康明斯QSK系列发动机HPI燃油系统工作原理分析及日常维护

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投 ｌ｜

维护与修理

文章编号：１６７１—０７１ １（２０１３）０８—００３８—０３

康明斯ＱＳ Ｋ系列发动机Ｈ Ｐ Ｉ燃油系统

工作原理分析及日常维护

田永法

（中煤平朔集团露天设备维修中心，山西朔州０３６０００）

摘要：重点介绍了ＨＰＩ燃油系统的工作原理及日常维护事项，并结合具体案例进行分析，为发动机工程人

员提供一定的参考依据。

关键词：柴油机；电控；高压喷射；执行器

中图分类号：ＴＫ４２文献标识码：Ｂ

一

、

引言

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿一

ＨＰＩ全称是Ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ——高压喷射，它ｌ油门指令

是一种在 （时间／压力）理论上发展起来的新型燃油电

控系统。康明斯ＱＳＫ系列柴油机基于ＨＰＩ喷射技术，采

ＥＣＭ

１．油泵供油压力

２．正时油道压力

３．喷射油道压力

用Ｑｕａｎｔｕｍ电子控制系统，接收各种传感器的信号，经

ＥＣＭ计算机的计算，对发动机喷射燃油和正时燃油的油

量及压力进行控制，在适当的时刻以适当的压力向汽缸

中喷入适量的油，实现最优控制，以满足马力的需求和

排放法规的规定。

二、系统构成

ＱＳＫ系列柴油机的电控燃油喷射系统由４个基本部分

１．发动机转速传感器

２．进气歧管温度传感器

３．机油压力传感器

４．大气压力传感器

５．冷却液温度传感器

６．进气歧管压力传感器

７．燃油泵燃油压力传感器

８．燃油正时压力传感器

９．供油燃油压力传感器

ｌ０．冷却液液位传虑器

图１康明斯ＱＳＫ系列柴油机电控系统组成示意图

组成，输入 门指令）、ＥＣＭ（对输入信号进行处理与分

析）、执行器（按照ＥＣＭ输出信号动作的控制阀体）和各种

传感器，如图１所示。当司机踩下油门踏板以提高发动机转 １．输入信号

ＥＣＭ利用传感器信号确定发动机的燃油压力和正时压

力，即更简单地控制发动机的运行。系统输入可分为传感 和其他输入信号，然后将这些数据与标定数据进行比较，

器输入、开关输入、司机输入、反馈输入和可能的特性输 以确定相应的信号变化。如果允许增加发动机转速，ＥＣＭ

入。

速时，ＥＣＭ将参考发动机需要提高转速、发动机实际转速

就输出相应的信号给燃油控制执行器。同时，ＥＣＭ会根据

负载情况及发动机状况改变喷油正时，向正时控制执行器 （１）温度传感器。

输出相应的信号，以实现当前工况下的最优控制。

有４个温度传感器，分别为冷却液温度传感器、进气歧

移出放置在空地上（图３）。 ２ 、３ 主电机的损伤概率。

三、实施效果

新的电机吊装方案将１ 主电机的拆卸、安装时间由原来

收稿日期：２０１３—０５—１３

的４８ｈ缩短到了２４ｈ，为电机的线下修理和保养工作留出更

多的时间。并且，该方案不需要吊装２ 、３ 主电机，降低了

［编辑：吴建卿】

３８ 中国设备工程ｌ ２０１３ｍ８月

维护与修理

管温度传感器、大气压力传感器和燃油温度传感器。温度 动开关的位置确定发动机的运行状态ｆ运转或停机），油门踏

传感器向ＥＣＭ提供关键的温度信息：冷却液温度传感器安

装在节温器壳体中，该传感器得到的信息被ＥＣＭ用于确定

正时和发动机保护；进气歧管温度传感器安装在中冷器壳 ＱＳＫ系列柴油机燃油系统的ＥＣＭ采用康明斯的最新电子

体内，用于测量中冷器芯的空气温度，该传感器得到的信

息被ＥＣＭ用于确定正确的空燃比和发动机保护；燃油温度

传感器也安装于控制阀体上，用于监测燃油温度，供ＥＣＭ

确定正确的喷油量、喷油压力和发动机保护。 系统，ＥＣＭ以极快的速度读取所有输入信息，进行数据处

（２）压力传感器。

Ｑｕａｎｔｕｍ电子控制系统有６个压力传感器向ＥＣＭ提供关

键压力信号，这些压力传感器分别为：燃油油道压力传感

器、燃油正时压力传感器、机油压力传感器、冷却液压力

传感器、涡轮增压压力传感器、大气压力传感器。其中，

燃油油道压力传感器用于测量油道中供给喷油器的实际燃 正时油道和燃油切断功能。它的执行器是控制阀总成，燃

油压力；燃油正时压力传感器用于测量油道中供给正时油

道的实际燃油压力；机油压力传感器用于测量主系统的机 ＥＣＭ的指令进行控制。ＥＣＭ产生下述信号：

油压力，ＥＣＭ￣ＩＪ用该传感器得到的信息确定发动机保护；

冷却液压力传感器用于测量冷却系统的压力，ＥＣＭ利用该

传感器得到的信息确定发动机保护；涡轮增压压力传感器 （２）正时控制执行器阀信号：ＰＷＭ（脉冲宽度调制）负荷循

用于测量涡轮增压器后的进气压力，ＥｃＭ利用该传感器得

到的信息确定精确供油和空燃比；大气压力传感器安装在

ＥＣＭ下部的燃油控制阀总成上，ＥｃＭ利用该传感器传来的

信息校正设备工作区域的海拔高度，当车辆在海拔较高的

地区运行时，发动机的额定功率将自动降低，以防止涡轮

增压器超速。

（３）发动机速度传感器。

发动机速度传感器位于飞轮齿轮室壳体的表面，它检

测飞轮齿轮背面的齿数，并将信号传送给ＥＣＭ，ＥＣＭ利用

这些信号计算出发动机的转速。传感器具有双绕组信号输

出特性，可向ＥＣＭ提供两个独立的信号，即使其中一组线

圈损坏，丢失了一个信号，发动机仍能继续正常运行。

（４）开关输入。

Ｑｕａｎｔｕｍ电子控制系统有２个系统开关：怠速开关和冷

却液液位开关。怠速开关向ＥＣＭ提供油门踏板位置的确认

信号。冷却液液位开关监测散热器顶部水箱的冷却液液位，

当冷却液液位下降到低于预定点时该开关开启，ＥｃＭ利用

从该传感器获得的信息确定发动机保护。 （４）诊断指示灯：故障通信。

ｆ５）反馈输入。

ＥＣＭ除了监测燃油和正时压力传感器来确定实际压力 ｆ６）转速表：转速表工作的输出信号。

外，还监测油道和正时控制执行器阀回流油路，这些反馈

信息提供阀正确工作的确切信息。

ｆ６）司机输入。

来自司机的输入主要是钥匙启动开关和油门踏板，启 件是控制阀总成，如图２所示。由燃油泵产生的燃油流被输

术 ｌ

板的位置确定发动机所需的转速。

２．电控单元ＥＣＭ

技术，它有２个微处理器，用来处理和控制发动机及系统工

作必需的数据。它还有２ＭＢ的存储器，用来存储标定信息和

故障数据。ＥＣＭ的主要任务是控制发动机运行的燃油控制

理，并向油道和正时控制执行器提供输出信号。ＥｃＭ能很

快地改变油道和正时压力，迅速响应运行和环境条件最微

小的变化。

３．系统输出

技 泰 版 ｌ Ｉ 。

送至控制阀总成，该总成由１个切断电磁阀、２个燃油执行

器和２个燃油压力传感器组成。

ＥＣＭ安装在总成壳体的前部，控制阀总成有１个燃油进

口和２个燃油出口，每个燃油出口分别由各自的执行器控

制。燃油油道执行器控制燃烧所需的燃油，燃油正时执行

器控制喷油器正时控制所需的燃油。控制阀总成接受来自 因燃油控制系统出现问题而导致发动机产生的故障主

燃油泵的燃油流，在控制阀总成内部，燃油流分别供给２个

控制系统。

１．喷射油道压力控制

该系统由熄火阀、喷射油道执行器和喷射油道压力传

感器组成，燃油首先流经熄火阀，然后流向喷射油道执行 定故障排除步骤。下面主要针对发动机常出现的几种故障

器。该执行器是一个电子控制的滑柱式控制阀，线圈接受 且当发动机故障指示不报故障时如何排查发动机故障。

来自ＥＣＭ的脉冲宽度调制（ＰＷＭ）信号，根据ＰＷＭ信号的占空

比不同，滑柱将动态控制阀体内的滑柱调节进油口的大小， 对于ＱＳＫ６０柴油机而言，二者之间有着必然的联系，分

改变燃油的输出压力。喷射油道压力传感器监测喷射油道

压力并将此信号反馈至ＥＣＭ，ＥＣＭ结合控制指令来修正对

执行器的控制，最终实现对喷射油道压力的最优控制。喷 灯不报故障，则应考虑电子燃油系统软故障。如空气进入

射油道执行器阀的最大流量为４５４ｋｇ／ｈ。

２．正时油道压力控制

ＱＳＫ系列发动机的正时控制是通过改变喷油器内柱塞的 进入系统，低压端由输油泵在３０ｓ内排除，高压端可拆卸末

有效１二作长度来实现的，而有效工作长度的改变则是由正 端喷油器螺栓，由启动马达带动发动机旋转来排出系统中

时油腔的注油量来控制的，该油腔内的燃油量根据ＰＴ原理

可知，受控于正时油道压力和发动机转速，从控制的角度

而言，所能做的就是控制其正时油道压力。

为了将正时油道压力控制在某一目标值，ＥＣＭ向正时

执行器发出ＰＷＭ控制指令，通过与喷射执行器相同的控制

方法来控制正时油道压力，并通过正时油道压力传感器反 其电路。

馈该油道压力，实现对正时的最优控制。正时油道执行器

的最大流速为６８１ｋｇ／ｈ。

四、使用与维护

康明斯ＱＳＫ系列发动机在实际运行中，诸多注意事项应 ８０—１５０ｒ／ｍｉｎ，燃油系统污染，进入空气，个别喷油器工作

予以高度重视，现汇总如下。 不良或不工作是主要原因。排除故障时首先用Ｃｅｎｓｅ诊断确

（１）使用中绝对不要用水清洗发动机，因为各种传感器

及ＥＣＭ的连接插头进水后易使电控系统出现一些难以查找 开缸检查，更换不工作的喷油器，同时检查摇臂、十字头、

的软故障。

（２）当需要在设备上进行焊接作业时，一定要拆除蓄电

池的正、负极电缆，并断开发动机的３１针及２ｌ针连接器。因 作为各种工程机械和矿用卡车的动力源，ＱＳＫ系列发动

为电控系统的ＥＣＵ、传感器、继电器等都是低压元件，如果

不断开连接，焊接时的瞬时高压极易烧毁上述元件，造成

人为故障。

（３）柴油机电控系统对柴油的品质要求较高，使用劣质

柴油易造成喷油器堵塞和异常磨损。因此，要按时排出发

动机油水分离器中的水和沉淀物，柴油滤芯要定期更换。

４０ 中国设备工程Ｉ ２０１３年８月

（４）在对电控柴油机实施维修时，禁止随意拔下传感器

的插接头，因为每拔一次传感器插接头对插头的寿命都会

有影响，同时自诊断系统还会记录一个故障代码，需手动

删除。

五、故障案例分析

要集中于发动机启动困难、自动熄火及低马力等几个方面，

一

般通过系统控制软件读取故障诊断信息代码而确定具体