丰田柯斯达中型客车柴油发动机动力不足检修

叶峻峰

引言

目前，国内外柴油发动机普遍实现了电子化控制，其中高压共轨、电控喷射、涡轮增压中冷等技术在现代先进的汽车柴油机上得到了广泛运用。相较于传统的机械喷射系统，电控喷射系统有效地改善柴油机的燃油经济性和动力性，也降低氮氧化物和烟度的排放;与此同时，对维修人员的技能提出了更高的要求。

电控柴油发动机作为车辆的动力装置，工作性能的好坏直接影响汽车的动力性与经济性。其中动力不足是柴油机常见的故障，主要引发车辆提速迟缓、加速性能变差以及爬坡无力等症状，特别是在大负荷工况下，柴油机表现出动力明显不足，车辆行驶无力且油耗增加。

本文针对电控柴油机动力不足现象，将对进排气系统、气缸气密性、高压共轨供油系统和电子控制系统等进行检查。但是，在利用丰田二代诊断仪TOYOTA Intelligent Tester 2（简称ITT2）读取发动机电子控制系统故障代码DTC与数据流，发现了故障代码P0088且在加速工况高压油轨油压参数异常。因此，结合N04C型号柴油发动机燃油供给系统组成与工作原理，优先考虑对高压共轨电控喷射系统电路与油路进行检修。

一、高压共轨燃油喷系统构成与工作原理

（一）高压共轨燃油喷系统构成

丰田柯斯达Coaster中型客车搭载N04C型号电控柴油发动机，如图1所示。

其高压共轨燃油喷系统主要部件组成和工作原理与汽油机电控燃油喷射系统相类似，如图2所示。该型号柴油电控发动机采有日本电装公司基于HP3的三缸HP4型输油泵的高压共轨系统，包含燃油供给系统和电子控制系统两大部分，燃油供油系统低压油路部分主要由柴油箱、输油泵、滤清器、低油管等部件组成;高压油路部分组成部件有高压供油泵、吸油控制阀、高压油轨、共轨压力传感器和喷油器等。高压共轨系统的电子控制系统主要由传感器、执行器和电控单元ECU组成。电控单元ECU作为控制系统的司令部，接收传感器和数据导线获取的驾驶员加速踏板开度、档位以及车辆和柴油机的实时运行信息，对这些信息按照预设程序进行处理，向喷油器电磁阀、吸油控制阀、输油泵继电器等发出相应的控制和调节指令，对柴油的运转进行控制与调节。传感器部分包括：进气温度传感器、冷却液温度传感器、空气流量计、油轨压力传感器、油门踏板传感器、曲轴转速传感器、凸轴位置传感器等。

（二）高压共轨燃油喷系统工作原理

如图2所示，贮存在油箱中的柴油被低压油泵抽入柴油滤清器，流经吸油控制阀SCV输入高压油泵，高压油泵将低压油转化为高压油后送入高压油轨中，油轨中的压力由电控单元ECU和油压电控模块根据燃油压力传感器检测油轨压力以及预设值进行调节控制。高压油轨内的燃油经过高压油管进入喷油器;ECU根据各种传感器及开关检测电控柴油机的实时运行状态，并将接收到的信号与存储器中的相应参数和最优运行结果比较，ECU根据比较偏离值的大小和方向按一定的控制策略进行有关信息分析处理，再计算出相应的控制指令，确定合适的喷油正时和喷油时，以控制喷油器的喷油起始时刻和持续时间，操纵电液控制的喷油器将柴油喷入气缸内完成燃烧。

（三）控制阀SCV的结构与工作原理

高压供油泵装备有一个紧凑型吸油控制阀SCV，如图3所示，吸油控制阀具体结构如图4所示。

如图5所示，电控柴油发动机电子控制单元通过向吸油控制阀发送一定占空比的脉冲，改变吸油控制阀阀门开启的大小和关闭回通油道的时刻及关闭持续的时间，调节进入供给泵腔内被压缩的柴油量，从而控制了高压泵供油量，达到控制共轨内的柴油压力的目标。

二、实例案例

一辆丰田柯斯达Coaster中型客车进厂时，客户反映车辆行驶中柴油发动机故障灯亮，发动机加速不起，油门踩到底也只能跑到40km/h。为此，维修技师首先使用丰田二代诊断仪ITT2读取故障代码DTC，结果显示故障代码：P0088油轨/系统压力太高，清除故障代码后对故障车辆进行路试发现，当油门踩到底时，车辆出现提速后出现动力后继不足，在发动机转速3000r/min区域时突然转速下降，最高车速只能到40km/h左右，说明动力性指标严重下降，这与客户所说描述的情况一致;与此同时，发动机故障灯马上又亮了，读取故障代码DTC为P008。

三、故障诊断与排除

（一）故障检查与诊断

该车型搭载N04C型共轨柴油发动机，采用直列4缸16气门、侧式凸轮轴（OHV）、排量4.0升带涡轮增压系统。分析故障代码产生原因并查阅修理手册，对燃油系统低压油路、供油泵吸油控制阀以及电子控制系统等总成及系统进行检查和相关电路入手，以确定故障发生的具体部位。

1） 检查燃油低压油路：车辆发动机动力不足故障可能是实际燃油压力过低引起的，于是检查低压油管，并未发现弯曲、变形等;拆下柴油滤清器和吸油器滤芯发现堵塞严重，且燃油箱内部生锈严重，如图6所示，建议客户更换燃油箱、柴油滤清器和吸油器滤芯，经客户同意后更换以上部件，但故障却未排除。

2）检查高压油泵吸油控制阀SCV（Suction Control Valve）：根据修理手册检查步骤，对高压油泵吸油控制阀进行检查，其端子如图7所示，拔下吸油控制阀插接器后，测量吸油控制阀1-2端子之间的电阻为2.0Ω（標准1.9-2.3Ω），测量值在正常范围。

检查吸油控制阀与发动机电控单元之间电路的是否断路、对地短路等，根据图8、图9吸油控制阀与电脑端子信息以及吸油控制阀电路进行检查，测量结果如表1、表2所示。

从表1、表2实测结果中并未发现数据异常，确定吸油控制阀与柴油发动机电控单元之间电路工作正常。

3）读取发动机电子控制系统数据：利用ITT2查看电控柴油发动机数据流，在发动机怠速工况下，实际燃油压力与目标燃油压力相符，标准值在25000-35000kpa之间，测试结果数据流如表3所示。

从表3中可知，怠速工况数据流测试结果符合要求，并未发现异常。

在无负载条件下进行加速测试，发动机在3000r/min区域时，故障突然发生，实际燃油压力从75200kpa骤升至92310kpa，明显超过目标燃油压力要求，标准范围为7000-9000kpa，测试结果数据流如表4所示。

从表4数据中分析可知，N04C柴油发动机燃油供给系统故障引起的轨压超高存在两种可能性，其一是供油量过多，使进入共轨管的高压油过多而引起的轨压超高，其二是回油管中回油不畅导致发动机内多余燃油积累而引起的轨压超高。

（二）故障排除

根據柴油机加速工况数据流结果分析，于是决定进行下一步检查：将吸油控制阀连接器断开，启动电控柴油机，此时发动机却能起动，说明低压油路的柴油能进高压油泵泵腔内。正常情况下，电控柴油机应不能起动，因为断开吸油控制阀连接器后，吸油控制阀与发动机ECU失去通讯功能，吸油控制阀线圈处于断电状态，控制阀阀门位于常闭位置，低压油路的柴油未能进入高压油泵泵腔内，无法产生高压油，因此，电控柴电机不能起动。由此表明吸油控制阀工作异常，经过之前的基本检查，并未发现吸油控制阀线圈电阻、控制电图10受腐蚀的密封胶圈路异常，于是决定对吸油控制阀进行拆检，在拆检前，对柴油机燃油供给系统进行泄压处理，当拆下高压供油泵吸油控制阀时，发现其密封胶圈已有一处腐蚀，如图10所示。

可见密封胶圈的破损，造成了高压油泵泵腔与低压油路之间的密封性下降，柴油可不经吸油控制阀而直接进入高压油泵泵腔内，吸油控制阀失去了调节低压油路燃油进行高压油泵的能力，致使高压油轨共轨压力超高，柴油电控发动机启动失效保护模式，将发动机处于转速限制在1200r/min之下，为“跛行回家”状态。最后，更换吸油控制阀的密封胶圈，经反复试车该车加速正常，发动机故障灯也未再亮。查看数据流，发动机怠速和加速时实际燃油压力都在标准范围内，车辆故障完全排除。

结语

（1） 此类故障位置较为隐蔽，在故障的排除过程中通常会按经验判断，若经验不足，将导致故障修复进度变慢。

（2）在检查故障过程中，若有故障代码提示，务必根据故障代码DTC的含义依据维修手册建议的检查项目与流程进行检查，并运用数据流分析来缩小故障部位范围，以确定故障点。

（3）故障灯被点亮，故障代码DTC为P0088表示油轨/系统压力太高，说明柴油发动机电控单元检测到发动机有严重的故障，因此进入失效保护模式，启动限制转速保护措施，避免了柴油发动机高负荷运转以防止故障扩大。

责任编辑 朱守锂