淺析某型船舶發(fā)電柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)

隨著對(duì)船舶柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的提高,具有電控燃油噴射系統(tǒng)的柴油機(jī)因其高精確控制、高可靠性和高燃油經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)在海工船舶上得到廣泛應(yīng)用。某輪是一條全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)海洋石油工作船舶（PSV）,裝配有4臺(tái)主發(fā)電機(jī)作為主動(dòng)力源,原動(dòng)機(jī)為某C型高速柴油機(jī),其采用的電控燃油噴射系統(tǒng)為第二代時(shí)間控制式電子控制噴射,即電子控制單體噴油器燃油系統(tǒng)（EUI）。該系統(tǒng)可靠性高,可控制燃燒過程,顯著改善柴油機(jī)燃燒性能,提高燃油經(jīng)濟(jì)性,并可滿足嚴(yán)格的污染排放標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。圖1EUI電控燃油噴射系統(tǒng)組成示意圖一、EUI電控燃油噴射系統(tǒng)組成本次論文研究的C型柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)是由傳感器、ECM電控模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的[3],在整個(gè)噴油系統(tǒng)中,傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè),然后獲取信號(hào)數(shù)據(jù)后傳輸?shù)紼CM電控模塊之中,ECM電控模塊通過模塊的綜合判斷與運(yùn)算,將信號(hào)指令傳輸?shù)礁鱾€(gè)部件中,進(jìn)而確認(rèn)最優(yōu)動(dòng)作時(shí)間、噴油量、噴油正時(shí)等,以供給發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳空燃比的混合氣,控制柴油機(jī)的運(yùn)行過程和狀態(tài),各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)穩(wěn)定,保障其處于最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。圖2燃油噴射系統(tǒng)主要組成：噴油器、傳感器、ECM圖3燃油噴射系統(tǒng)示意圖1、傳感器在柴油機(jī)運(yùn)行的整個(gè)過程中,傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)效果,然后將不同監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸?shù)紼CM模塊中,為噴油提供精密的運(yùn)算與依據(jù)。柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所應(yīng)用的傳感器包括冷卻水溫度和壓力、進(jìn)排氣溫度和壓力、正時(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、速度位置等傳感器,還有對(duì)噴油器電流控制的電阻控件等都屬于柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中所應(yīng)用到的傳感器部件。2、電控模塊（ECM）ECM是整個(gè)電控系統(tǒng)中最為主要的電子控制模塊,通過該模塊的邏輯判斷功能,在整個(gè)系統(tǒng)中形成有效的控制與指揮效果,如同一個(gè)微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類信號(hào)的判斷和計(jì)算功能,有效的處理在不同傳感器中所傳送來的信息指令,然后通過模塊自身的系統(tǒng)指揮與分析計(jì)算效果,向各動(dòng)作機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào),執(zhí)行信號(hào)通過傳輸和動(dòng)作機(jī)構(gòu)達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。在ECM模塊中,具體包含的部分也很多,如總線、電源供給電路、存儲(chǔ)器、CPU、A/D轉(zhuǎn)換器、I/O接口等部分共同構(gòu)成了這一模塊。此外,ECM還能實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)的性能監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)功能。3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)在噴射系統(tǒng)中ECM將噴油脈沖信號(hào)傳輸后,電磁式噴油器接收信號(hào),并且實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的噴射動(dòng)作,在整個(gè)過程中,電磁噴油器是最為關(guān)鍵的執(zhí)行元件。基于高加工精度條件可以保障較強(qiáng)的抗堵塞與抗污染能力,提高霧化性能,保證動(dòng)態(tài)流量范圍,提供更加高效的執(zhí)行效果。二、EUI電控燃油噴射系統(tǒng)工作原理在電控噴射工作的過程中,其主要的工作原理就是由EUI噴油器動(dòng)作、噴射控制過程以及低壓燃油系統(tǒng)三個(gè)方面組成的。1、低壓燃油系統(tǒng)燃油齒輪泵從油箱中吸油,并將燃油供應(yīng)到噴油器。低壓燃油系統(tǒng)有三個(gè)作用：1）向EUI噴油器供油,使每個(gè)氣缸燃燒對(duì)外做功。2）提供多余的燃油以冷卻噴油器。3）提供多余的燃油來從系統(tǒng)中去除空氣。低壓燃油系統(tǒng)由以下部件組成：燃油箱、初級(jí)燃油過濾器/水分離器,燃油泵（內(nèi)部帶有溢流閥）,次級(jí)燃油過濾器及手油泵,壓力調(diào)節(jié)器以及燃油輸送管道。圖4柴油機(jī)各工況下MAP圖2、噴射控制過程柴油機(jī)在實(shí)際工況條件下依照試驗(yàn)參照情況可以明確不同工況環(huán)境下的基本信號(hào),根據(jù)對(duì)應(yīng)MAP參數(shù)進(jìn)行對(duì)噴油量與噴油定時(shí)的確定,實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)情況的精準(zhǔn)掌控。柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),凸輪軸上的燃油凸輪經(jīng)搖臂機(jī)構(gòu)作用在電控泵噴嘴活塞上,結(jié)合電磁閥對(duì)燃油回路的通斷控制,產(chǎn)生高壓噴射壓力（最高可達(dá)到20Mpa以上）。圖5噴油器裝配圖電控模塊ECM根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的要求,按照內(nèi)置程序（MAP圖）產(chǎn)生控制信號(hào),然后通過對(duì)水溫、油溫、大氣壓等因素實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償效果,在最佳噴油量正時(shí)情況下控制器電控泵噴嘴上的電磁閥通斷電,執(zhí)行器有效的控制噴油過程,對(duì)噴油量與噴油正時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)控制效果。圖6噴油器部件圖3、EUI噴油器動(dòng)作當(dāng)柱塞（1）處于其沖程的上端時(shí),燃油流經(jīng)噴油器體內(nèi)的低壓油道,燃油繼而流到柱塞的中心油道,然后流入柱塞下方的泵油腔（2）；當(dāng)柱塞處于其沖程的下端時(shí),燃油流經(jīng)高壓油道（3）、經(jīng)開啟的插裝閥（4）,然后流入低壓油道（5）。當(dāng)插裝閥關(guān)閉或被通電激勵(lì)時(shí),流經(jīng)插裝閥的油路被堵住,這一封堵導(dǎo)致燃油壓力升高,噴油開始。噴油持續(xù)到插裝閥被斷電或開啟,這使得燃油能夠流經(jīng)插裝閥,隨后,壓力將降低,噴射將停止。柱塞繼續(xù)下壓燃油,使其流經(jīng)開啟的插裝閥直到柱塞到達(dá)其沖程的下止點(diǎn),噴油泵彈簧使柱塞回到起始位置,循環(huán)重新開始。電子控制模塊（ECM）經(jīng)由噴油器電磁閥控制插裝閥的開啟或關(guān)閉確定了噴油起始點(diǎn)。插裝閥的開啟或關(guān)閉也決定了噴油量。在燃油噴射沖程期間,燃油從泵油室流向噴油器噴嘴。噴嘴有一個(gè)彈簧加壓的針閥（6）。燃油經(jīng)由環(huán)繞針閥的油道流到閥腔（7）,在閥腔內(nèi),燃油壓力將針閥頂離其閥座,燃油此時(shí)可以經(jīng)由尖端的油孔流入燃燒室。噴油器的底部探出缸蓋以下一小段距離,伸進(jìn)燃燒室。噴油器尖端外徑周圍有幾個(gè)均勻隔開的小油孔,燃油通過這些油孔噴入燃燒室內(nèi)。三、電控燃油噴射系統(tǒng)特點(diǎn)分析1、提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,降低能耗和廢氣排放電控柴油噴射系統(tǒng)的噴射壓力從10MPa提高到200MPa。如此高的噴射壓力可明顯改善柴油和空氣的混合質(zhì)量,ECM模塊同時(shí)根據(jù)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)的溫度等因素提供最佳的噴油正時(shí),實(shí)現(xiàn)在各種工況環(huán)境下加速燃燒,推動(dòng)燃燒更加徹底,縮短著火的延遲期,實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)節(jié)和控制,進(jìn)而增強(qiáng)柴油機(jī)動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)性能,與此同時(shí),還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化物與廢氣降低排放的效果,滿足環(huán)保需求。2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維護(hù)方便在機(jī)械式調(diào)速器上的連桿、噴油齒條、推桿、高壓燃油管路和燃油控制桿等部件在該型柴油機(jī)上都被電子控制模塊ECM、連接電纜、固態(tài)控制裝置和各種傳感器所代替[4]。設(shè)計(jì)上的這種改變,使發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單,電子單體式噴油器所進(jìn)行的調(diào)整和故障排除,維修更換所需要部件也更少,使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn),需要調(diào)整更少,延長(zhǎng)檢修周期,維護(hù)更方便,降低了維修和運(yùn)轉(zhuǎn)成本。3、故障排查簡(jiǎn)單ECM通過精確的計(jì)算來控制燃油,更有效的正時(shí)對(duì)排煙進(jìn)行控制,同時(shí)ECM會(huì)記錄保存診斷信息,包括柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間某些故障信息,比如超速、油壓過低和水溫過高等,只要這些故障一出現(xiàn),ECM就可以精準(zhǔn)獲得信號(hào),并將故障信息存儲(chǔ)到ECM中,維修人員可以在任何時(shí)候查詢到這些故障代碼來快速判斷故障位置,它的良好的自診斷功能給維修帶來很大的方便。當(dāng)發(fā)生故障時(shí),可用專用工具軟件進(jìn)行識(shí)別和測(cè)試,內(nèi)容主要有噴油器電磁閥測(cè)試、斷缸測(cè)試、識(shí)別故障、更改各類控制可編程參數(shù)等。四、結(jié)論電子噴射控制系統(tǒng)性能優(yōu)良、工