露天开采重型设备中两种典型电喷柴油发动机的喷油器的工作原理分析

1、露天开采两种典型大功率电喷柴油发动机的电控喷射执行器的工作原理分析内蒙古呼伦贝尔市海拉尔区呼伦贝尔学院工学院021008摘要：结合柴油发动机的燃烧的燃烧机理介绍了目前露天矿的两代电控喷射执行器的工作特点。关键词：燃烧过程 电控技术 EUP HEUI-A中图分类号：U464.136 文件标示码 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、柴油发动机的燃烧过程及主要影响因素1与汽油混合气燃烧机理不同，柴油混合气是一种缸内多点着火，非均质燃烧过程，而且只在活塞压缩终了时在缸内发生混合，其混合时间极短、要在0.0030.0007秒内完成，所以经常处在混合气形成与燃烧过程交错在一起。由于存在燃烧过程的不均匀性，除了完全燃烧的产物外，还存在着因局部乏氧产生的热分解的不完全燃烧的产物，即以碳烟为主的颗粒状物和后续的燃烧过程，形成只加热废气温度的补燃期。此外，喷油正时和喷油速率两个参数对燃烧过程影响较大。喷油提前角偏大，使得燃油喷入缸内时空气的压力和温度较低，着火延迟期较长，压力升高率和最高燃烧压力增大，导致柴油机工作粗暴。喷油提前角

4、偏大，使得柴油机冷启动和怠速时空气温度更低，导致启动困难，怠速不良。喷油提前角偏大，还会使压缩负功增大，功率下降，油耗增加。喷油提前角过小，则燃油不能在上止点附近燃烧完毕，补燃量增加，虽然压力升高率较低，但排气温度升高，废气带走的热量增加，缸盖温度过热，进气效率下降。同时废气涡轮增压器废气涡壳热负荷过大，有关零件会因热负荷过大、热应力增加而加速损坏。喷油速率是影响燃烧过程的另外一个重要参数。喷油速率对柴油发动机的性能有很大影响，为要实现平稳、有效的燃烧，比较理想的喷油速率是“先缓后急”即德尔塔三角形，这就是说在滞燃期内喷入气缸内的油量不宜过多，油找空气充分 ，混合均匀燃烧迅速，以控制速燃期的最

5、大燃烧压力和平均最大压力升高率，保证柴油发动机能平稳运转及较小的燃烧噪声；而着火后，应以较高的喷油速率将燃油喷入气缸，在先期着火形成的热涡流作用下可以迅速形成均匀的混合气改善燃烧。停油时应干脆迅速。二、 柴油发动机电控技术的特点和难点2与电控汽油发动机的控制本质相同，都是通过改善混合气燃烧过程从而改善发动机的性能和排放。所运用的单片机的控制系统都是在各种发动机转速、负荷下主要数字确定曲轴相位、每循环岐管内空气和高压管内燃油的流体质量。但是由于柴油发动机的燃油混合气的特性，必须借助喷油器将柴油在接近压缩行程终了时刻，通过高压以细小油束形式喷入缸内，其喷射压力为汽油喷油器的百倍以上，要求电控柴油发

6、动机的喷油器有很好的可靠性和耐久性，而且柴油发动机的燃烧性能和排放对喷油正时的精度和喷油速率很敏感，这就导致电控柴油发动机的喷油器十分困难和复杂。目前发展的几代柴油发动机电控技术主要差别是集中在柴油喷射的喷油器也就是电控喷射执行器上。目前应用的三代柴油发动机的电控技术都在露天开采重型设备中使用中，例如第一代的位置电控技术应用在MT3600B(172吨)的矿用自卸卡车上。（将在另一篇阐述）比较普遍的柴油发动机的电控技术是第二代和第三代，从柴油喷射的电控喷射执行器上的工作特点上划分第二代称为时间控制执行器、第三代为时间压力控制执行器。3第二代重点是在保证接近近理想化空燃比供油的前提下，精确决定供油

7、正时改善燃烧过程，缺点是供油压力受发动机转速影响大。4第三代柴油喷射的电控喷射执行器不但能够精确决定供油正时而且供油速率可以按照德尔塔三角形等理想化模式喷油，不受转速和负荷影响。在卡车间断式工艺的露天开采企业中，多数的工程机械使用的柴油发动机的电控技术是Caterpillar的HEUI(Hydraulic Electric Unit Injector)第三代电控喷射执行器，部分重型卡车使用的柴油发动机的电控技术是Cummins的EUP（Electric Unit Pump）第二代电控喷射执行器。由于柴油发动机的电控技术难度和复杂都在电控喷射执行器，而且电控系统发生任何故障最终都会在电控喷射执行

8、器产生不正常的现象，所以分析电控喷射执行器的结构和工作原理就十分重要。三、 电控喷射执行器的工作原理分析1、 3EUP（Electric Unit Pump）电控喷射执行器的工作原理该执行器工作在TEREX TR50矿用重型汽车 Cummins QSX15C525电喷发动机上，这是北方重型汽车股份有限公司在2005年以后向露天矿推出的产品。整个燃油供应系统是主要由输油泵、电控单元、电控单体泵、总供油高速电磁阀、总正时供油高速电磁阀和调压器、脉动阻尼器、传感器等组成。每个缸的EUP都有一个单独的凸轮轴驱动来实现燃油高压建立过程和燃油喷射过程，最高喷射压力可达241MP，这两个过程在时序上不能完全

9、分开，喷油压力要受发动机转速限制，是属于第二代电控喷射执行器。两组总供油高速电磁阀、总正时供油高速电磁阀分别为六个电控喷射执行器依次供油总供油，高速电磁阀的开启持续时间就是决定供油量的大小。电控喷射执行器结构示意图如图一所示。主要由柱塞泵、正时活塞、三个油槽及控制阀、喷油器针阀等组成。图一1、柱塞泵活塞2、正时注油槽3、正时活塞4、下活塞5、计量油槽6、喷油针阀7、泄油槽8、减压槽其工作原理如下：排油：当凸轮最高点与柱塞泵活塞接触时，柱塞泵活塞、正时活塞、下活塞和喷油针阀克服回位弹簧的张力向下移动，彼此接触，柱塞腔内无燃料油同时喷油针阀上的卸油道将减压槽与泄油槽连通。伸张：当凸轮的基圆与柱塞泵

10、活塞接触时，柱塞泵活塞、图二、排油 伸张 注油 喷油正时活塞、下活塞和喷油针阀在各自回位弹簧作用下向上伸张，这时由于特殊结构，正时活塞与下活塞脱离接触形成空腔。注油：当凸轮驱动柱塞泵活塞向下移动时，电控单元根据传感器提供的信息决定本循环的喷油提前角和喷油量后触发发动机一侧的总高速电磁阀开启，经缸体油道、正时供油槽进入柱塞泵活塞和正时活塞之间的油柱将两活塞刚性联接、同时将正时活塞紧密挤压在下活塞上。油柱越长喷油提前角越大。同样经缸体油道、计量油槽的燃油量进入喷油针阀油腔。喷油：当凸轮驱动柱塞泵活塞继续向下移动时，高压在喷油针阀油腔内建立，然后喷入气缸内燃烧室。当油柱与两活塞持续向下移动经过泄油槽

11、时通过泄油槽挤回油箱，但柱塞泵活塞、正时活塞和喷油针阀继续向下移动，直到喷油针阀的上的泄压槽与减压槽重合时喷油针阀油腔彻底泄压，喷油迅速截止。42、HEUI-A(Hydraulic Electric Unit Injector)电控喷射执行器的工作原理该执行器工作在CaterpillarD10R型履带式推土机CAT3412E电喷发动机上，这是Caterpillar公司在1993年首次推出的产品。整个燃油供应系统是主要由发动机油供给及调节系统（共轨）、电控单元及各传感器、增压式电控喷射执行器等组成，是将液压和电控技术相结合，使电控喷射执行器压力的建立过程和燃油喷射过程是分开，所以该系统与发动机转

12、速无关，可在宽广的工况范围内保持较高的喷油压力，最高喷油压力达到150MP，是属于第三代电控喷射执行器。电控喷射执行器结构示意图如图三所示。主要由菌式高速电磁阀、增压活塞、喷油针阀、预喷结构等组成。5其工作原理如下：泄压截止：电控喷射执行器不工作时，在回位弹簧的作用下电磁阀左移动关闭共轨机油入口，打开机油回油道发动机机油经气缸盖油道返回油底壳。此时增压活塞被回位弹簧顶在上位，喷油器针阀被回位弹簧抵靠在阀座上。低压燃油从入口经泄压槽直接返回燃油箱。增压预喷：当电控单元根据传感器提供的信息决定本循环的喷油提前角和喷油压力后触发某一个电控喷射执行器的高速电磁阀开启开启，截止阀右移打开共轨机油入口同时

13、关闭回油道，高压机油进入增压活塞上方，由于增压活塞的上部截面积是下部 图三、1、共轨机油入口2、高速电磁阀3、截止阀4、增压活塞七倍，根据液压放大原理，增压5、低压燃油入口6、泄油槽7、预喷结构、8、回油道活塞对进入喷油器蓄压室的燃油增压，同时增压室将压力传递给喷油器的计量油室使喷油针阀克服回位弹簧的压力向上开启，开始喷油。当增压活塞上的凹槽泄油槽相通时，蓄压室的燃油部分溢流泄压截止 增压预喷 增压主喷 断电截止 回燃油箱，喷油过程阶段性停止。增压主喷：当增压活塞的凹槽越过泄油槽后，蓄压室的燃油增压，喷油继续进行。断电截止：高速电磁阀断电时，截止阀在回位弹簧的作用下左移关闭共轨机油入口，打开回油道，增压活塞上方的压力迅速下降并在回位弹簧和剩余燃油压力的共同作用下向上移动，针阀在回位弹簧和进油压力的共同作用下而关闭。四、 结语 电控柴油发动机是必然趋势，而大型电控柴油发动机进入露天采矿企业是近几年的事情，由于企业作业人员对这种内燃原理和机电一体化存在的神秘感，所以在运用和维护中总是力不从心，特别是一旦发生故障严重依赖厂家服务。本篇的目的通过分析柴油电控发动机的关键器件，介绍电控原理，帮助企业尽快熟悉这一新的系统，提高维修部门的维护水平。孟爱国 男196