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        MAN-ME型主機FIVA閥的控制及動作原理

        時間:2017/9/29 17:19:16 點擊:

          內容提示:本文從機、電、控三位合一的角度,對ME機FIVA閥的作用、原理、控制、動作,進行全面的敘述。立足于機艙管理的實踐,重點介紹FIVA閥管理要點。...
        MAN-ME型主機FIVA閥的控制及動作原理
                                                           張云龍
        前言: 本文為上海船舶機務技術聯合會擬于9月中旬舉辦的機務大講堂電噴機主題之一,作者張云龍,上海遠洋運輸有限公司,安監部,機務監督。
        文章由上海船舶機務技術聯合會推薦。此文旨在引起大家的探討,已為大講堂提供更多探討內容。

        1 導語
          FIVA閥的全稱Fuel InjectionValve Activation。在ME型柴油機上,以FIVA閥的動作,取代了MC機型的凸輪動作。FIVA閥是ME型柴油機上關鍵部件之一,在高壓環境下,進行高頻的往復動作,所以該閥的故障率是較高的。
          在設計制造時,該閥對材質、精度、間隙等要求非常高。因此,在日常管理中,要了解FIVA閥的動作過程及控制原理,才能做到精心維護、保養,以確保FIVA閥的正常運行。

        2 FIVA閥組成和作用
          柴油機每缸配套一只FIVA閥,它是一個帶有電磁先導閥的電液式比例節流型換向閥,由導閥、主閥,位移傳感器三部分組成。氣缸控制單元(CCU)對該閥進行全程控制,主閥芯位移傳感器把閥芯位移信號反饋至CCU,進行比較后,CCU再輸出新的信號以修正主閥芯的行程。
          每個FIVA閥,控制該缸噴油及排氣閥的動作。有三大功能:1、精準執行燃油噴射定時,并通過FIVA閥,為燃油升壓器驅動油缸提供液壓動力。2、精準執行排氣閥定時,在排氣閥開啟和維持開啟的不同狀態,通過FIVA閥的控制,為排氣閥驅動油缸提供不同的驅動動力。3、通過控制液壓動力油的流量,來控制燃油噴射量的大小,以滿足柴油機的速度負荷的要求。

        3 FIVA閥工作原理 
          3.1、導閥
          如圖1所示。導閥是一個二位三通比例節流型換向電磁閥。它接受來自于氣缸控制單元(CCU)的電流信號(4-20mA),根據電磁線圈產生磁力的大小,與閥芯下端彈簧進行比較,并推動閥芯(滑閥)移動,使閥芯開度和方向發生變化,以控制進入主閥左控制室的流量和方向,最終達到控制主閥閥芯的位移和方向。

          導閥輸入電流>12mA時,閥芯下移,工作在上位,P口與A口相通,A口排出壓力油至主閥左控制室。輸入電流<12mA時,閥芯上移,工作在下位,T口與A口相通,A口釋放主閥左控制室壓力油。

        MAN-ME型主機FIVA閥的控制及動作原理

          

        3.2、主閥

        如圖2所示。主閥是一個三位五通比例節流型換向閥。
          主閥在中位時,燃油升壓器驅動油缸和排氣閥驅動油缸分別連通至回油油路,確保燃油升壓器和排氣閥驅動活塞復位。主閥右移,工作在左位,控制該缸噴油動作,包括對噴油定時及油門大小的控制。閥芯左移,工作在右位,控制該缸開閥動作,包括對開閥定時及開閥力量的控制。
          由于左右二端所控制的目標不同,因此該閥設計成非對稱結構,即控制噴油的右移行程大于控制開閥的左移行程。閥的“中位”僅指工作位置,并非實際上的中間位置。
        MAN-ME型主機FIVA閥的控制及動作原理


        4 FIVA閥液壓原理
          FIVA閥的液壓控制原理,如圖3所示。主油路連接到主閥芯通道。主油路支路連通至導閥及主閥右控制室。在導閥的控制下,左控制室不斷的進、回油,腔內壓力隨液流的方向和流量改變而不斷變化。主閥右控制室直通主油路,腔內始終保持較高壓力。由于左控制室活塞面積大于右端,當左控制室進油時,壓力升高,就會推動閥芯向右移動。閥芯移動過程中,在右控制室活塞的擠壓下,右控制室內壓力進一步升高,并大于主油路的壓力,部分液流返回主油路,以達到閥芯右移的目的,同時為驅動油缸補充提供脈沖動力。右控制室的作用相當于具有一定預緊力的彈簧,我們稱之為液壓彈簧。
          在左控制室釋壓時,右控制室活塞的推力大于左端,主閥就向左移動。
          主閥芯的位移隨導閥輸入電流的變化而變化。在左右移動過程中,位移傳感器不斷檢測閥芯位置,并反饋信號至氣缸控制單元(CCU),使導閥輸入電流值在4-20mA范圍內不斷變化,導閥及時進行流量及方向的改變,以使主閥芯達到所需的工作位。
          主閥芯在達到所需工作位時,導閥輸入電流相對穩定,并與主閥芯的位置及通過主閥芯的液壓油流量,三者之間成對應的正比關系。

        5 FIVA閥控制過程
          5.1、中位
            5.1.1、主閥中位
            在非噴油或開閥時,主閥芯在中位,接通燃油升壓器和排氣閥驅動油缸的回油。該回油連接至主油泵的吸口,并保持一定的背壓,確保燃油升壓器下行及排氣閥關閉過程的平穩運行。
            此時,氣缸控制單元(CCU)的輸出電流信號為8-12mA,導閥工作在下位,閥芯向上微開,形成節流口,釋放主閥左控制室液流,使左控制室的油壓稍小于右端,二端控制室形成平衡力,主閥芯工作在中位。
            5.1.2、位置反饋
            如果,此時由位移傳感器偵測到主閥芯偏離了中位位置,數據反饋至CCU,由CCU增、減輸出電流信號,以適量改變導閥位移,來改變導閥節流口的開度和方向,自動修正主閥位置,確保主閥在中位。如主閥芯位移偏差大,超出了自動調整范圍,就會有報警,需要人為進行調整或修理。
          5.2、噴油
            5.2.1、噴油準備
            柴油機運轉過程中,在接近實際噴油角時,氣缸控制單元(CCU)發出控制信號>12mA的電流,為噴油做準備。此時,電磁線圈產生的磁力加大,使導閥閥芯成比例的向下移動,工作在上位,主閥左控制室進油。隨著輸入電流的增加,節流口開大,進入主閥左控制室液流加大,腔室內壓力增加,推動主閥閥芯向右移動。
            按照進入左控制室液流的大小,成比例地移動主閥閥芯。閥芯的位移大小,正比于輸入電流的大小。
        MAN-ME型主機FIVA閥的控制及動作原理

        隨著主閥芯的移動,主油路逐步接通燃油升壓器驅動油缸,液壓油進入驅動油缸,驅動燃油升壓器柱塞動作,開始噴油。同時,接通排氣閥驅動油缸回油,確保排氣閥關閉狀態。
            5.2.2、油門控制
            主閥芯往右移動的位移量,即主閥芯的開度大小,決定了進入驅動油缸液壓油流量的大小。該流量決定了燃油升壓器柱塞行程的長短,即噴油量的多少。因此說,CCU的輸出電流大小(12-20mA),最終控制噴油量的多少。如主機是在定燃油模式下運行,那么設定的油門將有一個對應的電流輸出,并保持不變。在噴油時刻,導閥、主閥的開度保持不變,燃油升壓器柱塞行程不變,確保每轉的噴油量保持不變。如在速度模式或者扭矩模式下運行,通過柴油機控制單元(ECU)的運算后,氣缸控制單元CCU輸出電流改變,從而改變導閥、主閥的開度,而改變油門。
            5.2.3、噴油結束
            主機轉過噴油角時,CCU的輸出電流回到8-12mA,導閥換向,并工作在下位,通過導閥節流口,釋放左控制室的液流,室內壓力下降,右控制室活塞推力大于左端,使主閥芯左移,回到中位。此時,閥芯主通道就接通燃油升壓器驅動油缸回油,使燃油升壓器柱塞下移,等待下次噴油過程。
          5.3、排氣閥開閥
            5.3.1、開閥準備
            隨著柴油機的運行,在接近開閥轉角時,氣缸控制單元CCU的輸出電流進一步減小至4-8mA,線圈產生的磁力減小。導閥閥芯向上移動,工作在下位,節流口開大。此時,主閥左控制室完全接通低壓系統,并快速卸壓。主閥閥芯就向左移動,主閥工作在右位,主油路接通排氣閥驅動油缸,大流量液壓油進入驅動油缸,排氣閥開啟。同時,接通燃油升壓器油缸回油,確保燃油升壓器不動作。
            5.3.2、初始開閥
            在排氣閥初始開閥時,CCU輸出的電流接近下限值(4mA),確保主閥芯完全移到左端,液壓油以最大流量進入排氣閥驅動油缸,獲得最大的開閥動力,以克服開閥時氣缸內的壓力以及彈簧空氣的彈力。
            5.3.3、維持開閥
            開閥完成后,CCU輸出的電流接近上限值(8mA),主閥芯向右移動一個位移。主閥芯通道形成節流,維持少量的液壓油進入排氣閥驅動油缸,以克服彈簧空氣的彈力,維持排氣閥開啟狀態。
            5.3.4、關閥階段
            隨著主機的運行,曲柄轉角的改變,主機轉過開閥角時,CCU輸出電流又回到8-12mA,主閥芯回到中位,接通排氣閥驅動油缸的回油油路,排氣閥關閉。

        6 FIVA閥故障現象
          FIVA閥是一個典型的液壓元件,在新設備磨合運行時,FIVA閥的故障率是較高的。由于該閥加工制造的精度極高,是精密偶件配合,滑閥間隙極小(≤6um),因此,新閥在投入運行時,容易受液壓介質的油溫、油質,及潔凈度的影響,而使閥芯咬死,或不能運行到位。故障經常發生在導閥部位,有以下幾個方面:
          (1)導閥或主閥的咬死;
          (2)導閥電磁線圈燒毀或彈簧斷裂;
          他們共同的表現,均為不噴油、不開(關)排氣閥,單缸排溫偏差低報警。
          (3)導閥電磁力不足,使主閥中位對中不良、向左偏移。單缸噴油量少,排氣閥開閥時間長。表現為單缸排溫偏低。
          (4)導閥彈簧力不足,主閥中位對中不良,向右偏移。單缸油門偏大。排氣閥開啟時間短。表現為單缸排溫偏高。
          (5)系統內進入空氣,表現為運行不穩定,有時可能造成單缸油門偏大或排氣閥延遲關閉。

        7 FIVA閥維護管理
          7.1、液壓油管理
          閥芯咬死的故障,主要是由于油的潔凈度及油溫等參數,超過出了正常范圍而造成的。
          因此在日常管理中必需保證自清洗油濾器的正常工作,并按規定時間清洗、更換濾芯,以確保油的潔凈度。
          同時注意保持油溫在正常范圍內工作,避免油溫的突變。并定期取樣對液壓油進行化驗,確保油質合格。
          7.2、中位調試
          每只FIVA閥均是由專業廠家調試好的整體。在實際使用中,不可隨意拆裝或進行中位調試。
          在特殊情況下,如由于導閥的電磁力或彈簧彈力不足,造成主閥中位對中不良,可以在閥的接線板上進行微調,以適量修正閥的輸入電流,達到修正主閥芯的位移,確保主閥可靠對中。
          也可以使用專用工具(標準長度螺栓),插入主閥左端,從右端推動閥芯,至不能動為止。此時主閥芯就是在標準的中位。調整位移傳感器中測量桿的長度,來適量調整反饋電流的大小,以達到CCU輸出電流的微量改變,來確保主閥芯的中位位置。
          7.3、運行中管理
          在運行管理中,必需確保主閥控制室的節流泄壓管暢通,以保證控制室內的壓力隨進入腔室的流量變化而變化。
          同時,必需確保主油路的回油有一定的背壓,確保了燃油升壓器和排氣閥的平穩運行。
          在設備維護保養后,必需徹底排盡液壓系統的空氣,以免擾亂FIVA閥的正常動作。

        備注:本文部分數據來自于上海遠洋海事培訓中心ME機模擬器。

        作者:張云龍 來源:機務之家

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