摘要：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。
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，在此种情况下，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。
1防爆电控单体泵柴油机的特点
电控柴油机核心装置在于配有电子控制的燃油喷射系统。主要有两类：一类是时间控制式（电控单体泵 ），另一类是时间压力控制式（高压共轨 ）。高压共轨发动机对燃油品质要求高，普遍应用于地面车辆，但是煤矿井下工况恶劣，反而对燃油品质要求不高的电控单体泵，更适合防爆无轨辅助运输车辆。防爆电控单体泵与传统机械泵相比，对各种参数的调节和对各种过程的控制更加精准，更容易实现性能的优化。防爆电控单体泵喷射喷油压力高、喷射时刻和喷射时间都严格可控。
2几种主要的保护装置
2.1柴油机进气切断装置
柴油机的飞车是指柴油机转速失去控制，转速越来越高的故障。飞车会造成柴油机爆缸、断轴等重大事故。柴油机发生飞车时，如不立即停车熄火，会造成严重后果，所以当发生飞车时，必须想办法使柴油机立即停机熄火，应急措施主要有切断供油和堵塞进气两种方法，在无轨胶轮车上断气操作比断油操作更容易些，可通过在柴油机的进气口安装进气关断阀，同时能够在驾驶室控制操作，便可实现在发生飞车故障的第一时间内使柴油机熄火。柴油机进气切断原理图如图1所示，进气关断阀6可安装在柴油机的进气口，正常工作时为常开，手动控制阀5安装在驾驶室。当柴油机发生飞车故障时，通过手动控制阀控制进气关断阀，关断柴油机的进气，起到迅速熄火的作用。
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1.气源2.空气滤清器3.气包4.空气滤清器5.手动控制阀6.进气关断阀
图1柴油机进气切断原理图
2.2柴油机防爆保护装置
无轨胶轮车应能在爆炸性气体环境中正常使用，所以柴油机防爆保护装置非常重要。主要的保护如下：1）进气系统。防爆柴油机进气系统必须配置有阻火器，且易于装配、检验和清洗。阻火器用于阻断发动机可能的回火引燃空气中的爆炸性气体。2）排气系统。防爆柴油机排出的废气，必须经过一套气处理系统进行净化降温，排气温度应低于70℃。同时，在净化后也必须通过阻火器才允许排出机外，阻火器防止柴油机排气存在火花，点燃空气中的爆炸性气体。3）表面温度。在任何工作条件下，防爆柴油机表面温度都不允许超过150℃。而柴油机在工作时，一般排气管表面温度很容易超过150℃，所以排气管可以重新设计，一般采用双层排气管，排出的气体在内层，外层可设置循环水冷却。
2.3自动保护装置
为了保证安全，无轨胶轮车需设置自动保护装置，在监控参数出现异常情况时能及时发出报警信号并能使机车动力系统停止转动。出现以下情况时，自动保护装置必须起作用：1）排气温度大于等于70℃。2）表面温度大于等于150℃。3）发动机水冷却系统冷却水温度大于等于95℃。4）机油压力低至0.08Mpa。5）瓦斯浓度达到1.0%。
3防爆电控单体泵柴油机所实现的功能
由于井下工作环境恶劣，防爆柴油机在此工作环境容易出现各种问题，尤其对于电控柴油机，各种传感器以及控制器，在潮湿的环境下容易引发故障。对此防爆电控柴油机在不影响煤矿安全生产和柴油机自身不受损害的前提下俱备带故障运行能力。具体如下：
1 ）当发动机水温高于限值98℃时，ECU报警，通过限速限扭机制，使发动机工作在较低转速和低负荷状态下，使发动机水温不再升高，使整车能以合理的安全车速驶向故障维修点，不至于让设备抛锚；只有当发动机水温高于100℃，才会停车，不至于损坏发动机设备。2 ）另外用于判缸和计算喷油提前角的曲轴转速传感器和凸轮轴转速传感器二者互相配合才能使电控柴油机运行，二者属于传感器中最重要的部件，二者缺一不可，但是当二者中一个传感器损坏时，同样俱备带故障运行能力，在此种情况下，ECU根据一个转速传感器的信号控制喷油定时，但由于喷油定时不精确，会造成柴油机排放性能下降的情况；只有当两个传感器全部损坏，发动机才会停止工作。3 ）防爆柴油机用于煤矿井下，其工作的安全性是尤为重要的，因此防爆柴油机配备了电控保护装置。其作用是当瓦斯、柴油机表面温度，柴油机排气温度等超标，电控保护装置强制柴油机停止工作。防爆电控柴油机本身有一套功能完整的启停机功能。为使防爆电控柴油机能用于煤矿，必须将电控保护装置配置于电控柴油机上。具体实现方式为，将ECU和电控保护装置之间作通讯，以ECU发出的指令为准来控制柴油机运行。当电控保护装置监测到瓦斯等指标超标时，向ECU发出停机指令，进而发动机强制停机。通过这种方式，发动机只围绕着ECU的一个中枢大脑的指令工作。
从以上功能分析看，防爆电控柴油机较机械式防爆柴油机存在较多的故障风险点，但其增加了冗余措施，当出现故障时，一方面判定柴油机在无特大风险时，通过减速降扭，使防爆电控柴油机俱备带故障运行能力；另一方面，可以将故障通过故障码显示，使司机快速的判断故障所在。
4整车运行情况
本文以某型防爆电控柴油机为例。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。具体监测数据见表1，表中数据均为实时数据的最大显示值。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。
表1排放对比表
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结论
防爆柴油机无轨胶轮车在配置了安全保护装置后，安全性能得到大大提升，最大程度上消除了无轨胶轮车在使用上的安全隐患，为矿井工作人员提供了更为安全的工作环境。
参考文献：
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论文作者:苏靖
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
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