DF11型機(jī)車燃油噴射系統(tǒng)存在主要問題探討
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論文導(dǎo)讀：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)燃油噴射系統(tǒng)研究的深入，燃油噴射系統(tǒng)正朝著高壓噴射、高速噴射、可調(diào)噴油定時(shí)等方向發(fā)展，其目的就是提高燃油霧化質(zhì)量、改善燃燒、降低油耗率、減少有害排放。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的16V240ZJD型柴油機(jī)最高噴射壓力可以達(dá)到120Mpa，國外先進(jìn)的直噴柴油機(jī)的噴射壓力一般都在120Mpa以上，有些達(dá)到180～200Mpa。16V280ZJA型柴油機(jī)的單體噴油泵現(xiàn)在采用的出油閥壓緊方式是用四個(gè)螺栓固定，檢修工作拆裝不便，并且拆開后組裝時(shí)彈簧的預(yù)緊力調(diào)整困難，并且往往調(diào)整不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致噴油泵柱塞偶件發(fā)生柱塞副卡死、齒條竄油、凸輪軸啃傷等問題嚴(yán)重，影響了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放。噴油器總成工作可靠性低、壽命短。
關(guān)鍵詞：柴油機(jī)，噴射系統(tǒng)，噴油泵，噴油器
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)燃油噴射系統(tǒng)研究的深入，燃油噴射系統(tǒng)正朝著高壓噴射、高速噴射、可調(diào)噴油定時(shí)等方向發(fā)展，其目的就是提高燃油霧化質(zhì)量、改善燃燒、降低油耗率、減少有害排放。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的16V240ZJD型柴油機(jī)最高噴射壓力可以達(dá)到120Mpa，國外先進(jìn)的直噴柴油機(jī)的噴射壓力一般都在120Mpa以上，有些達(dá)到180～200Mpa。隨著噴射壓力的提高，對(duì)噴射系統(tǒng)的可靠性要求也越來越高。提高燃油噴射系統(tǒng)的工作可靠性直接關(guān)系到能否進(jìn)一步提高噴射壓力的可能性，進(jìn)而影響到柴油機(jī)性能的改善和可靠性的提高。
在我國鐵路進(jìn)行幾次提速后，大功率機(jī)車柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)在運(yùn)用中出現(xiàn)了許多問題。作為主型干線內(nèi)燃機(jī)車DF11機(jī)車應(yīng)用的16V280ZJA型柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)在可靠性方面出現(xiàn)了很多問題。以噴油器為例，在短時(shí)間運(yùn)用后就出現(xiàn)噴油器針閥偶件卡死、穴蝕、掉頭、裂紋，柱塞偶件卡死、竄油，出油閥偶件裂紋、斷裂等不良現(xiàn)象。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料統(tǒng)計(jì)表明：近年來東風(fēng)11型機(jī)車和東風(fēng)8B（均采用16V280ZJA型柴油機(jī)）在2×104km定檢時(shí)平均每臺(tái)機(jī)車有10～12套噴油器霧化不良需要更換。出油閥偶件使用壽命平均在18～22×104km，不能達(dá)到運(yùn)用一個(gè)中修期（30×104km）的要求。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。與此相比，從美國進(jìn)口的ND5型內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行一年修（22～24×104km），平均每臺(tái)機(jī)車更換率約為0.65套；我國從法國進(jìn)口的ND4型內(nèi)燃機(jī)車噴油器的平均使用壽命為5000h（約30×104km），噴油泵的平均使用壽命為10000h（約60×104km）。由此可見我們與先進(jìn)國家相比還有很大的差距。
東風(fēng)11機(jī)車做為我國目前鐵路上的主型干線內(nèi)燃機(jī)車，其采用的柴油機(jī)16V280ZJA型柴油機(jī)是國內(nèi)鐵路機(jī)車柴油機(jī)中功率比較大的。為了適應(yīng)鐵路“高速重載”的需要，急需對(duì)燃油噴射系統(tǒng)存在的不足進(jìn)行改進(jìn)，提高其性能。16V280ZJA柴油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1。
表1 16V280ZJA型柴油機(jī)主要參數(shù)
| 標(biāo)準(zhǔn)型號(hào) | 16V280ZJA |
| 裝車功率KW | 3610 |
| 標(biāo)定轉(zhuǎn)速r/min | 1000 |
| 循環(huán)方式 | 四沖程、單作用 |
| 增壓方式 | 廢氣渦輪增壓（兩臺(tái)） |
| 噴射方式及燃燒室 | 直接噴射式、開式燃燒室 |
| 噴油泵形式及型號(hào) | 單體作用式、柱塞直徑Φ22㎜ |
| 噴孔特征 | 8－0.5×150° |
| 啟噴壓力MPa | 26.0＋0.5 |
| 氣缸直徑㎜×活塞行程㎜ | 280×285 |
| 總排量dm3 | 280.78 |
| 壓縮比 | 12.5 |
| 標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速進(jìn)的平均有效壓力MPa | 1.65 |
| 標(biāo)定功率時(shí)的最高爆發(fā)壓力MPa | 13.42 |
| 噴油泵供油提前角 | 22° |
| 最低空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速r/min | 400 |
| 燃油消耗率g/(kw·h) | 212.5 |
通過對(duì)各個(gè)運(yùn)用機(jī)務(wù)段的調(diào)研，經(jīng)過總結(jié)，綜合分析，歸納主要有以下三個(gè)方面：
一、噴油泵的壓緊方式導(dǎo)致柱塞副卡死、齒條竄油、凸輪軸啃傷等問題嚴(yán)重
16V280ZJA型柴油機(jī)的單體噴油泵現(xiàn)在采用的出油閥壓緊方式是用四個(gè)螺栓固定，檢修工作拆裝不便，并且拆開后組裝時(shí)彈簧的預(yù)緊力調(diào)整困難，并且往往調(diào)整不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致噴油泵柱塞偶件發(fā)生柱塞副卡死、齒條竄油、凸輪軸啃傷等問題嚴(yán)重，影響了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放。
二、出油閥偶件減壓容積過大，在噴油泵泵體、噴油嘴偶件等零部件存在著比較嚴(yán)重的穴蝕問題
現(xiàn)在DF11機(jī)車上采用的出油閥為上置座面等容卸載式出油閥，如圖4－1所示：
圖1 出油閥結(jié)構(gòu)圖
其工作原理為：在噴油泵不供油時(shí)出油閥相當(dāng)于單向閥，將柱塞腔和出油閥腔隔開。當(dāng)柱塞腔燃油壓力升高，出油閥克服高壓油管內(nèi)殘余壓力和出油閥彈簧預(yù)緊力，從出油閥座上抬起。由于減壓凸緣和閥座導(dǎo)向孔的間隙小，只有減壓凸緣離開導(dǎo)向孔后，燃油才從柱塞腔供入出油閥腔。當(dāng)柱塞腔控油螺旋邊打開回油孔后，柱塞腔壓力急劇下降，出油閥開始落座。當(dāng)減壓凸緣進(jìn)入導(dǎo)向孔后，柱塞腔和出油閥腔隔開，直到落座，從而使高壓油腔增加了一個(gè)減壓容積V0：
(4.1)
式中：d1－出油閥直徑
h0－出油閥減壓升程
采用減壓式出油閥時(shí)，減壓容積越大，殘余壓力越低。當(dāng)減壓容積較小時(shí)，殘余壓力較高，有可能產(chǎn)生二次噴射；而當(dāng)減壓容積較大時(shí)，雖然可以消除二次噴射，但出于剩余壓力降低過大，有可能產(chǎn)生負(fù)壓，從而導(dǎo)致高壓油管內(nèi)產(chǎn)生氣泡。當(dāng)供油時(shí)，壓力上升會(huì)使氣泡“爆炸”，導(dǎo)致油管的穴蝕損壞。所以，在某一特定的噴油系統(tǒng)中，減壓容積應(yīng)有一個(gè)最佳值。在多種工況下，穩(wěn)定噴射所需的出油閥減壓容積，取決于噴油嘴噴孔面積、針閥開啟壓力、高壓油管內(nèi)徑與長度以及噴射率。最佳的減壓容積一般由實(shí)驗(yàn)確定。表2所示為性能優(yōu)良的博世公司生產(chǎn)的Bosch泵各出油閥的標(biāo)準(zhǔn)減壓容積。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。
表2 Bosch泵出油閥減壓容積
| 油泵系列 | 柱塞直徑 | 出油閥校準(zhǔn)減壓行程 | 減壓容積 |
| M | 5～7 | 1.7 | 35 |
| P7 | 全部柱塞直徑 | 2.0＋0.1 | 10～100每隔10mm3一檔 |
| MW | 30 50 70 | ||
| P | 7～10 (11～13) | 2.0～2.8 | 50 (70) |
| ZW | 全部柱塞直徑 | 2.0 | 90 |
| P9 | 全部柱塞直徑 | 3.0＋0.1 | 20～100每隔10mm3一檔 |
| CW | 全部柱塞直徑 | 3.5 | 200 300 400 |
DF11內(nèi)燃機(jī)車燃油噴射系統(tǒng)的減壓容積為477mm3，與表2中的CW系列泵的出油閥減壓容積最大值相比，還要超出77mm3。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，由于減壓容積過大，在噴油泵泵體、噴油嘴偶件等零部件存在著比較嚴(yán)重的穴蝕問題，經(jīng)常造成噴油嘴偶件短時(shí)間使用后霧化不良、在泵體低壓油進(jìn)口螺堵處的穴蝕損壞等故障，現(xiàn)場反映比較強(qiáng)烈。
大功率柴油機(jī)出油閥落座時(shí)速度高、沖擊應(yīng)力大，很容易造成上頸部斷裂、出油閥偶件裂紋等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了噴油泵的工作性能，減少了噴油泵的檢修周期，因此必須對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。
三、針閥偶件密封不良，導(dǎo)致燃油霧化不良，工作可靠性下降
噴油器總成工作可靠性低、壽命短。主要故障表現(xiàn)為，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)用后，針閥的啟噴壓力下降過大（從原來的26.5Mpa下降到24Mpa以下），造成霧化不良，燃燒惡化。這主要是因?yàn)獒橀y對(duì)針閥體密封座面沖擊力較大，導(dǎo)致密封座面下陷，使彈簧預(yù)緊力下降，進(jìn)而造成啟噴壓力降低。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)，原噴油嘴偶件運(yùn)用較短時(shí)間后在其頭部密封線附近出現(xiàn)較明顯的穴蝕。
DF11型內(nèi)燃機(jī)車做為國內(nèi)鐵路主型干線機(jī)車，在鐵路運(yùn)輸中擔(dān)負(fù)著重要的使命。但面對(duì)鐵路“高速重載”的要求，在功率提高后其各部位的故障率明顯提高，DF11型內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)性能面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。其中燃油噴射系統(tǒng)存在的問題更不容忽視。
