柴油机高压共轨限压阀打开故障分析

前言
为满足柴油机领域日益严苛的排放法规限值要求，电控系统作为改善柴油机排放性能的重要技术手段，已经得到全面应用。

高压共轨燃油喷射技术作为电控系统中的重要一环，能够同时改善柴油机动力性能与排放性能。

本文针对发动机台架试验中发生的两例高压共轨限压阀打开的故障，进行技术分析，供参考。

1 共轨管与限压阀
共轨管的主要作用是贮存高压油泵输送的高压燃油，并将其分配至各缸喷油器。

共轨管上的轨压传感器将实时测得的轨压信号传输给电控单元(ECU)，ECU比对实时轨压与目标轨压，利用两者的差值反馈调节控制泵油量，实现闭环控制。

共轨管的结构如图1所示。

图1 共轨管结构
限压阀是位于高压共轨系统中共轨管一端的机械阀，起到限制共轨最大压
力的作用。

当高压共轨系统发生故障，
轨压超过共轨系统压力上限时，限压阀
会打开，高压油路的燃油会经由限压阀
回流至低压油路，防止共轨系统因轨压
过高而损坏，避免事故的发生。

限压阀
的结构如图2所示。

图2 限压阀结构
2 限压阀打开故障
发动机在正常工作时ECU按照预
设程序控制轨压，限压阀为完全封闭
状态。

但是，当共轨系统某个模块(如
轨压传感器、燃油计量单元等)出现故
障，共轨压力在失控状态下可能会急剧
上升，超过结构设计极限。

如果没有限
压阀，高压燃油会损坏高压油路系统的
最薄弱处，引发泄露、爆炸等严重后
果。

在装有限压阀的情况下，当共轨压
力异常上升达到限压阀打开的限值时，
限压阀内的活塞与阀门弹簧被高压燃油
冲开，共轨系统的燃油压力下降，保护
高压共轨系统的整体结构。

在OBD系
统的介入下，限压阀打开后轨压会被限
制，发动机进入限扭限速状态。

导致限压阀打开的原因很多，主要
包括以下几点：①回油管阻力过大。

②
轨压传感器损坏。

③燃油计量单元损坏：
卡滞、线圈开路、短路。

④燃油计量单
元线路或者接插件故障：线束开路、短
路、接插件接触不良。

⑤ECU偶发性
断电：电瓶供电线、接地线接触不良、
ECU供电线、接地线接触不良。

⑥喷
油器卡死。

⑦限压阀弹簧疲劳或者型号
不对。

⑧同步异常。

⑨ECU故障。

⑩
低压油路供油压力过大。

下面对两例发生在发动机台架试验
中的高压共轨限压阀打开故障，进行技
术分析，供柴油机试验研发参考。

案例一，某型号国六阶段柴油机在
台架WHTC瞬态试验循环中，测功机
倒拖工况时出现限压阀打开故障。

按工
程师要求，试验前已将发动机供油压力
柴油机高压共轨限压阀打开故障分析
□文/李 昊 张文超 齐 进（中国重汽集团汽车研究总院)
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图3 供油压力、实际轨压、目标轨压实际轨压在倒拖过程中偏离目标轨压，并急剧升高，判断原因主要有3点：
①供油压力过大，倒拖停喷时低压油路的燃油窜入高压油泵并进入共轨管；
②回油阻力过大，回油不畅；
③燃油计量单元故障，无法完全关闭存在泄漏。

由于试验前已调整供回油压力至发动机允许区间，初步判断故障产生原因为燃油计量单元故障。

拆检发现燃油计量单元损坏，存在卡滞问题。

倒拖工况时燃油计量单元应完全关闭，切断供油，实际检查发现损坏的燃油计量单元无法完全关闭，少量燃油在倒拖工况经计量单元泄漏至高压油泵，加压喷入共轨管中。

由于倒拖工况时喷油器喷油已经停
图4
图5
更换曲轴传感器再次进行试验，仍
存在同步信号丢失的问题。

使用示波器
监测试验过程中的同步信号，发现波形
存在毛刺现象，初步判断故障为发动机
同步信号缺陷导致。

拆机检查发现曲轴
信号盘上正时刻线横贯飞轮盘。

由于国
六ECU监测精度很高，判断同步信号
丢失原因可能是由于正时刻线被传感器
检测时，被ECU误认为是一个真实的
图6
3 结论
高压共轨限压阀打开的故障在台架
试验中较为常见，一旦发生会使发动机
进入限扭限速状态导致试验失败。

限压
阀打开的故障发生后，我们首先应当使
用专用工具读取OBD故障码，如果存
在其他电器或传感器故障，如喷油器、
轨压传感器等，更换对应零部件即可解
决。

若无其他故障，应使用INCA
件记录并分析故障发生时的ECU
找出其中的异常数据，合理推断并逐一
排查可能引起异常数据的原因。