BOSCH柴油共轨系统油压异常波动典型故障解析

马 伟，姚 青

(1.湖北工业职业技术学院 汽车工程学院，湖北 十堰442000；2.深圳爱夫卡科技股份有限公司，广东 深圳518000)

电控高压共轨系统在发动机控制模块的精密控制下，喷油器能在一个气缸工作循环内按规定压力和流量实现先导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射等五次燃油喷射[1]，在提高柴油发动机工作效率的同时，大大降低了柴油机的噪音和尾气排放物。目前，高压共轨柴油发动机大量应用于商用车领域。在共轨式柴油机市场中，博世公司的产品占据了中国市场份额的90%以上，BOSCH柴油共轨系统出现的典型故障就具有很强的代表性。通过实际调研发现，柴油机进入失效保护模式的情况时有发生，而引发柴油机进入失效保护模式的故障点有很多，原因涉及燃油供给系统、电控系统和尾气后处理系统等多方面。本文通过故障案例，总结出柴油发动机ECU监测到共轨压力波动异常，控制发动机进入失效保护模式这类故障的处理方法。

1 发动机转速限制故障简述

一台装备博世柴油高压共轨系统的一汽解放某型载货汽车，行驶中出现发动机故障灯点亮后，加不上油，最高转速被限制在1 500转/分钟。

2 故障原因综合分析

2.1 故障初检及分析

(1)将点火开关置于“ON”位置后，发动机故障指示灯点亮，约两秒后正常熄灭。说明电控系统自检传感器，执行器及相关线路正常。

(2)启动发动机，目视观察发动机工作状态。缓缓踩下加速踏板，发动机转速升至接近2 300转/分钟时，观察仪表未见异常；在发动机转速继续上升至接近2 400转/分钟时，发动机故障指示灯点亮；在故障灯点亮后，发动机转速自动降低，且被限制在最高1 500转/分钟，进入失效保护模式,即跛行回家模式。如果此时松开加速踏板，发动机转速回到怠速，故障指示灯熄灭，再次踩下加速踏板，将发动机转速提升至2 400转/分钟后，故障现象重现。

(3)在发动机故障指示灯常亮时，连接故障诊断仪读取发动机故障代码为:P01E8，油量计量单元设定流量相比理论计算的最大值大。

2.2 BOSCH柴油共轨系统工作原理

BOSCH柴油共轨系统的油路按燃油压力和流动路径可分为三类油路，如图1。

(1)低压油路，流动路径为：油箱→带水分离器的预滤器→低压齿轮油泵→主滤清器→喷油泵；

(2)高压油路，流动路径为：喷油泵→共轨管→喷油器高压连接管→喷油器；

(3)回油油路，流动路径为：喷油泵→油箱，共轨管→油箱，喷油器→油箱。

图1 BOSCH柴油共轨系统的结构

BOSCH柴油共轨系统油路中仅有一个轨压传感器监测共轨管内高压燃油压力(简称轨压)，当低压油路燃油压力不足、高压油路燃油泄漏或回油油路回油量过大时，均会引起轨压异常波动，不能快速准确地分析判断出导致轨压异常波动的故障点，是共轨系统油路的特点，也是共轨系统油路检修的难点。

在博世电控系统中，发动机控制模块通过共轨燃油压力传感器(简称轨压传感器)和燃油计量单元实现燃油压力的闭环控制[1]，其控制策略为：发动机ECU根据当前各传感器输入的信号，从内部程序中调出发动机正常工作所需要的燃油共轨压力，即数据流中的“目标轨压”值。轨压传感器将“当前轨压”值传递给发动机ECU，发动机ECU将“当前轨压”值与“目标轨压”值进行对比：当“当前轨压”值比“目标轨压”值低时，发动机ECU通过脉宽调制PWM方式，控制加大燃油计量单元的开度，增加进入喷油泵的燃油量，以此提高油轨压力；当“当前轨压”值比“目标轨压”值高时，发动机ECU通过脉宽调制PWM方式，控制减小燃油计量单元的开度，减少进入喷油泵的燃油量，以此降低油轨压力。最终通过改变“当前轨压”值，使“目标轨压”值与“当前轨压”值两者数据达到一致。发动机整个运转过程中，轨压传感器时刻监控，燃油计量单元时刻进行调整。当发动机控制模块监测到轨压传感器压力波动超过设定范围时，将开启失效保护模式，即跛行回家模式。具体表现为：发动机故障指示灯常亮、发动机扭矩下降、油轨压力波动大、发动机转速最高限制在1 500转/分钟。

2.3 故障代码解析

故障代码P01E8：油量计量单元设定流量相比理论计算的最大值大。它指向的是燃油计量单元存在问题。因为该发动机配备的燃油计量单元为常开式，燃油计量单元在不通电时油路开度最大，即A→B油路完全相通，如图2。燃油计量单元在通电工作时，发动机ECU通过改变图2中10柱塞的位置，将A→B油路逐渐关闭。占空比调大，燃油计量单元的通电时间会变长，此时关闭油路时间相应变长，通过的燃油量便减小，此时共轨管的“当前轨压”值就会降低。反之，占空比调小，可以提高共轨管的“当前轨压”值。

发动机ECU通过对比“当前轨压”值和“目标轨压”值的差异，调节燃油计量单元占空比数据在20%左右。当占空比数据超出ECU设定的正常范围时，发动机ECU报出故障“油量计量单元设定流量比理论计算值大，或者小”。此时，我们应将维修的方向从燃油计量单元流量调节转移到：“当前轨压”值和“目标轨压”值不相符。

图2 燃油计量单元

2.4 数据流分析

通过读取轨压数据，验证维修方向是否正确。

(1)观察怠速数据流

启动发动机，在怠速工况下观察数据流选项35“目标轨压”值和选项34“当前轨压”值，数据非常接近，并且没有明显波动，说明怠速时轨压平稳正常。如表1。

表1 发动机怠速工况下的数据流

(2)观察加速工况下数据流

踩下加速踏板，观察数据流选项35“目标轨压”值和选项34“当前轨压”值，短时间内出现了两组不同状态的数据，如表2、表3。

表2 发动机加速工况下的数据流一

表3 发动机加速工况下的数据流二

通过对比表2和表3的数据，发现当35“目标轨压”值在1 033 bar-1 069 bar时，34“当前轨压”从954 bar-1 140 bar大范围波动，证明发动机的油轨压力不稳定，这就是产生故障的真正原因。

2.5 故障可能性分析

引起油轨压力异常波动原因大致有：

(1)燃油计量单元内部柱塞工作不良导致油量波动；

(2)轨压传感器信号有偏差；

(3)柴油压力不稳定。

其中原因(3)的涉及面很广，包括燃油滤芯、喷油器和喷油泵等。还需要结合前面油路分类中提到的低压油路，高压油路，回油油路。在此仅通过故障码和轨压数据流还不能锁定故障点，还需要一些辅助方法来查找。

3 故障诊断与排除

通过系统生成的与燃油计量单元有关的故障代码将故障锁定为油路故障。进行如下操作：

(1)确认故障油路：将燃油压力表接入低压油路压力端(低压齿轮泵到高压喷油泵之间管路上)，如图3。在怠速状态下，测量柴油低压油路压力，燃油压力为6 bar，且加油过程中指针平稳，没有剧烈摆动，证明低压油路正常。如图4。(注意：如果压力油路压力低于4bar，说明低压油路压力不足，可能存在堵塞泄漏，或低压齿轮泵磨损等问题；如果指针剧烈摆动，说明燃油管路中有空气或不通畅)此时只需要检查高压油路和回油油路。

图3 低压燃油压力测试接头

图4 低压燃油压力表读数

(2)松开共轨管的回油管，启动发动机，发现有少量燃油泄漏，踩下加速踏板，回油量逐渐增大。因该系统最大工作压力为1 600 bar, 而限压阀的打开压力为1 850 bar，轨压未达到1 850 bar时，共轨管的回油管是不会有回油的。但在该案例中，只要发动机启动，“当前轨压”值没有上升到1 850 bar时，共轨回油管已经有回油，说明限压阀有泄漏故障。拆除限压阀，看到上面有很多杂质(如图5)，使用强光手电仔细观察共轨管内部，有锈渣附着在内壁，判断此情况为车辆使用的柴油含水量较多、油水分离器和柴油滤芯过滤效果不良，或未按时保养车辆，导致共轨管内部生锈，造成限压阀卡滞回油，需更换共轨管总成。

图5 限压阀

(3)更换共轨管总成后，故障灯熄灭，试车踩油门发动机不再限速，读取数据流查看“当前轨压”值和“目标轨压”值始终非常接近，共轨回油管也没有回油流出，系统正常，故障排除。

4 结语

柴油共轨系统油压异常波动是一类非常常见且形成原因较复杂的故障，检修时需要全面掌握共轨压力闭环控制工作原理及失效策略，巧妙运用数据流选项中“当前轨压”和“目标轨压”的数值变化对比，使用燃油压力表等检测工具与设备，准确判断出故障类型及故障原因，以提高故障排查的效率和质量。