【学习目标】
1.能描述柴油机电控系统的类型
2.能描述柴油电控系统的功能
3.能描述电控柴油机无法启动故障的类型及应对措施
4.能描述柴油机电控系统的优点
5.能诊断与排除曲轴位置传感器信号缺失导致电控柴油机无法启动的故障
【工作任务】
一辆装备长城GW2.8TC电控柴油机的汽车在使用中出现无法启动的故障现象，经初步检查后，发现无启动征兆，使用故障诊断仪检测后发现曲轴位置传感器信号缺失。维修人员需要在充分分析长城GW2.8TC型柴油机电控系统控制电路的基础上，合理使用工具、仪器、设备，借助汽车维修手册等资料，诊断与排除该故障。本任务具体要求如下：
（1）认识电控柴油机的发展历程；
（2）了解柴油机电控系统的功能；
（3）了解柴油机电控系统的优点；
（4）分析电控柴油机无法启动故障类型及应对措施；
（5）诊断与排除电控柴油机不能启动故障。
【相关理论】
电控柴油机与传统柴油机的主要区别在于它的燃油供给系统不同，前者采用的是电控燃油喷射系统，而后者采用的是机械式燃油喷射系统。从结构和功能的角度看，柴油机的电控系统包括燃油系统的电子控制和柴油机空气供给系统的电子控制。电子控制系统的应用使得柴油机在动力性、经济性和排放性能等方面都取得了巨大的进步。
一、柴油机电控系统的发展历程
早在20世纪70年代，柴油发动机电子控制技术就被用来替代机械控制。到目前为止，功能各异的柴油机电子控制技术可以划分为位置控制式、时间控制式和时间—压力控制式（高压共轨式）三种类型。
1.位置控制式
位置控制式电控柴油机的主要特点是保留了大部分传统柴油机的燃油系统部件，只是用电子伺服机构代替机械式调速器来控制供油滑套或燃油齿条的位置，使得供油量的调整更为灵敏和精确。位置控制式电控柴油机最明显的特征就是其具有用于调整控制油量的油量调节器及滑套位置传感器。
2.时间控制式
时间控制式电控柴油机可以保留原来的喷油泵—高压油管—喷油器系统，也可以采用新型高压燃油系统。其喷油量和喷油正时由电脑控制的强力高速电磁阀的开闭时刻所决定：电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。即喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭时间的长短，因此，可以同时控制喷油量和喷油定时。时间控制式电控柴油机的明显特征是泵上装有油泵控制单元、控制喷油量的喷射控制电磁阀和控制喷油提前角的定时控制电磁阀。
3.时间-压力控制式（高压共轨式）
时间—压力式电控柴油机也称电控高压共轨柴油机，包含高压共轨系统和中压共轨系统。该系统摈弃了传统的泵—管—喷嘴的脉动供油方式，用一个高压油泵在柴油机的驱动下，连续将高压燃油输送到共轨管内，高压燃油再由共轨送入各缸喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀来实现喷射的开始和终止。
二、柴油机电控系统的功能
1.喷油量控制
基本喷油量由发动机工作特性图获得，它由加速踏板位置和发动机转速来计算。在发动机启动时，燃油喷射量由发动机启动转速和冷却液温度决定。而标准的燃油喷射量由发动机转速和加速踏板位置决定。
燃油量的喷射可能受到过量的废气排放，过多的碳烟，大扭矩或超高转速引起的机械过载，过高的排气、冷却液、机油、涡轮增压器温度引起的超高热负荷，触发时间过长引起的电磁阀过高的热负荷等因素的影响。
为了避免这些负面影响，用许多的输入变量（如进气量、发动机转速、冷却液温度）来生成这些限制图形，以限制最高的燃油喷射量和最大的发动机扭矩）。
2.怠速控制
柴油机怠速运转时，由于发电机、空调压缩机、动力转向油泵等装置的工作状态变化将引起发动机负荷的变化，从而导致发动机转速的变化。柴油机电子控制系统通过反馈控制系统控制喷油量，把怠速控制在所设定的目标转速值上。
3.喷油正时控制
主喷射起始时刻由燃油喷射量和发动机转速来计算，预喷射时间间隔也是由燃油喷射量和发动机转速来计算的。
4.燃油喷射压力控制
启动时的燃油喷射压力由发动机转速、燃油喷射量、冷却液温度计算。正常状态下的燃油喷射压力由发动机转速和燃油喷射量计算。
5.发动机转速控制
最高转速控制保证发动机不会在超速下运行。为了避免发动机损坏，发动机制造厂规定了仅仅可以在非常短的时间内超过的最高转速。超过额定功率工作点时，最高转速调速器持续减小喷射的燃油量，直到在燃油喷射完全停止时刚好在最高转速点之上。为了防止发动机喘振，引导功能用于保证燃油喷射不会突然急剧减小。正常工作点与最高发动机转速点越接近，其实现越困难。
中间转速控制用于带有功率取力（如起重机）的商用汽车和轻型货车或特殊车辆（如具有发电设备的救护车）。具有这种操作控制的车辆，发动机被调节到与负荷无关的中间转速。
6.巡航控制
驾驶员通过操纵一个手柄或按压方向盘的按钮设定到需要的车速后，不需要再踩下加速踏板，通过喷射的燃油量增加或减少直至汽车达到设定的速度。
7.主动喘振衰减
发动机扭矩的突然变化会冲击车辆的传动机构，从而引起操纵人员或乘坐人员的不适。主动喘振衰减就是用于减小在加速过程中出现的这些变化。
8.平稳运转控制
在多缸柴油机工作时，即使喷油量控制指令值一致，但由于各缸机械性能的差异，也会引起发动机转速的波动。柴油机电子控制系统通过各汽缸在做功行程的转速的变化，自动修正各缸喷油量指令控制值，降低发动机的转速的波动，使发动机平稳运转。
9.发动机制动功能
当发动机制动被应用时，喷射的燃油量降为零或降至怠速油量，为了达到这个目的，ECU拾取发动机制动开关位置信号。
10.海拔补偿
为了使喷油量在高海拔时能减少，通过装在ECU上的大气压力传感器测量大气压力，并进行相应的补偿，这就减少了高海拔的喷射燃油量。大气压力对增压压力控制和扭矩限制也将产生影响。
11.断缸
如果发动机转速较高时，要求扭矩很小时，一半的喷油器被关闭，剩下的喷油器相应喷射较多可以被非常高精确计量的燃油以降低整体汽车燃油消耗。
12.喷油量补偿
在喷油器生产过程中，对每一个喷油器的大量测量参数进行监测，该数据以数据矩阵的形式被粘贴在喷油器上。对内嵌压电喷油器而言，也包括升程响应的数据在内。这个数据在车辆制造时输入ECU中，在发动机运行时用于补偿计量和开关响应的偏离。
三、柴油机电控系统的优点
与传统柴油机相比，采用电控系统的柴油机具有以优点：
1）改善了低温启动性能；
2）降低了氮氧化物和烟度的排放；
3）提高了发动机运行的平衡性；
4）提高了发动机的动力性和经济性；
5）涡轮增压得到了有效控制；
6）提高了柴油机的适应性。
四、电控柴油机无法启动故障类型及应对措施
无法启动是发动机故障中最为常见的故障，油路、电路、气路、机械部分等都会导致无法启动。排查电控柴油机无法启动，应根据故障类型，遵循一定的流程，由表及里、由浅入深逐步排查。
1.故障诊断仪无法与发动机ECU通信，发动机无法启动
如果故障诊断仪无法与发动机ECU通信，则无法判断发动机轨压、曲轴位置传感器信号等是否正常。遇到这类问题，首先要使故障诊断仪能与发动机ECU建立连接，从而可以通过故障诊断仪查看发动机的信息。
如果故障诊断仪无法与发动机ECU通信，首先应确认ECU工作是否正常。检查发动机ECU线束接头传感器供电接脚、主继电器供电接脚、通讯线电压接脚是否正常。如果这些部分有异常，则检查点火开关T15是否有电，ECU供电接脚和搭铁接脚是否存在异常。
如果上述接脚检查均正常，下一步检查各个线束是否存在虚接现象。如果发动机ECU输出电压正常，线束又没有虚接，但是故障诊断仪还连接不上，把发动机ECU的供电接脚、搭铁接脚和点火开关T15线束不经过任何开关连接到电源上，然后将发动机ECU通讯线连接至故障诊断仪，再进行下一步检查。
2.故障诊断仪可以与发动机ECU通信，但一启动发动机，油泵不出油
故障诊断仪可以与发动机ECU通信，但一启动发动机，油泵不出油，有时还伴随这些故障代码——“P150A蓄电池电压过高、P161F在故障管理系统中，软件重设、P0563蓄电池电压高于上限值、P068A主继电器故障”。这些故障代码都可以清除，但一启动发动机后，故障重复出现，基本都是发动机ECU供电线或搭铁线虚接，或者点火开关T15虚接造成的。
3.故障诊断仪可以与发动机ECU通信，点火开关拧至“启动”挡，启动机不工作
启动机不运转常见原因如下：
（1）ECU没有接收到启动信号。
发动机ECU没有接收到到启动信号，也就是发动机ECU压根不知道驾驶员将点火开关置于“启动”位置，发动机ECU就不会控制启动机转动。检查方法：将点火开关置于“ON”位置时，使用故障诊断仪读取数据流“输入信号端子50（或START挡状态）”，将点火开关置于“启动”位置，观察该数据流有无变化。如果这一数据流有变化，就说明发动机ECU已经接受到了启动信息；如果没有变化，说明点火开关启动挡至发动机ECU线路有问题，应进行着重排查。
（2）启动信息不正常。
发动机ECU接收到启动信号之后，不一定就会控制启动机转动，而是要分析一些信息，判断发动机是否满足启动条件，常见的比如空挡开关、保护开关等等。需要判断发动机启动信息是否满足启动要求时，可使用故障诊断仪观察数据流选项“启动机继电器控制信号”来判断发动机ECU是否驱动启动继电器吸合。如果发动机ECU判断启动信息满足启动条件，将点火开关置于“启动”位置后该数据流状态会发生变化；如果发动机ECU判断启动信息不满足启动条件，将点火开关置于“启动”位置后该数据流状态将不会发生变化。
（3）空挡开关、离合器开关异常。
导致发动机不满足启动条件最为常见的部件就是空挡开关和离合开关。空挡开关和离合开关参与启动控制策略可分为三种：
1）完全参与启动控制。挡位不在空挡就不允许发动机启动，常见的方式就是把空挡开关串接在启动继电器电路或者点火开关T50的电路中。这种情况下，如果空挡开关不闭合，将点火开关置于“启动”位置时，要么是ECU接收不到启动信号，要么是接收到启动信号，但是启动继电器无法吸合，如图4-1-1所示。
2）部分参与启动控制。即空挡开关既不接入点火开关T50线路，又不接入启动继电器线路，而是通过控制软件层面实现启动机控制。如果变速器挡位不在空挡，如果驾驶员不踩下离合器，强行启动发动机，则发动机动力无法分离，发动机ECU会控制启动继电器延迟吸合，这一类型常用于载货汽车系统，如解放J6P等。
3）不参与启动控制。即只要将点火开关置于“启动”位置，启动机就开始转动。
图4-1-1 空挡开关串联在启动继电器的启动电路
（4）启动机线路异常。
如果启动信号满足启动条件，将点火开关置于“启动”档时，数据流“启动继电器控制信号”状态变化，但是启动机不运转。这时候，就要进行以下检测：
1）启动继电器线路是否正常；
2）启动继电器是否吸合；
3）启动机及其电路是否正常。
4.启动机运转，油泵不出油，轨压无法建立，发动机无法启动
如果出现这些故障现象，应进行以下检测：
1）确认低压油路是否堵塞、漏气；
2）用压力表测试输出泵出口压力来判断输油泵是否存在故障；
3）油泵上的溢流阀是否卡滞或全开，导致燃油全部经过溢流阀回流；
4）油泵上的计量单元是否卡滞在开度较小，甚至关闭的状态，导致燃油无法通过计量单元进入高压柱塞腔；
5）高压柱塞泄露。
【任务准备】
实施本任务的单个工位所使用的设备及工具材料可参考表4-1-1。
表4-1-1 实训设备及工具材料
【任务实施】
一、安装车辆防护装置
1）安装车轮挡块（或三角木）。注意：车轮挡块的安装位置可以是两个后轮，也可以是呈对角关系的前后轮。
2）安装尾气排放系统，并接通尾气排放系统的电源。
3）取车钥匙，解锁车辆，开车门，安装车内防护五件套（方向盘套、手制动杆套、换挡杆手柄套、座椅套、地板垫），同时检查驻车制动杆处于拉紧位置，换挡杆处于空挡（手动变速器）或P挡（自动变速器）位置。
4）打开发动机舱盖，安装车外防护三件套（左、右翼子板布和前格栅布）。
二、GW2.8TC型柴油发动机高压共轨系统
1.GW2.8TC型柴油发动机高压共轨系统的组成
GW2.8TC型柴油发动机高压共轨系统主要由传感器、ECU、执行器及连接线束组成。传感器的作用是检测发动机运行参数或状态，将非电量的有关参数转换成电信号，然后将相关信息提供给ECU。传感器有：冷却液温度传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴相位传感器、加速踏板位置传感器、空气流量传感器、共轨压力传感器以及大气压力传感器（在ECU内部）、燃油含水率传感器等。ECU的作用是负责发动机信息的采集、处理、传输、诊断和程序控制。执行器接收ECU指令，实现对发动机的控制，执行器有：喷油器电磁阀、高压油泵的进油计量比例电磁阀、EGR电磁阀、预热控制器等。
2.GW2.8TC型柴油发动机高压共轨系统工作过程
启动时，接通点火开关，ECU根据冷却液温度传感器信号计算燃烧室预热时间，提升燃烧室温度。启动发动机时，启动机带动曲轴，曲轴带动高压油泵，把高压油泵中的燃油压入共轨管中，送入电控喷油器。ECU根据曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器信号，判断出1缸上止点位置，ECU根据冷却液温度传感器信号计算启动时喷油量和进气预热及预热时间，ECU向电控喷油器发出指令，通过控制喷油器电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室，最终到达怠速运转。
发动机正常工作时，ECU根据加速踏板位置传感器、空气流量传感器、凸轮轴位置传感器、车速传感器、空调、发电机电压等信号，通过占空比信号控制高压油泵上的进气计量比例电磁阀，确定共轨管内的燃油压力。通过喷油器上的电磁阀，控制供油提前角、供油量和供油规律。满足发动机驱动、怠速、平稳等运转模式。ECU同时控制EGR装置、预热塞、空调、电风扇等与柴油机工作有关的其他装置的工作。
三、曲轴位置传感器电路故障诊断与排除
1.曲轴位置传感器电路分析
如图4-1-2所示，曲轴位置传感器电路由发动机控制模块、曲轴位置传感器和连接线路组成。发动机控制模块（ECU）通过线路445提供5V参考电压，通过线路447提供低电平参考电压，通过线路446检测曲轴转速与位置信号。曲轴位置传感器是一种内部磁性偏差数字输出集成电路传感装置。该传感器检测曲轴上58齿磁阻轮的齿槽磁通量变化。磁阻轮上的每个齿按60齿间隔分布，缺失的2个齿用作参考间隙。曲轴位置传感器产生一个变频的开/关直流电压，曲轴每转动一圈输出58个脉冲。曲轴位置传感器输出信号的频率取决于曲轴的转速。当曲轴磁阻轮上的每个齿转过曲轴位置传感器时，曲轴位置传感器向发动机控制模块发送一个数字信号，该信号描绘了该轮的图像。发动机控制模块使用每个曲轴位置信号脉冲以确定曲轴转速，并对磁阻轮参考间隙进行解码，以识别曲轴位置。
图4-1-2 曲轴位置传感器电路
2.故障诊断流程
1）将点火开关置于“OFF（关闭）”位置并关闭所有车辆系统，断开曲轴位置传感器线束连接器。静置车辆2分钟，等待所有车辆系统断电。
2）测量并确认线路447（曲轴位置传感器端）和搭铁之间的电阻小于5Ω。
注意：如果电阻值等于或高于5Ω，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开发动机控制模块的线束连接器，测量线路447端对端的电阻是否小于2Ω。如果为2 Ω或更大，则修理线路447开路/电阻过大故障；如果等于或小于2Ω，则更换发动机控制模块。
3）将点火开关置于“ON（打开）”位置，测量并确认线路445（曲轴位置传感器端）和搭铁之间的电压为4.8～5.2V。
注意1：如果小于4.8V，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开发动机控制模块的线束连接器，测量线路445和搭铁之间的电阻是否为无穷大。如果电阻不为无穷大，则修理线路445对搭铁短路故障；如果电阻为无穷大，进一步测量线路425端对端电阻是否小于2Ω，如果为2Ω或更大，则修理线路445开路/电阻过大故障，如果小于2Ω，则更换K20发动机控制模块。
注意2：如果大于5.2V，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开发动机控制模块的线束连接器，再将点火开关置于“ON（打开）”位置。测量线路445和搭铁之间的电压是否低于1V，如果是1V或更高，则修理线路445对电压短路故障，如果低于1V，则更换发动机控制模块。
4）测试并确认线路446（曲轴位置传感器端）和搭铁之间的电压为4.8～5.2V。
注意1：如果小于4.8V，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开发动机控制模块的线束连接器，测量线路426和搭铁之间的电阻是否为无穷大。如果电阻不为无穷大，则修理线路446对搭铁短路故障，如果电阻为无穷大，进一步测量线路426端对端电阻是否小于2Ω，如果为2Ω或更大，则修理线路446开路/电阻过大故障，如果小于2Ω，则更换发动机控制模块。
注意2：如果大于5.2V，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开发动机控制模块的线束连接器，再将点火开关置于“ON（打开）”位置，测试线路446和搭铁之间的电压是否低于1V。如果是1V或更高，则修理线路446对电压短路故障；如果低于1V，则更换发动机控制模块。
5）将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，连接一条带3A保险丝的跨接线到线路446（曲轴位置传感器端）。将点火开关置于“ON（打开）”位置，将带保险丝的跨接线重复碰触搭铁，确保故障诊断仪的“曲轴位置传感器激活计数器”参数增加。
注意：执行该测试时可能会设置其他故障诊断码。如果计数器的读数不增加，则更换发动机控制模块。
6）检查是否存在下列情形，一经发现，则根据需要进行修理。
a.曲轴位置传感器或磁阻轮间隙过大或松动；
b.曲轴位置传感器安装不正确；
c.曲轴位置传感器和磁阻轮之间有异物通过；
d.磁阻轮损坏；
e.曲轴位置传感器和磁阻轮之间的气隙过大；
f.发动机机油中有碎屑；
g.正时链条、张紧器和链轮磨损或损坏。
7）测试或更换曲轴位置传感器。
【检查评议】
1.考核要求
1）能正确安装车辆防护装置。
2）能正确读取并记录故障码。
3）能准确分析总线系统的故障原因。
4）能正确使用工具、量具。
5）排除总线系统故障过程合理。
2.配分与评分标准
配分与评分标准见表4-1-2。
表4-1-2 配分与评分标准
续 表
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