳定的，即使在低发动机转速范围，通常可以显著减少在起动和加速期间柴油发动机排出的黑烟量。因此，废气更加清洁且废气排放减少，从而实现更高的功率输出。

3、2.共轨系统构成 共轨控制系统可大致划分为以下四个方面：传感器、发动机 ECU、执行器和诊断系统（如图1）。图1 共轨柴油机系统的组成 （1）传感器 监测发动机和泵的状况。 （2）发动机 ECU 从传感器接收信号，计算实现发动机最佳运行所需的正确喷射量和喷射正时，然后向执行器发出合适的信号。 （3）执行器 根据从发动机 ECU 接收的信号，提供最佳喷射量和喷射正时。 （4）诊断系统 监测各传感器和执行器及线路的状态和性能情况，用于ECU确定控制策略和外部诊断。二、HP3型和HP4型输油泵 DENSO（电装）公司1995年推出了世界上第一个用于卡车的共轨系统，1999年推出了用于轿车的共轨系统（

4、HP2输油泵），之后在2001年推出了使用HP3型输油泵（一种更小、更轻、提供更高油压的输油泵）的共轨系统，2004年，推出了基于HP3的三缸HP4型输油泵的共轨系统。HP3型输油泵主要安装在轿车和小型卡车上，HP4型输油泵主要安装在中型卡车上，系统主要组件安装位置如图2所示，燃油系统总流程如图3所示。图2 系统主要组件安装位置图3 燃油系统总流程1.HP3 型输油泵的组成 DENSO公司HP3 型输油泵组成如图4所示。HP3 型输油泵主要由两个泵单元（偏心凸轮、环形凸轮、两个柱塞）、SCV（吸入控制阀）、出油阀、燃油温度传感器和进油泵（次摆线型）等组成，它以发动机相同或一半的转速运转。HP3

5、 型输油泵结构特点是：两个小型泵单元柱塞对称放置在环形凸轮外侧上方和下方。燃油排放量由SCV控制，从而可减少执行负荷和抑制燃油温度升高。HP3型的SCV有两种类型：常开型（吸气阀在不通电时打开）和常闭型（吸气阀在不通电时关闭）。带有一个DPNR（柴油粒子NOX减少）系统，还有一个流量缓冲器。使用该流量缓冲器的目的是在DPNR中的燃油附加阀通道出现燃油泄漏时将燃油自动切断。图4 HP3型输油泵的结构组成 （1）进油泵 进油泵采用次摆线型进油泵（集成在输油泵中）（图5）。图5 进油泵进油泵从燃油箱吸入燃油，然后通过燃油滤清器和 SCV（吸入控制阀）供给两个柱塞。驱动轴驱动进油泵的外部/ 内部转子，

6、使其开始转动。根据外部/ 内部转子的运动增加和减少的空间，进油泵将燃油抽吸到吸入口，然后抽吸到排放口。 (2)调节阀 调节阀使燃油进油压力（排放压力）保持在低于一定水平(图6)。如果泵转速增加且进给压力超过调节阀处预设的压力，该阀通过克服弹簧力而打开，从而使燃油能够返回到吸入侧。图6 调节阀 (3)SCV（吸入控制阀） HP3型泵的SCV使用线性电磁线圈型电磁阀，控制从 ECU 向 SCV 施加电流的时间（占空比控制），从而控制提供给高压柱塞的燃油量。当电流流经 SCV 时，其中的电枢根据占空比的不同而移动。燃油流量随电枢的操作而变化，并根据汽缸燃油通道的打开幅度进行控制。结果，吸入燃油量在控

7、制下达到目标油轨压力，输油泵执行负荷减少。 HP3型的SCV有两种类型：常开型（吸气阀在不通电时打开）和常闭型（吸气阀在不通电时关闭）。常开型SCV结构如图7所示，当电磁线圈不通电时，回位弹簧推动汽缸，完全打开燃油通道并向柱塞输送燃油（全部吸入和全部排放）；电磁线圈通电时，电枢推动汽缸，从而压缩回位弹簧和关闭燃油通道。常闭型SCV结构如图8所示，当电磁线圈不通电时，电枢推动汽缸，完全打开燃油通道并向柱塞输送燃油（全部吸入和全部排放）；电磁线圈通电时，回位弹簧推动汽缸使其返回，从而关闭燃油通道。图7 常开型吸入控制阀图8 常闭型吸入控制阀结构图 (4)泵单元 泵单元结构和工作原理如图9所示。泵单

8、元由偏心凸轮、环形凸轮和柱塞组成。偏心凸轮附在凸轮轴上，而环形凸轮安装在偏心凸轮上。两个柱塞对称位于环形凸轮的上方和下方。因为凸轮轴的旋转使凸轮偏离中心旋转，所以环行凸轮伴随此运动上下移动，这使得两个柱塞往复移动（环行凸轮本身不旋转）。图9 泵单元结构及工作过程 (5)出油阀出油阀结构如图10所示。出油阀有一个集成元件，由止回球、弹簧和保持件组成。当柱塞中的压力超过油轨中的压力时，止回球打开以排放燃油。图10 出油阀结构2.HP3 型输油泵工作原理 (1)输油泵燃油总流程（图11）图11 输油泵燃油总流程燃油从燃油箱被吸入到进油泵，然后输送到 SCV。此时，调节阀将燃油压力调整到低于一定水平。

9、由进油泵输送的燃油经SCV 调整达到所需的排放量，然后通过吸气阀进入泵单元中。泵单元将燃油通过出油阀抽吸到油轨。 (2)工作原理 （1）排放量由 SCV 进行控制，阀开启度由占空比控制来调整。 （2）在进气冲程中，弹簧使柱塞跟随环形凸轮运动，因此柱塞与环形凸轮一起下降，柱塞本身也吸入燃油。当吸入的燃油通过 SCV 时，流量被控制到阀打开所需的排放量，然后流入泵主单元。 （3）在抽吸行程中，经过 SCV 调整的燃油量被抽吸。如图12所示。（未完待续）图12 输油泵单元工作原理 （编辑 安琦）3.HP4 型输油泵的组成HP4型输油泵结构与HP3型输油泵基本相同，它们是由泵单元（偏心凸轮、环形凸轮、

10、两个柱塞）、SCV（吸入控制阀）、出油阀、燃油温度传感器和进油泵组成，主要差别是有三个柱塞。因为有三个柱塞，所以它们以120的间隔围绕在环形凸轮外侧。此外，燃油输送量是HP3型泵的1.5倍，其结构如图13所示。因为凸轮轴的旋转使凸轮偏离中心旋转，所以环形凸轮伴随此运动上下移动，这使得三个柱塞进行往复移动（环形凸轮本身不旋转）。图13 HP4型泵单元三、油轨油轨的结构组成如图14所示。油轨上装的零部件为油轨压力传感器（Pc传感器）、压力限制器，有些车型上还有流量缓冲器和压力排放阀。图14 油轨结构图其功能是向各汽缸喷射器分配由输油泵加压的燃油。1压力限制器 油轨压力限制器结构和工作原理如图15所

11、示。如果压力异常高，则压力限制器打开以释放压力。如果油轨中的压力异常高，压力限制器工作（打开）。它在压力降低到一定水平之后恢复（关闭）。由压力限制器释放的燃油返回到油箱。图15 压力限制器压力限制器的操作压力取决于车辆型号，用于阀开启的压力大约为 140230MPa，用于阀闭合的压力大约为 3050MPa。2油轨压力传感器（Pc 传感器） 油轨压力传感器（Pc 传感器）安装在油轨上。它检测油轨的燃油压力，然后发送信号给发动机 ECU。这是一个半导体传感器，它利用了压力施加到硅元件上时电阻发生变化的压电效应。如图16所示。图16 油轨压力传感器3流量缓冲器 流量缓冲器可降低加压管中的压力脉动，并

12、以稳定的压力向喷射器提供燃油。流量缓冲器也可在出现燃油过度排放时（例如喷射管道或喷射器出现燃油泄漏的情况） 切断燃油通道， 从而防止燃油异常排放。有些流量缓冲器由一个活塞和球组成，而有些只有一个活塞。 （1）活塞和球结合型的工作原理 如图17所示，当高压管中出现压力脉动时， 它穿过量孔产生的阻力破坏了油轨侧和喷射器侧的压力平衡， 因此活塞和球将移到喷射器一侧， 从而吸收压力脉动。正常压力脉动情况下， 由于油轨侧和喷射器侧的压力会很快达到平衡， 因此活塞和球被弹簧推回到油轨一侧。如果出现异常排放（比如喷射器侧燃油泄漏导致）， 通过量孔的燃油量无法相抵，活塞将球推向座，这样燃油流向喷射器的通道被切

13、断。图17 活塞和球结合型流量缓冲器工作原理 （2）单活塞型的工作原理 如图18所示，活塞直接接触座，然后直接切断燃油通道。工作原理与活塞和球结合型的相同。图18 单活塞型流量缓冲器工作原理4压力排放阀 压力排放阀的结构与工作原理如图19所示。压力排放阀控制油轨中的燃油压力。当油轨压力超过目标喷射压力，或者当发动机ECU判断油轨的燃油压力超过目标值时， 压力排放阀电磁线圈被通电。这将打开压力排放阀通道， 使燃油能够流回到燃油箱， 并使油轨的燃油压力降低到目标压力。图19 压力排放阀工作原理四、喷射器 喷射器根据ECU发出的信号，将油轨中的加压燃油以最佳的喷射正时、喷射量、喷射率和喷射方式喷射到

14、发动机燃烧室中。 使用TWV（双向阀）和量孔对喷射进行控制。TWV对控制室中的压力进行控制，从而对喷射的开始和结束进行控制。量孔可通过限制喷嘴打开的速度来控制喷射率。 控制活塞通过将控制室压力传递到喷嘴针来将阀打开和关闭。 当喷嘴针阀打开时，喷嘴将燃油雾化并进行喷射。 喷射器共有三种类型：X1、X2和G2。 如图20所示。喷射器由一个喷嘴、一个控制喷射率的量孔、控制活塞和一个TWV（双向电磁阀）组成。X1、X2 和 G2 型的基本构造都相同。图20 喷射器结构原理图喷射器通过控制室中的燃油压力来控制喷射。TWV通过对控制室中的燃油泄漏进行控制，从而对控制室的燃油压力进行控制。TWV随喷射器类型

15、的不同而改变(图21)。图21 喷射器工作原理1无喷射 当TWV未通电时，它切断控制室的溢流通道，因此控制室中的燃油压力和施加到喷嘴针的燃油压力为同一油轨压力。喷嘴针阀由于控制活塞的承压面和喷嘴弹簧力之间的差别而关闭，燃油未喷射。对于X1型，外部阀被弹簧力和外部阀中的燃油压力推向座，从而控制室的泄漏通道被切断。对于X2/G2型，控制室出油量孔直接在弹簧力作用下关闭。2喷射 当TWV通电开始时，TWV阀被拉起，从而打开控制室的泄漏通道。当泄漏通道打开时，控制室中的燃油流出，压力下降。由于控制室中的压力下降，喷嘴针处的压力克服向下压的力，喷嘴针被向上推，喷射开始。当燃油从控制室泄漏时，流量受到量孔

16、的限制，因此喷嘴逐渐打开。随着喷嘴打开，喷射率升高。随着电流被继续施加到TWV，喷嘴针最终达到最大升程，从而实现最大喷射率。多余燃油通过如图所示的路径返回到燃油箱。3喷射结束 TWV通电结束时，TWV阀下降，从而关闭控制室的溢流通道。当溢流通道关闭时，控制室中的燃油压力立即返回油轨压力，喷嘴突然关闭，喷射停止。五、喷油器控制 为了改善喷射器的敏感度，将执行电压变为高电压，从而加速电磁线圈磁化和TWV响应。ECU中的EDU或充电电路将各自蓄电池电压提高到大约110V，它通过ECU发出的启动执行器的信号而施加到喷射器上。其控制电路如图22所示。图22 喷油器驱动电路六、故障诊断 当HP3和HP4型电控共轨柴油发动机出现故障时，可以用两种方法进行诊断，一种是使用DST-1诊断仪进行诊断，另一种是使用故障指示灯进行诊断。其中，使用故障指示灯诊断步骤如下： 1.使用连接器短路：使用STT在DLC1端子8（TE1）和3（E1）之间或DLC3端子13（TC）和4（CG）之间形成短路。 2.将点火开关转到ON并计数MIL（故障指示灯）闪烁的次数（图23）。（全文完）图23 故障诊断跨接端子及读码方法