柴油发动机供油压力波形的检测与诊断

赵乙鑫

摘 要：柴油机燃油供给系统工作性能的好坏，在很大程度上取决于喷油泵和喷油器的工作质量。而喷油泵和喷油器的工作质量，可通过燃油喷射过程中高压油管的压力变化情况反映出来。因此，检测及分析高压油管中的压力波形与喷油泵凸轮轴转角的对应关系，可诊断柴油机燃油供给系统的技术状况。

关键词：柴油；发动机；供油压力；波形

1.供油压力波形的检测

采用汽车专用示波器、发动机综合性能分析仪等，可在柴油机不解体情况下，检测各缸高压油管内的供油压力波形。其检测方法如下：

（1）安装油压传感器

按检测仪的使用要求，在规定的位置安装检测供油压力波形的油压传感器。油压传感器主要有外卡式和串接式两种。

①外卡式油压传感器的安装。将外卡式油压传感器以一定的预紧力卡夹在喷油泵与喷油器之间的高压油管上，常用外卡式油压传感器。

②串接式油压传感器的安装。拆下喷油器的高压油管，将油压传感器串接在喷油泵与喷油器之间。串接式油压传感器灵敏度高，但安装过程比较麻烦。

（2）检测供油压力波形

将油压传感器与检测仪器连接并预热检测仪器，然后起动柴油机，将柴油机运转在检测工况，此时传感器将各缸油压信号转换成电信号，经处理后送给示波器，即可观测到各缸供油压力波形，测出各缸高压油管内的最高压力、残余压力、针阀开启压力和针阀关闭压力。图1为柴油机在有负荷情况下实测得到的某缸高压油管内喷油泵出口压力和喷油器入口压力随喷油泵凸轮轴转角变化的波形。

2.供油压力波形分析

（1）供油压力变化规律

柴油机燃油供给系统正常时，一个供油循环内单缸高压油管压力波形的变化规律如图1所示。由于高压柴油在喷油泵出口到喷油器的油管沿程以波动方式传播，因此在同一瞬间高压油管内喷油泵端的压力和喷油器端的压力是不同的。图中，高压油管内的压力p0、Pmax、pb、pr 分别表示针阀开启压力、最高压力、针阀关闭压力和油管内的残余压力。整个燃油喷射过程中，高压油管中的压力变化可分为三个阶段。

第Ⅰ阶段为喷油延迟阶段。当喷油泵泵油压力上升到超过pr 时，燃油进入高压油管，当油压继续升高达到p0时，喷油器才开始向燃烧室喷油，故喷油器实际喷油开始点落后于喷油泵供油开始点，因此这段时间称为喷油延迟时间。由于延迟必将导致实际喷油提前角较供油提前角要小，为使各缸喷油提前角相等，其噴油延迟时间应均衡。若调高p0 ，高压油管渗漏，出油阀偶件或喷油器针阀偶件不密封导致pr 下降，以及随意增加油管长度或增加高压油系统的总容积，均会使喷油延迟阶段增长。

第Ⅱ阶段为主喷油阶段。由于喷油泵柱塞继续上行，因而高压油管的压力也继续升高，直到喷油泵回油孔打开。主喷油阶段的长短主要取决于柴油机负荷，对于柱塞式喷油泵来说，与柱塞的有效供油行程有关。柴油机负荷越大，供油行程就越长，则该阶段也就越长。

第Ⅲ阶段为自由膨胀阶段。此时由于喷油泵柱塞的有效行程结束、出油阀关闭，因而高压油管的压2力急剧下降，但由于高压油管的弹性收缩，油管中的压力仍高于声。，燃油会继续从喷孔中喷出。若pmax 不足，则自由膨胀阶段会缩短，反之则延长。

由上述分析可见，喷油泵的实际供油阶段为第Ⅰ、Ⅱ阶段，喷油器的实际喷油阶段为第Ⅱ、Ⅲ阶段。当循环供油量一定时，若第Ⅰ阶段延长和第Ⅲ阶段缩短，则喷油器针阀开启所对应的凸轮轴转角会减少，喷油量就减少；若第Ⅰ阶段缩短、第Ⅲ阶段延长，则喷油量就增大。这就说明高压油管内压力波形曲线上三个阶段的长短，会对该缸工作性能产生重要影响。

（2）供油压力波形类别

为了便于比较、分析各缸供油压力波形，诊断供油系统故障，通常按一定的规则分类排列各缸供油压力波形。若测试系统能同时采集多缸柴油机的各缸高压油管内的压力信号，则经过适当地操作，示波器就可显示各类供油压力波形。

①全周期单缸波。它是指喷油泵凸轮轴旋转 时某单缸高压油管内压力变化的波形，利用该波形可观测该缸高压油管中的p0 、pmax 、pb 和pr。

②多缸平列波。它是指以各缸高压油管中的pr为基线，将各缸压力波形按发火次序从左到右首尾相连所形成的波形。利用该波形能直观地比较各缸p0、pr、和pmax 所对应的高度，进而可确定各缸供油压力的一致性。对于同一台发动机、同一工况来说，各缸的p0、pb 、pmax 和p0 值应分别相等，且符合规定要求。

③多缸并列波。它是指将各缸压力波形首部对齐，按发火次序自下而上展开所形成的波形，利用该波形能观测各缸压力波形三个阶段面积的大小，可比较各缸供油量、喷油量的一致性。

④多缸重叠波。它是指将各缸波形之首对齐并重叠放在一起所形成的波形。利用该波形能观测各缸波形在高度、长度和面积上的一致程度，可比较各缸的p0、pb、pmax、pr 供油量和喷油量的一致性。若多缸重叠波像一个单缸波形一样，则说明各缸工作一致性好。此外，利用多缸重叠波还能观测喷油泵的重叠角。重叠角越小越好，当重叠角为零时，表示各缸供油间隔一致。若各缸供油间隔不等，则需调整喷油泵。

3.供油压力波形诊断

根据高压油管内的压力波形可诊断柴油机燃油供给系统的故障。若各缸供油压力波形的幅度和形状都相同，且与标准波形一致，则说明各缸供油状况正常；若某缸供油压力波形的幅度偏低，波形较窄，则说明该缸喷油量少；若某缸供油压力波形的幅度很小或无波形，则说明该缸不喷油。此时将发动机转速提高，若仍无波形，则在加速中观测；若还是无波形或波幅很小，则说明该缸不工作。下面介绍几种常见的故障波形，如图2所示。

（1）供油压力过低故障波形

如图2（a）所示，其波形表明，该缸喷油器因供油压力过低而不能正常工作。故障的可能原因是喷油泵不泵油或泵油很少，致使高压油管内的压力低；喷油器针阀在开启位置卡死不能落座，致使高压油管内不能建立高压。

（2）喷油器不喷油故障波形

如图2（b）所示，其波形表明，喷油泵能供油建立正常的油压，但压力曲线光滑无抖动，说明喷油器的针阀完全没动作，无喷油迹象。故障的可能原因是喷油器损坏使针阀不能动作；喷油器针阀被高温烧蚀而在关闭位置卡死；喷油器针阀开启压力调整过高。

（3）喷油器喷前滴漏故障波形

如图2（c）所示，其波形表明，在压力上升阶段有两个抖动点，说明压力在到达喷油器针阀开启压力前有燃油滴漏现象而导致压力波动。故障的可能原因是喷油器针阀密封不严；针阀磨损过度；脏物积炭粘在针阀密封表面导致密封不良。

（4）高压油路密封性差故障波形

如图2（d）所示，其波形表明，残余压力部分呈窄幅振抖并逐渐降低，说明高压油路密封性差。故障的可能原因是：喷油泵的出油阀密封不严；高压油管及接头有渗漏。

（5）喷油器隔次喷射故障波形

如图2（e）所示，其波形表明，残余压力部分上下抖动严重，说明喷油器存在隔次喷射现象。当油管内残余压力很低，而下一次供油量又很小时，高压油是燃油储存在油管中，直到第二次供油时针阀才开启，使两次供油一次喷出。故障的可能原因是喷油泵的供油量过小；喷油器弹簧的压力较高。