摘要：內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)在工作過(guò)程中，由于操作不當(dāng)或供油系統(tǒng)機(jī)械故障等意外因素，可能導(dǎo)致柴油機(jī)發(fā)生飛車事故。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)發(fā)生嚴(yán)重飛車故障后，會(huì)造成曲軸、缸頭、活塞連桿組、缸套等柴油機(jī)零件損壞，其造成的經(jīng)濟(jì)損失非常巨大。因此在柴油機(jī)上合理地加裝完全獨(dú)立控制的保護(hù)裝置，以提高柴油機(jī)工作的安全性是非常重要的。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)車 柴油機(jī) 飛車 斷油法

1 概況

發(fā)生飛車后，隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增高，噴油泵柱塞與柱塞套間的漏損減小，進(jìn)入氣缸內(nèi)的柴油增加，導(dǎo)致柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速再增高，從而形成惡性循環(huán)。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷增高，使氣缸內(nèi)溫度不斷升高，活塞的膨脹量增加，活塞連桿組各零件運(yùn)動(dòng)加劇，負(fù)荷增大，超過(guò)其強(qiáng)度極限后，輕則造成部分薄弱機(jī)件損壞，重則造成整臺(tái)柴油機(jī)報(bào)廢。若柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用新型斷油系統(tǒng)，就可以使柴油機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而避免損失甚至人員傷害。機(jī)車柴油機(jī)防飛車裝置是從工程實(shí)際出發(fā)，從根本上預(yù)防和解決飛車問(wèn)題。

2 防飛車方案的選擇

2.1 幾種機(jī)車柴油機(jī)防飛車方案

目前，柴油機(jī)防飛車安全保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案有多種，根據(jù)其設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想的差別，可將其歸為以下幾類[1]：“斷氣法”、“斷油法”、“加大負(fù)荷法”、“斷氣、斷油法”、“斷油、加大負(fù)荷法”。

2.2 方案對(duì)比分析

幾種方案對(duì)比分析如下：①“斷氣法”：可迅速、可靠抑制飛車。但“斷氣”的同時(shí)，會(huì)引起增壓器短暫喘振，并因部分燃油未充分燃燒，可能造成柴油機(jī)內(nèi)積油等問(wèn)題，而且不易實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高，超速控制范圍小。②“斷油法”：可有效擬制飛車，而且容易實(shí)現(xiàn)，成本低，控制精度高，誤差小，可靠性高，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠便于安裝維修。切斷供油從原理上是說(shuō)得通的，一般的設(shè)計(jì)在實(shí)際上卻不怎么有效。原因是油管、燃油濾清器和活塞頂部上的殘油足以維持相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的繼續(xù)燃燒，很難將柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速降下來(lái)，導(dǎo)致飛車故障不能立即得到抑制。③“加大負(fù)荷法”：可以緩解飛車，但需要修改機(jī)車控制系統(tǒng)，這就是說(shuō)要改變?cè)O(shè)計(jì)，這種方法雖然有效，但容易造成柴油機(jī)和變速箱零件損壞，而且很危險(xiǎn)。易出交通事故，因此不提倡。④對(duì)噴油泵附件系統(tǒng)采用無(wú)剛性障礙設(shè)計(jì)：優(yōu)化設(shè)計(jì)的必然，但不能從根本上解決飛車所有問(wèn)題。⑤“斷氣、斷油法”：在實(shí)施斷氣的同時(shí)，切斷燃油。超速控制精度高，可調(diào)超速控制轉(zhuǎn)速范圍大，可靠性高，此方法從原理上來(lái)講最有效，但系統(tǒng)較“斷氣法”復(fù)雜，性能改進(jìn)不大而且改造成本較高。

通過(guò)對(duì)幾種防飛車有效方案分析，調(diào)研了防飛車裝置設(shè)計(jì)的實(shí)際可能性。本設(shè)計(jì)采用斷油法來(lái)實(shí)現(xiàn)防飛車的目的，針對(duì)目前斷油法存在的一些不足（例如不能立即擬制飛車），通過(guò)設(shè)計(jì)可以在管道中形成高度真空狀態(tài)，這樣管道剩余的燃油就不能吸走，從而縮短停車時(shí)間，達(dá)到立即擬制飛車的目的。另外它采用獨(dú)立于柴油機(jī)運(yùn)行的方式來(lái)工作，采取可靠性和抗干擾性設(shè)計(jì)，具有獨(dú)立運(yùn)行、受環(huán)境影響小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以滿足柴油機(jī)防飛車的實(shí)際需要。

3 防飛車裝置的設(shè)計(jì)

3.1 斷油系統(tǒng)

3.1.1 工作原理

在噴油泵低壓油道的進(jìn)油口處，完全切斷進(jìn)入噴油泵低壓油道的柴油，使噴油泵低壓油道內(nèi)形成真空，導(dǎo)致柱塞偶件內(nèi)部的柴油供給減弱直至完全切斷，促使柴油機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

3.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[2]如下：首先將電磁閥的出油口安裝在柴油機(jī)噴油泵低壓油道的進(jìn)油口，其次將柴油濾清器引出的柴油軟管通過(guò)回油螺絲固定在斷油電磁閥的進(jìn)油口上，不同型號(hào)的柴油機(jī)可選用不同絲口的電磁閥。柴油機(jī)在正常使用狀態(tài)，電磁閥的電源在斷開(kāi)位置，柴油經(jīng)過(guò)濾清器濾清后經(jīng)柴油軟管和回油螺絲進(jìn)入電磁閥內(nèi)腔后流入噴油泵低壓油道。柴油機(jī)出現(xiàn)飛車事故時(shí)，斷油閥關(guān)閉噴油泵低壓油道，使斷油閥門完全切斷進(jìn)入噴油泵低壓油道的柴油，使噴油泵低壓油道內(nèi)形成真空，導(dǎo)致柱塞偶件內(nèi)部的柴油供給減弱直至完全切斷，促使柴油機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

3.2 斷油系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速傳感器、電子控制器、電磁閥組成?？刂破骱碗姶砰y工作電壓DC110V。

3.2.1 轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)速傳感器的選擇要求可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、兼容性好。因此綜合分析后選用磁電感應(yīng)式傳感器，可安裝在柴油機(jī)盤車齒輪護(hù)罩或凸輪軸觀察孔蓋處，用于測(cè)量柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。

3.2.2 電子控制器

控制器接收來(lái)自轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)，并將其整形濾波和放大后，由數(shù)碼管顯示柴油機(jī)轉(zhuǎn)速?？刂破鞲鶕?jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確判斷柴油機(jī)的工作狀態(tài)，并在柴油機(jī)將要發(fā)生飛車的瞬間，迅速發(fā)出控制指令驅(qū)動(dòng)電磁鐵動(dòng)作，使斷油閥關(guān)閉切斷柴油機(jī)供油，令其減速停車。同時(shí)控制器將記錄柴油機(jī)飛車轉(zhuǎn)速及日期，用于事故備案分析，并保持?jǐn)嘤烷y的斷開(kāi)狀態(tài)，直到人工恢復(fù)斷油閥，回到正常開(kāi)通工作狀態(tài)。此外，控制器上還設(shè)有“急停”按鈕，可在任意時(shí)刻發(fā)出緊急停車指令，達(dá)到緊急停車的目的?？刂破鞯挠布娐酚赊D(zhuǎn)速脈沖信號(hào)調(diào)理、輸出控制驅(qū)動(dòng)電路、轉(zhuǎn)速顯示電路及開(kāi)關(guān)電源四部分電路組成。

轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)調(diào)理電路的功能是將轉(zhuǎn)速傳感器的電壓輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬰娖矫}沖信號(hào)，同時(shí)輸入接口電路還起到輸入信號(hào)緩沖作用[3]。

控制器的測(cè)速及控制電路采用了Atme189C51單片機(jī)，具有很高的可靠性。超速保護(hù)控制器的轉(zhuǎn)速顯示采用4位LED數(shù)碼管顯示。控制器的軟件由測(cè)速模塊、超速判斷模塊、轉(zhuǎn)速顯示模塊構(gòu)成，超速判斷模塊是控制器的主要軟件模塊。超速判斷采用瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、平均轉(zhuǎn)速和加速度參數(shù)極限值綜合判斷準(zhǔn)則，以確保超速判斷的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

開(kāi)關(guān)電源為控制器提供同110V輔助電源隔離的控制電源。由于斷油閥需要較大的能量驅(qū)動(dòng)，故應(yīng)用直流110V電源，所以開(kāi)關(guān)電源的輸入也使用110V電源，這樣避開(kāi)提高經(jīng)變換器輸出的24V或50V電源的功率問(wèn)題，而且減少了控制器的輸入電源種類和外部接線。

4 結(jié)論

從防飛車斷油保護(hù)裝置動(dòng)作實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置完全可滿足上述柴油機(jī)的要求，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到“飛車”轉(zhuǎn)速時(shí)，控制器準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)出信號(hào)，操縱斷油閥動(dòng)作，使柴油機(jī)迅速停機(jī)?？刂破鞒谡Ｇ闆r下準(zhǔn)確測(cè)速外，還真實(shí)地記錄了從飛車轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)出到斷油閥動(dòng)作柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化到柴油機(jī)停機(jī)的全過(guò)程?？梢杂行У乜刂聘鞣N原因造成的柴油機(jī)“飛車”事故。從柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定的飛車轉(zhuǎn)速時(shí)刻起到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)始回落的時(shí)間完全在允許范圍之內(nèi)。極限調(diào)速器動(dòng)作和斷油閥動(dòng)作控制柴油機(jī)停機(jī)，其停機(jī)過(guò)程相似，但單片機(jī)控制超速保護(hù)控制裝置要可靠得多。因而，這套裝置對(duì)防止飛車是完全可行和有效的。但是機(jī)車柴油機(jī)防飛車裝置它本身也存在一些缺陷，例如：內(nèi)燃機(jī)車發(fā)生飛車時(shí)，雖然已經(jīng)選擇了內(nèi)燃機(jī)最近的燃油通路進(jìn)行截?cái)?，但是管路之中仍然存有一定的燃油，造成機(jī)車柴油機(jī)無(wú)法快速停機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙新房，夏全國(guó)，李樹(shù)昌.一種新型柴油機(jī)防飛車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].柴油機(jī)，2006.10.

[2]鄭殿旺等.柴油機(jī)防飛車電子控制裝置的研制[J].內(nèi)燃機(jī)，1998.4.

[3]楊學(xué)東.490D型柴油機(jī)預(yù)防“飛車”裝置設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)，2007.10.

作者簡(jiǎn)介：高駿宇（1981-），男，河南泌陽(yáng)人，大學(xué)本科，工程師，北京西整備車間副主任。