淺析某型船舶發(fā)電柴油機燃油噴射系統(tǒng)

隨著對船舶柴油機經(jīng)濟性、可靠性和環(huán)保標準要求的提高,具有電控燃油噴射系統(tǒng)的柴油機因其高精確控制、高可靠性和高燃油經(jīng)濟性已經(jīng)在海工船舶上得到廣泛應用。某輪是一條全回轉(zhuǎn)電力推進海洋石油工作船舶（PSV）,裝配有4臺主發(fā)電機作為主動力源,原動機為某C型高速柴油機,其采用的電控燃油噴射系統(tǒng)為第二代時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,顯著改善柴油機燃燒性能,提高燃油經(jīng)濟性,并可滿足嚴格的污染排放標準要求[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型柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)是由傳感器、ECM電控模塊、執(zhí)行機構組成的[3],在整個噴油系統(tǒng)中,傳感器實現(xiàn)對柴油機運行狀況的監(jiān)測,然后獲取信號數(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算,將信號指令傳輸?shù)礁鱾€部件中,進而確認最優(yōu)動作時間、噴油量、噴油正時等,以供給發(fā)動機實現(xiàn)最佳空燃比的混合氣,控制柴油機的運行過程和狀態(tài),各項參數(shù)指標穩(wěn)定,保障其處于最佳運轉(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、傳感器在柴油機運行的整個過程中,傳感器可以實現(xiàn)對發(fā)動機運行狀況的監(jiān)測效果,然后將不同監(jiān)測信號傳輸?shù)紼CM模塊中,為噴油提供精密的運算與依據(jù)。柴油機在運轉(zhuǎn)過程中所應用的傳感器包括冷卻水溫度和壓力、進排氣溫度和壓力、正時、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、速度位置等傳感器,還有對噴油器電流控制的電阻控件等都屬于柴油機運轉(zhuǎn)中所應用到的傳感器部件。2、電控模塊（ECM）ECM是整個電控系統(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,在整個系統(tǒng)中形成有效的控制與指揮效果,如同一個微型計算機實現(xiàn)對各類信號的判斷和計算功能,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)指揮與分析計算效果,向各動作機構發(fā)出控制信號,執(zhí)行信號通過傳輸和動作機構達到調(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、存儲器、CPU、A/D轉(zhuǎn)換器、I/O接口等部分共同構成了這一模塊。此外,ECM還能實現(xiàn)對柴油機的性能監(jiān)測、控制和保護功能。3、執(zhí)行機構在噴射系統(tǒng)中ECM將噴油脈沖信號傳輸后,電磁式噴油器接收信號,并且實現(xiàn)精準的噴射動作,在整個過程中,電磁噴油器是最為關鍵的執(zhí)行元件?；诟呒庸ぞ葪l件可以保障較強的抗堵塞與抗污染能力,提高霧化性能,保證動態(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噴油器動作、噴射控制過程以及低壓燃油系統(tǒng)三個方面組成的。1、低壓燃油系統(tǒng)燃油齒輪泵從油箱中吸油,并將燃油供應到噴油器。低壓燃油系統(tǒng)有三個作用：1）向EUI噴油器供油,使每個氣缸燃燒對外做功。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、初級燃油過濾器/水分離器,燃油泵（內(nèi)部帶有溢流閥）,次級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柴油機各工況下MAP圖2、噴射控制過程柴油機在實際工況條件下依照試驗參照情況可以明確不同工況環(huán)境下的基本信號,根據(jù)對應MAP參數(shù)進行對噴油量與噴油定時的確定,實現(xiàn)對運轉(zhuǎn)情況的精準掌控。柴油機運轉(zhuǎn)時,凸輪軸上的燃油凸輪經(jīng)搖臂機構作用在電控泵噴嘴活塞上,結(jié)合電磁閥對燃油回路的通斷控制,產(chǎn)生高壓噴射壓力（最高可達到20Mpa以上）。圖5噴油器裝配圖電控模塊ECM根據(jù)轉(zhuǎn)速和負荷的要求,按照內(nèi)置程序（MAP圖）產(chǎn)生控制信號,然后通過對水溫、油溫、大氣壓等因素實現(xiàn)補償效果,在最佳噴油量正時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,對噴油量與噴油正時進行精準控制效果。圖6噴油器部件圖3、EUI噴油器動作當柱塞（1）處于其沖程的上端時,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）；當柱塞處于其沖程的下端時,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）。當插裝閥關閉或被通電激勵時,流經(jīng)插裝閥的油路被堵住,這一封堵導致燃油壓力升高,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其沖程的下止點,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閉確定了噴油起始點。插裝閥的開啟或關閉也決定了噴油量。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,伸進燃燒室。噴油器尖端外徑周圍有幾個均勻隔開的小油孔,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)特點分析1、提高動力性和經(jīng)濟性,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模塊同時根據(jù)負荷、轉(zhuǎn)速、發(fā)動的溫度等因素提供最佳的噴油正時,實現(xiàn)在各種工況環(huán)境下加速燃燒,推動燃燒更加徹底,縮短著火的延遲期,實現(xiàn)有效的調(diào)節(jié)和控制,進而增強柴油機動力與經(jīng)濟性能,與此同時,還可以實現(xiàn)對氮氧化物與廢氣降低排放的效果,滿足環(huán)保需求。2、結(jié)構簡單,維護方便在機械式調(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]。設計上的這種改變,使發(fā)動機的噴油系統(tǒng)更加簡單,電子單體式噴油器所進行的調(diào)整和故障排除,維修更換所需要部件也更少,使柴油機運轉(zhuǎn)更平穩(wěn),需要調(diào)整更少,延長檢修周期,維護更方便,降低了維修和運轉(zhuǎn)成本。3、故障排查簡單ECM通過精確的計算來控制燃油,更有效的正時對排煙進行控制,同時ECM會記錄保存診斷信息,包括柴油機運轉(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就可以精準獲得信號,并將故障信息存儲到ECM中,維修人員可以在任何時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。當發(fā)生故障時,可用專用工具軟件進行識別和測試,內(nèi)容主要有噴油器電磁閥測試、斷缸測試、識別故障、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