康明斯QSK系列發動機HPI燃油系統工作原理分析及日常維護

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投 ｌ｜

維護與修理

文章編號：１６７１—０７１ １（２０１３）０８—００３８—０３

康明斯ＱＳ Ｋ系列發動機Ｈ Ｐ Ｉ燃油系統

工作原理分析及日常維護

田永法

（中煤平朔集團露天設備維修中心，山西朔州０３６０００）

摘要：重點介紹了ＨＰＩ燃油系統的工作原理及日常維護事項，并結合具體案例進行分析，為發動機工程人

員提供一定的參考依據。

關鍵詞：柴油機；電控；高壓噴射；執行器

中圖分類號：ＴＫ４２文獻標識碼：Ｂ

一

、

引言

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿一

ＨＰＩ全稱是Ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ——高壓噴射，它ｌ油門指令

是一種在 （時間／壓力）理論上發展起來的新型燃油電

控系統?？得魉梗眩樱讼盗胁裼蜋C基于ＨＰＩ噴射技術，采

ＥＣＭ

１．油泵供油壓力

２．正時油道壓力

３．噴射油道壓力

用Ｑｕａｎｔｕｍ電子控制系統，接收各種傳感器的信號，經

ＥＣＭ計算機的計算，對發動機噴射燃油和正時燃油的油

量及壓力進行控制，在適當的時刻以適當的壓力向汽缸

中噴入適量的油，實現最優控制，以滿足馬力的需求和

排放法規的規定。

二、系統構成

ＱＳＫ系列柴油機的電控燃油噴射系統由４個基本部分

１．發動機轉速傳感器

２．進氣歧管溫度傳感器

３．機油壓力傳感器

４．大氣壓力傳感器

５．冷卻液溫度傳感器

６．進氣歧管壓力傳感器

７．燃油泵燃油壓力傳感器

８．燃油正時壓力傳感器

９．供油燃油壓力傳感器

ｌ０．冷卻液液位傳慮器

圖１康明斯ＱＳＫ系列柴油機電控系統組成示意圖

組成，輸入 門指令）、ＥＣＭ（對輸入信號進行處理與分

析）、執行器（按照ＥＣＭ輸出信號動作的控制閥體）和各種

傳感器，如圖１所示。當司機踩下油門踏板以提高發動機轉 １．輸入信號

ＥＣＭ利用傳感器信號確定發動機的燃油壓力和正時壓

力，即更簡單地控制發動機的運行。系統輸入可分為傳感 和其他輸入信號，然后將這些數據與標定數據進行比較，

器輸入、開關輸入、司機輸入、反饋輸入和可能的特性輸 以確定相應的信號變化。如果允許增加發動機轉速，ＥＣＭ

入。

速時，ＥＣＭ將參考發動機需要提高轉速、發動機實際轉速

就輸出相應的信號給燃油控制執行器。同時，ＥＣＭ會根據

負載情況及發動機狀況改變噴油正時，向正時控制執行器 （１）溫度傳感器。

輸出相應的信號，以實現當前工況下的最優控制。

有４個溫度傳感器，分別為冷卻液溫度傳感器、進氣歧

移出放置在空地上（圖３）。 ２ 、３ 主電機的損傷概率。

三、實施效果

新的電機吊裝方案將１ 主電機的拆卸、安裝時間由原來

收稿日期：２０１３—０５—１３

的４８ｈ縮短到了２４ｈ，為電機的線下修理和保養工作留出更

多的時間。并且，該方案不需要吊裝２ 、３ 主電機，降低了

［編輯：吳建卿】

３８ 中國設備工程ｌ ２０１３ｍ８月

維護與修理

管溫度傳感器、大氣壓力傳感器和燃油溫度傳感器。溫度 動開關的位置確定發動機的運行狀態ｆ運轉或停機），油門踏

傳感器向ＥＣＭ提供關鍵的溫度信息：冷卻液溫度傳感器安

裝在節溫器殼體中，該傳感器得到的信息被ＥＣＭ用于確定

正時和發動機保護；進氣歧管溫度傳感器安裝在中冷器殼 ＱＳＫ系列柴油機燃油系統的ＥＣＭ采用康明斯的最新電子

體內，用于測量中冷器芯的空氣溫度，該傳感器得到的信

息被ＥＣＭ用于確定正確的空燃比和發動機保護；燃油溫度

傳感器也安裝于控制閥體上，用于監測燃油溫度，供ＥＣＭ

確定正確的噴油量、噴油壓力和發動機保護。 系統，ＥＣＭ以極快的速度讀取所有輸入信息，進行數據處

（２）壓力傳感器。

Ｑｕａｎｔｕｍ電子控制系統有６個壓力傳感器向ＥＣＭ提供關

鍵壓力信號，這些壓力傳感器分別為：燃油油道壓力傳感

器、燃油正時壓力傳感器、機油壓力傳感器、冷卻液壓力

傳感器、渦輪增壓壓力傳感器、大氣壓力傳感器。其中，

燃油油道壓力傳感器用于測量油道中供給噴油器的實際燃 正時油道和燃油切斷功能。它的執行器是控制閥總成，燃

油壓力；燃油正時壓力傳感器用于測量油道中供給正時油

道的實際燃油壓力；機油壓力傳感器用于測量主系統的機 ＥＣＭ的指令進行控制。ＥＣＭ產生下述信號：

油壓力，ＥＣＭ￣ＩＪ用該傳感器得到的信息確定發動機保護；

冷卻液壓力傳感器用于測量冷卻系統的壓力，ＥＣＭ利用該

傳感器得到的信息確定發動機保護；渦輪增壓壓力傳感器 （２）正時控制執行器閥信號：ＰＷＭ（脈沖寬度調制）負荷循

用于測量渦輪增壓器后的進氣壓力，ＥｃＭ利用該傳感器得

到的信息確定精確供油和空燃比；大氣壓力傳感器安裝在

ＥＣＭ下部的燃油控制閥總成上，ＥｃＭ利用該傳感器傳來的

信息校正設備工作區域的海拔高度，當車輛在海拔較高的

地區運行時，發動機的額定功率將自動降低，以防止渦輪

增壓器超速。

（３）發動機速度傳感器。

發動機速度傳感器位于飛輪齒輪室殼體的表面，它檢

測飛輪齒輪背面的齒數，并將信號傳送給ＥＣＭ，ＥＣＭ利用

這些信號計算出發動機的轉速。傳感器具有雙繞組信號輸

出特性，可向ＥＣＭ提供兩個獨立的信號，即使其中一組線

圈損壞，丟失了一個信號，發動機仍能繼續正常運行。

（４）開關輸入。

Ｑｕａｎｔｕｍ電子控制系統有２個系統開關：怠速開關和冷

卻液液位開關。怠速開關向ＥＣＭ提供油門踏板位置的確認

信號。冷卻液液位開關監測散熱器頂部水箱的冷卻液液位，

當冷卻液液位下降到低于預定點時該開關開啟，ＥｃＭ利用

從該傳感器獲得的信息確定發動機保護。 （４）診斷指示燈：故障通信。

ｆ５）反饋輸入。

ＥＣＭ除了監測燃油和正時壓力傳感器來確定實際壓力 ｆ６）轉速表：轉速表工作的輸出信號。

外，還監測油道和正時控制執行器閥回流油路，這些反饋

信息提供閥正確工作的確切信息。

ｆ６）司機輸入。

來自司機的輸入主要是鑰匙啟動開關和油門踏板，啟 件是控制閥總成，如圖２所示。由燃油泵產生的燃油流被輸

術 ｌ

板的位置確定發動機所需的轉速。

２．電控單元ＥＣＭ

技術，它有２個微處理器，用來處理和控制發動機及系統工

作必需的數據。它還有２ＭＢ的存儲器，用來存儲標定信息和

故障數據。ＥＣＭ的主要任務是控制發動機運行的燃油控制

理，并向油道和正時控制執行器提供輸出信號。ＥｃＭ能很

快地改變油道和正時壓力，迅速響應運行和環境條件最微

小的變化。

３．系統輸出

技 泰 版 ｌ Ｉ 。

送至控制閥總成，該總成由１個切斷電磁閥、２個燃油執行

器和２個燃油壓力傳感器組成。

ＥＣＭ安裝在總成殼體的前部，控制閥總成有１個燃油進

口和２個燃油出口，每個燃油出口分別由各自的執行器控

制。燃油油道執行器控制燃燒所需的燃油，燃油正時執行

器控制噴油器正時控制所需的燃油。控制閥總成接受來自 因燃油控制系統出現問題而導致發動機產生的故障主

燃油泵的燃油流，在控制閥總成內部，燃油流分別供給２個

控制系統。

１．噴射油道壓力控制

該系統由熄火閥、噴射油道執行器和噴射油道壓力傳

感器組成，燃油首先流經熄火閥，然后流向噴射油道執行 定故障排除步驟。下面主要針對發動機常出現的幾種故障

器。該執行器是一個電子控制的滑柱式控制閥，線圈接受 且當發動機故障指示不報故障時如何排查發動機故障。

來自ＥＣＭ的脈沖寬度調制（ＰＷＭ）信號，根據ＰＷＭ信號的占空

比不同，滑柱將動態控制閥體內的滑柱調節進油口的大小， 對于ＱＳＫ６０柴油機而言，二者之間有著必然的聯系，分

改變燃油的輸出壓力。噴射油道壓力傳感器監測噴射油道

壓力并將此信號反饋至ＥＣＭ，ＥＣＭ結合控制指令來修正對

執行器的控制，最終實現對噴射油道壓力的最優控制。噴 燈不報故障，則應考慮電子燃油系統軟故障。如空氣進入

射油道執行器閥的最大流量為４５４ｋｇ／ｈ。

２．正時油道壓力控制

ＱＳＫ系列發動機的正時控制是通過改變噴油器內柱塞的 進入系統，低壓端由輸油泵在３０ｓ內排除，高壓端可拆卸末

有效１二作長度來實現的，而有效工作長度的改變則是由正 端噴油器螺栓，由啟動馬達帶動發動機旋轉來排出系統中

時油腔的注油量來控制的，該油腔內的燃油量根據ＰＴ原理

可知，受控于正時油道壓力和發動機轉速，從控制的角度

而言，所能做的就是控制其正時油道壓力。

為了將正時油道壓力控制在某一目標值，ＥＣＭ向正時

執行器發出ＰＷＭ控制指令，通過與噴射執行器相同的控制

方法來控制正時油道壓力，并通過正時油道壓力傳感器反 其電路。

饋該油道壓力，實現對正時的最優控制。正時油道執行器

的最大流速為６８１ｋｇ／ｈ。

四、使用與維護

康明斯ＱＳＫ系列發動機在實際運行中，諸多注意事項應 ８０—１５０ｒ／ｍｉｎ，燃油系統污染，進入空氣，個別噴油器工作

予以高度重視，現匯總如下。 不良或不工作是主要原因。排除故障時首先用Ｃｅｎｓｅ診斷確

（１）使用中絕對不要用水清洗發動機，因為各種傳感器

及ＥＣＭ的連接插頭進水后易使電控系統出現一些難以查找 開缸檢查，更換不工作的噴油器，同時檢查搖臂、十字頭、

的軟故障。

（２）當需要在設備上進行焊接作業時，一定要拆除蓄電

池的正、負極電纜，并斷開發動機的３１針及２ｌ針連接器。因 作為各種工程機械和礦用卡車的動力源，ＱＳＫ系列發動

為電控系統的ＥＣＵ、傳感器、繼電器等都是低壓元件，如果

不斷開連接，焊接時的瞬時高壓極易燒毀上述元件，造成

人為故障。

（３）柴油機電控系統對柴油的品質要求較高，使用劣質

柴油易造成噴油器堵塞和異常磨損。因此，要按時排出發

動機油水分離器中的水和沉淀物，柴油濾芯要定期更換。

４０ 中國設備工程Ｉ ２０１３年８月

（４）在對電控柴油機實施維修時，禁止隨意拔下傳感器

的插接頭，因為每拔一次傳感器插接頭對插頭的壽命都會

有影響，同時自診斷系統還會記錄一個故障代碼，需手動

刪除。

五、故障案例分析

要集中于發動機啟動困難、自動熄火及低馬力等幾個方面，

一

般通過系統控制軟件讀取故障診斷信息代碼而確定具體