柴油机特性学习教案.pptx

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1、会计学 1柴油机特性(txng)第一页，共50 页。2一、瓦锡兰 RT-flex 柴油机结构介绍 瓦锡兰公司率先将共轨技术应用于大功率船用低速柴油机。1998 年将燃油共轨喷射技术应用于RTX-3 型技术示范机并取得成功。在此基础上，开发出全电子控制、采用共轨喷射技术的瓦锡兰 RT-Flex 型船用低速柴油机，并在实船上开始使用，并且从2008 年开始，公司已经(y jing)正式开始了RTX-4 最新一代电喷机的研发工作。第 1 页/共 49 页第二页，共50 页。3 第一台6RT-flex 58T-B 的功率为11275 kW，转速为93 r/min，安装在“Gypsum Centenni

2、al”轮上。它是2000 年2 月底由韩国现代重工为Gypsum 石膏运输公司建造的，2001 年9 月交船投入营运。至今已近超过(chogu)了10 年的时间，状况良好。第 2 页/共 49 页第三页，共50 页。4Graph 5-1 Comparison between the Sulzer RT-flex engine(right)with the standard RTA low-speed engine(left)第 3 页/共 49 页第四页，共50 页。51 基本结构 相对常规柴油机而言，RT-flex 型柴油机取消(qxio)了机械式凸轮轴系统及其传动机构。增设了供油单元、共轨

3、平台和WECS-9520 控制系统。第 4 页/共 49 页第五页，共50 页。6 供油单元由柴油机曲轴输出端的齿轮组带动燃油 供油单元由柴油机曲轴输出端的齿轮组带动燃油柱塞泵和滑油斜盘泵。高效的燃油泵向共轨管提供 柱塞泵和滑油斜盘泵。高效的燃油泵向共轨管提供600bar 600bar 到 到900bar 900bar 的燃油，轴向柱塞泵提供 的燃油，轴向柱塞泵提供80bar 80bar 到 到180bar 180bar 的伺服液压油用于排气阀 的伺服液压油用于排气阀VCU VCU 的启闭和燃油 的启闭和燃油喷射控制单元 喷射控制单元ICU ICU 的驱动。共轨平台由 的驱动。共轨平台由WEC

4、S9520 WECS9520控制系统分别控制容积式燃油喷射控制单元 控制系统分别控制容积式燃油喷射控制单元ICU ICU（Injection control unit Injection control unit）、排气阀驱动执行器）、排气阀驱动执行器VCU VCU（exhaust valve control unit exhaust valve control unit）和起动空气控制装置，）和起动空气控制装置，通过安装 通过安装(nzhung)(nzhung)在主机自由端的曲轴角度编码 在主机自由端的曲轴角度编码器来判断曲轴位置及各缸活塞在气缸中的位置后，器来判断曲轴位置及各缸活塞在气缸中

5、的位置后，完成燃油喷射、排气阀启闭和柴油机的起动功能。完成燃油喷射、排气阀启闭和柴油机的起动功能。第 5 页/共 49 页第六页，共50 页。7第 6 页/共 49 页第七页，共50 页。8 RT-flex RT-flex 柴油机的电子控制设备主要包括 柴油机的电子控制设备主要包括WECS9520 WECS9520 柴油机控制系统、容积式燃油喷射 柴油机控制系统、容积式燃油喷射控制阀、排气阀驱动执行器和起动空气控制装 控制阀、排气阀驱动执行器和起动空气控制装置。置。WECS9520 WECS9520 柴油机控制系统由三部分组成，柴油机控制系统由三部分组成，即凸轮轴替代部分、控制部分和安全系统。

6、凸 即凸轮轴替代部分、控制部分和安全系统。凸轮轴替代部分主要是用来代替凸轮轴实现燃油 轮轴替代部分主要是用来代替凸轮轴实现燃油喷射、排气阀和起动空气分配器的驱动；控制 喷射、排气阀和起动空气分配器的驱动；控制部分根据柴油机的负和转速控制燃油和伺服油 部分根据柴油机的负和转速控制燃油和伺服油共轨内的压力；而安全系统主要是对共轨阀的 共轨内的压力；而安全系统主要是对共轨阀的功能 功能(gngnng)(gngnng)、传感器及各参数值进行监测、传感器及各参数值进行监测和诊断，保证系统安全工作。和诊断，保证系统安全工作。第 7 页/共 49 页第八页，共50 页。9 WECS9520 控制系统通过传感

7、器检测曲轴位置，从而判断(pndun)出柴油机气缸中活塞位置后由200bar 的伺服油控制900bar 的燃油喷射进入柴油机的气缸。根据柴油机设定油门，由WECS9520 控制系统进行喷油定时和喷油时间喷油量的控制。第 8 页/共 49 页第九页，共50 页。10第 9 页/共 49 页第十页，共50 页。1 1Graph 5-5 the supply unitGraph 5-6 the fuel pump第 10 页/共 49 页第十一页，共50 页。12Graph 5-7 the rail unitGraph 5-8 other parts in the rail unit第 1 1 页/

8、共 49 页第十二页，共50 页。13Graph 5-27 the schematic layout of an Injection Unit第 12 页/共 49 页第十三页，共50 页。14Graph 5-29 three nozzles are used in unisonGraph 2-5 Pre-,Triple-,Sequential injection第 13 页/共 49 页第十四页，共50 页。15图5-16 flexView 的喷射界面第 14 页/共 49 页第十五页，共50 页。16图5-35 燃油压力控制功能第 15 页/共 49 页第十六页，共50 页。172 2 燃

9、油共轨 燃油共轨 该系统由供油单元、高压共轨油管、该系统由供油单元、高压共轨油管、WECS9520 WECS9520 控制系统、喷油器和容积式燃油喷 控制系统、喷油器和容积式燃油喷射控制单元等组成。射控制单元等组成。供油单元有 供油单元有28 28 个高效的机带柱塞泵（又称 个高效的机带柱塞泵（又称共轨泵，由三作用凸轮或者单凸轮控制），共轨泵，由三作用凸轮或者单凸轮控制），可将己加热的燃油压力提高到 可将己加热的燃油压力提高到900bar 900bar 左右，送 左右，送至高压共轨油管。在柴油机起动前和起动时，至高压共轨油管。在柴油机起动前和起动时，燃油泵的执行器将油泵齿条伸到最大刻度。燃油泵

10、的执行器将油泵齿条伸到最大刻度。一旦主机 一旦主机(zh(zh j)j)转动（如冲车动作），共轨压 转动（如冲车动作），共轨压力就调到期望值 力就调到期望值700bar 700bar。第 16 页/共 49 页第十七页，共50 页。18 柴油机在工作时，由低压燃油泵将燃油输入到燃油共轨泵，共轨泵将燃油加压送入高压共轨油管，高压共轨油管中的压力由WECS9520 控制系统(kn zh x t n)根据共轨压力传感器测量的共轨压力以及燃烧的需要进行调节。高压共轨油管内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由WECS9520 控制系统(kn zh x t n)确定合适的喷油定时、喷油持续期，由喷射

11、控制单元将燃油喷入气缸。第 17 页/共 49 页第十八页，共50 页。19 燃油喷射控制单元由WECS9520 通过电磁阀控制。200bar 的伺服液压油通过电磁阀，使燃油喷射控制单元动作，让900bar 的燃油进入喷油器。每个气缸有二到三只喷油器，而每个喷油器由各自安装在ICU 的电液阀控制，可以根据WECS9520 柴油机控制系统的指令控制燃油喷射的定时和喷油量，也可以实现(shxin)在低负荷时单只喷油器的循环喷油。由于共轨系统的压力很高，因此对该阀的密封性和承压能力的要求都非常高。第 18 页/共 49 页第十九页，共50 页。20 在高压燃油共轨油管上还安装了压力传感器、燃油压力调

12、节阀和安全阀。压力传感器向WECS9520 提供高压共轨油管的实时压力信号；燃油压力调节阀和安全阀确保(qub o)在高压共轨油管在出现压力异常时，迅速将高压共轨油管中的压力进行泄放以保证安全。第 19 页/共 49 页第二十页，共50 页。213 3 伺服油共轨排气阀控制 伺服油共轨排气阀控制 伺服液压油由机带伺服油泵供给 伺服液压油由机带伺服油泵供给200bar 200bar 的液压油，的液压油，然后由 然后由WECS9520 WECS9520 控制单元根据曲轴角度编码器判断 控制单元根据曲轴角度编码器判断柴油机各缸的工作状态而控制排气阀驱动控制单元，柴油机各缸的工作状态而控制排气阀驱动控

13、制单元，启闭气缸的液压排气阀。伺服油压力随柴油机负荷变 启闭气缸的液压排气阀。伺服油压力随柴油机负荷变化而变化，部分负荷时，压力降低而适应相应的排气 化而变化，部分负荷时，压力降低而适应相应的排气阀开启速度。当柴油机停车时，由电动泵向伺服油共 阀开启速度。当柴油机停车时，由电动泵向伺服油共轨提供约 轨提供约80bar 80bar 的压力油。电子 的压力油。电子(dinz(dinz)控制的驱动单元 控制的驱动单元能灵活机动地控制排气阀的开 能灵活机动地控制排气阀的开/关定时。排气阀阀杆 关定时。排气阀阀杆的升程由两个位置传感器检测后反馈给 的升程由两个位置传感器检测后反馈给WECS9520 WE

14、CS9520 控 控制系统。制系统。第 20 页/共 49 页第二十一页，共50 页。22图5-11 用于控制排气阀动作的伺服油供油单元、伺服油共轨单元和WECS-9520 简明布置图第 21 页/共 49 页第二十二页，共50 页。23图5-13 用于控制排气阀的排气阀控制单元和WECS-9520 功能第 22 页/共 49 页第二十三页，共50 页。24图5-17 flexView 的排气阀界面第 23 页/共 49 页第二十四页，共50 页。25图5-12 排气阀控制单元剖面图图5-14 排气阀装置剖面图第 24 页/共 49 页第二十五页，共50 页。26图2-3 时间控制喷射与容积控

15、制喷射间比较第 25 页/共 49 页第二十六页，共50 页。274 起动控制 气缸起动阀与Sulzer RTA型机用的起动阀大致相同。只不过现在由WECS9520 来根据当前的曲轴角度和功能，正车，倒车，慢转，吹车，来激活主起动阀电磁阀以及(y j)单缸起动阀上面的电磁阀，实现相应的功能。第 26 页/共 49 页第二十七页，共50 页。285 曲轴转角 在曲轴的自由端装有两个独立的曲轴转角传感器，由曲轴通过带齿皮带带动，它们产生精确的轴转角数字信号送到气缸电子单元(dnyun)，分辨率为0.1 曲柄转角。对柴油机的运行它们是绝对不可缺少的。至少其中一个必须工作。如果两个都坏了，柴油机就停车

16、了，因此需要及时更换备件，以便重新起车。第 27 页/共 49 页第二十八页，共50 页。29图5-37 角度传感器和驱动第 28 页/共 49 页第二十九页，共50 页。30图5-26 手动控制面板第 29 页/共 49 页第三十页，共50 页。31第 30 页/共 49 页第三十一页，共50 页。32二、RT-flex 智能柴油机的操纵系统 与常规的DENIS 气动操纵系统相比，RT-flex 主机的操纵系统DENIS-9 省去了很多气动逻辑(lu j)部件，使得气路大为简化，同时增加了伺服油共轨、燃油共轨和液压控制阀件等。第 31 页/共 49 页第三十二页，共50 页。331 1 控制

17、介质及有关设备 控制介质及有关设备1 1）控制介质 控制介质 控制介质为压缩空气和液压油。根据用途的 控制介质为压缩空气和液压油。根据用途的不同 不同(b tn(b tn)，后者又分为伺服油和控制油。，后者又分为伺服油和控制油。控制空气 控制空气 0.65 MPa 0.65 MPa起动空气 起动空气 3 MPa 3 MPa伺服油 伺服油 10 10 20 MPa 20 MPa控制油 控制油 20 MPa 20 MPa主轴承和活塞冷却油 主轴承和活塞冷却油 0.4 0.4 0.55 MPa 0.55 MPa十字头轴承油 十字头轴承油 1.0 1.0 1.2 MPa 1.2 MPa第 32 页/共

18、 49 页第三十三页，共50 页。342 2）气源 气源 由主空气瓶 由主空气瓶(q pn(q pn)3 MPa)3 MPa 空气经减压阀减压至 空气经减压阀减压至0.8 MPa 0.8 MPa 的控制空气经过气源单元的 的控制空气经过气源单元的A1 A1 输入口后，输入口后，经 经23HA 23HA 减压阀减压至 减压阀减压至0.65 MPa 0.65 MPa，经，经342HA 342HA 单向阀 单向阀后分成两路，一路经阀 后分成两路，一路经阀36HA 36HA 通过 通过A6 A6 口去排气阀，口去排气阀，作为空气弹簧使用；另一路经 作为空气弹簧使用；另一路经A3 A3 口输出到 口输出

19、到15L 15L 的 的小气瓶 小气瓶(q pn(q pn)（287HA 287HA）缓冲后又分为）缓冲后又分为3 3 路输出，路输出，分别送至起动控制回路（单元 分别送至起动控制回路（单元E E）、油雾浓度探测）、油雾浓度探测器、自清滤器（器、自清滤器（4.20 4.20）。当来自）。当来自A1 A1 口的控制空气 口的控制空气由于故障无输出时，由于故障无输出时，3 MPa 3 MPa 的压缩空气经 的压缩空气经A2 A2 口后，口后，由减压阀 由减压阀19HA 19HA 减压至 减压至0.65MPa 0.65MPa，顶开单向阀，顶开单向阀342HB 342HB，提供备用控制空气。，提供备用

20、控制空气。3 MPa 3 MPa 的起动空气直接从主 的起动空气直接从主空气瓶 空气瓶(q pn(q pn)上方输出，去主起动阀（上方输出，去主起动阀（2.03 2.03）等候。）等候。第 33 页/共 49 页第三十四页，共50 页。353 3）转速检测和曲轴角度传感器 转速检测和曲轴角度传感器 系统采用若干个接近开关和一个转速测量装置 系统采用若干个接近开关和一个转速测量装置（1.04 1.04）结合的方案，接近开关靠近飞轮安装。测速）结合的方案，接近开关靠近飞轮安装。测速传感器分成三组，分别用于：主机遥控系统（传感器分成三组，分别用于：主机遥控系统（RCS RCS）、）、安保系统的超速（

21、安保系统的超速（OVERSPEED OVERSPEED）检测和电子调速器）检测和电子调速器的转速检测。每组接近开关有三个感应式探头，两个 的转速检测。每组接近开关有三个感应式探头，两个用于转速测量和指示，另一个探头则和曲柄角传感器 用于转速测量和指示，另一个探头则和曲柄角传感器一起确定主机的上止点 一起确定主机的上止点TDC TDC。曲轴角度传感器 曲轴角度传感器 1.01 1.01 共有两个探头（共有两个探头（GT5126C GT5126C、GT5127C GT5127C），通过皮带），通过皮带(p di)(p di)和主机曲轴相连。和主机曲轴相连。第 34 页/共 49 页第三十五页，共5

22、0 页。362 2 起动控制 起动控制 若盘车机脱开，若盘车机脱开，0.65 MPa 0.65 MPa 的控制空气经阀 的控制空气经阀31HA 31HA 右 右位和 位和E6 E6 口后，送至主起动电磁阀 口后，送至主起动电磁阀ZV7013C ZV7013C 和备用电 和备用电磁阀 磁阀ZV7014C ZV7014C。有起动指令时，主起动电磁阀。有起动指令时，主起动电磁阀ZV7013C ZV7013C 和备用电磁阀 和备用电磁阀ZV7014C ZV7014C 同时受控，控制空 同时受控，控制空气经或门阀 气经或门阀115HA 115HA 去控制阀 去控制阀 2.05 2.05，将主起动阀，将主

23、起动阀2.03 2.03 打 打开。开。3 MPa 3 MPa 的起动空气经主起动阀输出，顶开单向阀 的起动空气经主起动阀输出，顶开单向阀2.04 2.04 后分为两路，一路到起动空气先导电磁 后分为两路，一路到起动空气先导电磁ZV7241-ZV7241-49C 49C，一路到送至各气缸起动阀，一路到送至各气缸起动阀2.07 2.07 的下部空间等待。的下部空间等待。当电磁阀 当电磁阀ZV7241-49C ZV7241-49C 获电上位通时，控制空气使气 获电上位通时，控制空气使气缸起动阀 缸起动阀2.07 2.07 开启，在其下部空间等待的起动空气进 开启，在其下部空间等待的起动空气进入 入

24、(jnr)(jnr)气缸，起动主机。气缸，起动主机。第 35 页/共 49 页第三十六页，共50 页。37 电磁阀 ZV7241-49C 是由WECS9520 控制的，可以实现精确(jngqu)的起动定时控制，它取代了传统的起动空气分配器和阀134HA 的功能。主机的换向控制也是由电磁阀 ZV7241-49C 来完成的，在需要换向时，（例如由正车换倒车），由WECS 控制系统控制电磁阀ZV7241-49C 按倒车定时和倒车发火顺序打开各缸的气缸起动阀，即可使主机倒车起动运转。第 36 页/共 49 页第三十七页，共50 页。383 3 排气阀驱动和空气弹簧 排气阀驱动和空气弹簧 排气共轨阀 排

25、气共轨阀 ZV7201-09A ZV7201-09A（编号为（编号为4.76 4.76，每缸有一个），每缸有一个）受 受WECS9520 WECS9520 控制，主机每转过一圈，排气阀要开、控制，主机每转过一圈，排气阀要开、闭一次，闭一次，ZV7201-09A ZV7201-09A 的两个电磁阀线圈分别要通电 的两个电磁阀线圈分别要通电一次。当 一次。当ZV7201-09A ZV7201-09A 工作在下位时，来自于伺服油 工作在下位时，来自于伺服油共轨 共轨4.11 4.11 的伺服油（压力为 的伺服油（压力为20 MPa 20 MPa）进入排气阀执行）进入排气阀执行机构 机构4.10 4.

26、10，在，在4.10 4.10 输出的液压油作用下，通过排气阀 输出的液压油作用下，通过排气阀驱动机构 驱动机构4.03 4.03 打开排气阀 打开排气阀4.01 4.01。当。当ZV7201-09A ZV7201-09A 工作在 工作在上位时，在空气弹簧 上位时，在空气弹簧4.02 4.02 作用下关闭排气阀。排气阀 作用下关闭排气阀。排气阀的位移通过冲程（行程）传感器 的位移通过冲程（行程）传感器4.70-1 4.70-1 和 和4.70-2 4.70-2 进行 进行(jnxng)(jnxng)检测。检测。主轴承滑油经自清细滤器 主轴承滑油经自清细滤器 4.20 4.20 过滤后，由伺服油

27、泵 过滤后，由伺服油泵4.15 4.15 升压至 升压至20 MPa 20 MPa，称之为伺服油。，称之为伺服油。第 37 页/共 49 页第三十八页，共50 页。39图5-13 用于控制排气阀的排气阀控制单元和WECS-9520 功能第 38 页/共 49 页第三十九页，共50 页。404 4 燃油喷射 燃油喷射 燃油喷射控制由单元 燃油喷射控制由单元 3.02 3.02 控制。在 控制。在WECS9520 WECS9520 控制下，共轨电磁阀 控制下，共轨电磁阀ZV7201-09C ZV7201-09C（编号为（编号为3.76 3.76，每个缸有三个，每个电磁阀可，每个缸有三个，每个电磁阀

28、可以独立控制，也可以共同控制）受控工作在 以独立控制，也可以共同控制）受控工作在左位时，接通 左位时，接通(ji tn(ji tn)20 MPa)20 MPa 控制油，在其作 控制油，在其作用下，推动活塞 用下，推动活塞3.43 3.43 动作，打开喷油控制阀 动作，打开喷油控制阀3.41 3.41，接通，接通(ji tn(ji tn)高压油路，将压力为 高压油路，将压力为100 100 MPa MPa 的燃油送至喷油器 的燃油送至喷油器3.01 3.01（每个缸有三个）。（每个缸有三个）。当电磁阀 当电磁阀ZV7201-9C ZV7201-9C 受控工作在右位时，结束 受控工作在右位时，结束

29、喷油。传感器 喷油。传感器3.03 3.03 通过检测燃油量活塞 通过检测燃油量活塞3.42 3.42 的 的位移来获知燃油喷射量和喷油开始时刻的反 位移来获知燃油喷射量和喷油开始时刻的反馈信号，并将信号送往 馈信号，并将信号送往WECS9520 WECS9520 控制系统。控制系统。第 39 页/共 49 页第四十页，共50 页。41Graph 5-27 the schematic layout of an Injection Unit第 40 页/共 49 页第四十一页，共50 页。42 和伺服油一样，控制油也来自于主轴承滑油。柴油机起动前，过滤后的主轴承滑油经电动控制油油泵3.72-1

30、或3.72-2 升压后，送出压力为8 MPa 的控制油。低压燃油经燃油升压泵 3.15 后进入共轨燃油泵3.14，共轨燃油泵3.14 由主机曲轴经多级传动(chundng)齿轮带动并受电动执行器3.21 的控制，燃油压力经共轨燃油泵3.14 后升压达到100 MPa，再经蓄压器3.04 后送至燃油总管（燃油共轨）。第 41 页/共 49 页第四十二页，共50 页。435 安全保护控制 出现故障自动停车（SHUTDOWN）和应急停车（EM STOP）的情况时，主机安保系统发出信号使电磁阀3.08（ZV7061S）受控，进而使阀3.07 受控，燃油共轨3.05 中的高压(goy)燃油通过阀3.07

31、 泄放，共轨的压力迅速下降。同时，来自于计算机的电信号将燃油泵执行器3.20 的位置设定为“0”。第 42 页/共 49 页第四十三页，共50 页。446 操纵方法 和传统系统相同，操纵场所也有机旁、集控室和驾驶台三处。操纵场所的转换方法也和传统系统相似(xin s)。值得注意的是：机旁操纵也是经过 WECS 控制系统，由计算机处理和发送指令，通过相关的电磁阀和共轨系统予以实现的。换而言之，机旁、集控室和驾驶台操纵实际上都是“智能化”的，三者的区别主要是地点不同而己。因此，在系统投入运行之前，首先要在集控室接通WECS 控制系统。第 43 页/共 49 页第四十四页，共50 页。45三、WEC

32、S-9520 电控系统(xtng)介绍 WECS9520 系统(xtng)既不是主机遥控系统(xtng)也不是安保系统(xtng)，它是用来控制发动机本身的一套控制系统(xtng)。第 44 页/共 49 页第四十五页，共50 页。46第 45 页/共 49 页第四十六页，共50 页。471 WECS-9520 是主机控制的核心,处理所有的动作,直接调节并控制主机运行:（1）共轨监测和压力调节（2）喷油器、排气阀和启动阀的控制和监测（3）通过 CANopen 或者MOD Bus 接口与外部系统(xt ng)连接（4）主机参数调整、IMO 设置和监控 第 46 页/共 49 页第四十七页，共50

33、 页。482 WECS-9520 没有(mi y u)中央处理器，但是每个气缸都拥有自己的FCM-20 模块用来处理和该气缸有关的功能和共轨功能 3 这些FCM-20 模块被直接安装在主机上并且通过内部System CAN Bus 进行通讯。使用者与WECS-9520 的通讯被集成在控制系统的操作面板和flexView 操作界面上。第 47 页/共 49 页第四十八页，共50 页。494 4 遥控系统 遥控系统 采用 采用 Kongsberg Maritime Kongsberg Maritime、NABTESCO NABTESCO、Lyngs Lyngs，是用户操纵主机的界面，是用户操纵主机

34、的界面(jimin)(jimin)。（1 1）遥控系统通过）遥控系统通过CANbus CANbus 或者 或者MODbus MODbus 连接，可 连接，可以从遥控的控制面板将下列指令传送到 以从遥控的控制面板将下列指令传送到WECS-9520:WECS-9520:启动、刹车和吹车；启动、刹车和吹车；停车和慢 停车和慢转；转；正车和慢转失败复位；正车和慢转失败复位；倒车 倒车（2 2）遥控控制通过内部设定）遥控控制通过内部设定（比例缩放（比例缩放,负荷程序 负荷程序 etc.etc.）来处理车钟指令，并将处理后的速度指）来处理车钟指令，并将处理后的速度指令信号传送给调速器系统。令信号传送给调速器系统。第 48 页/共 49 页第四十九页，共50 页。50感谢您的观看(gunkn)。第 49 页/共 49 页第五十页，共50 页。