三、柴油机高压喷射系统

（一）高压共轨柴油机的油路和气路是怎样的？

（1）高压共轨柴油机的油路分为低压油路和高压油路两部分。

低压油路包括燃油箱、带粗滤器的输油泵、进油管、出油管、细滤器以及高压油泵的低压区。低压油路的作用是为高压油路提供足够的燃油量。

高压油路包括高压油泵、共轨压力传感器、轨压限制器（又称限压阀）、流量控制阀（即流量限制器）以及高压喷油器。此外，燃油分配和燃油计量也发生在高压油路。

其中高压油泵负责产生高压燃油，并输送到公共油管（即油轨），ECU通过控制高压油泵流量调节阀的开度，对油轨内的油压实行精确控制。同时ECU控制喷油器，喷油量的大小取决于油轨压力和喷油器电磁阀开启时间的长短，使空燃比适应各种工况的需要。

高压共轨喷射系统内柴油的流动方向如下：输油泵（即电动燃油泵）从燃油箱吸出柴油，经过油水分离器过滤，送到柴油精滤器，再进入高压油泵、共轨管，最后到达喷油器（图1-26）。

（2）高压共轨增压型柴油机的进排气系统如图1-27所示。

新鲜空气在进入进气管之前，通过空气流量计（AFS）对空气温度、流量进行测量，之后由与可变截面涡轮增压器（VTG）的涡轮机同轴带动的压缩机进行压缩，压缩气体经过中冷器（IC）冷却，再由进气温度传感器（IATS）与增压压力传感器（BPS）分别测出进气温度和增压压力，通过节流阀节流后的空气与再循环的废气混合，然后进入发动机气缸与燃油混合、燃烧。

燃烧做功后的废气，一部分根据发动机工况经过EGR阀开启的通道，与节流阀后方经过增压的空气混合，进入燃烧室燃烧，帮助降低燃烧温度，从而减少NO_x的排放；另一部分进入可变截面涡轮增压器的涡轮机，推动涡轮叶片转动，从而带动压缩机，做功后的废气经过处理后排放到空气中。这就是高压共轨增压型柴油机进气和排气的闭合循环过程。

另外，高压共轨柴油机进气系统中的节流阀具有两个作用：①由于进气增压后，进气压力高于排气背压，废气再循环导入进气道比较困难，可能降低EGR率。通过节流阀的节流、降压作用，能保证EGR率符合工况要求。②在发动机熄火的瞬间，通过关闭节流阀，有利于降低空气在缸内压缩后的“弹簧效应”引起的喘振。因此，高压共轨柴油机上的节流阀与汽油机节气门的功能有着本质的区别。

（二）如何检修宝马N13发动机的单活塞高压泵？

宝马N13与N20、N63、N74以及BX8发动机一样，采用博世单活塞高压泵，其高压共轨系统没有设置燃油低压传感器，发动机管理系统（DME）根据发动机负荷和转速确定所需要的燃油量，通过对比油轨压力传感器测量的实际值与标准值，以脉冲宽度调制方式（PWM信号）控制燃油量控制阀（以下简称为“量控阀”）。量控阀通过打开或关闭燃油供给管路泵元件的方式调节压力。

该单活塞高压泵由进气凸轮轴通过一个三段式凸轮驱动，每段凸轮相隔120°，曲轴每旋转720°，凸轮轴只旋转360°，四个气缸各完成一次做功过程（等于四次喷油过程）。

一辆宝马1系F20，底盘号为J134×××，发动机型号为N13。因涉水熄火，对发动机进行维修后，高压系统故障灯点亮。检测发现，系统存有故障码11A002“燃油高压系统压力过低”。执行检测计划，诊断仪提示高压油泵损坏。拆下高压泵检查，正常，未发现滚轮挺杆遗漏安装等现象（图1-28）。

检查燃油量控制阀，发现其工作正常。分析认为，可能是在之前的维修中，燃油系统部件的安装出现了问题。

从ISTA中查找到高压油泵的标准安装位置（图1-29），同时ISTA上有明确的维修警示：“在驱动法兰和驱动单元上，分别有一个箭头，定位时，它们必须相互对准！进气凸轮轴上的凸轮轮廓定位件必须在上部闭合！”

而在该故障车上，进气凸轮轴的凸轮轮廓定位件没有闭合（图1-30）。

按照ISTA维修说明，重新调整高压油泵驱动单元和进气凸轮轴之间的正时位置，故障被彻底排除。

该故障的形成机理是：由于正时出现错位，出于安全保护考虑，DME减少了燃油量控制阀的打开时间，以降低高压油泵的燃油压力。

（三）油轨内的燃油压力是怎样被调节的？

在高压燃油喷射系统的公共油轨上，安装了油轨压力传感器、轨压限制阀以及流量限制阀，共同调节油轨内的燃油压力和流量。

1.油轨压力传感器

油轨压力传感器负责向ECU提供共轨内燃油的压力信号，其安装位置及接线端子如图1-31所示。油轨压力传感器分为柱塞式和膜片式两种类型。

在膜片式油轨压力传感器的膜片上有涂层（半导体敏感材料），当高压燃油经过压力室的小孔流向膜片时，膜片的形状发生变化，其上涂层的电阻值也随之变化，并产生电压变化，于是向ECU发送油压的电信号（图1-32）。

如果共轨柴油机难以起动，证实是因为油轨压力不足，应当连接故障诊断仪检查油轨压力传感器的电压值是否为0.5V左右，设定的油轨燃油压力是否为30～50MPa。

2.轨压限制阀（简称限压阀）

因为高压油泵的柱塞属于间歇性泵油，加上喷油器的短暂喷射，所以共轨管内的燃油压力可能发生波动，为此设置了限压阀。

在正常压力下，限压阀柱塞的锥形头部与阀体的密封座接触，弹簧力使柱塞紧紧地压在阀座上，限压阀被关闭，共轨管保持密封状态；当油轨内燃油出现异常的高压力，并且超过限定值时，弹簧受压缩，柱塞被顶开，限压阀的溢流口打开，燃油溢出，迅速泄放部分燃油，油轨内油压下降，从而使油压稳定在合理区间。

3.流量限制阀

流量限制阀的功用是在某个喷油器关闭不严的情况下阻止连续喷油，防止燃油大量泄漏。只要从油轨流出的燃油超过一定限量，流量限制阀立即关闭通往故障喷油器的油路（图1-33），以减小共轨管和高压油管中油压的波动。

2012款奥迪Q7TDI3.0L车的CRC柴油发动机装备博世第三代压电式共轨喷射系统，其燃油压力的调节，除了高压油泵带有进油计量阀（N290）进行低压侧调节之外，还安装了一个压力调节阀N276，在发动机冷态时能进行高压侧调节。如果发动机无法起动，读取故障码为“燃油油轨压力过低”，可能是压力调节阀N276失常。

（四）如何检修柴油机预热系统的故障？

一辆2012款江铃凯运货车，搭载JX493ZLQ3发动机，采用博世共轨喷射系统，国Ⅲ排放标准，行驶里程65000km。车主反映，车辆冷起动时发动机故障灯点亮，运转很久以后才熄灭。

连接KT700诊断仪检测，显示历史故障码P1604、P0384和P150B。清除故障码后再次起动车辆，未检测到故障码，读取相关数据流也正常。根据维修经验和江铃技术通报分析，故障可能与预热系统有关。

该车与预热系统相关的故障码见表1-3，这几个故障码产生后，都会造成发动机的起动性能不良，重点应放在“P0384：预热塞驱动电路对电源短路”。

查看电路图（图1-34），该车预热继电器有四个端子，在主继电器闭合后，电源经过15A熔丝，到达预热继电器的控制线圈，并通过ECU的67号端子搭铁。于是检查预热继电器的电源及搭铁线路，关闭点火开关，拔下继电器，检测30号端子为12V；87号端子与预热塞之间的线路导通正常，连接导线的电阻小于1Ω；继电器85号端子与86号端子之间线圈导通正常；86端子与ECU的67号端子之间线路导通也正常。

接通点火开关，预热指示灯点亮，预热继电器85号端子上有电源电压。由于该车型不支持用故障诊断仪测试预热继电器，于是拔掉冷却液温度传感器的插头，再接通点火开关，能听到预热继电器发出的吸合声音，闭合时间约19s（让ECU默认发动机的冷却液温度为-35℃，发动机冷却液温度低于25℃时，ECU才会给预热继电器信号，让预热塞工作），说明预热继电器及相关电路正常。

维修人员怀疑预热继电器的型号有问题，于是用数字式万用表测量预热继电器控制线圈的电阻，为14.2Ω。询问4S店关于江铃汽车的配件编号，得知该预热继电器更换过型号。国Ⅳ车预热继电器的编号为8942481610，国Ⅲ车的编号为374020005（图1-35）。找一个国Ⅲ预热继电器，测量其控制端两端子之间的电阻为51.4Ω。接着计算两者的电流：

国Ⅲ车预热继电器：I=U/R=12.5V/51.4Ω=0.24319A；

国Ⅳ车预热继电器：I=U/R=12.5V/14.2Ω=0.88028A。

两者额定电流相差：国Ⅳ/国Ⅲ=0.88028A/0.24319A=3.6197倍。

该故障的产生原因是：错装了国Ⅳ车的预热继电器，ECU监控到预热继电器控制的电流过大，所以点亮发动机故障灯。更换国Ⅲ的预热继电器后，经过反复试车，故障没有再现。

（五）高压共轨柴油机误加汽油怎样处理？

以宝马柴油车为例，处理柴油机误加汽油，需要区分以下四种情况。

1.发动机未曾起动

将燃油箱彻底排空，用磁铁检查燃油箱缓冲装置内是否有磁性碎屑。如果有（来自燃油油位传感器或燃油泵），按照情况2处理。

如果燃油箱内没有磁性碎屑，则注入5L柴油，然后重新安装燃油油位传感器。用柴油彻底冲洗油路系统，确保汽油不进入高压油泵，也不进入高压系统。建议使用燃油系统诊断仪中的服务功能，并激活前送泵。然后更换燃油滤清器，再给车辆加满柴油。

如果加错油后未接通过点火开关，在没有磁性碎屑的情况下，彻底排空燃油箱就行了。

2.发动机起动而且已经行驶（例如从加油站出来）

将燃油箱彻底排空，检查燃油箱缓冲装置中是否有磁性碎屑。还要将高压泵流量调节阀的滤网和油轨压力调节阀的滤网拆下来，检查是否有磁性碎屑。

如果燃油系统（图1-36）中没有磁性碎屑，按照情况1中所述排空并冲洗燃油系统，更换燃油滤清器、高压油泵，然后给车辆加满柴油。

如果燃油系统内有磁性碎屑，按照情况3处理。

3.车辆已行驶，燃油系统中有磁性碎屑

更换燃油箱和整个燃油系统，只有固定的供油管路和回流管路可以继续使用。然后从燃油流动的相反方向冲洗，最后给车辆加满柴油。

如果损坏情况比预期的严重，按照情况4处理。

4.车辆已行驶，高压泵卡住，凸轮轴和正时链断裂

检查高压泵的圆锥体是否出现了摩擦焊接现象。如果该圆锥体上有明显的摩擦焊接痕迹，必须更换高压泵下部的链条和链轮。

如果凸轮轴无法转动，应该对气缸盖和气缸体的机械部件进行损坏情况分析（下部链条撕裂，凸轮推杆断裂，凸轮轴断裂，柱塞损坏等）。断裂的凸轮推杆必须予以更换，并清洁机油回路，从机油回路中找到并取出所有损坏的凸轮推杆轴承的滚针。

在凸轮轴断裂的情况下，应更换气缸盖及损坏的安装件、高压泵的两根链条和链轮。还要更换整个燃油系统和燃油箱，最后给车辆加满柴油。

（六）博世高压共轨系统同步信号数值的含义是什么？

对于采用博世高压共轨喷射系统的柴油发动机，在用诊断仪进入控制系统读取数据流时，会出现一个重要的数据——同步信号，这个数据是一组数字（图1-37），其含义如下。

2——发动机停止运转，或曲轴与凸轮轴两者之一无信号。

35——曲轴与凸轮轴信号不同步。

38——没有相位信息可供同步使用。

048——曲轴与凸轮轴之间同步正常。

064——发动机控制系统正在等待，直至发动机完全停止运转。

128——发动机控制系统处于应急行驶模式。

129——通过冗余传感器系统使发动机工作。

130——主传感器系统已出现故障，将通过冗余传感器系统继续工作。

要想同步信号显示数据为048（同步信号正常），发动机必须满足以下条件：①故障存储器中没有故障记录；②曲轴位置传感器工作正常；③凸轮轴位置传感器正常工作。

下面举例加以说明。

一辆宇通客车，装配锡柴4DF3-13E3型发动机，采用博世共轨喷射系统，在行驶过程中出现ECU重启，限速1600r/min，泄压阀打开。检测ECU，报故障码P0607——控制模块性能，P100E——压力泄放阀驱动故障，无法打开/永久被冲开。

根据经验，认为是共轨压力与额定压力的跟随性超差。通过诊断仪查看共轨压力值，正常。

试车，观察数据流，发现凸轮轴同步信号在转速为1300～1800r/min时显示为129（正常应为048）。其故障原因可能是：发动机在1300～1800r/min的转速区间运行时间过长，ECU实行自我保护，重新启动并且将ECU备份数据覆盖标定数据，由于ECU短暂断电，使燃油泵计量单元调节到最大，致使油轨泄压阀打开。

检查曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的相对位置信息，重新调整两者的安装间隙，但故障依旧；用示波器检测曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的输出波形，正常。

为什么信号到ECU之后就不正常呢？于是在ECU的接头处用示波器查看波形，发现曲轴位置信号受到干扰。检查发现，线束有虚接和被挤压的现象。可能是线束质量差，商用车发动机的振动大，造成线束电阻变异。在低速行驶时还正常，一旦进入高转速，信号的频率增高，形成电磁干扰，所以造成上述两个信号不同步。最后更换发动机线束，故障被排除。

（七）如何执行宝马柴油车喷油器的调校？

以宝马N57T柴油发动机为例。

在气缸盖上的进气管道和进气歧管内积炭的情况下，由于明显缩小了进气道的横断面积，会对空气流量产生不良影响。如果无法再清除积炭或者进气管路损坏，在更换进气管路后，必须复位喷油器的“零油量调教值”（NMK）。宝马汽车零油量调教值（NMK）是由数字式柴油发动机电子伺控系统（DDE）计算出来的。

不要将“零油量调教值”（NMK）与“单个喷油器喷射量匹配值”（IMA值，见图1-38）混淆，这两个值具有不同的修正目标。“零油量调教值”（NMK）用于修正和补偿喷油器高里程后性能恶化造成的影响，而“喷射量匹配值”（IMA）用于修正喷油器在制造过程中的公差。

DDE内部的“零油量调教值”无法通过宝马专用诊断设备ISTA直接复位，可以按照下面的步骤复位喷射量匹配值（IMK）。

（1）手动选择测试模块。其方法是：进入服务功能→01发动机→柴油机电子装置→匹配程序→喷油量匹配。

（2）读取、比较并记录当前IMA调校值。

（3）用通用的IMA重置码重置单个气缸的喷油器的所有IMA数值。电磁阀型喷油器的IMA重置码为AAAAAEA。

（4）重新编程，输入原来的IMA数值，然后让车辆进入休眠状态，删除存储器的故障记忆，再重新检查车辆。

注意：在强烈投诉或者反复维修无效的情况下，可以降低EGR（废气再循环）比率，以帮助降低积炭的强度。其检测路径如下：服务功能→01发动机→柴油机电子装置→匹配程序→废气再循环匹配。

（八）检修柴油发动机有什么技巧？

1.认清高压油泵（图1-39）的零件号

一辆宝马X5车，车型为E70，发动机为N54，行驶里程7万km。客户反映该车有时动力不足，急加速时发动机抖动严重，信息中心显示功率下降，发动机故障灯点亮。

试车，发现怠速平稳，但是车辆停放1h左右起动困难，起动机要长时间运转才行。根据经验判断，属于燃油供应不足。

为了模拟故障发生时的状况，做了一次激烈的驾驶试验，没过多久发动机便出现剧烈抖动，故障灯也亮了，信息屏显示发动机功率下降。

检测发动机控制单元，发现故障码110001——共轨油压调节异常导致喷油中断；11A904——共轨油压低于下限。执行检测计划，测量低压油路的油压为450kPa，正常。查阅技术公告得知，该车型的高压油泵需要由原来的30X升级为41X。查看该车的高压泵，零件号为092450538303，属于旧型号。根据零件手册提供的信息，新型号为15300100410。更换高压油泵，用同样的方法试车，故障不再出现。

2.更换油液后车速降低的处理方法

一辆2014款奔驰GL3503.0柴油车，更换空气滤清器、燃油滤清器、机油滤清器、变速器油、差速器油、分动箱油、制动油液后，车速只能达到150km/h。其主要原因是，在保养过程中，油路混进了少量空气，仔细将油路中的空气排除干净即可恢复正常。当然，不排除保养时造成控制系统断路、短路或传感器信号中断，可以连接诊断仪检测确认。

3.正确识读柴油机的预热指示灯

以依维柯得意V352.5L厢式货车装备的SOFIM8140.43S型高压共轨柴油机为例。该机采用了三个温度传感器，分别测量冷却液温度、进气温度以及柴油温度。

（1）如果其中有一个传感器检测到温度低于10℃，预热功能就被激活。

（2）当钥匙处于ON位时，预热指示灯点亮一段时间（与温度相对应）并闪烁，加热器对进气歧管中的空气加热，此后才可以起动发动机。

（3）当起动机运转时，预热指示灯熄灭。如果预热指示灯点亮后，在20～25s内发动机没有起动，那么预热程序取消。

（4）如果上述三个温度传感器检测到的温度全部超过10℃，当钥匙处于ON位时，预热指示灯点亮2s，进行短暂的自检，然后熄灭。