柏 陆

（国家能源集团神东煤炭集团设备管理中心, 陕西 榆林719315)

随着综采运输设备的快速发展,煤矿运输工作效率越来越高,对各种辅助煤矿运输工具的技术支持服务需求迅速扩大。然而,防爆新型柴油机配套的大量无轨燃油运输设备已经使得国内煤矿井下的大气环境污染问题越来越突出,煤矿工人的人身安全也因此受到严重影响。目前国内煤矿大量开始使用无轨胶爆新型柴油车,采用液压机械方式喷射涡轮增压的防爆燃油,而大量的无轨防爆新型柴油机都是采用自然气的吸气式内燃柴油机,产品废气排放低,特别是经过长期使用后,柴油机的废气排放和燃油动力稳定性能严重下降,在柴油车辆的一些燃油重点排放区域,CO也很有可能严重超标。在神东的煤矿区,有不少国产进口柴油车辆已经配备了防爆液压传动单体喷油器检测系统(heui),虽然它的排放量和性能较国产柴油发动机不具有明显提升优势,但由于防爆新型柴油发动机液压传感器容易发生损坏,且车辆使用后期维护管理成本过高,使得大多数煤矿用户因此不愿选择。开发一种废气排放量低、性能好、稳定性好、成本低的新型电控高压防爆内燃柴油机系统具有重要意义。

1.防爆电控柴油机电控系统的功能

防爆柴油机电子控制系统应具有电保护系统和电控系统的功能，防爆机电保护系统是对矿山安全生产的各项指标进行监测，只要其中一项超过mt990-2006《爆炸性柴油机通用技术条件》的要求，电气保护系统能自动停止防爆柴油机的运行，保证矿井生产安全；此外，还会增加柴油机功率，减少振动；提高喷射压力，改善雾化效果，改善燃烧，降低油耗，减少烟尘和颗粒物排放；还可灵活精确地控制喷油时间和喷油量，降低HC和NOx排放，提高燃油经济性；防爆电控系统是电气保护系统和电子燃油喷射系统的组合，电气保护系统是电子燃油喷射系统，它不仅可以提高防爆柴油机的性能，减少有害气体的排放，而且可以使防爆柴油机安全工作。国产电控防爆柴油机的电气保护系统技术日趋成熟，产品的可靠性及稳定性很高，因此具有广阔的应用前景。

2.防爆柴油机电控技术的特点

防爆柴油机的电控系统共分为两种，即电子泵和高压共轨系统，这两种系统并无优劣之分，而且各有不同的功能，在应用范围和领域上也有较大的差异，因此，这两种电控系统要分情况进行选用。

2.1 防爆电控柴油机的型式

防爆电控柴油机的发展历史相对漫长，虽然技术不断完善，但从其使用情况来看，仍旧存在着比较凸显的问题。首先,煤矿井下作业生产大气环境比较恶劣,主要是由于煤尘来源距离大气工作面较近,空气中惰性煤尘含量增多,环境湿度必然增大,会直接增加柴油机井下排气处理系统和燃油发电系统空气污染的发生可能性。其次,我国精炼柴油中含硫杂质和氧化硫含量高,为有效节约精炼成本,有的石油矿区甚至只能采用柴油局部精炼,净化效果差。高压煤矿共轨轮式柴油机对瓦斯油敏感,不容易重复使用,因此,选择一种燃油变化适应性强的高压电子燃油泵系统作为一种电子燃油适应系统，更好地符合目前我国高压煤矿的使用需要。

2.2 防爆电控单体泵系统的特点

电控单体泵类似于燃油的机械喷射泵，它由凸轮轴和活塞产生高压燃油。不过，该机组的电子泵是基于启动高速电磁阀来精确控制喷油量的。此外，它还具有以下特点：第一，电控单体泵的凸轮轴是进行预设计的，这就使机组泵的燃油压力曲线具有先降后升的特点，预测角度灵活，喷射次数准确；并且经过多次实验发现，电控单体泵系统的柴油机在降低NOx生成量方面具有较为凸显的效果，非常符合柴油机燃烧特性；此外，电控单体泵可以针对柴油燃烧过程进行优化，用雾化效果降低CO的生成量，在一定程度上保护了生态环境。第二，电控单体泵的产生历史虽然较短，但是基于我国的国情，需要这种系统来优化柴油机，因此发展十分迅速，特别是涌现出了南越电控、成都威特、江西志方等这样优秀的国产厂家，让电控单体泵的发展更上一层楼，并且由于国产厂家产品生产的成本较低，销售价格方面更有优势，而且维护起来也十分方便。

2.3 防爆柴油机电保护系统特点

防爆柴油机由于其特殊的柴油使用工作环境,其安全性和试验柴油特性是为了满足国家煤矿安全防爆标准所必需的,防爆柴油机应同时配备独立的防爆保护检测系统,当保护系统中的检测员感到柴油表面温度、排气管道温度和柴油发动机可燃气体含油浓度明显超标时,便自动切断燃机油气,防爆试验柴油机完全停止正常工作。当人体检测检查到人体有其他超标项时,电子控制系统就会向ECU开关发送信息,使柴油机在爆炸试验中停止。在制动系统中通过增加一个防爆电子制动泵,防爆型的电控制动柴油机系统能够实时准确检测其制动系统的发生故障,并将系统故障排查数据实时传输到汽车仪表板,使汽车驾驶员平时能够快速准确了解和及时排除故障,缩短驾驶车辆的系统故障排查空闲处理时间。

3.电子防爆柴油机的应用

3.1 电控防爆柴油机的优点

实际上，机械泵与电控泵发动机在柴油机上的安装流程几乎没有区别，因此当出现机械泵的柴油机出现问题时，完全可以用相同的组装方式将电控泵发动机安装上去，这样完全不影响整机的结构。基于这种情况，WC5E、WC20 R以及WC55基础功能已经成功进行互换，这使得防爆柴油机的很多功能方面得到了明显改善，在某些特殊工况下,特别是燃油过渡阶段工况下(此时即上下开油门和直接关闭下油门的持续时间),用大型机械燃气喷射泵直接进行燃气爆炸排放试验的防爆柴油机对其排放和排出烟度的数值都比较高,采用ECU技术后,ECU的相关控制策略会对燃油入缸进行严格的控制，一旦超过上限，就会进行限制。当然，电控防爆柴油机同样需要定期进行维护，保证其功能的正常运转，在实际操作过程中，要尽量避免多次踩油门来增加工作效率,即使没有踩油门,ECU也依然会按照操作程序的规定方法继续喷射大量燃油,不会轻易让汽车驾驶者一时感到浑身无力或不会产生大量的固体烟尘和油颗粒;电控防爆内燃柴油机的最大CO和NOx废气排放总量指标也已经得到了广大煤矿企业用户的一致认可。

3.2 防爆电控柴油机的问题

电控防爆柴油机要想发挥作用，首先就要对其基本功能进行设置，但由于现有技术无法对电子泵和保护程序之间形成一一对应的关系，在实际运行过程中，会出现一些问题，只有两个系统彻底融合，协调良好，才能完全实现保护和防护功能。此外，安全传感器的正常运行也会受到一些因素的影响。即使这样不会直接造成整个发动机高速燃烧,也可能会使整个发动机的进气喷射启动时间不精确,从而也会大大降低了碳排放处理效率,只有在自动飞轮壳上预先设置一个安装点的位置,使速度传感器在自动飞轮壳与自动变速箱之间形成一种完全密封式的空间,才能有效率地避免因高速度运动传感器安装发生严重故障;由于使用防爆型的电控车辆发动机中速度传感器数量较多,整个电控车辆内部结构中速度传感器连接线路的安装布置较为复杂,这也会出现很多问题。主要故障原因之一是每个电缆传感器必须通过每个喇叭口分别直接进入每个电控箱,因此我们无法同时进行电缆线路约束化保护处理,要注意防止每个传感器的电缆螺纹与柴油发动机和泵的冷却水传动回路直接发生接触,防止导线电缆被坚硬的地下水和环境侵蚀损坏,只有用钢丝缠绕管才能保护每个传感器的每根电缆螺纹管,且每根螺纹管也必须用钢丝扎带紧紧固定在电缆框架内壁上;在防爆机械泵大型柴油机的设计基础上,采用防爆机械泵大型柴油机的机械燃油充电滤清器当作底座,研制了一台防爆大型电控机械柴油机,用户在石油矿区进行检修时,在采用电控控制系统的两台柴油机上分别安装了一个带防爆机械柴油泵的大型柴油机充电滤芯,采用这种电子灭火防爆技术控制的大型柴油机组在充电后容易迅速发生燃烧火焰导致停电,且对于采用这种电子灭火防爆技术控制的大型柴油机充电需要较大的机械燃油输出流量。当柴油发动机需要加大液压油门时,通过驱动燃油气体滤清器的气体燃油不能完全满足柴油发动机的最大燃烧动力需求,导致功率不足甚至熄火。因此,防爆危险柴油机所用小型燃油空气滤清器的技术要求一般应严格按照产品使用技术说明书要求执行;用于爆炸危险试验用的柴油机一般应尽量采用单体电控泵的工作形式,为有效降低技术开发成本,单体电控泵一般需要采用电控外置式。因此,电子传动防爆内燃柴油机在正常工作时的声音噪声较大,与使用带传动机械泵和喷射泵的内燃柴油机在正常工作时相比没有明显的噪音改善。

4.应用展望

随着科学技术的发展，柴油机的环境污染问题正在逐步解决，与传统的机械泵柴油机相比，电控防爆柴油机的NOx、CO和颗粒度等都得到了有效的降低，因此使用电控柴油机是大势所趋，对于改善生产环境具有至关重要的现实意义。电控柴油机不仅方便工作人员借助信息技术可以方便掌控其运行状况，对潜在的爆炸危险进行预防，极大地增加了人机交互的体验感，还能对其他电气设备的创新加入柴油机拓展了新的思路，因此，先进的电控防爆柴油机，实现了无轨运输车辆的智能化发展。

5.结语

在柴油机爆炸试验电气保护系统和柴油机电控燃油喷射系统的基础上，本文提出了柴油机爆炸试验电控系统的组成和工作原理，通过取消保护装置的主机控制单元来实现保护装置主机的功能，气缸的燃油切断功能应由高压喷油泵和喷油器执行。ECU、保护传感器、信息显示和报警、制动缸组成保护控制电路，与电气保护系统和电子燃油喷射控制系统有机结合，它是与电子防爆柴油机相结合的完整的电控系统，为进一步研究电子防爆柴油机电控系统奠定了基础。