电控燃油喷射系统喷油器堵塞故障分析

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[摘 要]电磁喷油器的良好工作特性主要取决精确的燃油喷射量控制、宽广的动态流量特性和喷射油束的良好雾化品质、合理的形状及方向,而堵塞故障则会破坏电磁喷油器的技术状态,造成其工作特性恶化,进而影响发动机的正常工作。由于我国燃油品质较差,使电磁喷油器堵塞成为发动机电控燃油喷射系统的多发故障。本文对其形成的原因和影响进行了分析,并总结了实际维修工作中针对喷油器堵塞故障的诊断方法和维修方法,希望能从另一个角度重新审视这一现象,对实际维修工作有所帮助。

[关键词]电磁喷油器;工作特性;堵塞故障;燃油品质;堵塞故障诊断

前言

电磁喷油器是汽油机电控燃油喷射系统中的关键执行器。它担负着定量喷射和雾化燃油的任务,其工作性能的好坏对发动机的动力性、经济性、运转平稳性和工作可靠性影响极大。因此,在实际使用中要求喷油器必须动作准确可靠,且具有良好的流量特性、良好的雾化能力和合适的喷雾形状。但是,由于我国的油品质量较差,汽车维修水平较低,尤其是一些经济不发达地区,使用中喷油器常常会发生故障本文希望通过对喷油器堵塞故障的分析,提高维修工作时的针对性和有效性。

一、电磁喷油器的工作特性

电磁喷油器的良好工作特性是其正常工作的保证,主要包括以下几方面:

(一)燃油喷射量的精度

电磁喷油器的工作脉冲宽度一般为2～10ms,最小喷油量每脉冲只有1.5mm3左右,容许误差±2.5,要在如此短的时间内精确计量微量燃油,针阀启闭时间必须极短(0.5～1.5ms)且重复性必须很好。这就要求要严格的保证针阀和阀体的几何精度,使针阀有精密的导向,升程偏差小,喷油孔精度高,并能对静态和动态流量进行精确标定。

一般在发动机整个使用寿命期(相当于6亿次喷射)内,要求其动态流量必须稳定在±4以内,才能满足燃油喷射量精度的要求,这主要取决于针阀密封面良好的密封能力和耐久性。

(二)动态流量特性

理论上,电磁喷油器的动态流量与喷油脉宽之间是线性关系,且只有在喷油器的动态流量与喷油脉宽呈线性关系时,ECU才能精确控制喷油量。但在实际动态喷射时,由于喷油脉冲信号和电磁线圈所产生的电磁力及针阀运动三者之间有一定的滞后时间,使实际动态流量特性在较短脉宽和较长脉宽时呈非线性。随着现代汽车向高速大功率化发展,转速变化范围越来越宽,涡轮增压也越来越多,使发动机最大和最小喷油量变化范围扩大,要求喷油器具有宽广的动态流量范围,这也对电磁喷油器的技术状态提出了更高的要求。

(三)油束的雾化品质、形状及方向

大量发动机试验表明,虽然雾化程度与具体发动机有关,但油滴直径小于100μm对于各种情况来说都是有利的。油束的锥角也必须适应进气歧管和气缸盖的结构,避免喷湿管壁,影响燃油雾化混合。

常见的锥形油束是由轴针式喷油器的结构保证的,轴针末端进行精密加工成圆锥形,以获得不同的油束锥角,满足不同发动机的要求。另外,轴针锥面末端出口处的锐边也有助于燃油良好雾化。试验证明,油束的方向指向气门中心时,因气门中心温度较高,有助于燃油雾化和均匀混合,燃烧后废气排放污染物最少。

由此可见,喷油器喷出油束的雾化品质、形状及方向对混合气的形成具有重要的作用,而这一切的保证都电磁喷油器的良好的技术状态。

(四)抗堵塞、抗气阻的能力

由于喷油器工作温度高,头部温度超过100℃,汽油极易形成气阻。同样由于高温,燃油中若烯烃和硫含量较高,加上废气再循环的不良影响等因素,造成沉积物堵塞喷油器喷孔,使喷油器流量减少,油束变形,严重影响发动机正常工作。

因此,喷油器应该具有良好的抗堵塞和抗气阻能力。抗气阻一般通过燃油系统多供油,使供油量大于喷油量,让燃油连续不断地流经阀座区,使喷油器获得良好的冷却,降低头部的工作温度,防止气阻。而抗堵塞则与许多因素有关,既有结构方面的因素,也有使用方面的因素,尤其是燃油的成分、质量对喷油器堵塞有很大影响。

二、电磁喷油器堵塞的形成及对工作性能的影响

(一)电磁喷油器堵塞的形成

如前所述,由于电磁喷油器安装在进气管靠近发动机燃烧室附近,其工作温度较高,对流经喷油器的燃油有一个加热作用,此时如果燃油的热安定性和氧化安定性较差,就很容易发生氧化或裂解,生成沉积物,沉积在喷油器的喷口或滤网上,形成堵塞。由于我国化工生产技术水平与发达国家相比还有较大差距,精炼程度较低,燃油品质不高,造成了喷油器堵塞故障发生率较高。

(二)电磁喷油器堵塞对其工作性能的影响

电磁喷油器堵塞对其工作性能有三种形式的影响:

1.由于针阀或喷嘴受污物堵塞,对喷雾(油束)形状产生影响。

2.由于喷油器过滤网和喷嘴堵塞,引起喷油流速下降。

3.喷油器针阀与阀座堵塞,引起喷油器动作黏滞。

三、喷油器堵塞故障的检测诊断

喷油器堵塞故障有两种类型:一种是个别喷油器堵塞,这将会使发动机怠速运转不稳,在通常驾驶条件下,也会出现转速不稳现象;另一种是所有喷油器都堵塞,这将会使发动机的混合气明显变稀,功率下降,加速无力。

喷油器堵塞是不太容易立即得出结论的故障,对其诊断则需要采用一定的检测方法。即:在进行该项检测时,假定发动机其他机构工作良好,若找到有故障的喷油器,对其修整后,发动机性能则应得到明显的改善。

(一)个别喷油器堵塞的检测诊断

1.喷油不平衡的检测诊断。这和一般汽油机断火试验方法相似,只不过在此要利用检测诊断设备,切断供给某缸喷油器的供油信号,使该缸停止工作,同时观察断油后发动机转速的下降情况,对喷油器工作情况进行评估。进行该项检测时发动机转速最好在1 200r/min~2 000 r/min(要求在节气门打开的条件下)进行。避免在怠速时进行,其原因是许多车辆上安装有怠速控制系统,对检测效果影响较大。检测时应使发动机在稳定的转速下运转,然后再进行功率平衡试验。若将工作良好的喷油信号断开后,会引起发动机功率有较大的下降;而将工作情况差的喷油器信号切断后,引起发动机的功率下降微小。因此,可以做出这样的推断:断油后,发动机功率下降微小的一缸的喷油器可能有故障。

2.喷油器堵塞故障的废气分析检测诊断。喷油器堵塞后,会导致排气中HC化合物读数发生变化,检测废气中HC化合物的变化量,可以帮助诊断喷油器堵塞故障。当某缸断火后,喷入气缸气的燃油会通过排气管排出,这将使废气分析仪中HC化合物读数增高。当切断良好喷油器一缸的点火后,会引起HC化合物读数明显增高,当切断有故障喷油器一缸的点火后,HC化合物读数增高较少。因此,通过废气分析仪中HC化合物变化量可以确定出有故障的喷油器。同样利用废气分析仪CO读数变化情况,也能对发动机各缸喷油器进行检测。断火后会使CO读数减少。CO读数减少越快,喷油器向气缸内喷出的燃油越多。因此,断火后CO读数减少小的气缸的喷油器可能有堵塞故障。

3.利用燃油压力表检查喷油器堵塞故障。利用燃油压力表检查喷油器堵塞故障可以就车进行,即在车上燃油系统中接入燃油压力表,使发动机处于静止状态,给喷油器一个固定的触发信号,观察燃油压力表的压力读数变化,这样就能断定出有故障的喷油器。进行该项检测时,要求每个喷油器触发前的压力相同,发动机不需运转。

(二)所有喷油器都有故障的诊断

假定所有喷油器都产生堵塞这种故障,那么对发动机性能的影响则是唯一的,必将使发动机工作的混合气明显变稀。对这类故障的诊断就是要有意识地增加混合气浓度,若增加混合气浓度后,发动机性能好转,运转平衡,那么该故障便可得到确诊。在电控燃油喷射式发动机上,增加发动机混合气浓度常用方法如下:

1.拆去燃油压力调节器上真空软管。拆下燃油压力调节器上的真空软管,可以暂时为发动机提供加浓混合气。通常进气歧管真空度施加到燃油压力调节器上,使喷油压力与进气歧管真空度差值保持稳定,当发动机怠速运转时,进气歧管真空度较高(节气门关闭),而相应的燃油压力较低。这时拆下真空软管,喷油器的喷油压力将会增高,这样就增加了怠速时混合气浓度。

2.约束燃油压力调节器上的回油管。在电控燃油喷射系统中,通过约束燃油压力调节器上的回油管,也能增加燃油喷射系统的油压。这种压力增加,实质上就增加了喷油器喷入气缸的油量,进而增加了混合气浓度。如果燃油压力调节器回油管是易变形软管,可以用夹钳来约束回油管的回油,使系统油压增加,达到了增加混合气浓度的目的。如果燃油压力调节器的回油管是刚性的,则可以在回油管中装入带燃油压力表的开关,利用开关来调节回油管的回油情况,同样能达到改变混合气浓度的目的。

3.在水温传感器线路中串入可变电阻。改变电控燃油喷射系统的混合气浓度,最易控制的方法就是在水温传感器电路中串入可变电阻。其方法是:发动机运转至热车(约80℃~85℃),关掉点火开关,折下水温传感器导线连,测量水温传感器电阻值 (大多数车辆为200Ω~300Ω,而福特车水温传感器的电阻约为2 500Ω~3 500Ω)。选择可变电阻时,其电阻调节范围应包含上述测量值。将可变电阻串入传感器电路中,预置可变电阻值为测量值,那么这时可以改变可变电阻阻值,模似发动机冷起动工况,这时发动机ECU则可根据可变电阻传来的信息,会给喷油器发出增加喷油信号,这样就会改变发动机的混合气浓度。

利用上述方法,如果混合气加浓后,发动机性能好转,运转平衡,那么就验证了是喷油器堵塞所引起的故障。

(三)喷油器的修整和清洗

用上述方法检测到有堵塞故障的喷油器后,按其堵塞的程度,在进行车辆维修时应选用合适的清洗方法,使其达到规定的技术要求。目前对喷油器的清洗常用如下三种方法:

1.最简单的方法是将清洗剂放入汽车油箱中,就车运行200km~400km,使其随燃油通过喷油器喷口,自行清洗。这种方法简单但效果较慢,不适于紧急修理。

2.用专用设备和清洗剂在车上清洗。这种方法省时、省力、方便、高效且不伤机件。

3.从车上将喷油器拆下,利用专用清洗设备、专用清洗程序、专用清洗液对喷油器进行清洗,然后进行检验。

结束语

电磁喷油器堵塞是很不容易立即得出结论的故障。堵塞并不影响喷油器内部电磁线圈的正常工作,因此ECU不会收到任何不正常信息,自然也不会记录故障码。发动机电控系统的检查只在发动机无机械故障的条件下才有效,有时故障码表示的故障可能不是电控系统故障,而是机械故障引起的。目前,随着电喷发动机的普及,修理工也逐渐熟悉了维修、检测的规律,“读故障码、测传感器”成了许多维修工面对电喷发动机故障时的习惯动作,检测中往往过于依赖故障码,而忽视了对故障现象的全面分析,长期如此以至于失去了人为分析故障的能力,面对无故障码的故障时就常常束手无策。因此,要想不断提高自己的维修和诊断故障的水平,就应该不断的思考,对每一种故障无论复杂与简单都要认真对待,仔细分析,这样才能在维修实践中不断地提高自己的能力,拓展自己的维修水平,达到触类旁通的境界。

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