何勋良
中铁十一局集团电务工程有限公司 湖北省 武汉市 430000
摘要：HPI（HighpressureInjection）高压燃油喷射系统，是康明斯公司为重型柴油机开发的燃油供给系统。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2500bar。HPI燃油喷射系统电子控制单元（EMS），根据驾驶员的要求，控制燃油系统向发动机提供燃油。本文根据作者多年工作经验，对康明斯QSK系列发动机HPI燃油系统工作原理及日常维护进行了详细的阐述和分析，共大家参考和借鉴。
关键词：康明斯QSK系列；发动机；HPI燃油系统；工作原理；日常维护
1、HPI燃油系统结构
HPI燃油系统主要电气和油路两部分组成电气部分(见图一)由传感器和执行器、转速控制、电脑ECM组成。其中传感器包括油门位置、泵压力、正时压力、燃油压力、进气压力、转速、进气温度、水温、机油温度传感器；执行器包括泵压正时压力燃油压执行器转速控制包括两个比较器、两个放大器。
油路部分由齿轮泵、电子离心调速总成,燃油控制、共轨油道、回油道,喷油嘴、冷却板、节温器、油箱。其中电子离心调速总成包括泵压力执行器、压力传感器、旁通阀、单向阀,溢流阀、离心力可变节流;燃油控制阀包括切断阀、正时执行器、正时压力传感器、燃油执行器、燃油压力传感器。共轨油道包括正时共轨、燃油共轨、回油共轨。
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HPI燃油系统结构图
2、燃油泵介绍
HPI燃油系统的燃油泵是PT型燃油系列中的一种,同样
采用了压力一时间概念,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
3、燃油量和喷油正时控制
系统燃油压力通过溢流阀保持恒定。燃油压力在怠速下应该约为14.5bar。发动机管理系统是一个电子管理系统，既控制机械式喷油器应该喷入气缸的燃油量，有控制机械式喷油器，喷射燃油应该进行的时间。用于燃烧和用于喷射正时的燃油通过电磁阀分配到整体式喷油器上。两个电磁阀调节用于燃烧的燃油，一个电磁阀用于控制喷射正时的燃油，一个电磁阀用于控制燃油喷油量。脉冲长度（即电磁阀开启时间）可调节进入整体式喷油器的燃油量。将压力保持为恒定并调节时间。脉冲长度由发动机控制单元确定。发动机控制单元对运转的不均匀特性进行补偿。控制单元可看作是发动机管理系统的大脑。发动机控制单元处理的信息可来自传感器和发动机管理系统的组成部件，也可来自其他系统的控制单元。发动机控制单元处理好这些信息后，会向电磁阀发送信号，继而控制整体式喷油器的燃油量和喷射正时。发动机控制单元通过飞轮的加速来补偿燃油量。不过，发动机控制单元不能检测喷射正时（alpha）是否正确。
4、康明斯QSK系列发动机HPI燃油系统安装要求
4.1油箱
进、回口必须分开,中型发动机应相距305毫米以上，
对于中型(B、C系列)发动机回油口必须低于油面，而PT系统的回油口必须高于油面。进油口必须距油箱底部25毫米以上,底部为水和杂质的沉淀空间,油箱在最低处要有排污阀。必须有5%的膨胀空间以防燃油膨胀后而溢流。必须有通气功能以防油箱内部压力过高,要求的通气流量见发动机技术参数表。通气孔应防尘和水。
4.2管路
管路材料必须耐油,能承受足够的真空而不损坏或蹋瘪。管路和部件的布置应防止发生气阻(气体只能向上走)。气温低于F应安装温控加热器。进油温度必须小于发动机技术参数表的限值,油温高将导致。功率下降:油温每改变5℃,功率变化1.5%。润滑性能恶化,增加磨损。
5、HPI燃油系统常见问题及处理措施
5.1没有安装符合要求的燃油预滤器(设备厂责任)
所有燃油预滤器必须带油水分离功能,且采用透明油杯(容易观察)；推荐安装油水报警器；必须培训用户每天排除油水分离器中的水；对所有安装直列泵和PT泵的发动机,要求燃油预滤器的过滤精度为150日/英寸；对所有安装转子泵的发动机和电控发动机(如QSB,QSC,6BTAA),要求燃油预滤器的过滤精度为10微米。
5.2 进油阻力大
管路长,油管细；局部节流。
5.3油箱结构不正确
进回油口太近油箱无通气功能；回油位置不对,B&C位于油面上；吸油口距油箱底太近。
5.4发动机起动时，曲轴不能转动的机械故障诊断与修复
发动机起动时，在起动系统完好的情况下，若变速器置于空档位置，按起动开关，起动机有响声而曲轴不能转动，则属于机械故障。引起发动机曲轴不能转动的原因及诊断与修复方法如下所述。
⑴ 原因
①起动机与飞轮齿啮合不良。齿圈与起动机齿轮在起动发动机时会发生撞击，造成牙齿损坏或牙齿单面磨损。若牙齿连续三个以上损坏或磨损严重，起动机齿轮与齿圈牙齿便难以啮合。
②粘缸。发动机温度过高时停车熄火，热量难以散出，高温下的活塞环与气缸粘连，冷却后无法起动。
③曲轴抱死。由于润滑系故障或缺机油造成滑动轴承干摩擦，以致最终抱死曲轴而无法起动。
④ 喷油泵柱塞卡死。
⑵诊断与修复方法
①若飞轮有连续三个以上牙齿损坏，且与起动机齿正好相对，就会导致两者齿轮不能啮合。在这种状态下，只需用撬棒将飞轮撬转一个角度，再按起动按钮便可顺利起动。对于损坏的飞轮牙齿，一般可采用焊接修复。
②齿圈松动时可从飞轮壳起动机安装口处确认。若齿圈松动，则须更换新件。在安装时，应先将齿圈放在加热箱中加热，而后趁热压在飞轮上，冷却后即可紧固于飞轮上。
③齿圈牙齿单边磨损严重时，可将齿圈压下，前后端面翻转后，再装在飞轮上使用。
④经检查齿轮啮合正常，起动时飞轮不转动，则应视为发动机内部故障，如曲轴抱死，活塞粘缸，离合器卡滞等，对此应进一步观察。可先查离合器有无破损卡滞，再检查喷油泵柱塞是否卡滞和发动机内部有无异物等故障。
5.5发动机起动时可以转动，但不能起动（排气管中无烟）的诊断与处理。起动发动机时，排气管无烟排出，也无爆发声，一般属柴油没有进缸。
⑴原因
①油箱中无油。 ②燃油滤清器、油水分离器堵塞。③低压油路不供油。④ 喷油泵不泵油。⑤油路中有空气。⑥配气相位失准。气门的打开时刻与活塞在气缸中的行程不协调。如活塞在气缸中作压缩行程时，进、排气门打开着，新鲜空气被赶出气缸，以致气缸中没有燃烧气体，无法起动。⑦型喷油泵电磁阀坏，处于关闭状态，柴油不能进入高压腔。
⑵诊断与处理方法
原则：先外后内，先易后难
①察看喷油泵熄火拉线是否回位。②油箱内是否有油，油箱开关是否打开。③喷油泵操纵拉杆和驱动连接盘的紧固螺栓是否脱落。④拧松喷油泵上的放气螺钉，用手油泵泵油排气。⑤检查油管是否漏气或堵塞。管是否漏气或堵塞。⑥检查燃油滤清器和油水分离器是否堵塞。⑦起动机带发动机转动，检查输油泵是否泵油。⑧拆松喷油器进油管接头，油门加到底，按下起动机开关，检查喷油泵是否泵油，若不泵油，说明油量调节拉杆卡在停油位置（即齿条发卡）；若是A_型泵，应取下喷油泵的边盖检查并排除故障；若是P_型泵等，则需采取相应措施处理。⑨检查配气相位是否准确，若未对正，应进行调整。⑩对于装 VE泵的发动机来说，检查断油电磁阀和控制电路是否有故障。当确认断油电磁阀损坏，又不能立即找到新电磁更换时，可采用拆下电磁阀，取出柱塞阀和弹簧后原样装复，并对电磁阀采取断电处理的应急措施（此法不能进行电熄火，可以手动熄火）。
6、结束语
康明斯QSK系列发动机HPI燃油系统采用了高压系统HPI，喷嘴为开式机械结构，可根据发动机转速和负荷自动调节喷油压力及油槽油量，具有喷射压力高、喷射控制好、功率大、噪音小等优点。
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)
[3]柴油发动机HPI燃油系统与故障的研究[J].吴海洋.河北企业.2016(06)