MAN--ME型主机FIVA阀的控制及动作原理

海机务之家2018-07-22 07:14:59

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前言: 本文为上海船舶机务技术联合会拟于9月中旬举办的机务大讲堂电喷机主题之一,作者张云龙,上海远洋运输有限公司,安监部,机务监督。文章由上海船舶机务技术联合会推荐。此文旨在引起大家的探讨,以为大讲堂提供更多探讨内容。

 

[摘要]:本文从机、电、控三位合一的角度,对MEFIVA阀的作用、原理、控制、动作,进行全面的叙述。立足于机舱管理的实践,重点介绍FIVA阀管理要点。

[关键词]FIVA阀导阀主阀电流值非对称结构液压弹簧比例电磁阀油门控制初始开阀

 

1 导语

FIVA阀的全称Fuel InjectionValve Activation。在ME型柴油机上,以FIVA阀的动作,取代了MC机型的凸轮动作。FIVA阀是ME型柴油机上关键部件之一,在高压环境下,进行高频的往复动作,所以该阀的故障率是较高的。

在设计制造时,该阀对材质、精度、间隙等要求非常高。因此,在日常管理中,要了解FIVA阀的动作过程及控制原理,才能做到精心维护、保养,以确保FIVA阀的正常运行。

2 FIVA阀组成和作用

柴油机每缸配套一只FIVA阀,它是一个带有电磁先导阀的电液式比例节流型换向阀,由导阀、主阀,位移传感器三部分组成。气缸控制单元(CCU)对该阀进行全程控制,主阀芯位移传感器把阀芯位移信号反馈至CCU,进行比较后,CCU再输出新的信号以修正主阀芯的行程。

每个FIVA阀,控制该缸喷油及排气阀的动作。有三大功能:1、精准执行燃油喷射定时,并通过FIVA阀,为燃油升压器驱动油缸提供液压动力。2、精准执行排气阀定时,在排气阀开启和维持开启的不同状态,通过FIVA阀的控制,为排气阀驱动油缸提供不同的驱动动力。3、通过控制液压动力油的流量,来控制燃油喷射量的大小,以满足柴油机的速度负荷的要求。

3 FIVA阀工作原理 

3.1、导阀

如图1所示。导阀是一个二位三通比例节流型换向电磁阀。它接受来自于气缸控制单元(CCU)的电流信号(4-20mA),根据电磁线圈产生磁力的大小,与阀芯下端弹簧进行比较,并推动阀芯(滑阀)移动,使阀芯开度和方向发生变化,以控制进入主阀左控制室的流量和方向,最终达到控制主阀阀芯的位移和方向。

导阀输入电流>12mA时,阀芯下移,工作在上位,P口与A口相通,A口排出压力油至主阀左控制室。输入电流<12mA时,阀芯上移,工作在下位,T口与A口相通,A口释放主阀左控制室压力油。

3.2、主阀

如图2所示。主阀是一个三位五通比例节流型换向阀。

主阀在中位时,燃油升压器驱动油缸和排气阀驱动油缸分别连通至回油油路,确保燃油升压器和排气阀驱动活塞复位。主阀右移,工作在左位,控制该缸喷油动作,包括对喷油定时及油门大小的控制。阀芯左移,工作在右位,控制该缸开阀动作,包括对开阀定时及开阀力量的控制。

由于左右二端所控制的目标不同,因此该阀设计成非对称结构,即控制喷油的右移行程大于控制开阀的左移行程。阀的“中位”仅指工作位置,并非实际上的中间位置。


4 FIVA阀液压原理

FIVA阀的液压控制原理,如图3所示。主油路连接到主阀芯通道。主油路支路连通至导阀及主阀右控制室。在导阀的控制下,左控制室不断的进、回油,腔内压力随液流的方向和流量改变而不断变化。主阀右控制室直通主油路,腔内始终保持较高压力。由于左控制室活塞面积大于右端,当左控制室进油时,压力升高,就会推动阀芯向右移动。阀芯移动过程中,在右控制室活塞的挤压下,右控制室内压力进一步升高,并大于主油路的压力,部分液流返回主油路,以达到阀芯右移的目的,同时为驱动油缸补充提供脉冲动力。右控制室的作用相当于具有一定预紧力的弹簧,我们称之为液压弹簧。

在左控制室释压时,右控制室活塞的推力大于左端,主阀就向左移动。

主阀芯的位移随导阀输入电流的变化而变化。在左右移动过程中,位移传感器不断检测阀芯位置,并反馈信号至气缸控制单元(CCU),使导阀输入电流值在4-20mA范围内不断变化,导阀及时进行流量及方向的改变,以使主阀芯达到所需的工作位。

主阀芯在达到所需工作位时,导阀输入电流相对稳定,并与主阀芯的位置及通过主阀芯的液压油流量,三者之间成对应的正比关系。

5 FIVA阀控制过程

5.1、中位

5.1.1、主阀中位

在非喷油或开阀时,主阀芯在中位,接通燃油升压器和排气阀驱动油缸的回油。该回油连接至主油泵的吸口,并保持一定的背压,确保燃油升压器下行及排气阀关闭过程的平稳运行。


此时,气缸控制单元(CCU)的输出电流信号为8-12mA,导阀工作在下位,阀芯向上微开,形成节流口,释放主阀左控制室液流,使左控制室的油压稍小于右端,二端控制室形成平衡力,主阀芯工作在中位。

5.1.2、位置反馈

如果,此时由位移传感器侦测到主阀芯偏离了中位位置,数据反馈至CCU,由CCU增、减输出电流信号,以适量改变导阀位移,来改变导阀节流口的开度和方向,自动修正主阀位置,确保主阀在中位。如主阀芯位移偏差大,超出了自动调整范围,就会有报警,需要人为进行调整或修理。

5.2、喷油

5.2.1、喷油准备

柴油机运转过程中,在接近实际喷油角时,气缸控制单元(CCU)发出控制信号>12mA的电流,为喷油做准备。此时,电磁线圈产生的磁力加大,使导阀阀芯成比例的向下移动,工作在上位,主阀左控制室进油。随着输入电流的增加,节流口开大,进入主阀左控制室液流加大,腔室内压力增加,推动主阀阀芯向右移动。

按照进入左控制室液流的大小,成比例地移动主阀阀芯。阀芯的位移大小,正比于输入电流的大小。


随着主阀芯的移动,主油路逐步接通燃油升压器驱动油缸,液压油进入驱动油缸,驱动燃油升压器柱塞动作,开始喷油。同时,接通排气阀驱动油缸回油,确保排气阀关闭状态。

5.2.2、油门控制

主阀芯往右移动的位移量,即主阀芯的开度大小,决定了进入驱动油缸液压油流量的大小。该流量决定了燃油升压器柱塞行程的长短,即喷油量的多少。因此说,CCU的输出电流大小(12-20mA),最终控制喷油量的多少。如主机是在定燃油模式下运行,那么设定的油门将有一个对应的电流输出,并保持不变。在喷油时刻,导阀、主阀的开度保持不变,燃油升压器柱塞行程不变,确保每转的喷油量保持不变。如在速度模式或者扭矩模式下运行,通过柴油机控制单元(ECU)的运算后,气缸控制单元CCU输出电流改变,从而改变导阀、主阀的开度,而改变油门。

5.2.3、喷油结束

主机转过喷油角时,CCU的输出电流回到8-12mA,导阀换向,并工作在下位,通过导阀节流口,释放左控制室的液流,室内压力下降,右控制室活塞推力大于左端,使主阀芯左移,回到中位。此时,阀芯主通道就接通燃油升压器驱动油缸回油,使燃油升压器柱塞下移,等待下次喷油过程。

5.3、排气阀开阀

5.3.1、开阀准备

随着柴油机的运行,在接近开阀转角时,气缸控制单元CCU的输出电流进一步减小至4-8mA,线圈产生的磁力减小。导阀阀芯向上移动,工作在下位,节流口开大。此时,主阀左控制室完全接通低压系统,并快速卸压。主阀阀芯就向左移动,主阀工作在右位,主油路接通排气阀驱动油缸,大流量液压油进入驱动油缸,排气阀开启。同时,接通燃油升压器油缸回油,确保燃油升压器不动作。

5.3.2、初始开阀

在排气阀初始开阀时,CCU输出的电流接近下限值(4mA),确保主阀芯完全移到左端,液压油以最大流量进入排气阀驱动油缸,获得最大的开阀动力,以克服开阀时气缸内的压力以及弹簧空气的弹力。

5.3.3、维持开阀

开阀完成后,CCU输出的电流接近上限值(8mA),主阀芯向右移动一个位移。主阀芯通道形成节流,维持少量的液压油进入排气阀驱动油缸,以克服弹簧空气的弹力,维持排气阀开启状态。

5.3.4、关阀阶段

随着主机的运行,曲柄转角的改变,主机转过开阀角时,CCU输出电流又回到8-12mA,主阀芯回到中位,接通排气阀驱动油缸的回油油路,排气阀关闭。

6 FIVA阀故障现象

FIVA阀是一个典型的液压元件,在新设备磨合运行时,FIVA阀的故障率是较高的。由于该阀加工制造的精度极高,是精密偶件配合,滑阀间隙极小(≤6um),因此,新阀在投入运行时,容易受液压介质的油温、油质,及洁净度的影响,而使阀芯咬死,或不能运行到位。故障经常发生在导阀部位,有以下几个方面:

1、导阀或主阀的咬死;

2、导阀电磁线圈烧毁或弹簧断裂;

他们共同的表现,均为不喷油、不开(关)排气阀,单缸排温偏差低报警。

3、导阀电磁力不足,使主阀中位对中不良、向左偏移。单缸喷油量少,排气阀开阀时间长。表现为单缸排温偏低。

4、导阀弹簧力不足,主阀中位对中不良,向右偏移。单缸油门偏大。排气阀开启时间短。表现为单缸排温偏高。

5、系统内进入空气,表现为运行不稳定,有时可能造成单缸油门偏大或排气阀延迟关闭。

7 FIVA阀维护管理

7.1、液压油管理

阀芯咬死的故障,主要是由于油的洁净度及油温等参数,超过出了正常范围而造成的。

因此在日常管理中必需保证自清洗油滤器的正常工作,并按规定时间清洗、更换滤芯,以确保油的洁净度。

同时注意保持油温在正常范围内工作,避免油温的突变。并定期取样对液压油进行化验,确保油质合格。

7.2、中位调试

每只FIVA阀均是由专业厂家调试好的整体。在实际使用中,不可随意拆装或进行中位调试。

在特殊情况下,如由于导阀的电磁力或弹簧弹力不足,造成主阀中位对中不良,可以在阀的接线板上进行微调,以适量修正阀的输入电流,达到修正主阀芯的位移,确保主阀可靠对中。

也可以使用专用工具(标准长度螺栓),插入主阀左端,从右端推动阀芯,至不能动为止。此时主阀芯就是在标准的中位。调整位移传感器中测量杆的长度,来适量调整反馈电流的大小,以达到CCU输出电流的微量改变,来确保主阀芯的中位位置。

7.3、运行中管理

在运行管理中,必需确保主阀控制室的节流泄压管畅通,以保证控制室内的压力随进入腔室的流量变化而变化。

同时,必需确保主油路的回油有一定的背压,确保了燃油升压器和排气阀的平稳运行。

在设备维护保养后,必需彻底排尽液压系统的空气,以免扰乱FIVA阀的正常动作。

备注:本文部分数据来自于上海远洋海事培训中心ME机模拟器。


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