HXN3B型机车柴油机无法启机的故障原因及处理

文 庆

（中国铁路武汉局集团有限公司 江岸机务段，武汉430000）

HXN3B型机车由中车大连机车车辆有限公司自主开发研制，这款机车主发输入功率3 235 kW（4 400 马力），最高运用速度100 km/h，传动方式为交−直−交，采用车载微机网络控制系统及EMD 先进的电喷柴油机，具有功率大、排放低、速度高的优点，但是因为和传统直流传动的DF7型内燃机车有很大区别，在维护保养时，机务段检修保养人员因经验不足，技术资料少，造成检修效率低。

1 启机条件

（1）按下操纵端司机操纵台上启机按钮，微机开始工作。如想中止该程序，则需按下紧急断燃油按钮。

（2）燃油泵运转，建立起燃油压力，此过程或者持续1 min，或者直到压力足以使柴油机启机时为止。如燃油初始循环进行中按柴油机停机按钮，可停止该工作。

（3）动力室内的柴油机启机报警，对工作人员进行警示，报警声响30 s 后允许柴油机启动。如果30 s 之内燃油压力还未建立起来，则显示信息:启动柴油机初始循环失败，检查燃油系统。

（4）当燃油压力在工作限定值内，提示信息:启动柴油机燃油初始循环完成。

（5）在微机控制下，按照空气启动系统风路控制原理，启动风缸压力大于620 kPa，由启动马达带动柴油机转动。同时，电喷控制器将获取柴油机的各种传感器数据并与EM2000 系统通讯，在柴油机转速达到最低启动转速后，电喷控制器马上确认当前的曲轴和凸轮轴的准确位置，在完成正时同步之后即开始提供325 r/min 所设定的起动喷油量。

（6）当柴油机转速超过325 r/min 时，启动马达齿轮脱开，完成启动程序。在整个启机过程中，任意环节没有满足要求而导致的柴油机启动失败，微机均会记载相应的故障信息。

2 运用中出现的无法启机故障及处理

（1） 凸轮轴转速传感器故障

2018 年 12 月 20 日 HXN3B型 019 号 机 车 正 常 进 库 整备，整备完后发现机车无法启机，且微机显示屏无任何故障显示，检查发现空气启动系统、燃油压力等均正常，但是柴油机转动后始终不发火，检查电喷控制器配线盒上的故障显示灯亮红灯，复位后启机，故障现象一样，技术科组织技术人员攻关。

查看电喷控制器的故障代码为“03”，即凸轮轴转速传感器故障，HXN3B型机车使用的是海茵茨曼的MVC 01−10/20 型电喷控制单元，根据设计说明，在凸轮轴上安装了一个带缺齿的齿轮盘，并且在柴油机上安装了一个霍尔转速传感器，即凸轮轴传感器，用来测量出曲轴的转角位置，进而了解到每个缸的具体位置，这样才能够准确地控制喷射提前角和喷射期，具体结构如图1。

图1 传感器的安装及齿牙形状的要求

当控制器检测到齿轮盘开始转动时即开始搜寻同步缺齿，只有在同步成功之后电喷控制系统才允许起动喷油程序。所以，机车运行中发生凸轮轴转速传感器故障时是不会发生停机的，但是一旦停机之后，再次启动时，如果凸轮轴传感器故障，则控制器接收不到同步缺齿同步成功的信号，电喷控制系统禁止启动喷油程序，柴油机喷油器无法喷油，启机失败。所以在更换凸轮轴传感器后故障消失，启机成功。

2019 年 3 月 21 日 HXN3B型 019 号 机 车 正 常 进 库 时再次出现相同故障，且故障代码仍为“03”，检修人员在盘车更换凸轮轴转速传感器后故障仍然存在，检查线路无断线，从正常运用的机车上拆下的传感器装上019 机车后故障仍存在。

分析原因发现海茵茨曼公司提供的霍尔传感器在安装时对箭头方向有要求:要使传感器上的箭头方向与齿轮盘的旋转方向保持一致。如果二者相差90°传感器将检测不到信号，如果二者相差180°传感器将检测到错误的信号。而我们在安装时只注意了传感器与齿轮盘齿牙0.5～2 mm 的间隙要求，忽视了箭头方向的要求，重新安装后启机成功。

通过这两次故障攻关，并组织检修人员学习检查及安装方法，后期出现的凸轮轴传感器故障都很快的得到了解决，保障了机车供应。

（2） 燃油管路进气

2019 年 5 月 15 日 HXN3B023 机车正常进库整备，整备完后发现机车无法启动，且微机控制及电喷控制均未报故障，空气启动系统正常，连续启机时长达到3 h（启机也可以排气），但是启动柴油机时就是不发火。我们采取了如下检查措施:

第1 步:燃油系统检查，启动电子燃油泵，打开燃油滤清器排气阀，发现有气排出，且排气超过40 s 后才会有油排出，而且排出的油中含有气泡，不连续，证明电子燃油泵进油管之前的管路有进气（即负压端进气），检查从油箱出来到电子燃油泵之前的管路，发现无破损处，管接头也无漏点，拆开燃油粗滤器，发现密封垫破损，更换密封垫后，再次检查燃油系统，燃油压力快速达到110 kPa，但是仍然启机不成功。

第2 步:启机动态观察，打开柴油机监控，按下启机按钮，鸣笛30 s 后柴油机开始转动，喷油器喷油率（ER%）最高的达到1.4，一般达到1.15 就可以正常启机，证明喷油泵工作正常，柴油机转速最高达到91 r/min，超过了柴油机设定的最低启机转速60 r/min，控制器即认为发动机正在被起动，并马上确认当前的曲轴和凸轮轴的准确位置，在完成同步之后即开始提供325 r/min 所设定的起动喷油量，从这可以发现，柴油机无法正常启机的原因是没有发火。

第3 步:分析燃油管路原理，HXN3B型机车采用泵管嘴式电子控制燃油喷射系统，整个燃油流程如图2所示。

图2 燃油管路原理图

分析原理图发现，该机车整个低压燃油系统只有燃油滤清器上方一个排气阀可以排气，因为燃油滤清器排气阀的位置比较低，通过比较发现明显低于柴油机低压燃油管路的最高位置，通过燃油滤清器排气阀排气，只能排出滤清器内部的气，导致进入喷油泵的燃油中仍然有空气，而空气易被压缩，导致通过喷油器进入燃烧室的雾化燃油中燃油量不足，达不到发火的条件。

解决措施:启动电子燃油泵，打开排气阀，在排气阀处有持续的高压燃油流出后关闭，然后用24 mm 的扳手一次松开所有喷油泵的进油管接头，排出燃油后用规定力矩拧紧。因为该接头不仅位于最外侧，而且可以让尽可能少的燃油进入油底壳，防止机油稀释，还能达到排气的目的，排完气后一次就启机成功。

（3） 微机控制故障

2018 年 6 月 20 日 HXN3B021 机车在运用中突然停机且无法启机，第一次复位后可以正常启机，但是运用2 天后再次出现相同故障，且复位后无法启机，检修人员上车检查微机系统未报故障，电喷控制未亮红灯，燃油压力等均正常，分析认为一般通过微机复位可以正常启动的故障基本上都是微机系统方面的，检查EM2000系统各模块，故障灯均未亮（故障是亮红灯），通过分析机车启机过程控制原理发现，启机过程中的各种信号都要DIO1、DIO2 和DIO3 模块实现传输，最终更换DIO2模块后，机车启机成功。HXN3B型机车启机过程控制原理如图3。图3 说明:

①按下启机按钮，通过DIO1 将信号传给CPM 中央处理模块；

②将允许启机信号通过DIO2 输出，控制启机阀吸合；

③启机阀成功吸合信号通过DIO3 传给CPM；

图3 HXN3B型机车启机过程控制原理图

④将启动燃油泵运转信号通过DIO2 输出，控制启动燃油泵运转，建立初始燃油压力。

⑤待初始燃油压力建立后，待启动风缸压力大于620 kPa 的时候，将启动马达齿轮啮合信号通过DIO2 输出，控制左、右齿轮啮合电磁阀动作，左、右启动马达齿轮啮合。

⑥启动马达齿轮啮合成功后，将启动马达启动信号通过DIO2、DIO3 输出，控制左、右启动马达动作电磁阀动作，启动风缸空气进入启动马达，驱动柴油机启动。

3 处理措施

（1）针对凸轮轴传感器故障时的安装要求制定作业指导书，确保故障时安装正确，2019 年7～11 月份因凸轮轴传感器故障的临修为0 件，环比减少3 件。

（2）将燃油管路进气的处理方法应用到C3 以上修程中（C3 以上修程喷油器下车，燃油管路进气），将原本4 h 以上的启机时间缩短到2 h 左右。

（3）针对DIO 模块故障微机系统不显示故障的情况:一是跟主机厂反馈，要求给出解决方法（目前还没给出有效解决办法）；二是做好故障案列的培训学习，类似故障出现时，机务段检修人员优先用良好DIO 模块互换故障机车的DIO 模块，这样就最大限度的缩短了故障查找时间。

4 结 论

较为详尽地介绍了HXN3B型内燃机车启机原理。并在此基础之上，结合机务段维修过程中出现的几种常见的柴油机无法启机的故障原因进行了分析，能够有效的指导HXN3B型机车的维护保养，提高检修效率，降低检修成本。