DF11型机车燃油喷射系统存在主要问题分析(图文)

论文导读：随着科学技术的发展和对燃油喷射系统研究的深入，燃油喷射系统正朝着高压喷射、高速喷射、可调喷油定时等方向发展，其目的就是提高燃油雾化质量、改善燃烧、降低油耗率、减少有害排放。目前，国内生产的16V240ZJD型柴油机最高喷射压力可以达到120Mpa，国外先进的直喷柴油机的喷射压力一般都在120Mpa以上，有些达到180～200Mpa。16V280ZJA型柴油机的单体喷油泵现在采用的出油阀压紧方式是用四个螺栓固定，检修工作拆装不便，并且拆开后组装时弹簧的预紧力调整困难，并且往往调整不够准确，导致喷油泵柱塞偶件发生柱塞副卡死、齿条窜油、凸轮轴啃伤等问题严重，影响了柴油机的经济性和排放。喷油器总成工作可靠性低、寿命短。
关键词：柴油机，喷射系统，喷油泵，喷油器
 

随着科学技术的发展和对燃油喷射系统研究的深入，燃油喷射系统正朝着高压喷射、高速喷射、可调喷油定时等方向发展，其目的就是提高燃油雾化质量、改善燃烧、降低油耗率、减少有害排放。目前，国内生产的16V240ZJD型柴油机最高喷射压力可以达到120Mpa，国外先进的直喷柴油机的喷射压力一般都在120Mpa以上，有些达到180～200Mpa。随着喷射压力的提高，对喷射系统的可靠性要求也越来越高。提高燃油喷射系统的工作可靠性直接关系到能否进一步提高喷射压力的可能性，进而影响到柴油机性能的改善和可靠性的提高。

在我国铁路进行几次提速后，大功率机车柴油机燃油喷射系统在运用中出现了许多问题。作为主型干线内燃机车DF11机车应用的16V280ZJA型柴油机的燃油喷射系统在可靠性方面出现了很多问题。以喷油器为例，在短时间运用后就出现喷油器针阀偶件卡死、穴蚀、掉头、裂纹，柱塞偶件卡死、窜油，出油阀偶件裂纹、断裂等不良现象。根据有关统计资料统计表明：近年来东风11型机车和东风8B（均采用16V280ZJA型柴油机）在2×104km定检时平均每台机车有10～12套喷油器雾化不良需要更换。出油阀偶件使用寿命平均在18～22×104km，不能达到运用一个中修期（30×104km）的要求。免费论文参考网。免费论文参考网。与此相比，从美国进口的ND5型内燃机车进行一年修（22～24×104km），平均每台机车更换率约为0.65套；我国从法国进口的ND4型内燃机车喷油器的平均使用寿命为5000h（约30×104km），喷油泵的平均使用寿命为10000h（约60×104km）。由此可见我们与先进国家相比还有很大的差距。

东风11机车做为我国目前铁路上的主型干线内燃机车，其采用的柴油机16V280ZJA型柴油机是国内铁路机车柴油机中功率比较大的。为了适应铁路“高速重载”的需要，急需对燃油喷射系统存在的不足进行改进，提高其性能。16V280ZJA柴油机的主要技术参数如表1。

表1 16V280ZJA型柴油机主要参数

通过对各个运用机务段的调研，经过总结，综合分析，归纳主要有以下三个方面：

一、喷油泵的压紧方式导致柱塞副卡死、齿条窜油、凸轮轴啃伤等问题严重

16V280ZJA型柴油机的单体喷油泵现在采用的出油阀压紧方式是用四个螺栓固定，检修工作拆装不便，并且拆开后组装时弹簧的预紧力调整困难，并且往往调整不够准确，导致喷油泵柱塞偶件发生柱塞副卡死、齿条窜油、凸轮轴啃伤等问题严重，影响了柴油机的经济性和排放。

二、出油阀偶件减压容积过大，在喷油泵泵体、喷油嘴偶件等零部件存在着比较严重的穴蚀问题

现在DF11机车上采用的出油阀为上置座面等容卸载式出油阀，如图4－1所示：

图1 出油阀结构图

其工作原理为：在喷油泵不供油时出油阀相当于单向阀，将柱塞腔和出油阀腔隔开。当柱塞腔燃油压力升高，出油阀克服高压油管内残余压力和出油阀弹簧预紧力，从出油阀座上抬起。由于减压凸缘和阀座导向孔的间隙小，只有减压凸缘离开导向孔后，燃油才从柱塞腔供入出油阀腔。当柱塞腔控油螺旋边打开回油孔后，柱塞腔压力急剧下降，出油阀开始落座。当减压凸缘进入导向孔后，柱塞腔和出油阀腔隔开，直到落座，从而使高压油腔增加了一个减压容积V0：

(4.1)

式中：d1－出油阀直径

h0－出油阀减压升程

采用减压式出油阀时，减压容积越大，残余压力越低。当减压容积较小时，残余压力较高，有可能产生二次喷射；而当减压容积较大时，虽然可以消除二次喷射，但出于剩余压力降低过大，有可能产生负压，从而导致高压油管内产生气泡。当供油时，压力上升会使气泡“爆炸”，导致油管的穴蚀损坏。所以，在某一特定的喷油系统中，减压容积应有一个最佳值。在多种工况下，稳定喷射所需的出油阀减压容积，取决于喷油嘴喷孔面积、针阀开启压力、高压油管内径与长度以及喷射率。最佳的减压容积一般由实验确定。表2所示为性能优良的博世公司生产的Bosch泵各出油阀的标准减压容积。免费论文参考网。

表2　Bosch泵出油阀减压容积

DF11内燃机车燃油喷射系统的减压容积为477mm3，与表2中的CW系列泵的出油阀减压容积最大值相比，还要超出77mm3。据现场调查，由于减压容积过大，在喷油泵泵体、喷油嘴偶件等零部件存在着比较严重的穴蚀问题，经常造成喷油嘴偶件短时间使用后雾化不良、在泵体低压油进口螺堵处的穴蚀损坏等故障，现场反映比较强烈。

大功率柴油机出油阀落座时速度高、冲击应力大，很容易造成上颈部断裂、出油阀偶件裂纹等现象，严重影响了喷油泵的工作性能，减少了喷油泵的检修周期，因此必须对其进行改进。

三、针阀偶件密封不良，导致燃油雾化不良，工作可靠性下降

喷油器总成工作可靠性低、寿命短。主要故障表现为，经过一段时间运用后，针阀的启喷压力下降过大（从原来的26.5Mpa下降到24Mpa以下），造成雾化不良，燃烧恶化。这主要是因为针阀对针阀体密封座面冲击力较大，导致密封座面下陷，使弹簧预紧力下降，进而造成启喷压力降低。经拆检发现，原喷油嘴偶件运用较短时间后在其头部密封线附近出现较明显的穴蚀。

DF11型内燃机车做为国内铁路主型干线机车，在铁路运输中担负着重要的使命。但面对铁路“高速重载”的要求，在功率提高后其各部位的故障率明显提高，DF11型内燃机车柴油机性能面临着严峻的考验。其中燃油喷射系统存在的问题更不容忽视。