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MAN-ME型主机FIVA阀的控制及动作原理

时间:2017/9/29 17:19:16 点击:

  内容提示:本文从机、电、控三位合一的角度,对ME机FIVA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。...
MAN-ME型主机FIVA阀的控制及动作原理
                                                   张云龙
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,已为大讲堂提供更多探讨内容。

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。

MAN-ME型主机FIVA阀的控制及动作原理

  

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。
MAN-ME型主机FIVA阀的控制及动作原理


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。
MAN-ME型主机FIVA阀的控制及动作原理

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。

作者:张云龙 来源:机务之家

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