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ELVA on-off valveELVA on-off valveExhaust valve Exhaust valve ActuatorActuatorExhaust valveExhaust valveTo dTo drainrainHigh pressureHigh pressure hydraulic oilhydraulic oil-inletinletMembraneMembraneaccumulatoraccumulatorHydraulicHydraulic push rodpush rod排气阀的控制排气阀的控制ELVA on-off valveExhaust valve1伺服油共轨装置伺服油共轨装置控制控制燃油喷射、排气阀启闭燃油喷射、排气阀启闭伺服油共轨装置控制燃油喷射、排气阀启闭2装配中的共轨驱动机构装配中的共轨驱动机构装配中的共轨驱动机构3液压气缸单元液压气缸单元(Hydraulic Cylinder Unit,HCU)液压气缸单元(Hydraulic Cylinder Unit4单缸伺服控制装置单缸伺服控制装置三个储压器三个储压器单缸伺服控制装置三个储压器5MCMC与与MEME起动空气控制比较起动空气控制比较 MCMC柴油机柴油机 MEME柴油机柴油机 泄放管泄放管泄放管泄放管 引导空气引导空气引导空气引导空气 电磁阀电磁阀电磁阀电磁阀 来自传来自传来自传来自传 感器感器感器感器MC与ME起动空气控制比较 MC柴油机 6曲柄位置传感器和设置在飞轮处的转速传感器等是曲柄位置传感器和设置在飞轮处的转速传感器等是控制系统获取柴油机工作状况的主要途径。控制系统获取柴油机工作状况的主要途径。曲柄位置传感器和设置在飞轮处的转速传感器等是控制系统获取柴油7Tacho systemAngle encodersTSA-ATSA-B4001-A4002-A4003-A4004-A4001-B4002-B4003-B4004-BECUs+CCUs90 deg ATDC0 deg (TDC 1)45 deg ATDCAngle encoder AAngle encoder BTacho systemAngle encoders4008曲轴角度编码器有8个磁感应探头,分成两组A与B。A组中两个为检测转速和方向,另两个为标记位检测,一个放在0位,另一个放在90位上。B组也用两个探头检测转速和方向,其它两个为标记位,但与A组的标记位相差45,一个放在45位上,另一个放在135位上。曲轴自由端驱动一个磁性半圆环转动、标记位上的探头就会有输出电动势变化,若输出高电平为“1”,低电平为“0”,则可作出曲轴位置角度与四个探头的输出的电平高低的变化表。用于检测转速的两个探头是正交的,在时间上相差90(1/4周期)。这两组信号通过转速角度测量系统处理后送到主机控制单元(ECU)和气缸控制单元(CCU),从而推算出气缸活塞的位置,做出相应控制和操作。曲轴角度编码器有8个磁感应探头,分成两组A与B。912K98ME-C 主机的角度编码器12K98ME-C 主机的角度编码器10TDCFuel index calculationNetwork transmissionInjection preparationInjection startangle trigInjection controlSpeed measurement in ECUSpeed measurement in CCUExhaust valve openExhaust valveopen delayExhaust valveclose delayExhaust valve close preparationExhaust valve open preparationExhaust valve open angle trigExhaust valve close angle trigInjectionTDCFuel index calculationNetwo11船用电控柴油机课件12EICU:接受来自驾驶台、集控室控制屏和MOP输出的相关控制信号,并与外部系统进行通信。然后通过内部网络实现对ECU、ACU和CCU的控制。2个EICU互为热备用且具有标准通信接口。MOP:位于集控室,实现ME主机主要操纵功能的人机界面。通过它,主机遥控系统可以实现对主机的各种操纵。一般为2块,互为热态备用。ME主机的电控系统主机的电控系统ECU:主要起调速器作用,对主机的各种控制信号必须通过这两个控制单元并由它输出指令给各个ACU和CCU,从而实现对主机的控制。2个单元互为热备用。当2个同时故障时,即使通过LOP,ME主机也无法起动运行。EICU:接受来自驾驶台、集控室控制屏和MOP输出的相关控制13CCU:每缸1个。主要功能是对主机各缸的排气阀、燃油升压器、气缸起动阀及气缸油注油器进行相关的控制。ACU:3个。主要用来控制辅助风机、燃油泵、液压泵等,使共轨保持所需压力有自动和手动两种工作模式。Engine Control SystemCCU:每缸1个。主要功能是对主机各缸的排气阀、燃油升压器、14FIVA:Fuel Injection Valve Actuation Proportional valve for fuel injct.ON/OFF for exhaust operation.Fuel plunger position 4-20 mA feedback,only for monitoringExh.valve spindle position 4-20 mA feedback used in valve controlStarting air valve,starting sequence identical to MC engineCylinder lubricator ON/OFF valve,feedrate controlled by injection frequencyOne CCU for every cylinderCylinder Control Unit CCU返回返回FIVA:Fuel Injection Valve Act15The blowers are starting one by one,to prevent overload of electrical systemIn AUTO mode:The blowers are started at Prepare Start At engine running they are controlled by the scavenge air pressure,stop at 0.7 bar(time delay),start at 0.4 bar.At engine stop they will continue running for default 15 min.In Manual mode:Controlled by the operatorAuxiliary Control Unit,ACU Blower controlThe blowers are starting one b16ECU AECU BElectrical pumps 1&2 are controlled by ACU 1&2Engine driven pumps 1,2&3 are controlled by ACU 1,2&3,one is in pressure control mode,two are in follow mode.The control is modulated,based on the pressure setpoint and the actual hydraulic pressure.Engine driven pumps 4&5 are the same type as 1,2&3 but are controlled digitally by ECU A&B,either maximum AHEAD or maximum ASTERN.If the engine is equipped with 4 or 5 engine driven pumps,ECU A&B are not 100%redundantAuxiliary Control Unit ACU Pump controlECU AECU BElectrical pumps 1&17Engine Control System Tacho System 主机的自由端安装有曲柄转角传感器(双套)和测速探头,飞轮端也有测速探头,ECU所需的相关信号参数由它们提供。主机的许多控制必须在获取曲柄转角信号的基础上才能实现,如各缸的供油、排气阀的启闭定时等。如果此测量单元故障,ME主机也就无法启动。Engine Control System Tac18Main Operating Panel MOPMain Operating Panel MOP19Local Operating Panel(LOP)with telegraphLocal Operating Panel(LOP)wi20LOP:当两个EICU都发生故障或两个MOP都失效时,驾控和集控都无法对主机进行控制和操作,在这种情况下通过LOP来实现对两个互为备用的ECU的控制,进而控制CCU,最终实现对主机的操纵和控制。LOP:当两个EICU都发生故障或两个MOP都失效时,驾控和21每个缸有一个电子控制箱(CCU)每个缸有一个电子控制箱(CCU)22ME-C电子控制箱集中布置电子控制箱集中布置船用电控柴油机课件23LOP:当两个EICU都发生故障或两个MOP都失效时,驾控和集控都无法对主机进行控制和操作,在这种情况下通过LOP来实现对两个互为备用的ECU的控制,进而控制CCU,最终实现对主机的操纵和控制。LOP:当两个EICU都发生故障或两个MOP都失效时,驾控和24电控共轨柴油机的优点电控共轨柴油机的优点1、燃油油耗低,、燃油油耗低,经济性好性好 共共轨系系统中中的的喷油油压力力柔柔性性可可调,可可对不不同同工工况况确确定定所所需需的的最最佳佳喷射射压力力,优化化柴柴油油机机综合合性性能能。供供油油定定时和和供供油油规律律完完全全由由高高速速响响应的的电磁磁阀控控制制,所所以以电控控共共轨燃燃油油系系统能能够精精确确地地控控制制喷油油时间和和喷油油速速率率来来控控制制燃燃烧过程程,从从而而达到控制排气中的达到控制排气中的NOX量和提高量和提高经济性的目的。性的目的。2、通通过控控制制燃燃烧,能能够同同时满足足排排放放和和经济性性对燃油系燃油系统的要求的要求 两种操作模式两种操作模式:燃油燃油经济性模式和低性模式和低NOx模式。模式。在在一一般般航航区区航航行行,使使用用燃燃油油经济性性模模式式,同同时遵遵守守IMO规定定的的NOx排排放放标准准;在在特特殊殊航航区区航航行行,选择NOx模模式式,柴柴油油机机的的排排放放符符合合特特殊殊航航区区的的NOx排排放放标准准。此此外外,燃燃烧良良好好还可可减减少少颗粒物排放。粒物排放。电控共轨柴油机的优点1、燃油油耗低,经济性好25电控共轨柴油机的优点电控共轨柴油机的优点3 3、采用电磁阀控制喷油、采用电磁阀控制喷油 控控制制精精度度较较高高;热热力力参参数数相相当当均均衡衡;机机械械负负荷荷和和热热负荷低;柴油机内部机械作用力、扭矩和振动较小。负荷低;柴油机内部机械作用力、扭矩和振动较小。4 4、具有集中监控各种参数的功能、具有集中监控各种参数的功能 在可能发生故障时,系统会提前报警,给出相应的在可能发生故障时,系统会提前报警,给出相应的维修计划,列出此维修所需要的工具、备件以及人力清维修计划,列出此维修所需要的工具、备件以及人力清单。单。5 5、部分负荷时运行性好,最低稳定转速低、部分负荷时运行性好,最低稳定转速低 如如Sulzer 6RT-flex58T-B主机的最低主机的最低稳定定转速可达速可达1012r/min,且柴油机在整个,且柴油机在整个转速范速范围内均内均处于无烟于无烟工作状工作状态。电控共轨柴油机的优点3、采用电磁阀控制喷油 26电控共轨柴油机的优点电控共轨柴油机的优点电控共轨柴油机的优点27电控共轨柴油机的优点电控共轨柴油机的优点6 6、能够根据外界条件的变化及时调整参数、能够根据外界条件的变化及时调整参数 当外界条件变化时,系统能柔性地调整喷油定时、喷当外界条件变化时,系统能柔性地调整喷油定时、喷油持续时间、喷油速率及喷射压力,获得最佳喷射效果。系油持续时间、喷油速率及喷射压力,获得最佳喷射效果。系统容易实现预喷射和多次喷射,既可降低统容易实现预喷射和多次喷射,既可降低NONOX X,又能降低曲,又能降低曲轴的角加速度变化,保证优良的动力性和经济性。轴的角加速度变化,保证优良的动力性和经济性。7 7、减少单位功率的重量和体积重量、减少单位功率的重量和体积重量 使使柴柴油油机机的的结结构构大大大大简简化化,运运动动部部件件减减少少,从从而而增增加加了了柴柴油油机机的的可可靠靠性性,同同时时减减少少了了单单位位功功率率的的重重量量和和体体积积重重量量,可可以以降降低低制制造造成成本本、增增加加大大修修间间隔隔、降降低低维维修修成成本本并并可延长寿命。可延长寿命。电控共轨柴油机的优点6、能够根据外界条件的变化及时调整参数28SulzerRT-flex系列和系列和ME/ME-C系列柴油机的比系列柴油机的比较 油轨油轨:油轨的管理要区别对待 Sulzer RT-flex机型公共油轨有两个:一是20MPa的滑油,作为驱动喷射泵、排气阀的伺服油;二是100MPa的燃油。MAN-B&W ME机型 公共油轨仅有一个,20MPa的滑油作为动力油使用。SulzerRT-flex系列和ME/ME-C系列柴油机的比29SulzerRT-flexSulzerRT-flex系列和系列和ME/ME-CME/ME-C系列柴油机的比较系列柴油机的比较 原始动原始动力力RT-flex机型1、曲轴带动的复合凸轮带动柱塞式油泵保持油轨中100MPa的燃油油压。2、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20MPa的油压。ME机型用轴带轴向液压泵(柴油机起动之前是用电动泵)给油轨输入滑油,之后高压滑油再给共轨系统提供动力。SulzerRT-flex系列和ME/ME-C系列柴油机的比30SulzerRT-flexSulzerRT-flex系列和系列和ME/ME-CME/ME-C系列柴油机的比较系列柴油机的比较 高压油泵高压油泵RT-flex机型高压油泵是传统的柱塞式增压泵。高压油至油轨,燃油轨电磁阀控制的仅是喷射阀。ME机型采用液压驱动式高压油泵。采用200bar滑油作为高压燃油的驱动动力,进高压 油 泵 的 燃 油 轨 压 为1MPa,高压油泵产生的是2000bar高压油。SulzerRT-flex系列和ME/ME-C系列柴油机的比31SulzerRT-flexSulzerRT-flex系列和系列和ME/ME-CME/ME-C系列柴油机的比较系列柴油机的比较 喷油控制RT-flex机型控制系统发出信号给电磁阀,电磁阀动作使伺服油的油路变化,从而改变燃油的油路,完成喷射过程;系统控制的是伺服油。ME机型在控制喷油时,同样是控制系统发出信号给电磁阀,电磁阀改变伺服油后,再由伺服油驱动油泵使燃油增压,完成喷射过程;控制的是动力油。SulzerRT-flex系列和ME/ME-C系列柴油机的比32SulzerRT-flexSulzerRT-flex系列和系列和ME/ME-CME/ME-C系列柴油机比较系列柴油机比较 燃油的来源燃油的来源 RT-flex机型燃油来自1000bar的油轨。ME机型燃油是由独立的供油单元(齿轮泵)供给的大约810bar的燃油。SulzerRT-flex系列和ME/ME-C系列柴油机比较33SulzerRT-flexSulzerRT-flex系列和系列和ME/ME-CME/ME-C系列柴油机的比较系列柴油机的比较 构造方方面面 由由于于两两种种机机型型的的共共轨轨系系统统在在驱驱动动动动力力和和布布局局上上有有较较多多差差异异,也也就就决决定定了了 Wartsila与与 MAN-B&W这这两两大大船船用用柴柴油油机机厂厂家家的的最最新新机机型型在在结结构构和和共共轨轨系系统的传动机械上有所不同统的传动机械上有所不同。SulzerRT-flex系列和ME/ME-C系列柴油机的比34共轨柴油机运行管理要点共轨柴油机运行管理要点 对共轨柴油机的管理更要对共轨柴油机的管理更要注重技术上的管理注重技术上的管理,特特别是在控制系统方面别是在控制系统方面,对轮机管理人员提出了更高的,对轮机管理人员提出了更高的要求。要求。维护管理上的特点包括:维护管理上的特点包括:1、保证滑油系统的清洁。、保证滑油系统的清洁。2、确保共轨油压管路的密封。、确保共轨油压管路的密封。3、要特别注意对电磁阀的维护保养。、要特别注意对电磁阀的维护保养。4、关关注注传传感感器器,尤尤其其要要关关注注测测取取柴柴油油机机各各气气缸缸温温度度和和压压力力的传感器(较容易脏污和损坏)。的传感器(较容易脏污和损坏)。5、NOX排排放放量量控控制制。电电控控共共轨轨柴柴油油机机在在满满足足NOX的的排排放放标标准准的的情情况况下下,必必须须充充分分提提高高其其运运行行经经济济性性。以以保保证证兼兼顾顾经经济性和济性和NOX排放两方面的要求。排放两方面的要求。共轨柴油机运行管理要点 对共轨柴油机的管理更要注重技术35实船应用电喷柴油机实船应用电喷柴油机对管理人员要求提高对管理人员要求提高 大大量量应应用用电电脑脑技技术术,对对船船舶舶管管理理人人员员提提出出了了更更高高的的要要求求。如如果果不不懂懂电电脑脑将将很很难难胜胜任任有有关关职职务务;特特别别当当系系统统发发生生故故障障时时,较较难难判判别别这这是是电电脑脑系系统统故障还是其它机械故障。故障还是其它机械故障。电气元件存在缺陷电气元件存在缺陷 系系统统中中较较多多使使用用电电磁磁阀阀且且动动作作频频繁繁,不不少少电电子子元元器器件件处处于于高高温温、振振动动等等环环境境中中长长期期工工作作,损损坏概率高,将导致意外停车事故增多。坏概率高,将导致意外停车事故增多。实船应用电喷柴油机对管理人员要求提高36改改 进进 措措 施施1 1、油泵、油泵:油轨的给油泵全部用电动机提供动力,给油泵的转速:油轨的给油泵全部用电动机提供动力,给油泵的转速不再受主机的影响,这样更容易控制。不再受主机的影响,这样更容易控制。2 2、独独立立系系统统:把把共共轨轨系系统统的的伺伺服服油油设设计计成成一一个个独独立立的的系系统统,增增加加一一套套滑滑油油的的冷冷却却、净净化化等等机机械械,将将会会使使共共轨轨系系统统的的管管理理更更加加方便。方便。3 3、换换气气优优化化:电电控控共共轨轨柴柴油油机机仅仅把把排排气气阀阀作作了了优优化化控控制制,对对于于进进气气、扫扫气气未未进进行行优优化化,所所以以整整个个换换气气过过程程还还未未达达到到最最优优化化。控控制制各各缸缸进进气气的的压压力力、温温度度、流流量量,必必将将更更有有利利于于柴柴油油机机性性能能的提高。的提高。4 4、传传感感器器和和新新型型的的电电磁磁阀阀:用用于于采采集集信信号号的的传传感感器器灵灵敏敏性性有有一一定定的的局局限限,且且会会受受到到外外界界振振动动、噪噪音音的的干干扰扰。为为了了更更好好监监测测柴柴油机的运行工况,必须加大对新型传感器和新型电磁阀的研发。油机的运行工况,必须加大对新型传感器和新型电磁阀的研发。5 5、采采用用先先进进的的控控制制模模式式与与提提高高控控制制软软件件的的功功能能。建建立立完完备备的的诊诊断与报警系统。断与报警系统。6 6、提高整个喷油系统的可靠性,降低制造成本、提高整个喷油系统的可靠性,降低制造成本。改 进 措 施1、油泵:油轨的给油泵全部用电动机提供动力,给37从柴油机技术发展的历程来看,从柴油机技术发展的历程来看,其经历了高压油泵的其经历了高压油泵的应用、涡轮增压技术和电子控制技术三次飞跃应用、涡轮增压技术和电子控制技术三次飞跃,其中,其中以以电子控制技术的发展影响最大电子控制技术的发展影响最大。随着柴油机应用电。随着柴油机应用电子技术的不断发展,燃油共轨喷射系统将会广泛应用子技术的不断发展,燃油共轨喷射系统将会广泛应用于船舶大型低速柴油机,使于船舶大型低速柴油机,使排放量符合公约的要求排放量符合公约的要求,且进一步改善船舶柴油机的且进一步改善船舶柴油机的经济性和可靠性经济性和可靠性。未来的未来的船舶推进动力装置,智能化程度将会越来越高,以减船舶推进动力装置,智能化程度将会越来越高,以减轻轮机管理人员的劳动强度和减少船上人员配备。所轻轮机管理人员的劳动强度和减少船上人员配备。所以,电控柴油机极有可能完全取代传统的船用柴油机以,电控柴油机极有可能完全取代传统的船用柴油机。结结 论论从柴油机技术发展的历程来看,其经历了高压油泵的应用、涡轮增压38
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