柴油发动机不易起动故障诊断与排除情景描述某客户反映该挖掘机故障为发动机为不容易起动或起动后发动机易熄火，有时发动机无力，发动机故障指示灯常亮，经班组长试车检查故障现象与客户所说的一致，现需要维修技工根据维修手册相关要求，在规定时间内对发动机的故障进行诊断和维修，维修完成后自检交付班组长验收。

学习目标知识目标1.能叙述柴油发动机不易起动故障发生的原因；2.能叙述柴油机电控高压共轨系统类型、组成、功用及故障诊断方法；3.能查阅维修资料收集信息，讨论和制定出相应的故障诊断流程。

技能目标1.能叙述并执行发动机操作、设备运用、消防等安全操作规程；2.能正确选择使用仪器和设备，对故障进行检测和记录，确认故障原因；3.能对维修资料、互联网资源进行检索，完成工单、工作页的填写。

素养目标1.能制定工作计划，独立完成故障诊断与排除流程；2.能够与小组其他成员进行有效的沟通与合作。

学习活动流程1.学习活动1—教师发布工作任务，学生以小组形式完成任务分析与检查；2.学习活动2—学生分组讨论学习柴油发动机不易起动故障诊断相关知识；3.学习活动3—学生分组讨论制定维修方案，指导教师将共性问题集中讲述、总结和展示阶段成果；4.学习活动4—学生分组进行故障的检测与记录，并完成故障诊断与排除工作；5.学习活动5—学生对故障维修的结果进行检验。

学习任务一任务分析一、机器设备的基本检查1.参考实际案例以书面的形式列举共轨燃油系统检修注意事项。

2.请填写挖掘机的基本信息完成基本检查，并填写作业记录表1-1。

作业记录表表1-1二、故障码的读取与分析请按照以下步骤，填写读取故障码和数据流作业记录表1-2。

读取故障码和数据流作业记录表表1-2学习任务二资讯获取发动机不易起动是挖掘机发动机常见的典型故障。

如果出现了发动机不易起动的故障，原因很可能是发动机的燃油系统、电子控制部分或机械部分元件出现了故障。

因此，在故障诊断与排除过程中，应集中在以上几个系统。

一、电控高压共轨燃油系统故障分析1.电控高压共轨系统学习电控高压共轨系统主要由油箱、柴油滤清器（预滤、精滤）、输油泵、高压泵、共轨管、电控喷油器、高低压油管、各种传感器、电控单元（ECU）、各种执行器、电子油门、连接线束等组成，如图1-1、图1-2所示。

图1-1 电控高压共轨系统结构组成图1-2 玉柴4F 发动机共轨系统示意图（1）电控高压共轨燃油系统的组成汽车柴油机电控高压共轨喷油系统的主要部件由低压供油部分和高压供油部分组成。

①低压供油部分电控高压共轨喷油系统的低压供油部分包括:燃油箱（带有滤网）、输油泵、燃油滤清器及低压油管。

低压油路中有进油和回油两部分：进油，燃油从油箱内通过粗滤到燃油滤清器再到齿轮式输油泵；回油，喷油器回油、油轨和电控高压泵回油接到一起回到油箱。

②高压供油部分电控高压共轨喷油系统的高压供油部分包括：带调压阀的高压泵、高压油管、作为高压存储器的共轨（带有共轨压力传感器）、限压阀和流量限制器、喷油器、回油管。

发动机油路走向原理图(见图1-3、图1-4)（CP3.3油泵：适用于玉柴4E、4G、6J、6A、6G等中型等系列博世共轨发动机）图1-3 博世共轨发动机油路走向原理图图1-4 YC4F发动机油路走向原理图燃油的主要走向：油箱→粗滤带（手油泵）→燃油分配器→输油泵（在高压油泵后端）→细滤→压油泵→共轨管→喷油器。

2.电控高压共轨燃油供给部分主要部件高压共轨油路部分主要零部件有：高压油泵、高压油轨、共轨压力传感器、流量控制阀和喷油器、压力调节阀等。

（1）高压油泵如图1-5所示。

图1-5 玉柴国Ⅲ4F柴油机采用双缸泵①高压油泵的作用通过电控高压泵的持续工作，将燃油输送到高压轨中，在轨内蓄压。

ECU通过油泵上的油泵执行器（内压控制阀）来控制在高压轨中的燃油压力，高压轨上的轨压传感器反馈轨压信息给ECU，形成一个闭环控制，高压轨中在任何时刻都蓄有一定压力的高压燃油。

在ECU 根据内部的标定数据计算出需要某缸喷油的时候，由ECU 通过控制喷油器的磁电电磁阀的工作来使喷油器在计算的时刻喷出计算出的燃油量。

目前，国内车用柴油机广泛采用了Bosch第二代共轨系统（CRS2.0），最大供油压力在130～135MPa之间（视具体机型而有所区别），常见的高压泵型号有：CP1、CP1H、CP2、CP3等。

②高压油泵工作原理输油泵将燃油从油箱吸出，经过带有油水分离器的燃油滤清器到达高压泵的进油口。

输油泵使燃油经节流阀的节流孔，进入高压泵的润滑和冷却回路。

凸轮轴使3个柱塞按照凸轮的外型上下运动。

当供油油压超过安全阀的开启压力（0.5-1.5bar），高压泵的柱塞正向下运动（吸油行程），输油泵使燃油经高压泵进油阀进入柱塞腔。

在高压泵柱塞越过下止点后，进油阀关闭。

柱塞腔内的燃油被密封，压缩后当压力升高到共轨的油压，出油阀被打开，被压缩的燃油进入高压循环。

柱塞继续供油，直到到达上止点（供油行程），压力减少，导致出油阀关闭。

（2）高压共油轨①高压共油轨的作用高压共轨在储存高压燃油的同时，使高压油泵的供油和喷油器喷油时产生的高压振荡衰减，因此喷油器的开启时刻和喷油压力能维持定值。

高压共轨同时还起燃油分配器的作用。

在高压共轨上装有用于测量共轨压力的共轨压力传感器（燃油通过高压共轨上的一个小孔流向高压共轨压力传感器）及流量限制器（在管接头内部），如图1-6所示。

图1-6 高压共轨结构图②流量限制器的作用流量限制器的作用是防止喷油器可能出现的持续喷油现象。

为此，由共轨流出的油量超过最大流量时，流量限制器将自动关闭流向相应喷油器的进油口，防止继续喷油。

流量限制器的结构图，如图1-7示。

流量限制器有一个金属外壳，外壳两端有外螺纹，上端拧在共轨上，下端拧入喷油器的进油管。

外壳两端有孔，以便与共轨或喷油器进油管建立液压联系；流量限制器内部有一个活塞，一根弹簧将此活塞向共轨方向压紧；活塞上的纵向孔连接进油孔和出油孔，纵向孔直径在末端是缩小的，起到精确计量的节流孔的效果。

图1-7 流量限制器的结构图（3）喷油器Bosch共轨系统第二代喷油器采用的是电磁阀式喷油器，由孔式喷油嘴和电磁阀（喷油器电磁阀的灵敏度为0.2 ms左右）等组成。

喷油器喷孔的数量一般为6个左右。

来自高压共轨的高压燃油，经油道流向喷油嘴，同时经节流孔流向针阀控制腔，针阀控制腔通过球阀控制的泄油孔与回油管路相连。

①喷油器的组成喷油器主要由控制室、压力室、喷油嘴、调压弹簧、量孔、控制活塞、喷油器电磁阀TWV等组成，其顶端印有快速识别代码QR，安装喷油器时将该码输入ECU，可将各缸喷油量的差别控制在1.5％，如图1-8所示。

图1-8 喷油器的组成②喷油器的工作原理当喷油孔的电磁阀不通电时，泄油孔关闭，作用在针阀控制活塞顶部的压力大于作用在针阀承压面上的压力，针阀被迫进入阀座而将高压油道与燃烧室隔离。

当喷油器的电磁阀通电时，泄油孔被打开，针阀控制腔的压力降低，作用于针阀控制活塞顶部的压力也随之下降。

一旦压力降至低于作用于喷油嘴针阀承压面上的压力，针阀上升，燃油经喷油嘴喷孔喷入燃烧室。

此外，在控制柱塞处泄漏的燃油，通过回油管和高压油泵出来的回油一起流回燃油箱，喷油器工作过程如图1-9所示。

图1-9 喷油器工作过程德尔福喷油器将高速的压力平衡式电磁阀与低的回油泄油液压概念结合起来，降低了整个系统的复杂性，从而省掉了两个昂贵的零件：共轨压力控制阀和燃油冷却器。

省掉共轨压力控制阀是借助于一种创新的共轨释压策略来释放共轨中的油压，ECU利用喷油器中的高速电磁线圈的特点使共轨能快速释压，从而快速切断向燃烧室喷油。

省掉燃油冷却器是得益于喷油器低的泄流和共轨压力控制阀的取消，两者的共同效果明显减少了回油量，从而减少了燃油冷却的必要性，相对于传统喷油系统有以下的优点。

a.喷油压力的产生不依赖于发动机转速与喷油量，轨内供喷油器喷油的压力可达1450bar，甚至更高。

b.喷油器可以在任何时刻喷油，可根据性能排放要求完成多次喷射。

c.高的喷射压力使喷油器的喷孔可以做的更小，由此缸内可完成更好的雾化，混合更均匀。

d.供油均匀，使喷油泵与传统机械喷油系统相比，尺寸更小，且驱动装置不用承受高压负载峰值。

e.喷油压力固定，喷射均匀，混合均匀，燃烧更稳定。

二、电控高压共轨电子控制部分故障分析1.电控高压共轨电子控制部分学习采用共轨喷油系统的柴油机，其电控装置（如图1-10所示）分为3个分系统。

图1-10 电控高压共轨电子控制部分（1）传感器部分——采集运行状况和额定值的传感器和额定值发送器，它们将各种不同的物理参数转变为电信号（曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、加速位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、燃油温度传感器、进气压力传感器、大气压力传感器）。

（2）电子控制单元ECU——用于根据一定的数学计算过程（调节算法）处理信息，并发出指令电信号。

（3）执行器——用于将ECU输出的指令电信号转变为机械参数（燃油计量阀、喷油器电磁阀）。

2.曲轴/凸轮轴传感器（1）作用：精确计算曲轴位置，用于喷油时刻、喷油量的计算，转速计算。

（2）特性：可变磁阻式，安装于齿轮室上；空气间隙：0.5mm～1.5mm；静态电阻值：860欧；工作环境：-40度～120度。

（3）工作原理感应式转速传感器跟脉冲盘相配合，用于提供发动机转速和曲轴上止点信息。

感应式转速传感器由一个永久磁铁和磁铁外面的线圈组成。

脉冲盘是飞轮前端面，原本加工60个齿，但是由两个空缺。

工作原理是利用磁电效应，脉冲盘装在曲轴上，随曲轴转动。

当齿尖紧挨着传感器的端部经过时，铁磁材料制成的脉冲盘切割着转速传感器中永久磁铁的磁力线，在传感器线圈两端产生一定频率的感应电压，作为转速信号输出给电控单元。

如图1-11、1-12所示。

图1-11 曲轴/凸轮轴传感器图1-12 插接件3.增压压力及温度传感器（1）作用：主要通过计算空气量，控制“空燃比”。

（2）特点：集成温度传感器与压力传感器；工作温度范围：- 40～130℃；工作压力范围：50～400kpa；压力传感器为5V供电,输出信号电压:0.5～4.5V，温度传感器为NTC热敏电阻传感。

（3）工作原理：把压力信号转化为电压信号，然后送给ECU，由其进行相关比较，运算后控制执行器的动作。

见图1-13、1-14、1-15所示。

压力传感元件主要为一片硅芯片，在中央蚀刻出压力膜片。

压力膜片上有4个压电电阻作为应变元件组成一个惠斯顿电桥。

硅芯片的背面为参考真空，定值和整流电路也集成在硅芯片上。

进气歧管压力的改变使压力膜片受力变形，压阻效应使电阻改变，通过芯片处理后，形成与压力成线性关系的电压信号。

温度传感器元件是一个负温度系数NTC的电阻，随进气温度变化，输送给控制器一个表示进气温度变化的电压。