张婷 张颖
（中车大连机车车辆有限公司机车开发部 辽宁大连 116021）
摘 要：介绍了新型节能环保型内燃机车燃油系统的结构，针对燃油系统进行了模块化设计。
关键词： 燃油系统 模块化设计 内燃机车
1 前言
随着世界能源日益紧张，环境污染问题逐渐受到关注，国内外交流传动机车开始向经济型、可靠型、安全型、环保型靠拢。新型节能环保型交流传动节能环保型调车内燃机车是以交流传动为主，以低能耗、低污染、高效率、高启动牵引力为主旨，满足中国铁路编组多样化需求，为交流传动内燃机车平台提供数据支撑。
按照搭建技术平台的要求，新型节能环保型节能环保型调车机车燃油系统采用模块化结构，将燃油部件集成在一个支架上，形成一个模块，以便组装、检修和维护。
2 燃油系统介绍
2.1 燃油系统功能
燃油系统的作用是存储并供给柴油机工作所需的具有一定压力、温度和流量的清洁度较高的燃油。机车燃油系统与柴油机内部燃油系统构成循环回路，保证柴油机的正常工作。
2.2 燃油系统组成
燃油系统是由燃油箱、燃油粗滤器、主燃油泵、燃油精滤器（柴油机自带）、燃油预热器、温控阀、逆止阀、三通阀、扣压胶管及管件管路等组成。
2.3 燃油系统原理介绍
柴油机启动时，主燃油泵工作，从燃油箱吸取燃油经过燃油粗滤器、逆止阀、燃油精滤器，并把燃油输送到柴油机燃油总管，分别输送到每个燃油喷射泵，被加压后燃油由喷油嘴喷出形成雾化状在汽缸中燃烧，剩余的和未燃烧完全的燃油流回燃油箱。
在柴油机的高温水系统里设置了燃油预热器，以满足在冬季或寒冷地区柴油机启动要求。燃油是否经过燃油预热器是由温控阀来控制。12V240H柴油机采用电子燃油直喷，其喷射出的油温较高，在回油管路中安装了换向阀，冬季从燃油箱近端回油，提高进柴油机燃油的温度。夏季从燃油箱远端回油，降低进柴油机燃油的温度。
燃油系统原理图如图1所示。
图1 燃油系统原理图
3 燃油模块设计
将主燃油泵、燃油粗滤器、燃油预热器、燃油管路及其管路附件集成在一个支架装配上，形成一个燃油模块，既可以单独拆装单个零部件，也可以进行整体吊装，整个模块与车体底架通过活螺栓装配连接，模块与外部之间使用胶管连接。燃油模块三维图如图2所示。
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1-主燃油泵（两个） 2-温控阀 3-燃油预热器 4-燃油粗滤器 5-燃油支架装配
图2 燃油模块三维图
3.1 模块设计重点
燃油部件集中在一个支架上，实现模块化设计，合理布置燃油模块，使模块内零部件安装拆卸方便，管路布局简单紧凑，并保证打开动力室侧门可以将燃油粗滤器、燃油预热器、主燃油泵等主要部件取出，进行检修维护。
3.2.1 良好的维修性
机车运行工作过程中燃油粗滤器滤芯钢网附着燃油中的杂质，容易造成燃油粗滤器堵塞，导致吸油不足，燃油压力无法建立。因此，需定期对滤芯钢网拆下进行清洗。更换滤芯时，需要松开燃油粗滤器进出口处管路，然后旋转燃油粗滤器壳体，更换内部滤芯。因此，将燃油粗滤器安装在靠近车体侧门的位置。
考虑更换滤芯空间，燃油粗滤器下方预留50mm的空间，便于定期检修维护，并在滤芯下方增设集油槽，防止更换滤芯时燃油溢出污染车内环境。
主燃油泵（自带安全阀）是燃油系统的核心部件，主燃油泵正常工作才能保证燃油系统的可靠性，主燃油泵如有故障，需检查运转是否平稳、正常，是否有异音，电流是否正常，当出现振动、噪音或者电流等参数突然增加时，立即检查泵轴承和泵内其它零件，必要时需在停机条件下，松开进出口管路连接，将主燃油泵移出车外进行检修维护。因此，将主燃油泵安装于靠近车体侧门的的位置，便于安装拆卸。
模块内部接头使用卡套接头，外部接口均采用胶管连接。
3.2.2 良好的工艺性
燃油模块是与机车其他系统连接的重要接口，因此燃油模块的外部接口尺寸和连接方式需严格要求，既要考虑柴油机现场组焊安装所产生的工艺误差，也要考虑车体底架和车体侧墙在生产安装过程中产生的尺寸余量，保证燃油模块与周围部件之间的距离处于安全值之内。
3.2 模块内部管路阻力计算
按照管路布置，进行管路阻力校核。
管路阻力损失由沿程阻力损失之和、局部阻力损失之和组成。
沿程阻力损失
公式中λ的取值和燃油的流动区域有关， 在λ、D、ν、ρ一定的情况下，沿程阻力的大小由L决定。
局部阻力损失
公式中ξ的取值和燃油经过的管路型式及流向有关，燃油系统局部阻力是弯管、弯头、接头及燃油粗滤器这几部分的局部阻力之和。
计算得燃油模块中吸油管路阻力损失满足系统要求。
3.3 模块支架强度校核
模块内部布置完成后，进行模块支架强度校核，并对计算分析中发现的不合理结构进行优化设计。模块支架材质采用Q345B，厚度为8mm。按照GB/T700-2006《碳素结构钢》标准，材料的许用应力即为材料的屈服强度＝345 Mpa。
根据 EN 12663-1:2010《铁路应用—铁道车辆车体的结构要求-1》的要求,安装在车体上的设备三个方向的最大加速度值分别如下: 纵向±3g，横向±1g，垂向（1±c）g ，其中c在车体两端取值为2，线性下降到车体中央为0.5,因此燃油系统模块支架取c为2。
对燃油系统模块支架冲击载荷进行六种工况的计算分析，各工况的最大应力满足材料屈服强度要求。
3.4 模块外部连接口
燃油系统模块与外部系统连接处均采用胶管安装。
4 燃油模块安装
燃油模块通过车体底架上4个M12的活螺座装配进行连接，在模块与活螺座装配之间安装减震垫，同时，燃油模块与车体侧墙上通过1个M16的活螺座装配连接，以缓解因柴油机工作带来的振动。燃油模块与柴油机燃油系统、冷却水系统之间采用胶管装配，具有良好的工艺性，同时在柴油机精滤器前增加了测试接口，便于柴油机压力检测。
燃油模块装车后运行良好。
5 结 论
燃油系统采用模块化设计，管路布局简单，设计安全可靠，实现了无火组装，减少了机车安装时间，降低了因安装误差造成的生产风险，提高生产进度。模块与外部之间采用胶管装配有效的降低了机械振动对系统部件及管路的损坏。
燃油系统模块化设计对今后内燃机车燃油系统模块化具有指导作用，完善了模块化设计应用经验，为搭建内燃机车产品技术平台提供了重要依据和理论借鉴。