一种高压共轨防爆柴油机的高压共轨喷射控制方法与流程

本发明涉及一种高压共轨防爆柴油机的高压共轨喷射控制方法。

背景技术：

大功率柴油机采用的燃油喷射系统，第一代为机械喷油泵加调速器的控制模式，通过调速器改变喷油泵齿条位置来控制喷油量，喷射的高压由油泵凸轮产生；第二代为电控喷油泵加电喷控制器的控制模式，通过控制电控泵电磁阀开启时刻和开启时长，可以灵活控制喷油始点和喷油量，喷射的高压由油泵凸轮产生。

最新的燃油喷射技术是第三代的高压共轨燃油喷射系统，该系统取消了独立安装在柴油机每个气缸附近的喷油泵，燃油喷射的高压由独立的高压共轨泵产生，高压燃油由高压共轨管输送到每个气缸，燃油喷射的控制由电喷控制器驱动安装在气缸内的电控喷油器实现。

柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。

柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10mpa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（一般为16-22），所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5mpa，同时温度高达750-1000k（而汽油机在此时的混合气压力会为0.6-1.2mpa，温度达600-700k），大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到6-9mpa，温度也升到2000-2500k。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。

普通柴油机的是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油量。而现在已经愈来愈普遍采用的电控柴油机的共轨喷射式系统可以较好解决了这个问题。

共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元（ecu）和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连，公共供油管对喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和ecu组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。其主要特点有以下三个方面：

1、喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由ecu适时控制。

2、可依据发动机工作状况去调整各缸喷油压力，喷油始点、持续时间，从而追求喷油的最佳控制点。

3、能实现很高的喷油压力，并能实现柴油的预喷射。

由于高压共轨柴油机系统已经在陆地上进行使用，并且效果较佳，但是在况下作业的设备还是普遍配置了传统的柴油机系统，因此如何将陆地上已经广泛使用的高压共轨柴油机系统进行防爆改造，适用于井下作业，形成新的一种高压共轨防爆柴油机系统尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供将陆地上已经广泛使用的高压共轨柴油机系统进行防爆改造，适用于井下作业，形成新的一种高压共轨防爆柴油机系统以及一种高压共轨防爆柴油机的高压共轨喷射控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种高压共轨防爆柴油机的高压共轨喷射控制方法，其特征在于：

高压共轨防爆柴油机系统上设置有转速传感器、轨压传感器、进气压力温度传感器、冷却液温度传感器，转速传感器安装于飞轮壳上，转速传感器测得发动机转速，轨压传感器测得高压共轨的轨压、进气压力温度传感器测得进气压力以及进气温度，冷却液温度传感器测得冷却液温度，

通过上述的参数的测得将实时数据传递给ecu，ecu调用预设的算法表格，控制系统进行计算然后控制各个阀门的启闭以及开度，

通过实时的转速和油量控制实时的高压共轨的轨压；共轨管道上设置有轨压传感器，轨压通过轨压传感器进行实时检测得出实时轨压值，通过凸轮和曲轴的转速数据得出轨压的理论轨压值，实时轨压值和理论轨压值进行比较如果有差距，则反馈给高压油泵，通过高压油泵的调节从而实现实时轨压值的调节使之趋向于理论轨压值大小，

根据实时参数计算相应时刻的实时状态下高压共轨防爆柴油机系统的高压共轨系统的喷油嘴的实时喷射角；实时喷射角的控制通过喷油器内部的电磁阀来控制，

其中：实时喷射角=基础喷射角+水温修正喷射角*水温修正系数

基础喷射角的选择以及水温修正喷射角的选择参照预设值，

水温修正系数的选择如下：

水温修正系数在-30摄氏度时为1.5，在-20摄氏度时为1.25，在-10摄氏度时为1，在0摄氏度时为0，超过0摄氏度时均为0，在-30摄氏度一直到-10摄氏度之间为第一种的线性变化，在-10摄氏度一直到0摄氏度之间为第二种的线性变化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将陆地上已经广泛使用的高压共轨柴油机系统进行防爆改造，适用于井下作业，形成新的一种高压共轨防爆柴油机系统，具有节能减排，降低噪音，提高安全性能的优点，通过一种高压共轨防爆柴油机系统的控制方法实现各种参数的严格控制，实现井下作业的高效环保运行。

附图说明

图1为一种高压共轨防爆柴油机系统结构示意图。

图2为图1的另一视角示意图。

图3为高压共轨系统安装于防爆柴油机主体上的示意图。

图4为高压共轨系统示意图。

图5为中冷装置以及散热水箱示意图。

图6为图5的另一视角示意图。

图7为中冷装置示意图。

图8为尾气处理箱示意图。

图9为图8去除尾气处理箱体前侧面板后的正视图。

图10为图8去除尾气处理箱体前侧面板后的立体图。

图11为尾气处理箱体内的进气段的半剖正视图。

图12为尾气处理箱体内的进气段的半剖立体图。

图13为尾气处理箱体内的进气段的另一视角立体图。

图14为均流导气机构示意图。

图15为防爆栅栏安装于栅栏座上的示意图。

图16为防爆栅栏示意图。

图17为条形压块示意图。

图18为进气风门总成示意图。

图19为轨压的选择参照表。

图20为基础喷射角的选择参照表。

图21为水温修正喷射角的选择参照表。

其中：

防爆柴油机主体100、防爆进气歧管101、防爆排气歧管102

高压共轨系统200、共轨管道201、出油管道202、喷油嘴203、电磁阀204、进油管道205、回油管道206、油泵207

空滤器300

防爆增压器400

中冷装置500、中冷换热腔室主体501、连接角钢502、中冷第一接口503、中冷第二接口504；

尾气处理箱600、尾气处理箱体601、隔板602、进气法兰603、尾气进气管604、第一废气管605、第一废气管缺口605.1、尾气盖板606、第二废气管607、第三废气管608、第三废气管缺口608.1、均流导气机构609、圆形挡板610、通气孔610.1、栅栏座611、栅栏压紧机构612、铰接柱612.1、螺纹柱612.2、压条612.3、销子612.4、螺母612.5、导向板612.6、导向柱612.7、压缩弹簧612.8、条形压块612.9、压块销612.10、防爆栅栏613、限位柱614、压板615、栅栏上盖板616、废气管617、浮球618、浮球连接销619、浮球螺杆620、补水连接杆621、补水阀体622、补水座623、放水口624、片式球阀625、后盖板626、补水接头627；

进气系统700、第一增压进气管701、第二增压进气管702

排气系统800

进气风门总成900、风门管道901、进风口连接法兰902、出风口连接法兰903、风门支撑座904、风门气缸905、风门906、风门旋转杆907、摆杆908；

进气阻火器1000

防爆排气歧管冷却水路1100、防爆排气歧管供水泵进水管路1101、防爆排气歧管供水泵1102、防爆排气歧管供水泵出水管路1103、防爆增压器进水管路1104、防爆增压器出水管路1105、排气波纹管回水管路1106

排气波纹管1200

防爆柴油机主体冷却水路1300

散热水箱1400、芯体1401、散热水箱顶壳1402、散热水箱底壳1403、散热水箱左侧板1404、散热水箱右侧板1405、上密封垫1406、复式加水口盖1407、下密封垫1408、放水开关1409、拉手1410、散热水箱支撑底座1411、导风罩1412。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图18，本发明涉及的一种高压共轨防爆柴油机系统，它包括防爆柴油机主体100、高压共轨系统200、空滤器300、防爆增压器400、中冷装置500、尾气处理箱600以及散热水箱1400，上述的各个部件之间通过多条气管路和多条水管路进行连接；所述的中冷装置500和散热水箱1400安装于一体；

所述防爆柴油机主体100的进气端上设置有防爆进气歧管101，所述防爆柴油机主体100的排气端上设置有防爆排气歧管102，连接于防爆进气歧管101之前的所有气管路统称为进气系统700，连接于防爆排气歧管102之后的所有气管路统称为排气系统800；进气系统700、排气系统800以及位于两者之间的防爆柴油机主体100的气路构成整个高压共轨防爆柴油机空气循环系统；

所述进气系统700从前至后依次包括有空滤器300、防爆增压器400、中冷装置500、进气风门总成900以及进气阻火器1000直至防爆进气歧管101，其中空滤器300的出气口连接防爆增压器400的进气口，防爆增压器400的增压出气口通过第一增压进气管701连接中冷装置500的进气口，中冷装置500的出气口通过第二增压进气管702连接进气风门总成900的进气口，进气风门总成900的出气口连接进气阻火器1000的进气口，进气阻火器1000的出气口连接防爆进气歧管101的进气口；

所述排气系统800从前至后依次包括有防爆排气歧管102以及防爆增压器400直至尾气处理箱600，防爆排气歧管102的排气口与防爆增压器400的回气口连接，防爆增压器400的排气口与尾气处理箱600的进气口通过排气波纹管1200连接；

所述散热水箱1400的底部的第一出水端引出一根防爆排气歧管冷却水路1100，经过若干个部件之后防爆排气歧管冷却水路1100回至散热水箱1400的顶部的第一回水端；其中防爆排气歧管冷却水路1100从前至后依次包括防爆排气歧管供水泵进水管路1101、防爆排气歧管供水泵1102、防爆排气歧管供水泵出水管路1103、防爆排气歧管102、防爆增压器进水管路1104、防爆增压器400、防爆增压器出水管路1105、排气波纹管1200以及排气波纹管回水管路1106，防爆排气歧管供水泵进水管路1101的进水端与散热水箱1400的底部一个第一出水端连接，防爆排气歧管供水泵进水管路1101的出水端连接防爆排气歧管供水泵1102的进水端，防爆排气歧管供水泵1102的出水端连接防爆排气歧管供水泵出水管路1103的进水端，防爆排气歧管供水泵出水管路1103的出水端连接防爆排气歧管102的进水端，防爆排气歧管102的出水端连接防爆增压器进水管路1104的进水端，防爆增压器进水管路1104的出水端连接防爆增压器400的进水端，防爆增压器400的出水端连接防爆增压器出水管路1105的进水端，防爆增压器出水管路1105的出水端连接排气波纹管1200的外层水夹套的进水端，排气波纹管1200的外层水夹套的出水端连接排气波纹管回水管路1106的进水端，排气波纹管回水管路1106的出水端连接散热水箱1400的顶部的一个第一回水端；

所述高压共轨系统200包括共轨管道201，所述共轨管道201上连接有四个出油管道202，四个出油管道202分别连接四个喷油嘴203，喷油嘴上设置有电磁阀204，所述喷油嘴203安装于防爆柴油机主体100的各个缸体的进油口上，所述共轨管道201上还连接有进油管道205以及回油管道206，所述进油管道205以及回油管道206分别连接油泵207的出油口和回油口，油泵207连接油箱。

所述散热水箱1400的底部的第二出水端引出一根防爆柴油机主体冷却水路，经过若干个部件之后防爆柴油机主体冷却水路回至散热水箱1400的顶部的第二回水端；其中防爆柴油机主体冷却水路从前至后依次包括防爆柴油机主体进水管路、防爆柴油机主体供水泵、防爆柴油机主体内部水路、控温器以及防爆柴油机主体回水管路；

所述中冷装置500包括中冷换热腔室主体501，中冷换热腔室主体501的左右两侧设置有连接角钢502，通过两根连接角钢502将中冷换热腔室主体501连接于散热水箱1400的远离防爆柴油机主体100的一面，所述中冷换热腔室主体501的顶部设置有中冷第一接口503以及中冷第二接口504，其中中冷第一接口503为中冷装置500的进气口，中冷第一接口503与第一增压进气管701连接，中冷第二接口504为中冷装置500的出气口，中冷第二接口504与第二增压进气管702连接，位于中冷换热腔室主体501顶部的中冷进气连接段的口径从中冷第一接口503向内逐渐减小，位于中冷换热腔室主体501顶部的中冷出气连接段的口径从中冷第二接口503向内逐渐减小，从而使得进气和出气更加顺畅。

所述散热水箱1400包括芯体1401，所述芯体1401的上下左右分别连接有散热水箱顶壳1402、散热水箱底壳1403、散热水箱左侧板1404以及散热水箱右侧板1405，所述散热水箱左侧板1404以及散热水箱右侧板1405分别紧密贴附于芯体1401的左右两侧，散热水箱顶壳1402罩设于芯体1401顶部且散热水箱顶壳1402呈中空状态，散热水箱顶壳1402底部与芯体1401顶部之间还设置有上密封垫1406，散热水箱顶壳1402顶部设置有两个复式加水口盖1407，散热水箱顶壳1402的一侧连接有第一回水端以及第二回水端，所述散热水箱底壳1403架设于芯体1401底部且散热水箱底壳1403呈中空状态，所述散热水箱底壳1403内部设置有机油冷却器，散热水箱底壳1403与芯体1401底部之间还设置有下密封垫1408，散热水箱底壳1403的一个侧面设置有两个放水开关1409，散热水箱底壳1403的另一侧连接有第一出水端以及第二出水端，所述散热水箱左侧板1404以及散热水箱右侧板1405的外侧面上半段均设置有拉手1410，所述散热水箱左侧板1404以及散热水箱右侧板1405的外侧面下半段均设置有散热水箱支撑底座1411，散热水箱支撑底座1411与散热水箱左侧板1404以及散热水箱右侧板1405之间的连接处设置有加强筋。散热水箱靠近防爆柴油机主体100的一侧设置有导风罩1412，导风罩1412的四边分别连接散热水箱顶壳1402、散热水箱底壳1403、散热水箱左侧板1404以及散热水箱右侧板1405的边缘。

所述尾气处理箱600包括尾气处理箱体601，所述尾气处理箱体601内的右段为进气段，所述尾气处理箱体601内的左段为出气段，进气段和出气段之间通过一块隔板602隔开，所述隔板602的前后两端分别连接尾气处理箱体601的前后内侧壁，所述隔板602的上下两端分别离开尾气处理箱体601的上下内侧壁有一段距离，所述尾气处理箱体601的顶板右段设置有进气法兰603，进气法兰603向尾气处理箱体601连接有一根尾气进气管604，所述尾气进气管604的下端离开尾气处理箱体601底部有一段距离，尾气进气管604中下段外围环绕有第一废气管605，第一废气管605的底部与尾气处理箱体601底部接触，所述第一废气管605的上方的尾气进气管604上设置有一块尾气盖板606，尾气盖板606离开第一废气管605有一段距离，尾气盖板606的外围向下连接有第二废气管607，第二废气管607的管径大于第一废气管605的管径，且第二废气管607的下口高度低于第一废气管605的上口高度，尾气进气管604的下端外围环绕有第三废气管608，第三废气管608的底部与尾气处理箱体601底部接触，第三废气管608的管径小于第一废气管605的管径，所述尾气进气管604的下端出气口处设置有均流导气机构609，所述均流导气机构609由结构相同的多片均流导气片组成，优选为四片均流导气片，均流导气片包括上段的矩形片结构以及下段的弧形片结构，多片均流导气片的矩形片结构呈中心发散的形式焊接，多片均流导气片的弧形片结构从俯视角度看呈顺时针方向弯曲，弧形片结构的外边缘与矩形片结构外边缘相切，弧形片结构的内边缘处设置有弧形缺口，所述均流导气机构609的下端伸出尾气进气管604的下口以下，均流导气机构609的均流导气片的矩形片结构外边缘与尾气进气管604内部连接；所述第三废气管608的下口处均匀设置有向上凹设的矩形结构的第三废气管缺口608.1，所述第一废气管605的下口处均匀设置有向上凹设的矩形结构的第一废气管缺口605.1，第三废气管缺口608.1与第一废气管缺口605.1错位布置，第三废气管缺口608.1的高度小于第一废气管缺口605.1的高度，优选为第三废气管缺口608.1与第一废气管缺口605.1均为四个，所述第三废气管608的内部设置有一块圆形挡板610，所述圆形挡板610的高度与第三废气管缺口608.1的顶部高度一致，圆形挡板610上设置有上下贯通的多个通气孔610.1，优选为四个通气孔610.1，通气孔610.1的位置与第一废气管缺口605.1的位置对应，也就是说通气孔610.1的位置与第三废气管缺口608.1的位置错位；

所述尾气处理箱体601的顶板左段上设置有栅栏座611，栅栏座611为矩形框结构，栅栏座611的左右两边框各设置有一个纵向布置的栅栏压紧机构612，栅栏座611的矩形框结构内边缘向上设置有一个防爆栅栏613，栅栏座611的前边框上设置有左右两个限位柱614，限位柱614用于防爆栅栏613安装时的前侧定位，两个栅栏压紧机构612之间连接有矩形框结构的压板615，压板615用于防爆栅栏613的压紧，所述栅栏压紧机构612包括前端的铰接柱612.1以及后端的螺纹柱612.2，铰接柱612.1以及螺纹柱612.2的顶端直接连接有压条612.3，所述压条612.3的前端通过销子612.4连接于铰接柱612.1的顶部，所述压条612.3的后端设有上下方向的开口，压条612.3的后端开口处套设于螺纹柱612.2的顶部螺纹外侧并且通过螺母612.5锁紧，所述栅栏座611的左右边框上还设置有纵向布置的导向板612.6，导向板612.6向上设置有前后两个导向柱612.7，导向柱612.7上套装有压缩弹簧612.8，导向板612.6的后端套装于螺纹柱612.2的底端外，压板615的左右两个边框的定位孔分别套装于左右两个栅栏压紧机构612的导向柱612.7上，且压板615位于压缩弹簧612.8上方，所述压条612.3的中部设置有上下方向贯通的条形镂空，条形镂空内设置有条形压块612.9，条形压块612.9的中部与压条612.3的中部通过横向的压块销612.10连接，条形压块612.9的沿着其长度方向中间高两端低，使得条形压块612.9下压的过程中两个底端能够较好的接触压板615左右两边，使得受力均匀，所述防爆栅栏613上方设置有栅栏上盖板616，栅栏上盖板616上连接有温度传感器626，栅栏上盖板616上连接出一根朝向前下方的废气管626。

所述尾气处理箱体601的后侧板上设置有后盖板617，尾气处理箱体601的出气段内设置有浮球618，浮球618的下端通过浮球连接销619连接有浮球螺杆620，浮球螺杆620的一端螺纹连接补水连接杆621，补水连接杆621连接补水阀体622，补水阀体622通过补水座623连接于尾气处理箱体601的左侧壁上，补水阀体622的外端连接补水接头627，尾气处理箱体601的左侧壁下端设置有放水口624，放水口624上设置有片式球阀625。

所述进气风门总成900包括风门管道901，风门管道901的进风口和出风口分别设置有进风口连接法兰902以及出风口连接法兰903，所述风门管道901的外侧顶部向其水平方向垂直连接有一个风门支撑座904，所述风门支撑座904的上方设置有一个风门气缸905，所述风门管道901内设置有一个与风门管道901内壁配合的圆形的风门906，所述风门906向上连接一根风门旋转杆907，风门旋转杆907向上伸出风门管道901以及风门支撑座904，风门气缸905的伸缩端通过一根摆杆908连接风门旋转杆907的上端，通过风门气缸905的伸缩从而可以控制风门906的开合。

一种高压共轨防爆柴油机系统的控制方法：

高压共轨防爆柴油机系统上设置有转速传感器、轨压传感器、进气压力温度传感器、冷却液温度传感器等，转速传感器就是曲轴传感器，安装于飞轮壳上，转速传感器测得发动机转速，轨压传感器测得高压共轨的轨压、进气压力温度传感器测得进气压力以及进气温度，冷却液温度传感器测得冷却液温度，

通过上述的参数的测得将实时数据传递给ecu，ecu调用下述的各个表格，控制系统进行计算然后控制各个阀门的启闭以及开度。

轨压的选择参照说明书附图19中的表1：

通过表1中的实时的转速和油量控制实时的高压共轨的轨压；共轨管道上设置有轨压传感器，轨压通过轨压传感器进行实时检测得出实时轨压值，通过凸轮和曲轴的转速数据得出轨压的理论轨压值，实时轨压值和理论轨压值进行比较如果有差距，则反馈给高压油泵，通过高压油泵的调节从而实现实时轨压值的调节使之趋向于理论轨压值大小。

根据实时参数计算相应时刻的实时状态下高压共轨防爆柴油机系统的高压共轨系统的喷油嘴的实时喷射角；实时喷射角的控制通过喷油器内部的电磁阀来控制。

其中：实时喷射角=基础喷射角+水温修正喷射角*水温修正系数

基础喷射角的选择参照图20中的表2：

水温修正喷射角的选择参照图21的表3：

水温修正系数的选择如下：

水温修正系数在-30摄氏度时为1.5，在-20摄氏度时为1.25，在-10摄氏度时为1，在0摄氏度时为0，超过0摄氏度时均为0，在-30摄氏度一直到-10摄氏度之间为第一种的线性变化，在-10摄氏度一直到0摄氏度之间为第二种的线性变化。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。