喷油器故障导致柴油机排放问题-故障案例分析

2023-09-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图6-4 喷油器喷油雾化质量示意图②该缸活塞可能出现烧顶或拉缸故障。于是将喷油器总成解体进行检查，发现喷油器针阀没有卡住。此后，又认为是喷油器头部的针阀偶件可能存在缺陷，随即更换一个新的针阀偶件，试验结果依然如故。案例4：喷油器故障导致柴油机排

喷油器（嘴）因素影响柴油机冒黑烟主要有下列几个方面的原因：

（1）喷油嘴雾化不良、卡死、滴油严重或损坏柴油机排气烟度与燃油雾化品质的关系密切，在柴油机喷油过程中，每次喷油要结束时，喷油压力下降，雾化质量差，使液滴直径比主要喷射阶段的油滴大4～5倍（体积约增大100倍），这些油滴蒸发与燃烧的时间短，容易产生炭烟。

喷油器不雾化、雾化不良或滴油（图6-4），使燃料不能充分地与气缸内的空气混合，也不能完全燃烧。由喷油器工作不良引起的排黑烟现象在柴油机低速运转时较为明显，因为低速运转时气缸内进气涡流较弱，油滴或油束被气流冲散的可能性减少并且停留的时间较长，更容易形成炭黑排出。

喷油器（嘴）有问题时，除了造成柴油机排气冒黑烟外，还有下列现象：

①排气管接口处湿润，严重时可能滴柴油。

图6-4 喷油器喷油雾化质量示意图

②该缸活塞可能出现烧顶或拉缸故障。

③该缸可能有强烈的燃烧噪声。

④油底壳机油的油面可能升高。

（2）喷油压力不正确喷油压力不正确（偏大或偏小）将影响喷油器的建压时间，使喷油提前角延迟或提前，使柴油机工作时冒黑烟。喷油压力偏大，可能延迟喷油开始时间，柴油机后燃增多。而喷油压力偏小，可能提前喷油开始时间，且喷油延续时间相对加长，喷入气缸的燃油量也会增多，这将使柴油机的混合气过浓，柴油机早燃增多。两者产生的问题和现象与前述的供油提前角不正确相似。

确认某个气缸喷油器（嘴）是否存在问题的方法与确认柱塞、出油阀是否存在问题的方法基本相同，只是互换喷油器后，该气缸不再冒黑烟而另一缸冒黑烟，则说明此喷油器（嘴）有问题。

（3）喷油器安装错误某些柴油机喷油器的安装有严格的安装方向，但没有特别的标记予以说明，所以就容易出现安装相差180°的问题。此时，柴油机就会严重冒黑烟。

（4）喷油器部件机械损坏喷油器内的某些部件机械损坏，如顶杆磨损或折断、弹簧失效或断裂等，都可能导致喷油器针阀偶件关闭不严而造成柴油机排气冒黑烟。

（5）调整错误某些柴油机的喷油器（如康明斯PT泵喷油器），安装后需要对PT喷油器推杆的喷油行程进行调整。如果喷油行程调整过大，就可能击穿喷油嘴，导致喷油错误，这将使柴油机严重冒黑烟（如下面故障案例3所述）。

（6）故障实例

案例1：喷油器错位安装导致柴油机排气冒黑烟。

一台工程机械用BF6M1013柴油机，维修人员在进行了喷油器的校验后，发现柴油机起动后从怠速开始就严重冒黑烟，无论怎样调整油量或其他部位，冒黑烟现象都不能消失，而且转速越高，黑烟现象越严重。后来经过认真的检查和对比，发现喷油器安装方向错位180°，纠正错误后黑烟随即消失。

此类人为因素导致的柴油机排气冒黑烟故障经常发生，严重的会造成柴油机活塞顶部烧蚀等其他衍生类故障。因此在拆装不太熟悉的柴油机喷油器时，应注意做出安装标记。

案例2：喷油器故障导致柴油机排气冒黑烟。

故障现象：一辆依维柯客车（NJ2045），该车装有SOFIM8140型柴油增压柴油机，排量为2.5L，在使用过程中出现柴油机排气冒黑烟、功率明显下降现象。

故障诊断：做断缸试验时（逐缸断油），在将第3缸的高压油管螺母拧松后，柴油机排气冒黑烟现象消除，由此说明第3缸有问题。于是将第3缸的喷油器总成拆下，清洗后安装在喷油器试验台上测试，压力表上没有压力显示，并且柴油不是从喷油器喷孔中喷出，而是向下流淌，由此说明柴油机排气冒黑烟是第3缸喷油器故障造成的。

喷油器无喷油压力，一般为喷油器针阀卡在开启位置所致。于是将喷油器总成解体进行检查，发现喷油器针阀没有卡住。当时认为可能是喷油器调压弹簧压力不够。为此，在喷油器内加入厚度为0.5mm的垫圈，以增加调压弹簧的预紧力。但是经过试验，喷油器仍无喷油压力。此后，又认为是喷油器头部的针阀偶件可能存在缺陷，随即更换一个新的针阀偶件，试验结果依然如故。究竟是什么原因，是否为喷油器总成除喷油器头部以外的某个零件的缺陷造成的。于是对喷油器总成的每个零件进行了仔细的检查，发现喷油器针阀顶杆凹坑磨损严重（图6-5）。经测量其深度为3mm（新的顶杆凹坑深度为1.5mm），已严重超限。

在喷油器针阀顶杆凹坑深度磨损超限之后，针阀尾部进入顶杆凹坑后，针阀体端面已压在顶杆座上（图6-6a）。这样，在喷油器调压弹簧端面上增加垫圈后，只是通过弹簧将顶杆锥体部分压在顶杆座上，而没有作用到喷油器针阀尾部上，以致进入喷油器内的柴油可以毫不费力地将针阀推起，而柴油则通过喷孔流出。在此情况下，即使换上一个新的喷油器针阀偶件也无济于事。

图6-5 顶杆磨损情况

1—顶杆 2—顶杆凹坑磨损部位 3—顶杆凹坑

图6-6 未装压紧螺母的喷油器总成

a）故障的喷油器 b）正常的喷油器 1—喷油嘴 2—顶杆座 3—顶杆 4—调压弹簧 5—喷油器体 6—调整垫圈

在正常情况下，将喷油器头装配到喷油器总成上，在没有拧上喷油器压紧螺母之前，喷油器大端面与顶杆座之间应有空隙，一般为0.6～1.0mm（图6-6b）。

故障排除：根据上述分析与检测，喷油器顶杆凹坑磨损严重，换上了新的喷油器顶杆，故障彻底排除。如果无此配件，作为应急措施，可在喷油器顶杆凹坑内垫一个与顶杆凹坑孔径相当的钢制垫片，以减少顶杆凹坑深度。

案例3：喷油嘴击穿导致柴油机排气冒黑烟。

故障现象：一台铁路钢轨打磨机的动力为康明斯K38柴油机，该机使用一段时间后，就开始出现排气冒黑烟故障，由于该柴油机使用PT泵喷油系统（图6-7a所示），开始认为是油门执行器出现了问题，但是专业检查没有发现问题。

图6-7 PT泵喷油系统结构示意图

a）结构 b）喷油嘴被击穿

进一步检查分析后认为该机黑烟故障来自PT泵的喷油嘴，拆下PT泵进行专业检查，发现该机所有12个喷油嘴头部全部被击穿（图6-7b），因此，喷油器等于多了一个喷孔向燃烧室喷油，相对油量大了许多，所以柴油机总是黑烟滚滚。

故障排除：更换全部喷油器后，黑烟故障消失。

原因分析：因为PT泵喷油提前角需要对推杆进行调整，以控制油量和喷油提前角度。如果调整不当，就会击穿喷油嘴头部。该机全部喷油嘴头部被击穿，应该是调整不当所致。

案例4：喷油器故障导致柴油机排气冒黑烟。

故障现象：一辆捷达SDI型柴油轿车，配置AQM型柴油机，行驶6万km后，出现柴油机运转不稳、行驶中加速无力且排气管冒黑烟现象。

故障诊断：捷达柴油轿车怠速运转不稳的原因，一般是由以下几方面引起的：

①个别气缸的气缸压力过低。

②VP37轴向柱塞式分配泵损坏，进而导致供油量不均匀。

③个别气缸喷油器损坏或有堵塞。

利用气缸压力表检查各缸压缩压力，各缸压缩压力均在标准范围（2.50～3.10MPa）之内。检查燃油系统，柴油中未发现水或杂质，供油管路畅通。连接故障诊断仪V.A.G 1551，用02功能查询故障记忆，查询结果为ECU内无故障码。起动柴油机，使其怠速运转，用08功能阅读测量数据块001显示组，喷油泵喷油量变化在2.0mg/s左右，变化范围较大；用08功能阅读测量数据块000显示组，供油时刻起始值为94；用08功能阅读测量数据块013显示组（稳定怠速控制），各缸喷油量变化数值为：第1缸为1.70mg/s，第2缸为2.08mg/s，第3缸为1.60mg/s，第4缸为1.80mg/s。

根据以上数据，调整喷油起始角04功能下000组，2区喷油始点数值为50～60，故障依旧。检查喷油量调节器（喷油量调节器是一个电磁转动电位计，由柴油机ECU通过定向的占空循环进行控制，喷油量调节器上的偏向轴在高压活塞上移动，以达到调节喷油量的目的。因此，怀疑喷油量调节器失效或线路故障造成轴向柱塞式分配泵损坏，进而导致供油量不均匀）：首先关闭点火开关，拔出喷油泵插接器，利用万用表按电路图检测喷油泵插接器端子5与端子6之间的电阻，电阻值符合要求（标准值为0.5～2.5Ω）；然后将接线盒（V.A.G1598/31）与柴油机ECU和线束相连，检查喷油泵外接电路，一切正常，说明故障点不在分配泵。

检查各缸针阀升程传感器（针阀升程传感器是用来确定喷油电磁阀喷油始点的。如果针阀升程传感器失效，则喷油阀喷油始点根据柴油机转速和负荷转换为开环控制）：关闭点火开关，拔出针阀升程传感器插接器，用万用表检测针阀升程传感器插接器端子间的电阻，各缸电阻值均符合要求（标准值为80～120Ω），说明针阀升程传感器正常。

重新开始分析怠速稳定控制数据组013，第2缸做功比其他3个缸都好，且超出了调整的允许范围（±1.9mg/s），说明第2缸供油太多了。因此，拆下2缸喷油器测试其喷油压力，结果是在压力达到8.0MPa时喷油器开始喷油。而标准的喷油开启压力为19.0～20.0MPa，也就是说2缸喷油器在未达到标准压力时提前开启，对第2缸喷油器进行拆检，结果发现其弹簧断裂。

故障排除：更换第2缸的喷油器后，起动柴油机，柴油机运转平稳，加速性能良好，故障排除。

故障分析：捷达SDI柴油轿车喷油器是采用双螺旋弹簧控制喷油器开启压力的，由于2缸喷油器的1个弹簧断裂，致使开启压力过低，喷油器开启过早，喷油量过多，针阀升程传感器把这一信号反馈给柴油机的ECU（针阀升程传感器能够向柴油机ECU准确反映喷油起始时刻，喷油持续的时间即喷油量，同时还起到判缸的作用）。这时柴油机ECU控制VP泵减少喷油量，也就是说根据针阀升程传感器的信号，2缸的喷油量已足够。而到1缸、3缸和4缸时，开启压力较高，需19.0～20.0MPa，此时就会导致1缸、3缸和4缸供油量不足，做功能力不足。

此时柴油机ECU为了维持怠速运转稳定，就会出现供油量变化范围较大，来维持柴油机的怠速运转，给维修人员的直观感觉就是柴油泵已经损坏了。因此，捷达AQM柴油机在维修过程中，如果发现喷油量过大或过小，也不一定是VP轴向柱塞式分配泵损坏，一定要做仔细全面的检查。

喷油器故障导致柴油机排放问题-故障案例分析

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