露天開采重型設(shè)備中兩種典型電噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油器的工作原理分析

1、露天開采兩種典型大功率電噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控噴射執(zhí)行器的工作原理分析內(nèi)蒙古呼倫貝爾市海拉爾區(qū)呼倫貝爾學(xué)院工學(xué)院021008摘要：結(jié)合柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒的燃燒機(jī)理介紹了目前露天礦的兩代電控噴射執(zhí)行器的工作特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：燃燒過程 電控技術(shù) EUP HEUI-A中圖分類號(hào)：U464.136 文件標(biāo)示碼 BTwo open-air mining typical high-power diesel engine EFI's implementation of the principle of analysisMENG ai-guoFaculty of Engineering,HulunbeierUn

2、iversity,Hlunbeier,Neimenggu 021008,chinaAbstract:The combination of diesel combustion engine combustion mechanism of the current open-pit mine introduced two generations of EFI's implementation of the characteristics of the work.key word: Combustion ProcessElectronic Control TechnologyEUP HEUI-

3、A一、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程及主要影響因素1與汽油混合氣燃燒機(jī)理不同，柴油混合氣是一種缸內(nèi)多點(diǎn)著火，非均質(zhì)燃燒過程，而且只在活塞壓縮終了時(shí)在缸內(nèi)發(fā)生混合，其混合時(shí)間極短、要在0.0030.0007秒內(nèi)完成，所以經(jīng)常處在混合氣形成與燃燒過程交錯(cuò)在一起。由于存在燃燒過程的不均勻性，除了完全燃燒的產(chǎn)物外，還存在著因局部乏氧產(chǎn)生的熱分解的不完全燃燒的產(chǎn)物，即以碳煙為主的顆粒狀物和后續(xù)的燃燒過程，形成只加熱廢氣溫度的補(bǔ)燃期。此外，噴油正時(shí)和噴油速率兩個(gè)參數(shù)對(duì)燃燒過程影響較大。噴油提前角偏大，使得燃油噴入缸內(nèi)時(shí)空氣的壓力和溫度較低，著火延遲期較長(zhǎng)，壓力升高率和最高燃燒壓力增大，導(dǎo)致柴油機(jī)工作粗暴。噴油提前角

4、偏大，使得柴油機(jī)冷啟動(dòng)和怠速時(shí)空氣溫度更低，導(dǎo)致啟動(dòng)困難，怠速不良。噴油提前角偏大，還會(huì)使壓縮負(fù)功增大，功率下降，油耗增加。噴油提前角過小，則燃油不能在上止點(diǎn)附近燃燒完畢，補(bǔ)燃量增加，雖然壓力升高率較低，但排氣溫度升高，廢氣帶走的熱量增加，缸蓋溫度過熱，進(jìn)氣效率下降。同時(shí)廢氣渦輪增壓器廢氣渦殼熱負(fù)荷過大，有關(guān)零件會(huì)因熱負(fù)荷過大、熱應(yīng)力增加而加速損壞。噴油速率是影響燃燒過程的另外一個(gè)重要參數(shù)。噴油速率對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有很大影響，為要實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、有效的燃燒，比較理想的噴油速率是“先緩后急”即德爾塔三角形，這就是說在滯燃期內(nèi)噴入氣缸內(nèi)的油量不宜過多，油找空氣充分 ，混合均勻燃燒迅速，以控制速燃期的最

5、大燃燒壓力和平均最大壓力升高率，保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)及較小的燃燒噪聲；而著火后，應(yīng)以較高的噴油速率將燃油噴入氣缸，在先期著火形成的熱渦流作用下可以迅速形成均勻的混合氣改善燃燒。停油時(shí)應(yīng)干脆迅速。二、 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的特點(diǎn)和難點(diǎn)2與電控汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制本質(zhì)相同，都是通過改善混合氣燃燒過程從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放。所運(yùn)用的單片機(jī)的控制系統(tǒng)都是在各種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷下主要數(shù)字確定曲軸相位、每循環(huán)岐管內(nèi)空氣和高壓管內(nèi)燃油的流體質(zhì)量。但是由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油混合氣的特性，必須借助噴油器將柴油在接近壓縮行程終了時(shí)刻，通過高壓以細(xì)小油束形式噴入缸內(nèi)，其噴射壓力為汽油噴油器的百倍以上，要求電控柴油發(fā)

6、動(dòng)機(jī)的噴油器有很好的可靠性和耐久性，而且柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能和排放對(duì)噴油正時(shí)的精度和噴油速率很敏感，這就導(dǎo)致電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油器十分困難和復(fù)雜。目前發(fā)展的幾代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)主要差別是集中在柴油噴射的噴油器也就是電控噴射執(zhí)行器上。目前應(yīng)用的三代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)都在露天開采重型設(shè)備中使用中，例如第一代的位置電控技術(shù)應(yīng)用在MT3600B(172噸)的礦用自卸卡車上。（將在另一篇闡述）比較普遍的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)是第二代和第三代，從柴油噴射的電控噴射執(zhí)行器上的工作特點(diǎn)上劃分第二代稱為時(shí)間控制執(zhí)行器、第三代為時(shí)間壓力控制執(zhí)行器。3第二代重點(diǎn)是在保證接近近理想化空燃比供油的前提下，精確決定供油

7、正時(shí)改善燃燒過程，缺點(diǎn)是供油壓力受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響大。4第三代柴油噴射的電控噴射執(zhí)行器不但能夠精確決定供油正時(shí)而且供油速率可以按照德爾塔三角形等理想化模式噴油，不受轉(zhuǎn)速和負(fù)荷影響。在卡車間斷式工藝的露天開采企業(yè)中，多數(shù)的工程機(jī)械使用的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)是Caterpillar的HEUI(Hydraulic Electric Unit Injector)第三代電控噴射執(zhí)行器，部分重型卡車使用的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)是Cummins的EUP（Electric Unit Pump）第二代電控噴射執(zhí)行器。由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)難度和復(fù)雜都在電控噴射執(zhí)行器，而且電控系統(tǒng)發(fā)生任何故障最終都會(huì)在電控噴射執(zhí)行

8、器產(chǎn)生不正常的現(xiàn)象，所以分析電控噴射執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和工作原理就十分重要。三、 電控噴射執(zhí)行器的工作原理分析1、 3EUP（Electric Unit Pump）電控噴射執(zhí)行器的工作原理該執(zhí)行器工作在TEREX TR50礦用重型汽車 Cummins QSX15C525電噴發(fā)動(dòng)機(jī)上，這是北方重型汽車股份有限公司在2005年以后向露天礦推出的產(chǎn)品。整個(gè)燃油供應(yīng)系統(tǒng)是主要由輸油泵、電控單元、電控單體泵、總供油高速電磁閥、總正時(shí)供油高速電磁閥和調(diào)壓器、脈動(dòng)阻尼器、傳感器等組成。每個(gè)缸的EUP都有一個(gè)單獨(dú)的凸輪軸驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)燃油高壓建立過程和燃油噴射過程，最高噴射壓力可達(dá)241MP，這兩個(gè)過程在時(shí)序上不能完全

9、分開，噴油壓力要受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制，是屬于第二代電控噴射執(zhí)行器。兩組總供油高速電磁閥、總正時(shí)供油高速電磁閥分別為六個(gè)電控噴射執(zhí)行器依次供油總供油，高速電磁閥的開啟持續(xù)時(shí)間就是決定供油量的大小。電控噴射執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖如圖一所示。主要由柱塞泵、正時(shí)活塞、三個(gè)油槽及控制閥、噴油器針閥等組成。圖一1、柱塞泵活塞2、正時(shí)注油槽3、正時(shí)活塞4、下活塞5、計(jì)量油槽6、噴油針閥7、泄油槽8、減壓槽其工作原理如下：排油：當(dāng)凸輪最高點(diǎn)與柱塞泵活塞接觸時(shí)，柱塞泵活塞、正時(shí)活塞、下活塞和噴油針閥克服回位彈簧的張力向下移動(dòng)，彼此接觸，柱塞腔內(nèi)無燃料油同時(shí)噴油針閥上的卸油道將減壓槽與泄油槽連通。伸張：當(dāng)凸輪的基圓與柱塞泵

10、活塞接觸時(shí)，柱塞泵活塞、圖二、排油 伸張 注油 噴油正時(shí)活塞、下活塞和噴油針閥在各自回位彈簧作用下向上伸張，這時(shí)由于特殊結(jié)構(gòu)，正時(shí)活塞與下活塞脫離接觸形成空腔。注油：當(dāng)凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞泵活塞向下移動(dòng)時(shí)，電控單元根據(jù)傳感器提供的信息決定本循環(huán)的噴油提前角和噴油量后觸發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的總高速電磁閥開啟，經(jīng)缸體油道、正時(shí)供油槽進(jìn)入柱塞泵活塞和正時(shí)活塞之間的油柱將兩活塞剛性聯(lián)接、同時(shí)將正時(shí)活塞緊密擠壓在下活塞上。油柱越長(zhǎng)噴油提前角越大。同樣經(jīng)缸體油道、計(jì)量油槽的燃油量進(jìn)入噴油針閥油腔。噴油：當(dāng)凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞泵活塞繼續(xù)向下移動(dòng)時(shí)，高壓在噴油針閥油腔內(nèi)建立，然后噴入氣缸內(nèi)燃燒室。當(dāng)油柱與兩活塞持續(xù)向下移動(dòng)經(jīng)過泄油槽

11、時(shí)通過泄油槽擠回油箱，但柱塞泵活塞、正時(shí)活塞和噴油針閥繼續(xù)向下移動(dòng)，直到噴油針閥的上的泄壓槽與減壓槽重合時(shí)噴油針閥油腔徹底泄壓，噴油迅速截止。42、HEUI-A(Hydraulic Electric Unit Injector)電控噴射執(zhí)行器的工作原理該執(zhí)行器工作在CaterpillarD10R型履帶式推土機(jī)CAT3412E電噴發(fā)動(dòng)機(jī)上，這是Caterpillar公司在1993年首次推出的產(chǎn)品。整個(gè)燃油供應(yīng)系統(tǒng)是主要由發(fā)動(dòng)機(jī)油供給及調(diào)節(jié)系統(tǒng)（共軌）、電控單元及各傳感器、增壓式電控噴射執(zhí)行器等組成，是將液壓和電控技術(shù)相結(jié)合，使電控噴射執(zhí)行器壓力的建立過程和燃油噴射過程是分開，所以該系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

12、速無關(guān)，可在寬廣的工況范圍內(nèi)保持較高的噴油壓力，最高噴油壓力達(dá)到150MP，是屬于第三代電控噴射執(zhí)行器。電控噴射執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖如圖三所示。主要由菌式高速電磁閥、增壓活塞、噴油針閥、預(yù)噴結(jié)構(gòu)等組成。5其工作原理如下：泄壓截止：電控噴射執(zhí)行器不工作時(shí)，在回位彈簧的作用下電磁閥左移動(dòng)關(guān)閉共軌機(jī)油入口，打開機(jī)油回油道發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油經(jīng)氣缸蓋油道返回油底殼。此時(shí)增壓活塞被回位彈簧頂在上位，噴油器針閥被回位彈簧抵靠在閥座上。低壓燃油從入口經(jīng)泄壓槽直接返回燃油箱。增壓預(yù)噴：當(dāng)電控單元根據(jù)傳感器提供的信息決定本循環(huán)的噴油提前角和噴油壓力后觸發(fā)某一個(gè)電控噴射執(zhí)行器的高速電磁閥開啟開啟，截止閥右移打開共軌機(jī)油入口同時(shí)

13、關(guān)閉回油道，高壓機(jī)油進(jìn)入增壓活塞上方，由于增壓活塞的上部截面積是下部 圖三、1、共軌機(jī)油入口2、高速電磁閥3、截止閥4、增壓活塞七倍，根據(jù)液壓放大原理，增壓5、低壓燃油入口6、泄油槽7、預(yù)噴結(jié)構(gòu)、8、回油道活塞對(duì)進(jìn)入噴油器蓄壓室的燃油增壓，同時(shí)增壓室將壓力傳遞給噴油器的計(jì)量油室使噴油針閥克服回位彈簧的壓力向上開啟，開始噴油。當(dāng)增壓活塞上的凹槽泄油槽相通時(shí)，蓄壓室的燃油部分溢流泄壓截止 增壓預(yù)噴 增壓主噴 斷電截止 回燃油箱，噴油過程階段性停止。增壓主噴：當(dāng)增壓活塞的凹槽越過泄油槽后，蓄壓室的燃油增壓，噴油繼續(xù)進(jìn)行。斷電截止：高速電磁閥斷電時(shí)，截止閥在回位彈簧的作用下左移關(guān)閉共軌機(jī)油入口，打開回油道，增壓活塞上方的壓力迅速下降并在回位彈簧和剩余燃油壓力的共同作用下向上移動(dòng)，針閥在回位彈簧和進(jìn)油壓力的共同作用下而關(guān)閉。四、 結(jié)語 電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是必然趨勢(shì)，而大型電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入露天采礦企業(yè)是近幾年的事情，由于企業(yè)作業(yè)人員對(duì)這種內(nèi)燃原理和機(jī)電一體化存在的神秘感，所以在運(yùn)用和維護(hù)中總是力不從心，特別是一旦發(fā)生故障嚴(yán)重依賴廠家服務(wù)。本篇的目的通過分析柴油電控發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件，介紹電控原理，幫助企業(yè)盡快熟悉這一新的系統(tǒng)，提高維修部門的維護(hù)水平。孟愛國(guó) 男196