摘要：随着煤矿机械化程度的不断提高，原有机械式防爆柴油机已不能满足煤矿使用的要求，防爆电控柴油机在此种背景下应运而生。因此文章结合实例，就防爆电控柴油机在防爆无轨胶轮车的应用进行阐述。
关键词：防爆电控柴油机；防爆无轨胶轮车；应用
防爆柴油机无轨胶轮运输车最初采用的自然吸气式柴油机，其最显著的特点机械式喷油泵以及靠活塞的运动自然吸气。该类型柴油机最主要的特点是机体较大，排放差。随着国家排放法规越来越严，现在自然吸气式柴油机已经处于停产状态。为进一步提升柴油机的性能，涡轮增压式柴油机被应用在了防爆无轨胶轮车上，其依旧采用机械式喷油泵，但进气方式采用废气能量带动压气机强制进气，并用中冷技术，提高柴油机的动力性并大幅度降低了柴油机的尾气污染。但井下生产环境依旧是防爆柴油机主要的问题，于是防爆电控柴油机随之而生。其主要的特点是燃油系统变更为由ECU实时控制喷油的系统。
一、防爆电控单体泵柴油机的工作原理
电控柴油机工作原理主要是依靠转速传感器、进气温度压力传感器、机油压力传感器等采集信号，通过ECU计算处理后决定喷油定时和喷油量。防爆柴油机在运行过程中，凸轮轴转速传感器主要用于判断发动机一缸位置；进而根据曲轴转速传感器精确计算曲轴位置、喷油定时以及喷油量；进气温度压力传感器用于计算空气密度和喷油量，同时用于修正冒烟控制和喷油提前角。冷却水温传感器用于冷起动、目标怠速计算、修正喷油提前角和最大功率保护等。机油压力用于保护发动机在正常润滑条件下工作，避免发生机体损坏。基于此，电控柴油机较机械式柴油机而言，电控柴油机可实现各个工况下的精确调节，保证柴油机在常用工况下的综合性能达到最佳；而机械式柴油机的性能曲线只能对整条外特性曲线进行调整，对各工况性能不可能完全兼顾。
二、防爆电控柴油机技术特点
对于柴油发动机而言，主流的电控系统有电控单体泵和高压共轨两种系统。两种系统各有各的优点，是属于两种平行的技术手段，并不是说应用频率较高的高压共轨系统比电控单体泵系统更先进。
（一）防爆电控柴油机的型式
防爆柴油机在我国发展了近20年，但是我国煤矿自身的特点以及使用防爆柴油机方面存在一些问题：（1）煤矿井下生产环境比较恶劣，尤其是煤炭粉尘较多，特别是接近工作面的地方，空气中的煤粉尘增多，环境湿度增加，会加大污染柴油机进气系统及燃油系统的概率。（2）我国柴油中杂质及硫的含量较高；有些矿区为节省成本，甚至采用土炼油，其洁净度较差，对柴油敏感的高压共轨柴油机在使用过程中极易出现故障。因此，选择燃油适应性强的电控单体泵作为电控燃油系统比较符合我国煤矿的使用要求。
（二）防爆电控单体泵系统的特点
电控单体泵与机械式喷油泵类似，由凸轮轴和柱塞产生高压燃油，但电控单体泵依靠高速电磁阀的通断精确控制喷油量，除此之外还有以下特点：（1）电控单体泵预先设计好的凸轮型线造就了单泵的燃油压力曲线必然是先平缓后上升阶的特性，配合柔性的喷油提前角和精确的喷油定时；使电控单体泵系统完全符合柴油机理想的燃烧规律曲线。滞燃期内，较低的燃油压力，可减少NOx的生成量；燃烧期，良好的燃油雾化效果使柴油充分燃烧，减少CO的生成量。配合一定的后处理技术，防爆柴油机的尾气排放会更低。（2）电控单体泵在国内发展迅速，国产化程度高，国内代表厂商有南岳电控、成都威特、江西直方等。通过与这些厂家合作开发，可降低防爆电控单体泵系统的成本及后期维保费用。
（三）防爆柴油机电保护系统特点
防爆柴油机由于其特殊的使用环境，要求满足煤矿安全标准，防爆柴油必须配备一套独立的保护系统。当该系统检测到发动机表面温度、排气温度、瓦斯浓度等超标时，会强制断油断气，实现防爆柴油机停机。防爆电控柴油机运行时，ECU会通过其配备的传感器检测柴油机运行状态，当不符合运行状态要求时，会发出警告；严重威胁柴油机运行状态时，会降速降扭甚至强制停机。防爆电控柴油机开发过程中，将保护系统的传感器监测数据与电控单体泵系统的监测数据实时共享，由电控单体泵系统的控制单元控制防爆电控柴油机的运行。当监测到有上述超标项时，电控系统通过 ECU 发出停机指令实现防爆柴油机停机。防爆电控柴油机有了电控单体泵的加入，可以实时检测自身系统的故障，并且会将故障数据传输至仪表盘，可使驾驶人员快速的了解并排除故障，缩短车辆的无故障时间。
三、防爆电控柴油机应用现状
神华集团神东公司引进国外防爆无轨胶轮车中，其动力源就有以电控柴油机为动力源的车型。但是在实际使用过程中，进口防爆电控柴油机的排放较高；而且传感器容易损坏，更换成本极高，逐渐被国内生产的以机械防爆柴油机为动力的防爆无轨胶轮车取代。自2014年起，太原研究院有限公司相继开发了75kW、100kW、130kW以及260kW的防爆电控柴油机，拥有着完全自主的开发技术，均已取得矿用产品安全标志证书，满足了现在矿上大多数辅助运输车辆的动力需求。目前75kW机型配备于20座人车，100kW和130kW机型配备于不同吨位的材料车上，260kW机型配备于各型支架搬运车上。配备防爆电控柴油机的运输车辆目前主要应用神东中心矿区，由于其出色的动力性能、优良的排放性能以及极低的无故障时间，得到了用户的认可。
四、应用实例分析
某型防爆电控柴油机为例，如图1所示。除配备防爆电控单体泵外，其形式为V形布置，采用水空中冷技术，其标定功率可达260kW。防爆电控柴油机在配备于WC55E。由于其动力输出强劲，排放性能优良以及较低的工作噪声，到
图1 防爆电控柴油机
矿后便得到矿方的认可。利用便携式尾气检测仪气对整车尾气污染物在的CO、NOx及烟度进行实时监测。监测结果显示：CO最大值出现在1000r/min下；此时发动机带有一定的载荷，但由于转速较低，喷油压力较小，故CO排放较高；NOx排放出现最大扭矩点附近，即整车重载爬坡工况下，此时，发动机在高温，富氧状态下工作，故NOx排放较高；至于烟度，整车在任何工况下运行均没有可视烟出现，烟度最大点出现在司机急踩油门工况下。相较于同排量普通防爆柴油机CO减少25%；NOx下降27%；烟度下降75%。对于烟度来讲是质的飞跃，因为在整个运行工况中，防爆电控柴油机均没有可视烟出现。在三个月的工业性试验期间，防爆电控柴油机没有出现大的部件损坏情况。只出现过几次传感器线头松动，导致发动机工作不正常。解决办法，进一步加强防爆电控柴油机接线工艺要求，后续没有出现过类似的情况。
综上，防爆电控柴油机在无轨辅助运输车辆上的应用，对无轨辅助运输车辆来说，是个质的飞跃，它在燃油经济性、动力性，尤其在排放水平上的提高，是传统的机械泵柴油机无法实现的，这一切都来源于防爆电液控制技术的突破。随着防爆电控技术的发展，并且应用于煤矿机械，改善了煤矿的工作环境，降低了工人的劳动强度，使煤矿设备的自动化、智能化成为可能。
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论文作者:李鹏伟,裴志斌
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/23
标签：柴油机论文; 电控论文; 系统论文; 胶轮论文; 煤矿论文; 工况论文; 喷油论文; 《基层建设》2018年第36期论文;