康明斯QSK柴油发电机燃油系统作业原理及平常维保

摘要：HPI全称是High pressure Injection高压喷射，它是一种在PT（时间/压力）理论上发展起来的新型燃油电控系统。康明斯QSK系列柴油发电机基于HPI喷射技术，采用Quantum电子控制装置，接收各种传感器的信号，经ECU计算机的计算，对柴油发电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，实现较优控制，以满足功率的需求和排放规范的规定。康明斯公司在本文重点介绍了HPI燃油装置的作业机理及平常维保事项，并结合主要实例进行综述，为柴油发电机工程人员供应一定的参考依据。

      康明斯QSK系列柴油发电机的电喷燃油喷射系统由4个基本部分构造，输入、ECU（对输入信号进行处置与简述）、执行器（按照ECM输出信号动作的控制阀体）和各种探头。当柴油发电机起动时，ECM将参考柴油发电机需要提高速度、柴油发电机实际速度和其他输入信号，然后将这些参数与标定数据进行比较，以确定相应的信号变化。如果允许增加柴油发电机转速，ECM就输出相应的信号给燃油控制执行器。同时，ECU会根据负荷情形及柴油发电机情形改变喷油正时，向正时控制执行器输出相应的信号，以实现当前工况下的较优控制。

      ECM利用传感器信号确定柴油发电机的燃油压力和正时压力，即更大概地控制柴油发电机的运转。系统输入可分为探头输入、开关输入、维修技工输人、反馈输入和可能的特征输入。柴油发电机传感器出入信号框图如图1所示。

      康明斯柴油发电机有4个温度传感器，分别为冷却液温度传感器、进气歧管温度传感器（电路如图2所示）、大气压力传感器和燃油温度探头。温度探头向ECU供应关键的温度信息：水温传感器安装在节温器壳体中，该探头得到的信息被ECU用于确定正时和柴油发电机保护；进气歧管温度探头安装在中冷器壳体内，用于测量中冷器芯的空气温度，该传感器得到的信息被ECU用于确定准确的空燃比和柴油发电机保护；燃油温度探头也装配于控制阀体上，用于监测燃油温度，供ECU确定正确的喷油量、喷油压力和柴油发电机保护。

      Quantum电子控制系统有6个压力探头向ECU提供关键压力信号，这些压力传感器分别为：共轨压力传感器（构成如图3所示）、燃油正时压力探头、机油压力传感器、水箱宝压力探头、涡轮增压压力传感器、大气压力探头。其中，燃油油道压力探头用于检测油道中供给喷油器的实际燃油压力；燃油正时压力探头用于检测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检测主装置的机油压力，ECM利用该探头得到的信息确定柴油发电机保护；冷却水压力传感器用于测量冷却系统的压力，ECM利用该探头得到的信息确定柴油发电机保护；涡轮增压压力传感器用于测定涡轮增压器后的进气压力康明斯柴油机官网，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利用该探头传来的信息校正装置工作区域的海拔高度，当机组在海拔偏高的地区运行时，柴油发电机的额定容量将自动减小，以避免涡轮增压器飞车。

      柴油发电机转速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ECU，ECM利用这些信号计算出柴油发电机的转速。探头具有双绕组信号输出特征，可向ECM供应两个独立的信号，即使其中一组线圈故障，丢失了一个信号，柴油发电机仍能继续正常运转。其机理如图4所示。

      Quantum电子控制系统有2个装置开关：怠速开关和水箱宝液位开关。怠速开关向ECU供应位置的确认信号。冷却水液位开关监测散热器顶部水箱的防锈水液位，当冷却液液位下降到低于预定点时该开关开启，ECU利用从该探头获得的信息确定柴油发电机保护。

      ECU除了监测燃油和正时压力传感器来确定实际压力外，还监测油道和正时控制执行器阀回流油路，这些反馈信息供应阀准确工作的确切信息。

      QSK系列柴油发电机燃油装置的ECM采用康明斯的较新电子技术，它有2个微排查器，用来排查和控制柴油发电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的主要任务是控制柴油发电机运转的燃油控制系统，ECM以极快的转速读取所有输入信息，进行数据清除，并向油道和正时控制执行器提供输出信号。ECU能很快地改变油道和正时压力，迅速响应运转和环境条件较微小的变化。

      ECM共有6个系统输出，其中3个输出控制着燃油油道、正时油道和燃油切断功能。它的执行器是控制阀总成，燃油和正时控制执行器是滑柱式阀，滑柱阀由电磁系统通过ECM的指令进行控制。ECM发生下述信号：

      QSK系列高压喷射燃油系统采用PT概念，通过电子方式调整执行器的燃油流通面积来控制燃油压力，其核心部件是控制阀总成，实物图如图5所示。由燃油泵发生的燃油流被输送至控制阀总成美国康明斯发电机官网，该总成由1个切断电磁阀、2个燃油执行器和2个燃油压力探头结构。ECU装配在总成壳体的前部，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嘴正时控制所需的燃油。控制阀总成接受来自燃油泵的燃油流，在控制阀总成内部，燃油流分别供给2个控制装置。燃油装置控制机理如图6所示。

      该装置由熄火阀、喷射油道执行器和喷射油道压力探头构成，燃油首先流经熄火阀，然后流向喷射油道执行器。该执行器是一个电子控制的滑柱式控制阀，线圈接受来自ECM的脉冲宽度调制（PWM）信号，根据PWM信号的占空比不一样，滑柱将动态控制阀体内的滑柱调整进油口的大小，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ECU，ECU结合控制指令来修正对执行器的控制，较终实现对喷射油道压力的较优控制。喷射油道执行器阀的较大流量为454kg/h。

      QSK系列柴油发电机的正时控制是通过改变喷油器内柱塞的有效工作长度来实现的，而有效工作长度的改变则是由正时油腔的注油量来控制的，该油腔内的燃油量根据PT机理可知，受控于正时油道压力和柴油发电机转速，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，ECU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步骤来控制正时油道压力，并通过正时油道压力探头反馈该油道压力，实现对正时的较优控制。正时油道执行器的较大流速为681kg/h。

      康明斯QSK系列柴油发电机在实际运行中，诸多技术指导应予以高度重视，现大全如下。

（1）使用中绝对不要用水清洗柴油发电机，由于各种传感器及ECM的连接插头进水后易使电喷系统产生一些难以查找的软故障。

（2）当需要在装置上进行焊接工作时，一定要解体蓄电池的正、负极电缆，并断开柴油发电机的31针及21针连接器。由于电控装置的ECU、探头、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）柴油发电机电控装置对柴油的品质要求偏高，使用劣质柴油易造成喷油器堵塞和不正常损伤。因此，要按时排出柴油发电机油水分离器中的水和沉淀物，柴油滤芯要定期更换。

（4）在对电喷柴油发电机实施维修时，禁止随意拔下探头的插接头，因为每拔一次探头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。

      因燃油控制装置发生问题而引起柴油发电机产生的损坏详细集中于柴油发电机不能启动、自动熄火及低容量等几个方面，一般通过系统控制软件读取故障判定信息代码而确定主要损坏范围，当各种探头元件发生故障、指示不准确及传感器线路传输阻断时，系统会发生相应故障指示，从而确定故障处理方式。下面具体针对柴油发电机常发生的几种故障且当柴油发电机故障指示不报故障时怎生解除柴油发电机损坏。

      对于QSK60柴油发电机而言，二者之间有着必然的联系，解述和清除程序须先易后难逐项确认，严禁大拆大卸。

      柴油发电机不能启动的起因较为复杂，若柴油发电机故障指示灯不报故障，则应考虑电子燃油系统软损坏。如空气进入燃油系统、柴油水分超标及机械杂质堵塞使阀类元件失效、启动操作不规范、检修部件装配不当或故障等。若是空气进入装置，低压端由输油泵在30s内处理，高压端可拆除末端喷油器螺栓，由起动机带动柴油发电机旋转来排出系统中的空气；若启动转速足够时，再对输出的各端子信号进行测量，如无信号或信号电压超过极限值，可以判断ECU模块损坏需更替；另外按照相关技术规范检修燃油执行器两触针间的电阻，若其阻值不符合规范则执行器有损坏；最后检查转速传感器及其电路、燃油泵输出压力、喷油器及其电路。

      此类损坏通常被称为低容量，柴油发电机表现为大负荷时“发吐”，急加载时“放炮”，冒黑烟，较高空载转速下降80~150转/分钟，燃油系统污染，进入空气，个别喷油嘴工作不佳或不作业是详细因由。排查损坏时首先用Cense诊断确定各缸的工作温度，找到温度异常的某一个或几个缸，开缸检查，更替不作业的喷油嘴，同时检查摇臂、十字头、挺杆等附件，如有故障统一更换。

      作为柴油发电机组的动力源，康明斯QSK系列柴油发电机在当今采矿业运用广泛，功率大、排放低、控制精度高是其具体优点，较传统柴油发电机其核心的燃油系统有了很大进步。康明斯QSK系列发电机HPI燃油系统采用了高压装置HPI，喷嘴为开式机械构造，可根据发电机速度和负荷自动调整喷油压力及油槽油量，具有喷射压力高、喷射控制好柴油发电机组、功率大、噪声小等优点。