摘要：经过不断的改进，现在的电子控制已进入燃油系统，使得柴油机的燃烧更加充分更加稳定，能耗也将更少。康明斯发电机公司在本文通过对柴油发电机燃油系统的简单介绍，并且对供油系统故障的检修进行讨论并给出解决方法。本文系统阐述康明斯共轨燃油系统的结构组成、喷油泵工作原理、精密偶件常见故障与检验方法，以及喷油器维修技术。
一、燃油系统与喷油泵的工作原理
1.康明斯燃油系统概略
电喷康明斯发动机采用共轨燃油系统，其结构如图1所示。共轨喷射式供油系统由高压油泵、油轨、喷油器、电控单元（ECU）和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与油轨相连，油轨对喷油器起到液力蓄压作用。工作时高压油泵以高压将燃油输送到油轨，高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环工作，对油轨内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。
（1）供油泵将柴油从油箱中吸出，经过燃油滤清器提供给高压油泵。在供油泵内有一电磁阀控制燃油到达高压泵室，燃油从高压室出来以后进入管形蓄压器——共轨。供油泵通常为齿轮泵或叶片泵，负责将燃油从油箱提升至高压油泵入口，并提供约0.2～0.5MPa的初级压力。
（2）在共轨上有压力传感器实时监测燃油压力，并将这一信号传递给ECU，通过对流量的调节控制共轨内的燃油压力达到希望值。共轨压力通常为120～180MPa，具体值视发动机工况而定。喷射压力根据发动机运转工况而变化（从怠速时的约30MPa到额定功率时的160MPa以上），再通过电脑控制分别喷射到汽缸中。
（3）共轨不但保持了燃油压力，还消除了压力波动，有利于增大柴油机的转矩和改善烟度。通过共轨的蓄压作用，消除了传统机械泵系统中高压油管压力波动的缺陷，使各缸喷油压力不受相邻缸喷油的影响。
2.康明斯喷油泵（高压油泵）
喷油泵是共轨式电子燃油喷射系统的核心部分。喷油泵安装在发动机前侧，SCV（燃油流量控制阀）及燃油温度（FT）传感器是喷油泵的组成部件。
（1）燃油通过内部的供给泵（转子式）从燃油箱输送到喷油泵，该供给泵将燃油送入喷油泵内的2个柱塞室内。转子式供给泵具有结构紧凑、供油平稳的特点，其供油量随发动机转速升高而增加。
（2）被送入柱塞室内的燃油通过SCV进行调节。SCV只受ECM送来的供给电流的控制，如果没有电流流到电磁阀，燃油流量最大。反之，电磁阀的电流最大时，燃油将停止流动。SCV采用常开型设计，这是一种故障安全策略——当SCV断电时保持最大供油，确保发动机在电控系统故障时仍有燃油供应，但此时喷油泵无法精确控制压力，发动机可能运转不稳定。
（3）随着发动机旋转，两个柱塞向共轨内制造高压。柱塞在凸轮驱动下往复运动，压缩柱塞室内的燃油至共轨压力（最高可达200MPa）。高压燃油经出油阀进入共轨，出油阀同时起到防止共轨高压燃油回流的作用。
（4）根据ECM传来的信号控制SCV，由此来控制流向共轨的供油量和供给压力。这样，可使工作状态达到最佳，提高燃油经济性、减少氮氧化合物的排出。
图1 柴油机燃油供给系统示意图
二、喷油器精密偶件的主要故障
1. 柱塞与柱塞套筒偶件
（1）圆柱配合面的过度磨损：高压油泵工作一段时间后在柱塞和柱塞套筒的工作表面产生磨损，使配合间隙增大，泵油压力降低，进而影响喷油压力，导致雾化不良，燃烧恶化；而且若各缸喷油泵的柱塞与柱塞套筒间磨损不同，泵油压力不同，各缸喷油量不等，以致各缸功率不等，柴油机各缸功率不平衡。当配合间隙从初始的0.001～0.003mm增大到0.005mm以上时，泄漏量显著增加，供油量下降可达10%～20%。
（2）偶件配合面的拉痕、咬死：当有些机械杂质进入时，柱塞与柱塞套筒间很容易使配合面拉毛。柱塞与柱塞套筒间的配合面，还会产生纵向拉痕，偶件卡紧甚至咬死。燃油中的硬质颗粒（如砂粒、金属碎屑）是造成拉痕的主要原因，因此燃油滤清器的过滤效果至关重要。
（3）柱塞工作表面的穴蚀：由于喷油泵在喷射结束时，螺旋槽的边缘将回油孔打开的瞬间，套筒内的高压油急速冲出，使套筒内压力骤然降低，使得柱塞斜槽附近的工作表面上产生穴蚀。穴蚀表现为表面出现麻点状凹坑，严重时会导致柱塞卡死或供油量异常。
2. 出油阀与出油阀座偶件
与柱塞偶件一样，出油阀偶件经过长期的使用也会出现一些故障：工作表面的磨损，阀与阀座间的卡紧、咬死关闭不严等。工作表面的磨损包括偶件配合面的过度磨损将使配合间隙增大，泵油量增多，造成不完全燃烧的后果；密封锥面的磨损导致密封性下降，高压油回流，泵油压力降低。出油阀密封不良时，高压油管内的残余压力下降，会导致喷油器滴油或喷射滞后。
3. 针阀与针阀体偶件
（1）圆柱配合面和圆锥配合面的过度磨损：磨损是针阀偶件的主要损坏形式。针阀与针阀座偶件过度磨损后，配合间隙过大，喷油压力降低雾化不良。各缸偶件的不同程度的磨损会导致各缸喷油量不同，从而影响柴油机的功率平衡。针阀与针阀体圆柱面的配合间隙通常为0.002～0.004mm，间隙增大后高压燃油泄漏增加，喷雾质量恶化。
（2）针阀体端面的腐蚀：针阀体端面因燃油、冷却水会发生电化学腐蚀，使喷油器整体的密封性下降，产生燃油泄漏、油压降低和雾化不良。腐蚀通常发生在喷油嘴头部伸入燃烧室的部分，高温和腐蚀性燃气加速了这一过程。
（3）喷孔磨损：喷孔的直径大多很小（通常0.18～0.30mm），在长期使用后由于针阀偶件锥面的磨损密封不良或针阀关闭不严。喷孔磨损后孔径增大，喷油贯穿距离减小，雾化质量下降，同时喷油量增加，造成燃烧不完全和冒黑烟。
图2 柴油机柱塞式喷油器磨损图
三、喷油器精密偶件的检验
1. 偶件的清洗
用轻柴油或煤油清洗，偶件配合面应使用软毛刷或软布擦拭，清洗干净后用清洁纸或丝绸擦干，清洗完成后放于专用的容器中，以免灰尘粘在工作表面上。清洗时不得使用棉纱或毛巾（易掉纤维），清洗后的零件应尽快装配或存放在清洁的柴油中，防止锈蚀。
2. 一般性检查
偶件清洗完成后，用低倍放大镜观察偶件工作表面有无严重的缺陷，如发现，应依据实际决定修复或者报废。重点检查柱塞表面有无纵向拉痕、穴蚀麻点；出油阀密封锥面有无明显磨损环带；针阀锥面有无烧伤或磨损沟槽。
3. 磨损检验
磨损使配合面配合精度下降，燃油泄漏，燃油压力降低，可以用密封性检验来检查它的磨损。
（1）滑动实验法：检查偶件的最简单方法。用干净的柴油润滑偶件，使偶件与水平成45度角放置，将柱塞或出油阀抽出1/3配合面长度，使其自由下滑，若下滑速度缓慢均匀，则配合表面无明显磨损，若下滑速度较快，则配合表面磨损较严重。正常的柱塞在45°倾斜时应能缓慢匀速滑下，下滑时间一般在3～8秒范围内。
（2）油液降压法：通过偶件内的油液下降一定值所需时间来作为密封性的标准。在专用试验台上对偶件施加一定压力，测量压力从某一值下降到另一值所需的时间，以此判断配合间隙是否在允许范围内。压力下降过快表明泄漏量过大，配合间隙已超限。
（3）雾化实验：喷油器的雾化实验是对其偶件密封性的综合检验。实验时，将起阀压力调至规定值，然后以一定速度进行喷雾实验，喷雾质量应符合要求。正常喷雾应为均匀细密的雾状锥体，无油滴飞溅或偏射现象。
4. 专用设备检测
就是把喷油器拆下，拿到喷油器试验台检测，图3为检测示例。若检测的喷射压力达不到相应的技术标准，喷油器的雾化程度不好，有滴油或泄漏现象，而且经过清洗和调整无法恢复的喷油器，都必须更换。试验台可精确测量喷油器的开启压力（通常为20～30MPa）、喷雾锥角、回油量和滴漏情况。
图3 喷油器试验台测试图
四、喷油器精密偶件的修理
1. 柱塞偶件的修理
（1）尺寸选配法：将一批磨损报废的柱塞、套筒分别精磨消除几何形状误差后按加工后的尺寸重新装配，在保证要求的配合间隙下互研成一对新偶件。此方法适用于批量维修，可降低备件成本，但需要专用磨削设备和熟练的技术人员。
（2）修理尺寸法：保留套筒，对其进行机械加工消除几何形状误差，按修理后的套筒尺寸配制柱塞，互研后达到要求的配合间隙。这种方法成本较低，但对套筒的剩余壁厚有要求，套筒壁厚减薄过多会影响其强度。
（3）镀铬修复：采用镀铬工艺修复偶件使恢复要求的配合间隙。常采用偶件之一进行镀铬，即将套筒内孔加工或修理尺寸，使柱塞外圆面镀铬达到修理尺寸，互研成对，保证恢复要求的配合间隙和性能。镀铬层硬度高（HV800～1000），耐磨性好，但镀层厚度应控制在0.05～0.10mm范围内，过厚易剥落。
2. 针阀偶件的修复
针阀偶件的圆柱配合面常采用柱塞偶件的修复方法。圆锥配合面磨损后采用研磨膏进行偶件的互研，使环形密封带恢复正常为止。研磨时应使用细研磨膏（粒度W5～W7），研磨量不宜过大，以刚好消除磨损痕迹为度。研磨后必须彻底清洗，去除残留研磨膏，否则将加速偶件磨损。
五、其他部件常见故障与维护
1. 喷油泵体裂纹
喷油泵体由于材料或者加工工艺不好使得喷油泵体本身有一定的缺陷，在工作时产生高压裂纹，此外往往由于高压油管的阻死、喷油孔的阻塞或者针阀的咬死使得泵体内压力过大而产生裂纹。
防止方法：一方面提高喷油泵体材料的性能和加工工艺，一方面严格过滤燃油防止高压油管的阻死、喷油孔的阻塞，并常常检查针阀与针阀座偶件的性能。裂纹一旦产生，通常无法修复，只能更换喷油泵体或总成。
2. 弹簧折断
喷油器的调压弹簧经常发生折断，这已成为喷油器的薄弱环节之一。主要是因为在高温高负荷、高频率的工作条件下，弹簧钢性的耐疲劳强度差而引起的。
解决方法：提高耐疲劳强度，选择优质的耐热耐疲劳的材料，进行增强耐疲劳强度的表面处理（如喷丸处理）。在维修中，调压弹簧应定期更换，通常与大修周期同步（约3000～5000小时）。
3. 喷油器喷孔阻塞
因为燃油中混进了固体杂质微粒，或因燃烧不良产生积碳，工作时间稍长就会积结在喷油器的喷孔周围，使喷孔成为半阻塞状态。喷孔一旦被阻塞，喷油泵的供油压力就会上升并伴有敲击的声音发出。
防止方法：一方面是对于进入喷油器的燃油要经过严格的过滤（燃油滤清器过滤精度应不低于3～5μm）；另一方面通过改善燃烧，防止因积碳过多而阻塞喷孔。喷孔阻塞时，可用专用通针轻轻疏通，但不可用钢丝等硬物强行穿过，以免损伤喷孔边缘。
4. 喷油嘴滴油
当喷油器工作时，针阀体的密封锥面会受到针阀频繁的强力冲击，再加上高压燃油不断地从该处喷射出，锥面会逐渐出现磨损或斑点，从而造成喷油器滴油。
排除方法：拆下喷油嘴，检查针阀的运动是否灵活，座面的密封性是否良好，然后进行仔细的清洗和研配或者更换新的喷油嘴偶件。滴油会导致喷油嘴积碳、燃烧室污染和机油稀释。
5. 喷油器雾化不良
当喷油压力过低，喷孔磨损有积碳、弹簧端面磨损或弹力下降时，都会致使喷油器提前开启，延迟关闭，并形成喷油雾化不良现象。柴油机功率下降，排气冒黑烟，机器运转声也不正常。另外，由于粒径过大的柴油雾滴不能充分燃烧，便顺着缸壁流入积油盘，使机油油面增高，粘度下降，润滑恶化，还可能引起烧瓦拉缸的事故。
解决方法：应将喷油器拆开清洗、检修，重新调试。雾化不良的喷油器应在试验台上重新调整开启压力，检查喷雾锥角（通常应达到140°～160°），确认无滴漏后方可装机使用。
结语
康明斯共轨燃油系统由高压油泵、油轨、喷油器、ECU及压力传感器组成，共轨压力120～180MPa，通过SCV（常开型电磁阀，断电时流量最大）精确控制供油量。精密偶件常见故障包括柱塞偶件磨损（配合间隙从0.001～0.003mm增至0.005mm以上时供油量下降10%～20%）、拉痕咬死（燃油杂质引起）和穴蚀（回油孔开启瞬间压力骤降）；出油阀偶件密封锥面磨损导致高压油回流；针阀偶件锥面磨损导致滴油。检验方法有滑动实验法（45°倾斜自由下滑，正常3～8秒）、油液降压法和雾化实验，专用设备检测开启压力（20～30MPa）。修复方法包括尺寸选配法、修理尺寸法和镀铬修复（镀层硬度HV800～1000，厚度0.05～0.10mm）。同时应关注喷油泵体裂纹、弹簧折断（喷丸处理提高疲劳强度）、喷孔阻塞（燃油过滤精度≤3～5μm）和雾化不良等故障。定期检验和正确维护精密偶件，可有效延长燃油系统使用寿命，保障柴油发电机组的可靠运行。
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