2022年第一节船用电控共轨型柴油机的最新技术特点和管理.docx

《2022年第一节船用电控共轨型柴油机的最新技术特点和管理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年第一节船用电控共轨型柴油机的最新技术特点和管理.docx（23页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - 船用电控共轨型柴油机的最新技术特点 和治理随着科学电子技术迅猛进展,微型运算机已越来越广泛地应用 在船舶动力掌握和监测中；为了提高燃油经济性、降低排放要求、提高牢靠性和操作的敏捷性,实现适时调剂,电控共轨柴油机已成 为进展的必定趋势；经过各大厂商的不懈努力,全电控型的柴油机 最终在 2003 年研制胜利并得到实船验证,这标志着柴油机的进展经 历了又一次质的飞跃；传统柴油机和电控型柴油机的区分传统的柴油机是由调速器掌握其喷油量,由凸轮掌握其喷油定 时、进排气等过程,能使柴油机在额定工况下实现性能的优化；但 是当柴油机的工况、海况、外界环境、燃油品

2、质发生变化,凸轮轴 磨损或者机械间隙转变导致喷油正时、喷油速率、配气正时、气阀 时面值等参数偏离其设计的正确值时,均会影响柴油机经济性能；船用柴油机工作过程的燃烧效率,燃油消耗以及废气排放污染,始终是人们关注的问题；依据国际海事组织MARPOL7378 公约的规定对船舶柴油机 NO x 的排放进行了严格的限制；而掌握其最有效的手段是降低最高燃烧温度及掌握燃气在高温下停留的时间；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电控型柴油机也称为智能型柴油机,即将电子设备及软件应用 于船用柴油机并成为其重要部分的新型柴油机；依据柴油

3、机燃烧理 论,主要是应用了电控技术,通过掌握燃油喷射正时、喷油量、喷 射速率、压力以及进、排气阀正时,能够有效地实现柴油机在各种 负荷下的性能最优化,从而达到在满意最新排放要求下,提高其经 济性、牢靠性、操纵敏捷性和延长使用寿命；电控共轨型柴油机瓦锡兰船用共轨 RT-flex系列柴油机 WECS掌握系统瓦锡兰公司在船用共轨 RT-flex 系列柴油机上使用的掌握系统定名为 WECS,英文全；该系统采用了成熟的微机掌握技术和网络通信、现场总线技术,实现对柴油机的掌握和检测；与传统的柴油机电子掌握系统不同的是,WECS掌握系统是直接安装在柴油机上的,工作环境恶劣,对系统的防水、抗震、耐高 温、防腐

4、蚀和防霉菌等诸方面的要求很高,同时仍要便于保护管 理,最大限度地削减故障停机时间；因此,系统在开头设计时,首 要的问题是在实现掌握要求的前提下,保证系统的牢靠性和可保护 性；为此,瓦锡兰公司挑选了闻名的船舶电子掌握系统生产商伦索公司作为合作伙伴,开发出WECS-9500掌握系统；几年来的实船应用说明, WECS-9500系统在牢靠性和掌握功能方面,基本满意名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 了设计要求； WECS-9500掌握系统由公用电子部件 COM-EU和气缸电子部件 CYL-EU两部分组成；公用电子部件COM-

5、EU是每台柴油机一套,侧重于对整台柴油机的治理和掌握,以及和外部系统的数据交 换；气缸电子部件就是每个气缸对应一套,侧重于对相应气缸的管 理和掌握；这种两级式结构的特点是：概念清楚,层次分明,便于 系统软件编程和调试,便于故障查找和体会的积存；但在系统软、硬件优化方面,仍有较大的进一步完善空间；在积存了肯定体会的基础上,最近,瓦锡兰公司推出了 WECS-9520 掌握系统,现已应用于W ARTSILA RT-flex 50 型柴油机,其主要功能包括：燃油共轨压力掌握,伺服油压力掌握,燃油喷射控 制,排气阀掌握,启动阀掌握,曲轴角度传感器监控；WECS-9520掌握系统的组成：主要由外部通信掌握

6、箱 源掌握箱 E85组成；E90、单缸掌握箱 E95、电每个 E95掌握箱内均安装有一个 FCM-20模块,以执行以上功 能；为了保证牢靠性,每个功能的执行均由两组模块同时掌握,这两组模块互为备用,当一组FCM-20模块显现故障时,另一组FCM-20 模块仍可以保证 WECS-9520掌握系统正常工作,但显现故障的模 块所对应的气缸将不能正常工作；当不正常情形显现时,例如燃油共轨压力不正常、伺服油压力不正常等,可以通过对应的 FCM-20模 块上发光二极管的指示进行判定；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - E90掌握

7、箱主要执行外部通信的功能,包括与主机遥控系统、机舱监控系统等的对接；同时,E90掌握箱内也有一块FCM-20模块,这只模块是备用模块,可以对系统的参数进行同步下载、储存,在其他 FCM-20模块显现故障时,可以立刻用这只模块进行替换；这只FCM-20模块拆除后对 WECS-9520掌握系统不产生任何影响；在新的FCM-20模块备件供船后,需要将其安装到E90箱内,进行数据同步下载；如将新的模块备件直接安装到 E95掌握箱,就不能正常工作；在 E85电源掌握箱内,从安全方面考虑,电源也是两套配置；在日常的治理中,由于E90、E95掌握箱都是安装在主机旁,主机运行时的震惊和高温对这些掌握箱会产生很

8、大的影响,因此定期 检查、紧固各个掌握箱内的接线是非常必要的；另外,对于 FCM-20模块故障的确定,就是WECS-9520掌握系统治理方面比较困难的事情,由于主机运行时如显现单缸工作不正常现象,其牵涉到的因素太多,除了常规的机械方面的缘由,仍有 Unit ）、VCU（Exhaust Valve Control Unit等多方面的缘由；ICU（Injection Control ）、共轨压力传感器等FCM-20模块的掌握和检测功能分为两部分：第一部分是实现WECS-9500系统中的公用电子部件COM-EU的全部功能,并加以完善；如： 1 燃油轨、伺服油轨的压力调剂和检测；液压油泵的控制；2 储

9、存和处理各种数据,例如：与IMO相关规章有关的参数设名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 置、与柴油机运行治理相关的参数设定等；3WECS系统内部自检,例如：电源的状况、软件、硬件的自诊断；4 运算和处理公共掌握变量,如：可调喷油定时、可调排气阀开启和关闭定时、主机状态等； 5 与外部系统的数据通信；6 故障指示；其次部分是实现 WECS-9500系统中的气缸电子部件 CYL-EU的所有功能,并加以完善；如：1 依据各种相关的数据、参数和指令,实现对起动阀、喷油阀和排气阀的掌握；2 各相关电磁阀的定时控制和曲柄角保持同

10、步；每个FCM-20模块通过系统总线猎取曲柄角的角度信号,并运算出所控气缸的速度、角度等数据；WECS-9520系统具有自动软件下载功能；假如某缸对应的 FCM-20 模块显现故障,可以直接更换备用的FCM-20模块,而不必事先向备用的 FCM-20模块装载各种数据；当备用的 FCM-20模块安装到WECS-9520系统中后,系统会自动检测出这个新模块,并从其他FCM-20模块通过系统总线,为新模块供应全部必需的运行数据；尽管如此,考虑到这个过程仍旧需要肯定的时间,瓦锡兰公司在WECS-9520系统中又增加了一个功能在线备件；所谓的在线备件,就是在接口箱E90中安装一个 FCM-20模块,作为

11、备用模块,接在系统总线上,其软件及参数和运行的 FCM-20模块一样变化着,并保持同步,但不产生任何实际的掌握作用；当某名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 缸对应的 FCM-20模块需要更换时,就可以把它插到相应的位置,做到即插即用；燃油共轨压力掌握： RT-flex 50型柴油机有两台燃油泵,由齿轮传动,凸轮轴驱动,油量调剂由齿条掌握,每台燃油泵各自有自 己的执行机构；燃油共轨压力由柴油机负荷打算：WECS-9520依据主机转速和燃油指令产生一个掌握信号,由 FCM-20模块掌握燃油泵的执行机构,拉动燃油泵的齿条,

12、向燃油共轨供应相应量的燃油,同时,两只压力传感器将燃油共轨的压力分别反馈给各自对应的FCM-20模块,使燃油共轨压力与柴油机负荷相匹配；在柴油机全速运行时,燃油共 轨压力可达 800900bar；如一台燃油泵的执行机构显现故障,它将会停在原处或者渐渐 回到零位,另外一台燃油泵仍旧正常工作；如燃油泵显现机械故 障,可以使用专用工具把这台燃油泵的滚轮抬起,使它停止工作,同时柴油机需要适当降速,以不显现燃油共轨压力反常报警为宜；由于一台燃油泵的供油量不能满意柴油机保持常用转速需要的油量,这时燃油共轨压力会显现很大的波动（接近100bar）,致使燃油共轨压力反常报警而导致柴油机 Slow down；总

13、之, WECS-9520系统相对于 WECS-9500系统,数据通信线路得以简化,采纳单一标准模块FCM-20取代原有的 COM-EU和 CYL-EU,名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 系统在硬件和软件上都进行了更好的优化设计,系统的可保护性提高,故障停车时间大大缩短；喷油单元的工作原理喷油单元的结构框图如图1 所示；每个气缸有3 个喷油头,相应地有 3 个喷油阀分别进行掌握；每个喷油阀就是由一个双控电磁阀掌握；柔性掌握模块FCM-20输出电信号掌握电磁阀,而电磁阀通过掌握液压油的通断实现对喷油阀的掌握,最终实现对

14、喷油量的控 制；通常情形下,同时掌握三个油头喷油,并且通过油量活塞检测 每个冲程的喷油量的多少；但在低负荷等特殊情形下,也可以通过 掌握双控电磁阀让 1 个或 2 个油头投入工作；FCM20掌握的电磁阀称为油轨阀；它的特点是动作速度极快 2ms,线圈通电时,电流很大；受电磁阀热负荷的限制,线圈通名师归纳总结 电时间不能超过 4ms；因此,相应的掌握信号应是小于4ms的脉冲第 7 页,共 14 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 信号； FCM-20模块仍要随时监测和限制线圈实际的通电时间；双控 电磁阀不具备自复位功能,两个线圈分别掌握阀的导通和关断；系

15、 统中更换的新阀,其通断位置是随机的；出于安全的考虑,停车状 态下, FCM-20模块定时地向全部电磁阀发出关断脉冲信号；高压共轨系统存在的一个问题是：某一气缸的喷油,会造成燃 油轨油压的波动,当这个压力波在油轨中传播时,会影响其他气缸 的喷油压力和喷油量,且这种影响是相互的,在某些情形下,这种 影响是很大的；为此, RT-flex 柴油机喷油单元增加了油量活塞装 置,一方面预先储存待喷油,喷油时,只是从油轨中获得少量油以 保护活塞两侧的压力平稳,平缓了压力波；另一方面,作为喷油量 检测装置,掌握系统由此获得喷油量信号；目前两种主流智能型船用柴油机的比较W.rtsil.公司 Sulzer RT

16、-flex系列柴油机采纳的共轨系统和MAN-B&W 公司的 MEME-C系列柴油机采纳的电控燃油喷射系统,具 有肯定的差别：1 油轨方面； Sulzer RT-flex机型的公共油轨有两个,一是20 MPa的滑油,它的作用是由于电子掌握系统中所输出的能量有限 而作为驱动排气阀、气缸起动阀和喷射掌握装置；二是 100 MPa的 重油,它作为柴油机的燃料油,在油轨中等待喷射；而 MAN-B&W ME机型的公共油轨仅一个20 MPa滑油,它作为动力油使用；轨压上的名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 差别很大程度上取决于油轨

17、的密封技术,因此对油轨的治理就要区别对待；2 原始动力方面； RT-flex机型采纳曲轴带动的复合凸轮来带动柱塞式油泵保持油轨中 100 MPa的燃油油压,从而以预定的高喷射压力把足够量的燃油输送到气缸盖水平位置的高压燃油集管 共轨 ；同样由曲轴通过传动齿轮带动的一个油泵来保持伺服滑油 20 MPa的油压； ME机型用的是轴带轴向液压泵给油轨输入滑油 柴油机起动前是用电动泵输入滑油,柴油机经主滑油滤器后分为两路：一路去正常的各轴承的润滑和活塞冷却；而另一路经细滤器后去柴油 机自带增压泵 双头活塞泵 增压；增压后滑油达到高压 20 MPa 左 右 排至各缸高压油泵的两只大储存器里,高压滑油系统一

18、般保持恒 压,波动较小；各缸高压油泵的燃油喷射,是由电控阀 NC快速掌握 高压滑油 动力油 的进、出,以驱动活塞快速上、下运动,带动高 压油泵柱塞产生高压 75120 MPa燃油,经油嘴喷射雾化；电控电磁阀 NC是由微处理器掌握程序系统ECSP,依据柴油机状况分析系统 ECA和掌握操作系统 OMCP的综合信息发出指令而动作,因而其柴 油共轨是驱动各缸高压油泵的动力滑油来完成；3 高压油泵方面； RT-flex机型的高压油泵是柱塞式增压泵,与原先相比,变化不大；而 ME机型采纳的是液压驱动高压油泵；前者是凸轮的传动使燃油泵柱塞上下运动,后者是用高压滑油作为高压燃油的驱动动力；名师归纳总结 - -

19、 - - - - -第 9 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4 喷油掌握方面； RT-flex机型在掌握喷油时,是由掌握系统发出信号给电磁阀,电磁阀的动作使伺服器的油路变化,从而转变燃油的油路,完成喷射过程；ME机型在掌握喷油时,同样是掌握系统发出信号给电磁阀,电磁阀转变伺服油后,再给伺服油驱动油泵 使燃油增压,完成喷射过程；前者掌握的是伺服油,后者掌握的是 动力油；5 燃油的来源方面； RT-flex机型燃油来自 100 MPa的油轨中；ME机型的燃油是由给油泵共给的大约 1 MPa的燃油；电控共轨柴油机的优点1 燃油系统能够同时满意排放和经济性的要求；机械

20、式喷射系统,在燃烧的前期燃油燃烧的速度快、放热率大、导致燃气温度高,从而使燃气中的NOx量相对增加；假如实行减小喷油提前角来降低 NO x,由于结构的限制,就整个燃烧过程较长,后燃严峻,从而导致柴油机的经济性降低；而共轨系统在适当减小喷油提前角来降低燃烧温度的同时,也增大喷油速率来缩短整个燃烧过程；共轨型柴油机一般供应两种操作模式：燃油经济性模式和低 NO x 模式；在一般航区航行,使用燃油经济性模式同时遵守国际海事组织 IMO 提出的 NOx排放标准；在特殊航区航行,挑选NO x模式,柴油机的排放将名师归纳总结 会符合特殊航区的NOx排放标准；此外,电控共轨燃油系统能够控第 10 页,共 1

21、4 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 制喷油时间和喷油速率来掌握燃烧过程,从而达到掌握排气中 NO x 量和提高经济性的目的；2 采纳电磁阀掌握喷油,掌握精度较高,高压油路中不会显现气泡和残余压力为 0 的现象,循环喷油量变动小,各缸燃烧压力、排烟温度等热力参数相当均衡；机械负荷和热负荷低；柴油机内部机械作用力、扭矩和振动较小；3 由于各个负荷状态下燃油均能很好雾化,缸内结碳明显减少,可以延长检修周期,降低船舶备件费用；4 部分负荷时运行性好,最低稳固转速低；柴油机在低负荷运转时,能保持相当高的喷射压力,同时精确掌握喷油量；5 取消了凸轮等大部件,减

22、轻了主机的重量和体积,从而增加了柴油机的牢靠性,降低制造成本,加大大修间隔,降低修理成本,并可延长寿命；电控共轨柴油机的不足与改进措施电控共轨柴油机和传统的柴油机相比具有许多优点,但仍存在一些不足的地方,也是将来共轨柴油机所需要解决的问题；1 由于给公共油轨输油的是轴带泵,刚开头启动时柴油机转速较低,影响到轨压,使其压力有些波动,必定会影响到共轨系统的名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 工作状况；已经提出油轨的给油泵由电动机供应动力,那么给油泵 的转速不再受主机的影响,这样更加简单掌握；2 对共轨系统伺服油清洁程度

23、要求较高；假如把共轨系统的伺 服油设计成一个独立的系统,增加一套滑油的冷却、净化等机械,将会使共轨系统的治理更加便利；3 电控共轨柴油机仅把排气阀作了优化掌握,对于进气、扫气 未进行优化,所以整个换气过程仍未达到最优化；这一缺点的改进 必将更有利于柴油机性能的提高；4 系统中较多使用电磁阀且激磁频繁,不少电子元器件长期在 高温、振动等环境中工作,损坏概率高,从而导致意外事故增多；为了更好监测柴油机的工况,必需加大对新型传感器和电磁阀的研 发；5 采纳先进的掌握模式与提高掌握软件的功能；建立完备的诊 断与报警系统；6 大量采纳电脑技术,对船舶治理人员提出了更高的要求；加 强对治理人员的培训；共轨

24、柴油机运行治理要点名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对共轨柴油机的治理留意技术上_的治理,特殊是在电子掌握系统方面,对船上轮机治理人员的技术水平提出了更高的要求；概括 如下：1 保证滑油系统的清洁；由于有一部分滑油是用于掌握系统 的,对其清洁度有很高的要求；应当特殊留意各个滤器的状态,并 按要求清洗；2 确保共轨油压管路的密封；共轨油压系统的压力较高,在运 行过程中肯定要观看它的密封性是否良好；特殊是进入喷油器的那 段管路,既要保证它的密封性,同时又要保证它的膨胀不是太大,以免对喷射雾化产生不良影响；3 电磁阀；

25、在共轨油压系统的掌握单元中,电磁阀是一个很重 要也是很简单损坏的元件；必需保证滑油的清洁度,否就会造成电 磁阀的动作推迟或卡死,或电磁阀磨损加剧,从而产生密封不好等 一系列问题；另外,过电流仍会造成电磁阀的烧毁；因此,日常管 理中,要特殊留意对电磁阀的保护保养；4 传感器；传感器是掌握系统猎取柴油机上工作状况的主要途 径；传感器损坏将会造成掌握系统误动作,必需保证各个传感器的 清洁和保养,特殊是在恶劣状况下工作的传感器,应予以特殊关 注；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5NOx排放量掌握；电控共轨柴油机在满意NO x的排放标准的情况下,必需充分提高其运行经济性；所以这就要求轮机治理人员把 握一个度；从柴油机技术进展的历程来看,其经受了高压油泵的应用、涡 轮增压技术和电子掌握技术三次飞跃,其中以电子掌握技术的进展 影响最大；随着柴油机应用电子技术的不断进展,燃油共轨喷射系 统将会广泛应用于船舶大型低速柴油机,使排放量符合公约的要 求,且进一步改善船舶柴油机的经济性和牢靠性；将来的船舶推动 动力装置,智能化程度将会越来越高,以减轻轮机治理人员的劳动 强度和削减船上人员配备；所以,电控型柴油机极有可能完全取代 传统的船用柴油机；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 14 页