曹學峰，張建超

（石家莊鐵道大學工程訓練中心，河北 石家莊 050043）

發(fā)動機作為挖掘機的核心部件，其動力輸出的好壞直接影響挖掘機的工作性能，而其動力輸出的關鍵在于燃油系統(tǒng)。挖掘機發(fā)動機動力不足的故障絕大多數(shù)都是燃油系統(tǒng)引起的。大量裝配在住友、日立、凱斯等進口挖掘機上的五十鈴4HK1發(fā)動機，其燃油系統(tǒng)采用機電液一體化的高壓共軌電噴技術，燃油系統(tǒng)結構復雜，技術含量高，故障查找難度大。本文結合一起故障實例系統(tǒng)介紹了高壓共軌燃油系統(tǒng)的組成、工作原理和故障診斷方法。

1 故障現(xiàn)象及初步診斷

某臺裝配五十鈴4HK1發(fā)動機的住友SH210-5型挖掘機正常工作中突然憋車，發(fā)動機無異響、煙色正常。單從故障現(xiàn)象判斷是發(fā)動機和液壓泵之間功率不匹配，原因是發(fā)動機動力下降或者是液壓泵輸出功率增大。

現(xiàn)在絕大多數(shù)挖掘機是機電液一體化產(chǎn)品，此類產(chǎn)品在處理故障時，一般先檢查電氣系統(tǒng)，再檢查液壓系統(tǒng)，最后檢查機械部分。住友SH210-5型挖掘機采用機電液一體化技術，其發(fā)動機為高壓共軌燃油系統(tǒng)，液壓泵為恒功率變量控制系統(tǒng)。其中電氣系統(tǒng)帶自我診斷功能，電氣系統(tǒng)一旦有故障發(fā)生就會在監(jiān)控器顯示屏上顯示故障代碼，同時故障報警燈閃爍。檢查監(jiān)控器顯示屏，無故障代碼顯示和報警燈閃爍，說明電氣系統(tǒng)正常。接著對液壓泵輸出功率控制系統(tǒng)進行檢測：在液壓泵泵控比例減壓電磁閥輸出測壓點安裝6MPa壓力表，啟動發(fā)動機工作，液壓泵泵控比例減壓電磁閥輸出壓力為0.6～2.5MPa，輸出值正常范圍內，說明液壓泵比例減壓電磁閥無卡滯，工作正常；同時操作2個行走桿，行走無跑偏現(xiàn)象，調整液壓泵2個調節(jié)器功率調整螺釘，液壓泵輸出流量均有變化，說明液壓泵調節(jié)器工作正常，無卡滯。由此判斷液壓泵輸出功率正常，故障原因是發(fā)動機動力下降。造成發(fā)動機動力下降的原因絕大多數(shù)是發(fā)動機燃油系統(tǒng)引起的。為了準確找到故障原因，應了解五十鈴4HK1發(fā)動機燃油系統(tǒng)的組成和工作原理。

2 燃油系統(tǒng)的組成與工作原理

2.1 五十鈴4HK1發(fā)動機燃油系統(tǒng)的組成

五十鈴4HK1發(fā)動機的燃油系統(tǒng)為日本電裝公司生產(chǎn)的ECD-U2型高壓共軌燃油系統(tǒng)。主要由電子控制系統(tǒng)和燃油共給系統(tǒng)兩大部分組成，而電子控制系統(tǒng)由電子控制單元（ECM）、傳感器和執(zhí)行器三大部分組成，其中電子控制單元（ECM）是電控高壓共軌燃油系統(tǒng)的核心部分。五十鈴4HK1發(fā)動機燃油系統(tǒng)具體組成如圖1所示：燃油箱、供油管路、燃油濾清器（粗）、電磁泵、燃油濾清器（細）、高壓油泵、高壓共軌器（共用油槽）、壓力傳感器、高壓共軌溢流閥（壓力限制器）、流量限制閥（流量阻尼器）、電控噴油器、電控單元（ECM）、凸輪軸位置（CMP）傳感器、曲軸位置（CKP）傳感器、油門位置傳感器、增壓壓力傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、機油壓力傳感器等。

2.2 燃油系統(tǒng)的工作原理

五十鈴4HK1發(fā)動機燃油系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。燃油箱的燃油經(jīng)粗濾器、電磁泵和精濾器到高壓油泵內的輸油油泵，輸油泵的作用是克服濾清器及低壓供油管路的阻力，把燃油加壓后不斷地輸送到高壓油泵，以保證發(fā)動機在任何工況下，都能向高壓油泵提供充足的燃油；高壓油泵將燃油加壓后送入高壓共軌器，高壓油經(jīng)高壓共軌器上的流量限制閥后通過高壓油管輸送到電控噴油器。

電控單元（ECM）根據(jù)接收到的共軌壓力、機油壓力、油門位置、曲軸位置（CKP）、凸輪軸位置（CMP）、冷卻液溫度、增壓壓力、轉速等傳感器檢測到的信號參數(shù)，與已存儲的參數(shù)值進行比較，經(jīng)過分析、計算、修正，按照最佳值輸出控制指令，驅動高壓油泵上的SCV閥按照工況需要調節(jié)高壓油泵向高壓共軌器的輸油量，驅動電控噴油器按照最佳的噴油量和時間工作，驅動廢氣再循環(huán)閥按照最低排放進行配氣，使柴油發(fā)動機運轉狀態(tài)達到最佳。

圖2 五十鈴4HK1發(fā)動機高壓共軌燃油系統(tǒng)的工作原理

3 故障分析

根據(jù)其工作原理進行分析，可能造成五十鈴4HK1發(fā)動機動力下降的原因有：進氣量不足，氣缸壓力低，燃油系統(tǒng)電控系統(tǒng)故障，燃油系統(tǒng)低壓燃油供油不足，燃油系統(tǒng)高壓燃油壓力不夠，電控噴油器工作不良等。

4 故障排除

在進行具體故障診斷處理過程中，一般遵循由外到內、先易后難的原則進行排除。

4.1 電控系統(tǒng)檢測

住友-5型挖掘機的自我診斷功能涵蓋了4HK1發(fā)動機的高壓共軌燃油系統(tǒng)的電氣部分。啟動發(fā)動機后，挖掘機監(jiān)控器顯示屏上無故障代碼顯示和報警燈閃爍。說明發(fā)動機燃油系統(tǒng)電控系統(tǒng)工作正常。

4.2 發(fā)動機進氣和缸壓檢測

啟動發(fā)動機后，操作挖掘機工作，觀察發(fā)動機煙色、下竄氣正常，發(fā)動機易啟動，無冒黑煙現(xiàn)象。初步判斷發(fā)動機進氣和缸壓正常。

4.3 高壓油路和電控噴油器檢測

連接發(fā)動機檢測儀，啟動發(fā)動機，打開診斷軟件，挖掘機工作時，檢測儀檢測共軌壓力和各種監(jiān)測數(shù)據(jù)均正常，說明高壓油路正常。在怠速狀態(tài)下，利用發(fā)動機檢測儀進行斷缸試驗，各缸均工作，說明電控噴油器工作正常。

4.4 檢查低壓燃油供油油路

更換了預濾清器（油水分離器）、燃油濾清器后，試車故障依舊；從預濾清器處斷開供油管，發(fā)現(xiàn)油流通常，從燃油箱到預濾清器的供油管吹氣，沒有阻滯感覺，說明供油管沒有堵塞；同樣的方法檢查從預濾清器到電磁泵，從電磁泵到燃油濾清器，從燃油濾清器到高壓油泵的供油管均無堵塞。拆檢低壓燃油限壓閥，閥芯無卡滯現(xiàn)象，密封良好；判斷低壓燃油供給油路正常。

4.5 重新檢測

啟動后重新試車，仔細觀察發(fā)現(xiàn)發(fā)動機有輕微抖動，發(fā)動機高速大負荷運轉抖動加劇，大負荷工作過程中似乎伴有斷火現(xiàn)象。這說明發(fā)動機各缸工作狀態(tài)不均，懷疑個別電控噴油器工作不好。再次連接發(fā)動機檢測儀，在高速大負荷狀態(tài)下進行斷缸試驗，發(fā)現(xiàn)2缸電控噴油器斷電后，現(xiàn)象消失，初步斷定2缸噴油器動作不良。為了更為準確地判斷2缸噴油器是否有故障，把1缸、2缸電控噴油器對調后，重新試車故障依舊存在，可見2缸原來噴油器良好。由此推斷問題可能出在高壓共軌和電控噴油器之間供油路上。拆下高壓共軌器和共軌器到噴油器的油管檢查，檢查發(fā)現(xiàn)高壓油管正常，進一步拆檢高壓共軌器發(fā)現(xiàn)在2缸的流量限制閥里卡住一小鐵屑，由于鐵屑的存在，阻礙了燃油的通過，減小了2缸的供油量，在怠速時表現(xiàn)的不明顯，高速大負荷時影響到了噴油器的供油量，使得2缸供油量不足，導致發(fā)動機動力下降，挖掘機工作出現(xiàn)憋車現(xiàn)象。清除鐵屑后，安裝好高壓共軌器和管路，再次試車故障現(xiàn)象消失。

5 結 語

本文對住友SH210-5型挖掘機一則故障實例進行了診斷排除，從診斷排除過程可以得出一個結論：故障診斷排除是在了解挖掘機結構組成和工作原理的基礎上，一個觀察、假設、推理、驗證、修正假設、再驗證，直到準確判定排除故障的過程。而對于挖掘機這種采用機電液一體化技術的產(chǎn)品，一般先檢查電氣系統(tǒng)，再檢查液壓系統(tǒng)，最后檢查機械傳動系統(tǒng)。