防爆柴油機的電控技術(shù)特點及應(yīng)用分析

柏 陸

（國家能源集團神東煤炭集團設(shè)備管理中心, 陜西 榆林719315)

隨著綜采運輸設(shè)備的快速發(fā)展,煤礦運輸工作效率越來越高,對各種輔助煤礦運輸工具的技術(shù)支持服務(wù)需求迅速擴大。然而,防爆新型柴油機配套的大量無軌燃油運輸設(shè)備已經(jīng)使得國內(nèi)煤礦井下的大氣環(huán)境污染問題越來越突出,煤礦工人的人身安全也因此受到嚴(yán)重影響。目前國內(nèi)煤礦大量開始使用無軌膠爆新型柴油車,采用液壓機械方式噴射渦輪增壓的防爆燃油,而大量的無軌防爆新型柴油機都是采用自然氣的吸氣式內(nèi)燃柴油機,產(chǎn)品廢氣排放低,特別是經(jīng)過長期使用后,柴油機的廢氣排放和燃油動力穩(wěn)定性能嚴(yán)重下降,在柴油車輛的一些燃油重點排放區(qū)域,CO也很有可能嚴(yán)重超標(biāo)。在神東的煤礦區(qū),有不少國產(chǎn)進口柴油車輛已經(jīng)配備了防爆液壓傳動單體噴油器檢測系統(tǒng)(heui),雖然它的排放量和性能較國產(chǎn)柴油發(fā)動機不具有明顯提升優(yōu)勢,但由于防爆新型柴油發(fā)動機液壓傳感器容易發(fā)生損壞,且車輛使用后期維護管理成本過高,使得大多數(shù)煤礦用戶因此不愿選擇。開發(fā)一種廢氣排放量低、性能好、穩(wěn)定性好、成本低的新型電控高壓防爆內(nèi)燃柴油機系統(tǒng)具有重要意義。

1.防爆電控柴油機電控系統(tǒng)的功能

防爆柴油機電子控制系統(tǒng)應(yīng)具有電保護系統(tǒng)和電控系統(tǒng)的功能，防爆機電保護系統(tǒng)是對礦山安全生產(chǎn)的各項指標(biāo)進行監(jiān)測，只要其中一項超過mt990-2006《爆炸性柴油機通用技術(shù)條件》的要求，電氣保護系統(tǒng)能自動停止防爆柴油機的運行，保證礦井生產(chǎn)安全；此外，還會增加柴油機功率，減少振動；提高噴射壓力，改善霧化效果，改善燃燒，降低油耗，減少煙塵和顆粒物排放；還可靈活精確地控制噴油時間和噴油量，降低HC和NOx排放，提高燃油經(jīng)濟性；防爆電控系統(tǒng)是電氣保護系統(tǒng)和電子燃油噴射系統(tǒng)的組合，電氣保護系統(tǒng)是電子燃油噴射系統(tǒng)，它不僅可以提高防爆柴油機的性能，減少有害氣體的排放，而且可以使防爆柴油機安全工作。國產(chǎn)電控防爆柴油機的電氣保護系統(tǒng)技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品的可靠性及穩(wěn)定性很高，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.防爆柴油機電控技術(shù)的特點

防爆柴油機的電控系統(tǒng)共分為兩種，即電子泵和高壓共軌系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)并無優(yōu)劣之分，而且各有不同的功能，在應(yīng)用范圍和領(lǐng)域上也有較大的差異，因此，這兩種電控系統(tǒng)要分情況進行選用。

2.1 防爆電控柴油機的型式

防爆電控柴油機的發(fā)展歷史相對漫長，雖然技術(shù)不斷完善，但從其使用情況來看，仍舊存在著比較凸顯的問題。首先,煤礦井下作業(yè)生產(chǎn)大氣環(huán)境比較惡劣,主要是由于煤塵來源距離大氣工作面較近,空氣中惰性煤塵含量增多,環(huán)境濕度必然增大,會直接增加柴油機井下排氣處理系統(tǒng)和燃油發(fā)電系統(tǒng)空氣污染的發(fā)生可能性。其次,我國精煉柴油中含硫雜質(zhì)和氧化硫含量高,為有效節(jié)約精煉成本,有的石油礦區(qū)甚至只能采用柴油局部精煉,凈化效果差。高壓煤礦共軌輪式柴油機對瓦斯油敏感,不容易重復(fù)使用,因此,選擇一種燃油變化適應(yīng)性強的高壓電子燃油泵系統(tǒng)作為一種電子燃油適應(yīng)系統(tǒng)，更好地符合目前我國高壓煤礦的使用需要。

2.2 防爆電控單體泵系統(tǒng)的特點

電控單體泵類似于燃油的機械噴射泵，它由凸輪軸和活塞產(chǎn)生高壓燃油。不過，該機組的電子泵是基于啟動高速電磁閥來精確控制噴油量的。此外，它還具有以下特點：第一，電控單體泵的凸輪軸是進行預(yù)設(shè)計的，這就使機組泵的燃油壓力曲線具有先降后升的特點，預(yù)測角度靈活，噴射次數(shù)準(zhǔn)確；并且經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，電控單體泵系統(tǒng)的柴油機在降低NOx生成量方面具有較為凸顯的效果，非常符合柴油機燃燒特性；此外，電控單體泵可以針對柴油燃燒過程進行優(yōu)化，用霧化效果降低CO的生成量，在一定程度上保護了生態(tài)環(huán)境。第二，電控單體泵的產(chǎn)生歷史雖然較短，但是基于我國的國情，需要這種系統(tǒng)來優(yōu)化柴油機，因此發(fā)展十分迅速，特別是涌現(xiàn)出了南越電控、成都威特、江西志方等這樣優(yōu)秀的國產(chǎn)廠家，讓電控單體泵的發(fā)展更上一層樓，并且由于國產(chǎn)廠家產(chǎn)品生產(chǎn)的成本較低，銷售價格方面更有優(yōu)勢，而且維護起來也十分方便。

2.3 防爆柴油機電保護系統(tǒng)特點

防爆柴油機由于其特殊的柴油使用工作環(huán)境,其安全性和試驗柴油特性是為了滿足國家煤礦安全防爆標(biāo)準(zhǔn)所必需的,防爆柴油機應(yīng)同時配備獨立的防爆保護檢測系統(tǒng),當(dāng)保護系統(tǒng)中的檢測員感到柴油表面溫度、排氣管道溫度和柴油發(fā)動機可燃氣體含油濃度明顯超標(biāo)時,便自動切斷燃機油氣,防爆試驗柴油機完全停止正常工作。當(dāng)人體檢測檢查到人體有其他超標(biāo)項時,電子控制系統(tǒng)就會向ECU開關(guān)發(fā)送信息,使柴油機在爆炸試驗中停止。在制動系統(tǒng)中通過增加一個防爆電子制動泵,防爆型的電控制動柴油機系統(tǒng)能夠?qū)崟r準(zhǔn)確檢測其制動系統(tǒng)的發(fā)生故障,并將系統(tǒng)故障排查數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)狡噧x表板,使汽車駕駛員平時能夠快速準(zhǔn)確了解和及時排除故障,縮短駕駛車輛的系統(tǒng)故障排查空閑處理時間。

3.電子防爆柴油機的應(yīng)用

3.1 電控防爆柴油機的優(yōu)點

實際上，機械泵與電控泵發(fā)動機在柴油機上的安裝流程幾乎沒有區(qū)別，因此當(dāng)出現(xiàn)機械泵的柴油機出現(xiàn)問題時，完全可以用相同的組裝方式將電控泵發(fā)動機安裝上去，這樣完全不影響整機的結(jié)構(gòu)?；谶@種情況，WC5E、WC20 R以及WC55基礎(chǔ)功能已經(jīng)成功進行互換，這使得防爆柴油機的很多功能方面得到了明顯改善，在某些特殊工況下,特別是燃油過渡階段工況下(此時即上下開油門和直接關(guān)閉下油門的持續(xù)時間),用大型機械燃氣噴射泵直接進行燃氣爆炸排放試驗的防爆柴油機對其排放和排出煙度的數(shù)值都比較高,采用ECU技術(shù)后,ECU的相關(guān)控制策略會對燃油入缸進行嚴(yán)格的控制，一旦超過上限，就會進行限制。當(dāng)然，電控防爆柴油機同樣需要定期進行維護，保證其功能的正常運轉(zhuǎn)，在實際操作過程中，要盡量避免多次踩油門來增加工作效率,即使沒有踩油門,ECU也依然會按照操作程序的規(guī)定方法繼續(xù)噴射大量燃油,不會輕易讓汽車駕駛者一時感到渾身無力或不會產(chǎn)生大量的固體煙塵和油顆粒;電控防爆內(nèi)燃柴油機的最大CO和NOx廢氣排放總量指標(biāo)也已經(jīng)得到了廣大煤礦企業(yè)用戶的一致認(rèn)可。

3.2 防爆電控柴油機的問題

電控防爆柴油機要想發(fā)揮作用，首先就要對其基本功能進行設(shè)置，但由于現(xiàn)有技術(shù)無法對電子泵和保護程序之間形成一一對應(yīng)的關(guān)系，在實際運行過程中，會出現(xiàn)一些問題，只有兩個系統(tǒng)徹底融合，協(xié)調(diào)良好，才能完全實現(xiàn)保護和防護功能。此外，安全傳感器的正常運行也會受到一些因素的影響。即使這樣不會直接造成整個發(fā)動機高速燃燒,也可能會使整個發(fā)動機的進氣噴射啟動時間不精確,從而也會大大降低了碳排放處理效率,只有在自動飛輪殼上預(yù)先設(shè)置一個安裝點的位置,使速度傳感器在自動飛輪殼與自動變速箱之間形成一種完全密封式的空間,才能有效率地避免因高速度運動傳感器安裝發(fā)生嚴(yán)重故障;由于使用防爆型的電控車輛發(fā)動機中速度傳感器數(shù)量較多,整個電控車輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)中速度傳感器連接線路的安裝布置較為復(fù)雜,這也會出現(xiàn)很多問題。主要故障原因之一是每個電纜傳感器必須通過每個喇叭口分別直接進入每個電控箱,因此我們無法同時進行電纜線路約束化保護處理,要注意防止每個傳感器的電纜螺紋與柴油發(fā)動機和泵的冷卻水傳動回路直接發(fā)生接觸,防止導(dǎo)線電纜被堅硬的地下水和環(huán)境侵蝕損壞,只有用鋼絲纏繞管才能保護每個傳感器的每根電纜螺紋管,且每根螺紋管也必須用鋼絲扎帶緊緊固定在電纜框架內(nèi)壁上;在防爆機械泵大型柴油機的設(shè)計基礎(chǔ)上,采用防爆機械泵大型柴油機的機械燃油充電濾清器當(dāng)作底座,研制了一臺防爆大型電控機械柴油機,用戶在石油礦區(qū)進行檢修時,在采用電控控制系統(tǒng)的兩臺柴油機上分別安裝了一個帶防爆機械柴油泵的大型柴油機充電濾芯,采用這種電子滅火防爆技術(shù)控制的大型柴油機組在充電后容易迅速發(fā)生燃燒火焰導(dǎo)致停電,且對于采用這種電子滅火防爆技術(shù)控制的大型柴油機充電需要較大的機械燃油輸出流量。當(dāng)柴油發(fā)動機需要加大液壓油門時,通過驅(qū)動燃油氣體濾清器的氣體燃油不能完全滿足柴油發(fā)動機的最大燃燒動力需求,導(dǎo)致功率不足甚至熄火。因此,防爆危險柴油機所用小型燃油空氣濾清器的技術(shù)要求一般應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品使用技術(shù)說明書要求執(zhí)行;用于爆炸危險試驗用的柴油機一般應(yīng)盡量采用單體電控泵的工作形式,為有效降低技術(shù)開發(fā)成本,單體電控泵一般需要采用電控外置式。因此,電子傳動防爆內(nèi)燃柴油機在正常工作時的聲音噪聲較大,與使用帶傳動機械泵和噴射泵的內(nèi)燃柴油機在正常工作時相比沒有明顯的噪音改善。

4.應(yīng)用展望

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，柴油機的環(huán)境污染問題正在逐步解決，與傳統(tǒng)的機械泵柴油機相比，電控防爆柴油機的NOx、CO和顆粒度等都得到了有效的降低，因此使用電控柴油機是大勢所趨，對于改善生產(chǎn)環(huán)境具有至關(guān)重要的現(xiàn)實意義。電控柴油機不僅方便工作人員借助信息技術(shù)可以方便掌控其運行狀況，對潛在的爆炸危險進行預(yù)防，極大地增加了人機交互的體驗感，還能對其他電氣設(shè)備的創(chuàng)新加入柴油機拓展了新的思路，因此，先進的電控防爆柴油機，實現(xiàn)了無軌運輸車輛的智能化發(fā)展。

5.結(jié)語

在柴油機爆炸試驗電氣保護系統(tǒng)和柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文提出了柴油機爆炸試驗電控系統(tǒng)的組成和工作原理，通過取消保護裝置的主機控制單元來實現(xiàn)保護裝置主機的功能，氣缸的燃油切斷功能應(yīng)由高壓噴油泵和噴油器執(zhí)行。ECU、保護傳感器、信息顯示和報警、制動缸組成保護控制電路，與電氣保護系統(tǒng)和電子燃油噴射控制系統(tǒng)有機結(jié)合，它是與電子防爆柴油機相結(jié)合的完整的電控系統(tǒng)，為進一步研究電子防爆柴油機電控系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。