浅析某型船舶发电柴油机燃油喷射系统

随着对船舶柴油机经济性、可靠性和环保标准要求的提高,具有电控燃油喷射系统的柴油机因其高精确控制、高可靠性和高燃油经济性已经在海工船舶上得到广泛应用。某轮是一条全回转电力推进海洋石油工作船舶（PSV）,装配有4台主发电机作为主动力源,原动机为某C型高速柴油机,其采用的电控燃油喷射系统为第二代时间控制式电子控制喷射,即电子控制单体喷油器燃油系统（EUI）。该系统可靠性高,可控制燃烧过程,显著改善柴油机燃烧性能,提高燃油经济性,并可满足严格的污染排放标准要求[2]。图1EUI电控燃油喷射系统组成示意图一、EUI电控燃油喷射系统组成本次论文研究的C型柴油机电控燃油喷射系统是由传感器、ECM电控模块、执行机构组成的[3],在整个喷油系统中,传感器实现对柴油机运行状况的监测,然后获取信号数据后传输到ECM电控模块之中,ECM电控模块通过模块的综合判断与运算,将信号指令传输到各个部件中,进而确认最优动作时间、喷油量、喷油正时等,以供给发动机实现最佳空燃比的混合气,控制柴油机的运行过程和状态,各项参数指标稳定,保障其处于最佳运转状态。图2燃油喷射系统主要组成：喷油器、传感器、ECM图3燃油喷射系统示意图1、传感器在柴油机运行的整个过程中,传感器可以实现对发动机运行状况的监测效果,然后将不同监测信号传输到ECM模块中,为喷油提供精密的运算与依据。柴油机在运转过程中所应用的传感器包括冷却水温度和压力、进排气温度和压力、正时、发动机转速、速度位置等传感器,还有对喷油器电流控制的电阻控件等都属于柴油机运转中所应用到的传感器部件。2、电控模块（ECM）ECM是整个电控系统中最为主要的电子控制模块,通过该模块的逻辑判断功能,在整个系统中形成有效的控制与指挥效果,如同一个微型计算机实现对各类信号的判断和计算功能,有效的处理在不同传感器中所传送来的信息指令,然后通过模块自身的系统指挥与分析计算效果,向各动作机构发出控制信号,执行信号通过传输和动作机构达到调节的目的。在ECM模块中,具体包含的部分也很多,如总线、电源供给电路、存储器、CPU、A/D转换器、I/O接口等部分共同构成了这一模块。此外,ECM还能实现对柴油机的性能监测、控制和保护功能。3、执行机构在喷射系统中ECM将喷油脉冲信号传输后,电磁式喷油器接收信号,并且实现精准的喷射动作,在整个过程中,电磁喷油器是最为关键的执行元件。基于高加工精度条件可以保障较强的抗堵塞与抗污染能力,提高雾化性能,保证动态流量范围,提供更加高效的执行效果。二、EUI电控燃油喷射系统工作原理在电控喷射工作的过程中,其主要的工作原理就是由EUI喷油器动作、喷射控制过程以及低压燃油系统三个方面组成的。1、低压燃油系统燃油齿轮泵从油箱中吸油,并将燃油供应到喷油器。低压燃油系统有三个作用：1）向EUI喷油器供油,使每个气缸燃烧对外做功。2）提供多余的燃油以冷却喷油器。3）提供多余的燃油来从系统中去除空气。低压燃油系统由以下部件组成：燃油箱、初级燃油过滤器/水分离器,燃油泵（内部带有溢流阀）,次级燃油过滤器及手油泵,压力调节器以及燃油输送管道。图4柴油机各工况下MAP图2、喷射控制过程柴油机在实际工况条件下依照试验参照情况可以明确不同工况环境下的基本信号,根据对应MAP参数进行对喷油量与喷油定时的确定,实现对运转情况的精准掌控。柴油机运转时,凸轮轴上的燃油凸轮经摇臂机构作用在电控泵喷嘴活塞上,结合电磁阀对燃油回路的通断控制,产生高压喷射压力（最高可达到20Mpa以上）。图5喷油器装配图电控模块ECM根据转速和负荷的要求,按照内置程序（MAP图）产生控制信号,然后通过对水温、油温、大气压等因素实现补偿效果,在最佳喷油量正时情况下控制器电控泵喷嘴上的电磁阀通断电,执行器有效的控制喷油过程,对喷油量与喷油正时进行精准控制效果。图6喷油器部件图3、EUI喷油器动作当柱塞（1）处于其冲程的上端时,燃油流经喷油器体内的低压油道,燃油继而流到柱塞的中心油道,然后流入柱塞下方的泵油腔（2）；当柱塞处于其冲程的下端时,燃油流经高压油道（3）、经开启的插装阀（4）,然后流入低压油道（5）。当插装阀关闭或被通电激励时,流经插装阀的油路被堵住,这一封堵导致燃油压力升高,喷油开始。喷油持续到插装阀被断电或开启,这使得燃油能够流经插装阀,随后,压力将降低,喷射将停止。柱塞继续下压燃油,使其流经开启的插装阀直到柱塞到达其冲程的下止点,喷油泵弹簧使柱塞回到起始位置,循环重新开始。电子控制模块（ECM）经由喷油器电磁阀控制插装阀的开启或关闭确定了喷油起始点。插装阀的开启或关闭也决定了喷油量。在燃油喷射冲程期间,燃油从泵油室流向喷油器喷嘴。喷嘴有一个弹簧加压的针阀（6）。燃油经由环绕针阀的油道流到阀腔（7）,在阀腔内,燃油压力将针阀顶离其阀座,燃油此时可以经由尖端的油孔流入燃烧室。喷油器的底部探出缸盖以下一小段距离,伸进燃烧室。喷油器尖端外径周围有几个均匀隔开的小油孔,燃油通过这些油孔喷入燃烧室内。三、电控燃油喷射系统特点分析1、提高动力性和经济性,降低能耗和废气排放电控柴油喷射系统的喷射压力从10MPa提高到200MPa。如此高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量,ECM模块同时根据负荷、转速、发动的温度等因素提供最佳的喷油正时,实现在各种工况环境下加速燃烧,推动燃烧更加彻底,缩短着火的延迟期,实现有效的调节和控制,进而增强柴油机动力与经济性能,与此同时,还可以实现对氮氧化物与废气降低排放的效果,满足环保需求。2、结构简单,维护方便在机械式调速器上的连杆、喷油齿条、推杆、高压燃油管路和燃油控制杆等部件在该型柴油机上都被电子控制模块ECM、连接电缆、固态控制装置和各种传感器所代替[4]。设计上的这种改变,使发动机的喷油系统更加简单,电子单体式喷油器所进行的调整和故障排除,维修更换所需要部件也更少,使柴油机运转更平稳,需要调整更少,延长检修周期,维护更方便,降低了维修和运转成本。3、故障排查简单ECM通过精确的计算来控制燃油,更有效的正时对排烟进行控制,同时ECM会记录保存诊断信息,包括柴油机运转期间某些故障信息,比如超速、油压过低和水温过高等,只要这些故障一出现,ECM就可以精准获得信号,并将故障信息存储到ECM中,维修人员可以在任何时候查询到这些故障代码来快速判断故障位置,它的良好的自诊断功能给维修带来很大的方便。当发生故障时,可用专用工具软件进行识别和测试,内容主要有喷油器电磁阀测试、断缸测试、识别故障、更改各类控制可编程参数等。四、结论电子喷射控制系统性能优良、工