电控柴油机冒黑烟故障诊断与排除

【学习目标】

1.能描述柴油发动机冒黑烟的故障原因

2.能描述电控柴油机的喷油控制策略

3.能诊断与排除共轨压力传感器电路故障

【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冒黑烟的故障现象，使用故障诊断仪初步检测后发现共轨压力传感器电路存在故障。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）分析柴油发动机冒黑烟故障原因；

（2）了解电控柴油机的喷油控制策略；

（3）诊断与排除共轨压力传感器电路故障。

【相关理论】

一、电控柴油机冒黑烟的故障原因分析

当电控柴油机尾气中的黑物超过一定量时，就会以黑烟的现象呈现出来。造成电控柴油机冒黑烟的故障原因从根本上来说就是柴油燃烧不正常导致的。造成柴油不正常燃油的主要原因有燃油射量过大、进气不足、排气不畅、气缸漏气或者喷油时刻不正确等。

1.尾气后处理系统技术路径

部分符合国四排放标准的小型商用车尾气后处理技术路线为EGR+DOC+POC。EGR把废气引入缸内，降低了燃烧温度，通过降低气缸内温度减少了氮氧化物的排除量的同时，增多了颗粒物的产生。发动机燃烧产生的颗粒物在用POC捕捉起来之后，再用高温的废气将其燃烧，从而消除尾气中的颗粒物。但是，长时间在市区工况使用的小型商用车，排气温度较低，不足以将颗粒物燃烧，没有被燃烧的颗粒物堆积在POC内，堵塞了POC，在进排气量大到一定程度时，就会把POC捕捉起来的颗粒物通过排气管排到大气中，从而形成了黑烟。所以对于经常行驶在城市工况的小型商用车来说，排气温度是无法到达指定温度的，这种路线就无法达到比较好的处理颗粒物的效果。

2.进气不足

进气不足，导致进气量减少，致使喷射的燃油无法完全燃烧，从而形成黑烟排至空气中。由进气系统故障导致电控柴油机冒黑烟存在这些特点：发动机空转正常，带负荷运转时冒黑烟。进气不足，而怠速低负荷时所需空气量少，所以运转正常。而当负荷增大后，空气量不能随着燃油量增加，使空燃比变小，致使混合气过浓，从而导致电控柴油机出现冒黑烟的现象。导致进气不足常见的故障点如下：

1）空气滤清器的安装方向不正确、空气滤清器堵塞等，从而导致流经空气滤清器的空气量减少，从而导致进气量不足。

2）进气管漏气、弯折、堵塞或者变形（尤其是胶管），从而导致进气不畅。

3）增压器损坏导致增压压力低，发动机动力不足，甚至冒黑烟。

4）废气旁通控制阀有故障，导致增压器泄气，进一步导致增压压力过低，从而致使发动机动力不足，冒黑烟。

5）节气门积碳或者卡滞，致使节气门不能正常响应，从而造成进气不畅，最终导致发动机冒黑烟。

6）中冷器破裂、堵塞或者缺水等，导致发动机温度过高，不能冷却增压后的空气，致使进入气缸内的空气温度过高，密度减小，使充气效率减小，致使实际进入气缸的空气较少，最终导致发动机动力不足和冒黑烟。

7）EGR阀损坏导致废气进入过多，使气缸内的新鲜空气较少，从而导致进气不足，最终造成发动机冒黑烟。

8）进气压力传感器故障、接插件腐蚀、线束连接异常等等，导致进气压力传感器出现信号漂移，导致ECU接收到的空气量大于实际空气量，ECU就会根据接收到的信号进行，混合气过浓，造成燃油不完全燃烧，最终导致电控柴油机冒黑烟。

3.气缸漏气

发动机气缸密封不严，漏气，致使可燃混合气瞬间爆发压力以及燃烧温度下降，导致燃烧不完全，从而造成发动机冒黑烟。导致气缸漏气的原因如下：

1）进排气门积碳、进排气门打开关闭时间不对，气门间隙不对，进排气门无法彻底关闭等，导致缸压降低，从而造成发动机冒黑烟。

2）气缸套磨损、活塞磨损、活塞环重环等（气环油环缺口重合）导致缸内漏气，缸压降低，从而造成发动机冒黑烟。

3）气缸垫破损或者缸盖密封面变形等，导致气缸无法密封，缸压降低，从而造成发动机冒黑烟。

4.排气不畅

发动机排气不畅，导致排气阻力增加，废气无法顺利排出，过多的废气残留在气缸内，致使新鲜空气不足，充气效率下降，燃油无法完成燃烧，从而造成发动机冒黑烟。造成排气不畅的具体原因如下：

1）消声器、尾气后处理装置堵塞，致使排气不畅，最终导致发动机冒黑烟。

2）排气管堵塞致使排气不畅，最终导致发动机冒黑烟。

3）排气蝶阀卡滞致使排气不畅，最终导致发动机冒黑烟。

5.喷油量异常

喷油量异常，尤其是喷油量过大，造成空燃比异常，燃烧不完全，从而造成发动机冒黑烟。造成喷油量异常的具体原因如下：

1）喷油器磨损、滴油、调节不当、喷油器轻微卡滞等，导致实际喷油量大于理论喷油量，从而造成发动机冒黑烟。

2）轨压传感器信号漂移，导致测量轨压低于实际轨压，实际燃油喷油量大于计算喷油量，从而造成发动机冒黑烟。

3）发动机冷却液温度传感器故障，导致ECU监测发动机冷却液温度处于较低的状态，ECU控制喷油器喷油量较多，从而造成发动机冒黑烟。

4）大气压力传感器故障，导致ECU加大喷油量进行修正，从而造成发动机冒黑烟。

6.喷油时刻异常

造成喷油时刻异常的原因主要有：发动机正时不对、皮带跳齿等硬件方面的问题；凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器线束反接；ECU数据问题等。

7.其他原因

1）燃油质量不佳，或者燃油含水等，造成可燃混合气燃烧恶化，导致发动机冒黑烟。

2）喷油器安装不当，如喷油器漏装密封垫片、高压顶杆渗漏水，喷油器铜套漏水等等。

二、喷油量的控制策略

在实际维修作业中，引起电控柴油机冒黑烟故障最常见的原因是喷油量过大。要解决喷油量过大的问题，首先要了解电控系统的控制逻辑，熟悉影响喷油量的因素，才能分析喷油量过大的故障原因和重点检测部位。

喷油量有两个值，一是由加速踏板位置和发动机转速计算得出的基本喷油量；另一个是通过向最大喷油量添加不同类型校正，由发动机转速计算出的喷油量。两个喷油量中较小的用作计算最终喷油量的基数。喷油量控制逻辑如图4-3-1所示。

图4-3-1　喷油量控制策略图

1.基本喷油量

基本喷油量由发动机转速和加速踏板开度决定。当发动机转速恒定时，如果加速踏板开度增加，喷油量增加；加速踏板开度恒定时，如果发动机转速增加，喷油量降低，如图4-3-2所示。

图4-3-2　基本喷油量影响因素

2.最大喷油量

最大喷油量是根据发动机转速和各个传感器（冷却液温度传感器、燃油温度传感器、进气温度传感器、大气温度传感器、进气压力传感器、大气压力传感器）校正值所确定的基本最大喷油量来决定的，如图4-3-3所示。

图4-3-3　最大喷油量影响因素

3.启动喷油量

启动喷油量根据发动机启动时的基本喷油量和启动机开关打开的时间、发动机转速和冷却液温度的校正值决定，如图4-3-4所示。启动基本喷油量是柴油机转速与冷却液温度的函数，冷却液温度越低，转速越低，启动喷油量越大。启动基本喷油量的标定工作的重点是冷启动喷油量与热启动喷油量，在保证启动迅速可靠的前提下，必须避免冷启动冒白烟、黑烟与热启动冒黑烟。

图4-3-4　启动喷油量影响因素

当启动运行超过一定时间后仍然没有启动成功，ECU会以一定步长增加启动喷油量，以促进柴油机顺利启动。在标定过程中，应仔细调整此步长值，太大则引起较大的启动冲击与冒黑烟，较小则启动迟缓。启动喷油量和加速踏板信号是没有关系的，因此，启动时踩加速踏板不会改变喷油量。

4.最高转速喷油量

最高转速设定喷油量由发动机转速决定。限制喷油量，以便防止发动机超速，如图4-3-5所示。

图4-3-5　最高转速喷油量影响因素

5.喷油量的校正

（1）冷却液温度修正/发动机最大喷油量校正（发动机处于暖机状态时）。

当冷却液温度低时，不管是在启动期间或是在正常工作期间，该信号的校正将增加喷油量，如图4-3-6所示。

图4-3-6　喷油量与冷却液温度的关系

（2）进气压力校正。

当进气压力低时，限制最大喷油量，从而减少了黑烟的排放，如图4-3-7所示。

图4-3-7　喷油量与进气压力的关系

（3）大气压力校正。

最大喷油量根据大气压力的不同而进行修正。当大气压力高时，最大喷油量增加，如图4-3-8所示。

图4-3-8　喷油量与大气压力的关系

（4）加速时喷油量延迟校正。

加速时，如果加速踏板开度有很大变化，则喷油量将延迟增加，以便防止黑烟排放，如图4-3-9所示。

图4-3-9　加速时喷油量延迟校正

（5）燃油温度校正。

燃油温度增加时，燃油密度变小，实际燃油质量变小，该校正将增加最大喷油量。

（6）进气温度修正。

进气温度增加，进气密度变小，实际空气质量较少，限制最大喷油量，防止冒黑烟，同时也防止损坏增压器。

（7）单缸修正量。

单缸修正量主要基于喷油器的加工误差，就是我们常说的喷油器的修正码的修正。

【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4-3-1。

表4-3-1　实训设备及工具材料

续　表

【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、诊断与排除冷却液温度传感器电路故障

1.冷却液温度传感器电路分析

如图4-3-10所示，共轨压力传感器电路由发动机控制模块、共轨压力传感器和连接线路组成。发动机控制模块（ECU）通过线路458提供低电平参考电压，通过线路457检测共轨压力信号，通过456提供5V参考电压。当高压共轨内燃油压力变化时，发动机控制模块ECU根据通过检测线路457的电压来判断共轨内燃油压力。

图4-3-10　共轨压力传感器电路

2.共轨压力传感器电路故障诊断与排除

1）将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开共轨压力传感器的线束连接器。

2）测试线路458（共轨压力传感器端）和搭铁之间的电阻小于10Ω。

注意：如果等于或高于10Ω，则断开发动机控制模块的线束连接器，测量线路458端对端的电阻是否小于2Ω。如果为2Ω或更大，则修理线路458开路/电阻过大；如果小于2Ω，则更换发动机控制模块。

3）将点火开关置于“ON（打开）”位置，测量线路456（共轨压力传感器端）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456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456对搭铁短路故障；如果电阻为无穷大，则进一步测量线路456端对端的电阻是否小于2Ω。如果为2Ω或更大，则修理线路456的开路/电阻过大；如果小于2Ω，则更换发动机控制模块。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457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457对电压短路故障。如果低于1V，则更换发动机控制模块。

4）确认故障诊断仪的“共轨压力传感器”参数低于0.3V。

注意：如果等于或高于0.3V，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开发动机控制模块处的线束连接器，再将点火开关置于“ON（打开）”位置。测量线路457和搭铁之间的电压是否低于1V。如果是1V或更高，则修理电路上的对电压短路故障；如果低于1V，则更换发动机控制模块。

5）在线路457（共轨压力传感器端）和线路456（共轨压力传感器端）之间安装一条带3A保险丝的跨接线，确认故障诊断仪上的“共轨压力传感器”参数高于4.8V。

注意：如果等于或低于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457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457对搭铁短路故障；如果电阻为无穷大，则进一步测量信号电路端对端的电阻是否小于2Ω。如果为2Ω或更大，则修理线路457开路/电阻过大；如果小于2Ω，则更换发动机控制模块。

6）更换共轨压力传感器。

【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4-3-2。

表4-3-2　配分与评分标准