导读

某型高速大功率柴油机，采用了快速混合燃烧技术、高压供油技术、高压比增压技术以及综合电子控制技术，是具有高可靠性、高紧凑性、高经济性和低散热量的高效柴油机。

其电控系统设计有两种不同的调速特性。

针对不同应用场景，采取全程或两极调速模式，并且能够对调速率进行编程设置。

通过对话装置将转速、齿杆限定值写入控制器，电控系统可控制柴油机不同运转速度下的最大油量，以便在柴油机能力允许范围内得到所希望的扭矩－转速特性。

但使用中发现，该型发动机在高功率工况时出现动力不足，降速熄火停车故障，严重影响性能发挥和使用安全。

一、故障现象

在使用过程中时，柴油机在高功率工况工作，怠速状态（800r/min）运转正常；

加大油门时，柴油机不受控制，约5ｓ后柴油机停车，并且排烟管冒黑烟。

低功率试车时，柴油机各种转速工作正常，未出现停车现象。

二、柴油机电控系统组成及原理

该型柴油机电控系统是目前我国较先进、功能齐全的一种交互式智能型全电子控制系统，主要由控制器、执行器、脚踏板、接线盒、传感器、断油电磁阀等组成。

柴油机电控系统接线图见图１，发动机转速与齿杆位置曲线见图２。

▲图１ 电控系统组成图

▲图２ 发动机转速与齿杆位移曲线

其控制原理是建立在两个串联的PID控制算法上：

外环为转速环，其差值经过模糊PID运算后，得出外环输出值，该值与功率限制、辅助功能（冷却水温保护、排气温度保护等）输出值比较后，得到要求喷油泵齿杆位置；

内环为位置环，外环要求的齿杆位置作为位置环的理论输入同位移传感器输出的喷油泵实际齿杆比较，差值经PID运算，求得执行器的输出电流，从而控制齿杆位移，调节柴油机转速。

电控系统控制原理框图见图３。

▲图３ 电控系统控制原理框图

三、故障分析

通过对柴油机系统组成及电控原理进行分析，得出以下可能导致柴油机降速停车的故障原因：

▲图４ 柴油机保护曲线图

１、水温传感器及线缆故障导致柴油机降速停车

在柴油机运行过程中，若冷却水温高于水温保护限，电控系统输出报警信号，同时在当前工况下，通过减少供油量来降低柴油机输出功率，保护柴油机可靠工作；

若冷却水温低于水温保护解除限，则电控系统恢复正常工作状态。

水温保护曲线见图４（ａ）。

２、油压传感器及线缆故障导致柴油机降速停车

柴油机运行过程中，电控系统实时监测机油压力的变化，当柴油机润滑油道的堵塞及机油泄露导致的机油压力低时，可根据实际压力值大小相应采取报警、怠速保护或停车三种措施。

油压保护曲线见图４（ｂ）。

３、转速传感器及线缆故障导致柴油机降速停车

当发动机超过允许的转速运转时，可能会损坏发动机。

系统在发动机转速超过允许值时，会自动减小喷油量，使柴油机转速下降。

该保护为两级保护，首先采取降怠速保护，如无法降怠速则采取切断执行器电源，进行停车保护。

４、排气温度传感器及线缆故障导致柴油机降速停车

在柴油机运行过程中，电控系统检测涡轮后排气温度，若高于排气温度保护限，电控系统输出报警信号，同时在当前工况下，减少供油量来降低柴油机输出功率，保护柴油机可靠工作，若排气温度低于排温保护取消限，则电控系统恢复正常工作状态。

排气温度保护曲线见图４（ｃ）。

５、发动机外围供油管路堵塞或内部存在空气导致停车

燃油供给系统主要由输油泵、燃油滤清器、电控直列喷油泵、断油电磁阀、高压油管及车辆上辅助系统的燃油供给系统部件组成。

若油路存在空气或堵塞，将使柴油机无法正常运行，或导致柴油机出现哮喘、停车等故障。

６、柴油机进排气系统管路堵塞或进气不顺畅导致停车

进排气系统主要是滤除空气中的尘土和杂质，保证柴油机吸入足够的干净空气，排除燃烧后的废气。

进排气系统直接影响柴油机的动力性和经济性，并且对柴油机的工作可靠性有直接的影响。

若气路存在进气不顺畅或堵塞，将使发动机无法正常运行，或导致发动机哮喘、停车等。

７、柴油机超速保护导致停车

正常情况下，起动时若踩下脚踏板或手油门置于较高位置，电控系统不允许柴油机起动。

但在紧急情况下，踩下脚踏板或手油门置于较高位置允许着车，但电控系统控制柴油机起动时，最高转速不超过1800r/min。

当柴油机超过其允许的转速运转时，可能会损坏柴油机。

电控系统在柴油机转速超过允许值时，电控系统将强制切断执行器电源，进行停车保护。

８、发动机控制盒内部板件故障导致柴油机停车

控制器为系统的关键部件，具有各种不同I/O接口，与这些I/O接口相关的功能由控制器的软件决定。

控制器具有对发动机转速实时控制、不同工作转速下功率控制，对发动机冷却水温度、机油压力、排气温度等参数进行检测及保护，并具备黑盒子功能及人机通信接口等功能。

若控制器故障，将使柴油机无法正常启动，或导致柴油机飞车、哮喘、停车、功率不足等。

９、柴油机电控系统参数与实际运行不匹配导致停车

控制系统建立在两个串联的PID控制算法上，外环为转速环，脚踏板的设定转速与转速传感器输出的实际转速信号比较，其差值 经PID运算后得到外环输出值，再经内环PID运算，求得执行器输出电流，从而控制执行器的齿杆位置，调节柴油机转速。

这样就需合理分配系统参数，１个单元的转速与该单元齿杆值相匹配。

例如：

点１由地址单元（０，１）内容确定（０为转速，１为齿杆值），点２由地址单元（２，３）内容确定，依此类推，点１４由 地址单元（２６，２７）内容确定，各点相连后构成柴油机运行的闭合曲线。

如若系统参数与实际运行不匹配，将使柴油机达到一定功率时，由于转速与齿杆值不匹配，导致某一时段的供油量不足，柴油机出现功率不足、停车等。

四、运用故障树进行故障分析与排除

故障树分析法（FTA）是自上而下的图形演绎式失效分析方法，其利用布尔逻辑组合低阶事件，分析系统中不希望出现的状态。

它通过构建由上向下有方向的树形图，描绘故障的因果关系及逻辑关系，从而找到故障预防与排除的措施方法，具有逻辑性强、直观易懂等特点，可作为诊断工具，用来定性分析系统故障传播和故障依赖关系，定量估算被关注事件的故障概率，适合于复杂系统的故障诊断，是机械故障诊断的一种有效方法，有助于创建诊断手册或诊断程序。

故障树分析的一般步骤是：

第一步定义故障现象，即系统出现的问题或异常，本案为柴油机降速停车；

第二步建立故障树，层层分解故障原因，直至无法再分解或不必再分解为止；

第三步分析故障树，找出导致系统故障的各种原因。

第四步计算故障概率，根据历史数据或经验，定性或定量分析发生概率；

第五步，根据事件发生概率大小，按照发生概率的大小，逐项检查排除。

▲图５ 柴油机降速停车故障树

在分析发动机降速停车故障原因基础上，建立故障树（见图５）进行比较分析，结合排黑烟、陆上运行正常等现象与仪表报警信息，由易到难逐项检查排除，最终定位故障原因为柴油机电控系统参数与柴油机实际运行不匹配导致停车。

利用人机对话盒调出故障柴油机电控系统DBR限参数进行分析：

陆上工况发动机运行正常，水陆工况柴油机只能在怠速状态下运行，无法加大油门，且排黑烟，说明加大油门时齿杆位移大于转速需求，造成混合气过浓，出现动力不足、降速停车故障。

因此应在转速800r/min单元处，相对调高与之对应的齿杆值。

对话盒读取的（６，７）单元齿杆位置参数为５.５，将其修正至６.２。

调整方法为：

第一步：柴油机处于静态状态下，控制盒连接人机对话盒检测装置,打开电控电源，在地址单6，7)的齿杆值修改为6.2，按F3写入，按shift键退出；

第二步:135单元写入6，按F3，再按F2，约5s后读为106；

第三步:135单元再写入16，按F3，再按F2，约5s后读为116，继续读为600，说明固化完成，数值写入正常。

经过修正电控系统参数，对车辆进行水上试车，柴油机完全可以满足输出要求，并且不会停车，故障排除。

五、总 结

该型柴油机可能发生电控系统参数与运行状况不匹配的情况，出现功率不足、易熄火等问题,需要对电控系统参数进行修正。

通过这次故障排除，我们深入了解了柴油机电控系统构造与原理，掌握了电控系统故障分析与调试方法、系统DBR限与PID参数修正技术，提高了维修保障能力。

同时，使用故障树分析时，需要一定的经验和知识为基础，日常中有意识的使用故障树分析方法，有助于对问题的理解，有利于知识经验的传承。

参考文献：

[1]行文凯.汽车发动机电控系统原理与诊断维修.机械工业出版社,2012.

[2]郑长松,冯辅周,张丽霞,江鹏程.车辆故障诊断技术.北京理工大学出版社,2019.

[3]周海京,遇今.故障模式、影响及危害性分析与故障树分析.航空工业出版社,2003.

原创作者系：

９１９５１部队    苏 春

４８０８工厂    徐海涛

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