康明斯QSK系列发动机HPI燃油系统工作原理及故障分析

康明斯QSK系列发动机HPI燃油系统工作原理及故障分析

梁勇

国家能源集团准能集团设备维修中心 内蒙古 鄂尔多斯  010300

摘要：HPI高压燃油喷射系统是康明斯公司为柴油机开发的新型燃油供给系统。该系统采用机械式喷油器，配备电子管理系统，燃油喷射压力达到了250Mpa左右，发动机电子控制单元根据司机的要求，控制燃油系统向发动机提供燃油。本论文对康明斯QSK系列发动机HPI燃油系统工作原理及常见故障进行了详细的阐述和分析，供维修人员参考和借鉴。

关键词：康明斯QSK系列；发动机；HPI燃油系统；工作原理；故障分析

一、HPI燃油系统基本原理

HPI燃油系统是一个使发动机控制最优化并降低废气排放的电子控制系统，系统根据油门踏板和其它特定设备特性或特定模式特性的输入来控制发动机转速和燃油压力。系统中燃油泵是PT型燃油系列中的一种，同样采用了压力--时间概念，其中P表示喷油器的进口处的燃油压力，它由ECM输出脉宽调节流通面积大小决定的。T表示燃油流入喷油器油杯的有效时间，它由发动机转速决定的。不同之处是PT系统依靠机械方式调整燃油流通面积进而来控制燃油压力，而HPI燃油系统是通过电子方式调整执行器的燃油流通面积进而来控制燃油压力。

二、HPI燃油系统组成结构

1、燃油供给

HPI燃油系统结构中的燃油供给装置包括：燃油箱、输油管路、燃油滤清器、燃油泵、燃油控制阀组件、燃油歧管、喷油器等。

2、输入设备

输入设备向ECM输入各种参数，ECM通过这些参数来判断发动机当前的运行工况、司机的操作指令和其它的一些信号。只有基于输入设备输入的正确参数，ECM才能做出正确的判断，控制发动机的运行。

按照输入设备功能的不同，将其分为传感器、开关和油门踏板三类。输入设备由ECM提供工作电源，大部分输入设备的工作电压都为5伏。发动机主要通过安装在发动机和车辆上的各种传感器来实时监测当前的运行参数，不同的机型在传感器类型和数量上会有所不同，柴油电控发动机传感器通常包括：机油压力和温度传感器，进气温度和压力传感器，冷却液温度传感器，柴油压力和温度传感器，发动机转速传感器，发动机位置传感器，大气压力传感器等。

3、电子控制单元（ECM）

QSK系列电控发动机HPI燃油系统通过一个中央电子控制单元（ECM）来控制和协调发动机的工作，ECM就像人的大脑一样，通过各种传感器和开关实时监测发动机的各种运行参数和操作者的控制指令，通过计算后发出命令给相应的控制元件，控制系统通过精确控制喷油时间和喷油量，以达到降低排放和提高燃油经济性的目的。

4、输出设备

ECM通过输入设备的参数，经过内部程序的分析计算，向各输出设备输出控制指令。以系统最主要的输出设备实现喷油量和喷油正时控制的执行元件为主，HPI燃油系统的输出设备主要为燃油泵压力执行器、发动机油轨压力执行器、正时压力执行器、燃油切断阀、电磁阀、指示灯等。

三、HPI燃油系统工作流程图

燃油泵（1）从设备燃油箱中吸取燃油。燃油流经燃油滤清器，然后进入齿轮泵。燃油泵根据发动机转速调整燃油输出压力。这种经燃油泵调压后的燃油流向控制阀体（2）。控制阀体上为ECM（3）提供了一个安装表面，控制阀体调节流向正时油道和供油油道（4）的燃油量。正时油道和供油油道与气缸盖上的燃油分配块相连。气缸盖中有从燃油歧管通至喷油器的油道。

控制阀体通过正时油道执行器（2和9）和供油油道执行器（6）调节燃油流量。燃油从供油管接头（1）处流入控制阀体，然后流经正时油道执行器（2和9），并由正时油道传感器（3）调节后从正时油道出口（4）流出。燃油同时流至燃油切断阀（5），然后流至供油油道执行器（6）。燃油经调节器流至供油油道传感器，然后向上从供油油道出口（8）流出。燃油油道压力与正时油道压力不会互相影响。大气传感器（10）安装在正时油道传感器（3）的下方。燃油温度由安装在燃油油道传感器（7）上方的燃油温度传感器（11）进行监测。来自控制阀体调节后的燃油经正时和供油油道压力管流到燃油分配块。然后经过燃油分配块、燃油歧管和气缸盖中的油道流至正时和供油油道计量孔。

四、HPI燃油系统常见故障及原因分析

HPI燃油系统可显示并记录发动机运行中某些可检测到的故障状态，这些故障以故障代码的形式显示出来，使得故障判断更容易。故障代码记录在电子控制模块（ECM）中。有两种类型的故障代码，分别是发动机电子燃油系统故障代码和发动机保护系统故障代码。所有记录的故障代码分为现行（故障代码当前正在起作用）或者非现行（故障代码曾经起作用但当前并未起作用）两种。现行故障代码可通过驾驶室仪表盘上的警告（黄色）和停机指示灯（红色）或INSITE来读取。非现行故障代码只能通过INSITE来读取。

1、故障现象：发动机起动困难或不能起动（排气管冒烟）

故障原因：气温太低需要起动辅助装置；现行故障代码起作用或非现行故障代码高频计次；电子控制模块

ECM未标定或标定不正确；发动机速度传感器（ESS）或电路发生故障；燃油进气受阻或燃油泵发生故障；燃油滤清器或燃油吸油管堵塞燃油系统中有空气；大气压力传感器故障；正时压力传感器发生故障；燃油切断电磁阀（FSOV）或电路发生故障；燃油等级不正确或燃油质量太差；进排气系统阻力超出技术规范；静态喷油正时不正确；发动机压缩压力不足；进、排气门磨损或气门间隙太大；喷油器O形圈损坏或漏装。

2、故障现象：发动机输出功率不足

故障原因：燃油系统中有空气；车辆附加功率消耗过大；驱动系与发动机匹配不正确；机油油位超出技术规范；现行故障代码起作用或非现行故障代码高频计次；电子控制模块ECM未标定或标定不正确；可编程参数或特性选择不正确；油门踏板位置传感器或电路发生故障；进去系统阻力超过技术规范；转速表没有标定或发生故障；发动机位置传感器（EPS)或电路发生故障或接线不正确；检查燃油管、燃油接头和燃油滤清器是否泄漏；进气歧管空气温度超过技术规范；排气系统阻力超出技术规范；进气或排气泄漏；涡轮增压器发生故障；增压压力传感器发生故障；油轨执行器或正时执行器发生故障；发动机在超过推存的海拔高度之上运行；大气压力传感器发生故障；喷油器发生故障；顶置机构调整不正确；检查发动机曲轴箱压力是否过高，压缩压力是否过低，静态喷油正时是否正确，活塞、凸轮轴和其它零件是否损坏。

3、故障现象：发动机转速不稳

故障原因：燃油系统中有空气检查燃油接头、油管、油箱竖管、滤清器；燃油滤清器或燃油吸油管堵塞；燃油泵输出压力不符合要求；喷油器损坏或泄漏；正时、油道执行器受损；断油电磁阀阀片磨损、导线短路或电磁阀未通电；进气系统阻力超过技术规范检查空滤、胶套、卡子、管路是否堵塞、损坏；排气系统阻力超过技术规范，检查排烟管堵、垫、涡轮增压器进出口。

4、故障现象：发动机冒黑烟

故障原因：现行故障代码起作用或非现行故障代码高频计次；增压压力传感器发生故障；油轨执行器或正时执行器发生故障；静态喷油正时不正确；大气压力传感器发生故障；喷油器损坏或泄漏；进气不通畅、漏气或排气阻力大、漏气；废气涡轮增压器故障；发动机拉缸、气门间隙不符合要求；燃油泵输出压力不足；发动机油门踏板开度不足，油门在释放位置时读数应为0，踩到底时读数应为100％。

结束语

康明斯QSK系列发动机HPI燃油系统虽然具有喷射压力高、喷射控制好、功率大、噪音小等优点，但是在发动机的使用中，有很多的注意事项必须予以高度重视，一定要按照康明斯厂家的技术标准进行日常检查和定期保养维护，才能保证QSK系列发动机的HPI燃油系统发挥出高效、稳定、可靠的技术优势。

参考文献：

[1]康明斯QSK60发动机排烟异常故障原因分析[J].李晓勇. 露天采矿技术.2018(04)

[2]重型柴油机HPI燃油喷射系统原理与故障分析[J].徐立平. 科技创新与应用.2016(36)