190系列柴油機電控應用分析

雷先革，李新，項鯤鵬，王寶忠，梁昌偉，王金廣

（1.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司，天津 300457；2.中國石油集團濟柴動力有限公司，山東 濟南 250306）

近年來，按照強制性國家標準《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法(中國第三、四階段)》的要求，石油鉆探用190系列柴油機排氣污染物排放需達到第三階段要求；另外，鉆探企業為了提速降本，采用了高泵壓、大流量的泥漿泵，需要更大功率，更為可靠的柴油機，因此，研發一種滿足國Ⅲ排放、適應井隊提速降本要求的柴油機成為一種必然的趨勢。本文主要針對鉆井用190系列柴油機進行分析，如何在保證通用性的基礎上進行改進以便適應現階段的使用要求。

1 190系列柴油機電控應用技術分析

190系列柴油機應用于油田鉆井已55個春秋，保有量近萬臺，對190系列柴油機排放的改進需既要滿足國Ⅲ排放要求，又要降低改進成本、提升性能，實現與現有190柴油機的通用性、可替換性。通過對改善柴油機排放措施的分析，結合降低改進成本、通用性、可替代性及目前190系列柴油機現有情況，選擇了改進燃油供給系統、進氣系統等，保留了原190柴油機的結構。

1.1 燃油供給系統

柴油機電控技術是為了使柴油發動機獲得更好的排放指標、動力性與經濟性，其核心就是高壓燃油的電控噴射，即通過檢測柴油機的各種信號，對柴油機的燃油噴射量和噴油提前角及噴射壓力進行控制，使柴油機在人們所希望的最佳狀態下運行。

電控燃油供給系統主流有兩種方式，一種是采用共軌系統，一種是采用電控單體組合泵。共軌系統的最大優勢在于驅動扭矩小、低噪音、噴射穩定性和靈活的噴射過程控制；不足之處是匹配標定周期長、環節多，油品適應性差。而電控單體組合泵的最大優勢在于先緩后急的噴油規律利于降低NOx排放，適用于傳統機械式噴油器，油品適應性強，技術換代成本低；不足之處在于噴射靈活性和低速噴油穩定性不如共軌系統；低速噪音沒有明顯改善、驅動扭矩大。

原190系列柴油機的燃油供給系統是機械控制的，依靠機械傳動控制供油時間、噴油量、供油壓力，其偶件與各運動件配合表面會產生磨損，各調節位置有可能產生位移、變形、破壞原來的工作狀態，這勢必會造成誤差，影響柴油機排放及性能，導致柴油機不能在最佳狀態下工作。

通過對比分析，190系列柴油機選用了第二種燃油供給系統，其核心部件采用了由ECU控制的電控單體組合泵。

電控單體組合泵由四大部分組成，控制器（ECU）、執行器、傳感器、線束。

控制器（ECU）主要是控制電控單體泵供油開啟時刻及開啟時間，替代原調速裝置控制柴油機加減油量等。

執行器主要包括電控單體組合泵及噴油器等，其主要功能是執行ECU的命令，控制燃油的噴射。

傳感器主要包括轉速傳感器、油溫及油壓傳感器，進氣溫度及壓力傳感器、排氣溫度傳感器等，把這些信號通過線束傳輸給ECU和監控儀。

線束是信號的傳輸通路，其可靠性直接關系到電控燃油供給系統的穩定性。

電控單體組合泵是用EUP（電控單體泵）替代原來的供油部件，用各類傳感器替代原來的機械控制，ECU對傳感器的信號分析，通過電磁閥對轉速、油量、噴油正時等進行控制。

電控單體組合泵具有190柴油機噴油泵的外形，但大腦是電控的，這是解決電控柴油機排放及性能提升的核心部件。

1.2 進氣系統

柴油機排放的另一個關鍵點是柴油和空氣混合比例合適，燃燒完全，因此，結合電控單體泵的噴油特性，對原190柴油機進行了改進。從新計算增壓器的流量及壓比，選擇了效率更高的增壓器，使工作循環溫度降低，排溫控制在400度左右，從而降低NOX的生成；另外，從新選擇了與增壓器匹配的中冷器，使參與燃燒的空氣溫度降低，進一步抑制了NOX的生成。

1.3 數據監控裝置

原190系列柴油機采用的是機械儀表監控裝置，僅能粗略顯示油溫、水溫等，改進后的190系列電控柴油機采用電子顯示，能精確顯示柴油機的運行數據。原190柴油機只能根據排煙、油水溫度等判斷柴油機的功率，而改進后增加了功率顯示，用戶能根據實際需求，合理調配柴油機的使用，提高了柴油機的使用率。

2 現場應用

2018年8月3臺190系列電控柴油機在渤海鉆探50524井隊進行工業性試驗，至2019年12月結束，經歷了春夏秋冬的考驗，單臺運行時間超5000小時。井隊操作人員表示電控柴油機的動力有了顯著提高，1300轉發動機功率由810kW提升至900kW，現場運行最大達到了950kW，鉆井深度4000米左右，兩臺機組也能滿足運行要求；現場觀察發動機運行中看不到排煙，排放明顯改善。

3 結語

190系列柴油機的電控化，適應了現階段的排放要求，滿足了鉆井用發動機的性能提升及通用性，為石油鉆探提供了可靠的動力保障。