重型柴油机HPI燃油喷射系统原理与故障分析

重型柴油机HPI燃油喷射系统原理与故障分析

文章介绍HPI燃油喷射系统的结构组成以及燃油流动路径，分析加装缓冲油箱的原因，喷油量和喷油正时的控制方法，详细分析燃油系统故障案例。

标签：燃油系统；HPI燃油喷射；故障分析

1 HPI燃油喷射系统简介

HPI（High pressure Injection）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。

2 燃油路径

辅助输油泵经过输油管从油箱抽取柴油。燃油进入由浮筒控制液位的缓冲油箱（见图1）。输油泵从缓冲油箱抽取燃油，经过溢流阀、燃油滤清器，进入断油阀。低压燃油进入燃油量电磁阀、喷油正时电磁阀，燃油进入机械式喷油器，未喷射的燃油经过回油歧管，进入冷却器回到油箱。

进油燃油歧管将燃油输送到每个机械式喷油器。燃油歧管分为两个单独的部分。一个部分为气缸1-3提供燃油，另一个部分则为气缸4-6提供燃油。由于直列式6气缸发动机中存在点火顺序（1、5、3、6、2、4），所以前气缸组的一个整体式喷油器和后气缸组的一个整体式喷油器将同时开启。为了一次将燃油分配给一个机械式喷油器，系统进行了划分，由电磁阀将燃油分配到相应的缸组。HPI系统使用燃油来控制喷射正时。

HPI喷油器是开放式，因此导致高温气体流经过整体式喷油器、回油管再到油箱。油箱中可能会发现少部分的高温燃烧气体，这是正常情况。燃烧后的废气也会在油箱和管路中产生残留的问题，同时油箱可能会变热。油箱中的高压燃气通过排气阀排出，如果车辆翻倒该阀也作为安全阀防止燃油流出。

3 缓冲油箱的功能

与卡车不同，客车配备有缓冲油箱。以及回油冷却器，用以调节喷射正时（alpha）的燃油被导回缓冲油箱。回油温度很高，必须在到达缓冲油箱前经由回油冷却器降温。以此确保进入缓冲油箱的燃油不至于过热。安装缓冲油箱的原因：

（1）用来在喷射系统中制造压力的输油泵不能从，一般在前轴上安装的主油箱中吸取燃油。

（2）回油温度过高，这在使用塑料油罐时会产生问题。因此，回油被导回铝制缓冲油箱。

（3）回油会同时携带一定量的燃烧气体。必须要将这些气体通风释放。

（4）HPI系统对回流一侧的背压敏感。于是回油便无法返回主油箱，这是因为返回时会增加背压。

4 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。

5 故障案例分析

故障现象：某运输公司大客车已累计行驶450000km，最近出现车辆行驶300Km之后，异常熄火。

解决过程分析：

该车辆水温一直偏高，先后更换了冷却系统的马达、液压泵、清洗了水箱，中冷器等，效果不是很明显，按照厂家的建议，更换了燃油散热器和水箱，车辆使用一天后，发动机水温下降明显，没有在出现高温的现象。

第二天，驾驶员反应，车辆在运行途中出现发动机报警，然后熄火，停驶几分钟后正常启动，车辆行驶一段距离又出现报警熄火，调取故障码，非作用故障中显示EMS的T91可能存在问题，显示燃油温度高达80℃，但驾驶员反应缓冲箱的油温温度并不高，可能为T91失效。

行驶过程中，发动机异常熄火。从该车的故障码中，看出该车有未激活的故障代码：EMS4745，EMS136，EMS386。其故障代码指出传感器故障，或燃油压力太低，燃油温度太高。

首先，先用SDP3来检查燃油压力，用测试工具来检查燃油压力，并将测得的值进行对比，以判断传感器故障还是油路故障。再决定是否更换传感器。用SDP3来检查燃油温度。并于行驶过程中，用SDP3来监测燃油压力和温度。

SDP3测试燃油压力，值为16.5bar。油温正常73摄氏度。但使用过程中压力突然降低，油温突然超高后发动机熄火。

根据监测结果分析，可能是压力温度传感器、燃油散热器出现故障。因此更换T91温度压力传感器和燃油散热器。

经过使用检验，故障现象没有排除。进一步检测燃油系统压力。将压力表连接到燃油滤芯上的放气嘴。起动发动机，怠速运转500rpm时的燃油压力为14.5bar 高于容许最低压力13.1bar。在1500rpm的转速下测量燃油压力为26bar。燃油压力高于25bar标准值，测试表明低压燃油系统正常。

因使用SDP3检测到压力突然降低。因此怀疑是溢流阀不能保持压力所致。进而更换溢流阀。

但车辆在行驶了一段时间后，还是会熄火。

油路部分经过测试，没有发现故障点，怀疑是电子控制部分出现问题，导致发动机熄火。考虑到熄火前，燃油系统压力降低，温度升高。首先检查T91传感器，发现T91传感器四根导线被重新拼接过见图2。拼接方法不正确，使用正确拼接方法，重新拼接导线。车辆故障排除。

故障原因分析：导线拼接不正确，导致使用过程中，傳感器传回信号异常，发动机电脑侦测到异常信号，而保护熄火。

6 结束语

文章介绍了HPI燃油喷射系统的工作原理，分析HPI燃油路径，介绍了客车上特有的缓冲邮箱。详细分析发动机突然熄火的故障案例，文章可为相关人员提供参考。

参考文献

[1]吴海洋.柴油发动机HPI燃油系统与故障的研究[J].2016（6）：168-169.

[2]仝兆景，石秀华，王文斌，等.柴油发动机燃油系统故障诊断研究[J].机械与电子，2013（08）：28-31.