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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大连远洋运输公司,船舶轮机新技术,共轨技术在船上的应用,大连远洋运输公司 郑连国,培训主要内容：,一、,Wartsila,柴油机发展历程,二、,Wartsila,智能柴油机（共轨）工作原理,三、,Wartsila,共轨柴油机在管理中应注意的事项,Wartsila,柴油机发展历程,瓦锡兰公司：瓦锡兰公司,(WartsilaCorporation),是全球领先的船用动力装,置及陆上电站设备的供货商和服务商，目前在全球,70,多个国家拥有,160,家,分支机构，总部位于芬兰赫尔辛基。世界船用中速机的领头羊 。,1,、,1834,年瓦锡兰公司在芬兰卡累利阿,(Karelia),成立时仅仅是个锯木厂，,1938,年开始进入柴油机领域。,2,、瑞士苏尔寿公司,(Sulzer Ltd.),成立于,1834,年，,1898,年开始与柴油机的发明者鲁道夫,.,狄赛尔合作生产柴油机。,1990,年苏尔寿将其柴油机业务剥离，成立新苏尔寿柴油机公司,(New SulzerDiesel,，,NSD),。后来新苏尔寿柴油机公司成为意大利芬坎蒂尼公司的子公司。,3,、,1997,年，瓦锡兰旗下的瓦锡兰柴油机公司,(Wartsila Diesel),与芬坎蒂尼公司旗下的大部分柴油机业务,(,包括新苏尔寿柴油机公司,),合并，成立瓦锡兰,NSD,公司,(WArtsila NSDCorporAtion),。,4,、,1997,年瓦锡兰合并新苏尔寿柴油机公司之后，在原苏尔寿品牌的,RTA,系列低速机的基础上，,2003,年推出智能型电控共轨,RT-flex,型机。,发展智能型柴油机的优势,何为智能型柴油机：,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。根据柴油机燃烧理论，主要是应用了电控技术，通过控制燃油喷射正时、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，,从而达到在满足最新排放要求下，提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。,优点：可靠性、经济性、满足排放要求、操作灵活性、延长使用寿命。,主要部件：供油单元、共轨单元（共轨油管、,ICU,、,VCU,、安全阀、减压阀等）、伺服油自清滤器、曲轴转角传感器、,E95,控制箱、,E90,控制箱。,二、,Wartsila,智能柴油机（共轨）工作原理,传统机型与共轨柴油机比较, Wrtsil Land & Sea AcademyPage,6,Chapter 20,14/09/2024,RT-flex,柴油机整机图, Wrtsil Land & Sea AcademyPage,7,Chapter 20,14/09/2024,Overview, RT-flex50 (Size 0),WECS-9520, E 95,气缸控制模块接线箱,供油单元,共轨单元,自清滤器,与集控室通讯连接箱（,E90,）在主机自由端,供油单元,供油单元直接通过曲轴带动。,伺服油泵通过各自的小齿轮带动，小齿轮传动轴上有一,“,机械易断点,”(,减少传动轴上某点直径,),，其目的是为了防止伺服油泵咬死时保护齿轮。,因为供油单元上燃油泵和伺服油泵都没有定时，所以它们仅仅起输送燃油和滑油作用，凸轮轴相对曲轴也没有一定的对应点。但是必须注意各凸轮之间有一定的排列。,Fuel side,油泵端,:,柱塞式油泵输送燃油到燃油共轨。为了保证共轨压力,(600 - 900 bar),，油泵流量由,WECS-9520,内设定压力信号，通过电动执行器调节。,Servo oil side,伺服油端,:,Dynex,丹尼斯伺服油泵通过高压油管把,100 - 200 bar,的伺服油输送到伺服油共轨。,燃油泵和伺服油泵数量由主机缸数而定。,Supply Unit,供油单元,RT-flex60,RT-flex58T,供油单元由曲轴通过两个中间齿轮传动。,凸轮轴上装有一排三角凸轮。,伺服油泵通过各自的小齿轮带动，小齿轮传动轴上有一,“,机械易断点,”(,减少传动轴上某点直径,),，为了当泵咬死时保护齿轮。 伺服油泵齿轮也是通过液压安装上去。,因为供油单元上燃油泵和伺服油泵都没有定时，所以它们仅仅起输送燃油和滑油作用，凸轮轴相对曲轴也没有一定的对应点。但是必须注意各凸轮之间有一定的排列。,3-lobe cams,三角凸轮,Supply unit gearwheel,供油单元齿轮,Servo oil,pump drive,gearwheel,and pinions,伺服油泵驱动,齿轮和小齿轮,2,nd,intermediate,Gearwheel,次级中间齿轮,Camshaft bearing,Covers,凸轮轴瓦盖,Supply Unit Drive,供油单元驱动,Drawn for Size 4,尺寸,4,机型供油单元,Fuel side,燃油端,:,柱塞式油泵输送燃油到燃油共轨。为了保证共轨压力,(600 - 900 bar),，油泵流量由,WECS-9520,内设定压力信号，通过电动执行器和连接杆系调节。,蓄压器上有两个出口，它通过两根高压油管连接到燃油共轨。,Servo oil side,伺服油端,:,伺服油泵由丹尼斯,Dynex,或者博士,Bosch,制造,它们把压力, 80 -190 bar,的伺服油输送到蓄压块。蓄压块上有两个出口，它们通过两根高压油管连接到伺服油共轨。,燃油泵和伺服油泵数量由主机缸数而定。,Fuel pumps,燃油泵,Servo oil pumps,伺服油泵,(,图示为博士泵 “,Bosch”),Fuel intermediate,Accumulator,燃油中间蓄压器,Servo oil collector,Block,伺服油蓄压块,Servo oil,outlet to rail,伺服油出口,Fuel outlet to rail,燃油出口,2,nd,intermediate,Gearwheel,次级中间齿轮,Electric actuators,电动执行器,Fuel pump regulating linkage,燃油泵调节杆,:,燃油泵调节杆通过,Woodward (ProAct IV),电动执行器动作。执行器接受从,WECS,发出的位置信号。每个执行器控制两个油泵（随着主机缸数不同执行器排列也不同）。,调节杆到顶撑杆上的扭矩通过两边扭转弹簧传递。如果某个油泵调节尺条卡住，相应的弹簧可以被压缩，可保证其它油泵调节杆仍可正常动作。,Electric fuel pump actuators,电动执行器,Local position,indication (0-10).,No load indicator !,刻度板显示,0-10,刻度,但不是负荷指示器！,Torsional springs,扭转弹簧,Fork lever,顶撑杆,Regulating Linkage,调节杆系,Additional spring to push the rack, in case of failure, to full position,当执行器失效时，该弹簧能把油门尺条推到最大位置。,伺服油供给泵,-Servo Oil Pump,“,Bosch,”,博士泵,Bosch,伺服油泵都是轴向斜盘式柱塞油泵。它们供油到蓄压块，再通过两根高压油管接到共轨伺服油管。,蓄压块上有个启跳压力为,230 bar,的安全阀。,伺服油泵数量根据主机缸数而定。如果某个油泵故障，主机仍能运行。,当主机反转时，伺服油泵的斜盘也需要翻转。,控制油用来翻转斜盘的位置。,共轨单元,-Rail Unit Piping,共轨管系,Fuel oil rail,共轨燃油管,:,燃油共轨管内是,600 -900 bar,的高压燃油，在主机运时由供油单元上,高压油泵供给。燃油共轨管内压力随着主机负荷变化。每个缸在共轨内装有相对应的 喷射控制单元,Injection Control Unit (ICU),。,ICUs,通过连结到伺服油管的高压软管内伺服油来动作。,WECS,控制,ICUs,的喷 射。共轨由伴热管系加热。,Servo oil rail,共轨伺服油管,:,伺服油共轨管内是通过,6 m,滤器过滤的压力为,80-190bar,的伺服油，由供油单元上伺服油泵供给。伺服油共轨管内压力随着主机负荷变化。,每个缸有个相应的排气阀控制单元,Valve Control Unit (VCU),。,WECS,通过,VCUs,控制排气阀动作。,新设计的共轨单元内简化高压管数量。,Rail Unit Piping,共轨管系, Size 0,Trace heating,伴热管,Servo oil rail,共轨伺服油,Fuel oil rail,共轨燃油,ICU,喷射控制单元,VCU,排气阀控制单元,Fuel overpressure regulating valve,燃油超压调节阀,Servo oil return pipe,伺服油回油管,Fuel pressure relief valve,安全阀,Rail Unit Piping,共轨管系, Size 0,Trace heating,伴热管,Servo oil rail,共轨伺服油,Fuel oil rail,共轨燃油,ICU,喷射控制单元,VCU,排气阀控制单元,Servo oil return pipe,伺服油回油管,Rail Unit Piping,共轨管系, Size 1 MK,I,Fuel,rail,燃油共轨管,:,燃油共轨管内是, 600 -900 bar,的高压燃油，在主机运行时，由供油单元上高压油泵供给。燃油共轨管内压力根据主机负荷变化。,每个缸在共轨内装有相对应的喷射控制单元,Injection Control Unit (ICU),。,ICUs,通过高压控制油来动作。,WECS,控制,ICUs,的喷射。,共轨由伴热管系加热。,ICUs,VCUs,Servo oil return pipe,Main bearing oil supply,Control oil supply rail,控制油进油管,Control oil return rail,控制油回油管,Fuel rail,Servo oil rail,Servo oil rail,伺服油共轨管,:,伺服油共轨管内是经过,(6-micron),过滤的，由供油单元供给的压力为, 80-190 bar,的伺服油。伺服共轨管内压力随着负荷变化。每缸在共轨内相应的装有个排气阀控制单元,Valve Control Unit / exhaust valve actuator (VCU),。,WECS,通过,VCUs,来控制排气阀的动作。,Rail Unit Piping,共轨管系, Size 1 MK,II,Additional return/leakage piping:,回油,/,泄漏管系：,燃油泄漏管,(,回到溢流柜,),伺服油回油总管,(,到曲轴箱,),伴热管,(,蒸汽或加热油,),Fuel system overpressure valves:,燃油超压阀：,SHD and overpressure regulating valve.,停车和超压调节阀。,超压调节阀开启压力大概为,1050 bar,。,SHD,停车阀由安保系统给出信号动作来释放共轨燃油压力。,(,燃油泄放到燃油增压泵前,),。,Safety valve,安全阀,.,启阀压力为,1250 bar,。燃油泄放到溢流柜。,Safety valve,安全阀,SHD and overpressure,regulating valve,停车阀和超压调节阀,Fuel leakage pipe,燃油泄漏管,Trace heating,伴热管,Servo oil return pipe,伺服油回油管,Fuel Rail Pipe,燃油共轨管,燃油共轨管为一整段,The bore has a shape of a “peanut”.,腰行孔,例如,RT-flex96C,Connecting piece between fuel rail and ICU,燃油共轨管和,ICU,的连接块,(fuel) Injection Control Unit (ICU),WECS-9520 control,Servo (control) oil supply 200 bar,ICU,结构及工作原理,ICU, Size 4,ICU, Size 3,Servo (control) oil side,伺服油（控制油）端,:,共轨阀控制伺服油进入控制油阀块。,Fuel side,燃油端,:,燃油控制阀通过控制油阀块内活塞动作。,每个油头有个相应的控制阀。,ICU,本体内是喷射油量活塞。为了保证油量传感器正常工作，,“Fuel Quantity Sensor”,燃油油量传感器在旁边温度较低的传感器壳体内。,控制和燃油端是完全分开的。但是两端的泄漏通过同一泄漏孔泄放。,Working principle,工作原理,:,每个,ICU,喷射控制单元由,2,或,3,个先导阀（共轨阀）控制燃油从共轨到油头的开关。每次燃油喷射，必要的喷射冲程和油量数据都有测量，然后在下次喷射时进行修正喷射。,Fuel quantity piston,油量活塞,Servo (control) oil side,Fuel side,燃油端,Rail valves,共轨阀,Fuel control valves,燃油控制阀,Fuel quantity sensor,油量传感器,Servo oil supply,伺服油供给,Servo oil return,回油,ICU,喷射控制单元,ICU Cross-Section,剖面图,ICU,Working Principle,工作原理,Fuel rail,Servo rail,Rail valves,共轨阀,Injection control valves,喷射控制阀,Fuel quantity piston,燃油油量活塞,Fuel quantity sensor,燃油油量,传感器,Fuel nozzles,油头,(Size 4:,Control rail), Wrtsil Land & Sea AcademyPage,27,Chapter 20,14/09/2024,ICU,Working Principle,工作原理,Fuel rail,Servo rail,Rail valves,Injection control valves,Fuel quantity piston,Fuel quantity sensor,Fuel nozzles,Fuel rail,Servo rail,Rail valves,Injection control valves,Fuel quantity piston,Fuel quantity sensor,Fuel nozzles,Fuel rail,Servo rail,Rail valves,Injection control valves,Fuel quantity piston,Fuel quantity sensor,Fuel nozzles,Injection,Fuel rail,Servo rail,Rail valves,Injection control valves,Fuel quantity piston,Fuel quantity sensor,Fuel nozzles,Injection,Fuel rail,Servo rail,Rail valves,Injection control valves,Fuel quantity piston,Fuel quantity sensor,Fuel nozzles,Return,Fuel rail,Servo rail,Rail valves,Injection control valves,Fuel quantity piston,Fuel quantity sensor,Fuel nozzles,Back to return position,显示,:,辅助鼓风机手动控制,.,/,鼓风机没有运行,在鼓风机自动状态下，只有当主机没有运行的时候，才能停掉鼓风机,.,在手动模式下，可以在任何时候停掉鼓风机,消音慢转失败和主机安保报警,对安保系统中的,SHD,进行复位,按一次触发越权,SHD,，再按一次取消越权,(,看红色,LED,显示,).,释放起动空气， 并且使主机在,正车,方向吹车，按多久吹车多久,慢转失败会显示在该面板上,.,再按一次对慢转失败进行复位,:,持续按,Ackn.,按钮超过,5,秒钟, WECS-9520,软件和一些重要的,IMO,检查信息会显示在屏幕上，直到按钮被再按一次,.,触发一次,慢转循环,.,共轨阀,:,共轨阀组是由超快的,(,1ms),电液电磁阀组组成的,.,考虑到很高的动作电流以及电磁阀铁芯的热负荷,所以该动作不能够超过,4.5ms.,这个,“,on”-time,会被,采样,并且由,WECS-9520,监测并且限制在,之内,.,共轨阀是双稳态的,即选定动作到一个位置，这个位置会一直持续到相反的命令从,WECS-9520,发出,.,在安装完或者更换这个双稳态电磁阀之后,其阀的位置,(,开还是关,),是不知道的,.,为了确保主机停车时，阀一直处于安全位置,“,没有喷油,”,和,“,排气阀关闭,”,位置,从,WECS-9520,会间隔一段时间,(,10S),送出,一个脉冲复位信号给共轨阀,共轨阀,曲轴角度检测,:,由于没有直接的机械的曲轴角度传感器为喷油和排气阀提供控制信息。所以通过电气的角度编码器来测量实际的曲轴角度是很有必要的,.,曲轴角度编码器可以通过,WECS-9520,提供完整的圆周角度,因此一旦送上电，就能够立即快速准确的显示当前实际的曲轴角度,.,两个角度编码器通过一跟带齿的皮带连接到一个特别设计的驱动轴上,.,这样的设计可以避免角度编码器轴向以及径向的移动，产生测量,误差,.,每个角度编码器从光学编码碟片上读取曲轴,角度并转换成数字位信号,.,FCM-20,模块通过,SSI bus,来读取这些数据,(Synchronous Serial Interface,Bus).,曲轴角度检测,为了同步,FCM-20,模块和,CA-sensors,之间的数据,每个,SSI,总线都拥有自己的,clock bus,而数据位则是通过,data bus,传送,.,倒数两个,FCM-20,模块是,clock bus masters,(e.g. #11 & #12 on a 12-cyl. RT-flex).,I.e. FCM-20,#(,倒数第二块,),提供时钟脉冲信号给,1,号传感器和,1,号总线上的其他模块,. FCM-20 #(,最后一块,),提供脉冲信号给,2,号传感器和,2,号总线上的其他模块,.,从,CA,sensors,过来的信号在,FCM-20,内部都会处理并且监测是否有错误,.,角度编码器的数值会和飞轮端,TDC,传感器读取的脉冲信号相比较,.,如果,TDC,的信号不在角度编码器的信号,0,的一定范围内， 那么一个,common failure,或者,critical failure,(,主机停车,),会由,WECS-9520,触发,(,取决于偏差角度,).,最终的曲轴角度是根据角度编码器测量的数值来进行计算的，最终被用来确定曲轴角度，主机转速和转向,。,曲轴角度检测,通常的操作,在活塞到达,TDC,之前的几度, FCM-20,模块会考虑到,VIT,和,FQS,，计算出正确的喷油角度,然后会给出一个,deadtime,用来补偿从控制系统给出喷油指令到喷油真正开始的时间差 。,deadtime,是在喷油循环中， 通过比较喷油指令给出，到燃油数量传感器开始动作，这段时间里测量到的。 燃油数量传感器还提供了一个喷油量的反馈用来和燃油指令作比较,.,喷油的开始和结束指令都是由,FCM-20,模块触发的,.,喷油控制,:,(volumetric injection control),每一个缸上的,FCM-20,模块通过处理曲轴角度信号和从控制系统接受到的燃油指令来独立计算出自己的喷油定时。,喷油控制,低负荷时的操作,:,在主机运转在低负荷时,WECS-9520,会切断每个气缸,3,个油头中的,2,个或者,1,个,.,这样做是为了降低可视废气排放以及节油的考虑,.,在喷油过程中，所喷射的燃油压力只能由其峰值压力后所控制,.,喷射相同量的燃油，一个油头所需要的时间要比两个油头的时间长,更长的喷油时间会增大燃油喷射面积，并且该燃油的喷射压力是可控的，因此改善了雾化效果达到了理想的燃烧条件,.,单个油头控制,为了降低缸套的热负荷,被激活的油头会每,20,分钟循环的换一次,.,不同气缸的油头互换会间隔,10S,开始一次，以避免因所有缸同时换油头，由于新工作油头温度低而导致排放不好,.,单个油头的控制,通常情况下,3,油头同时使用,为降低排放而连续的切换油头,低速低排放时的操作,2,个油头工作,1,个油头工作,低于,12% rpm R1,时低负荷时的操作,从开启排气阀指令发出到阀杆开始动作,.,这段时间称之为,opening deadtime,.,这个,deadtime,会通过稍微提前一点点触发排气阀电磁阀，来补偿来自液压和机械系统的时间延时,.,以上的都是模拟量,排气阀关闭角度,是由,FCM-20,模块计算和控制的，包括,VEC,: “,可变排气阀关闭角度,”,和,closing deadtime,.,排气阀控制,VEO, VEC:,VEC,该功能是在传统的,RTA84T-B/D,主机上的概念,:,VEC:,可变排气阀关闭角度,当喷油角度提前时，通过调节压缩压力来使 燃烧比,(P,max,/ P,compr,),在一个可以接受的范围内,.,VEO:,可变排气阀开启角度,通过在高速时提早开启排气阀，保持废气压力反冲力保持常压，来提高燃油经济性并减少活塞下方沉积物。,VEC,VEO,VEC,和,VEO,是由,WECS-9520,计算出来的，并且不可以通过手动来改变,!,VEO, VEC,FQS, VIT:,这些功能在传统的,RTA,机型上就已经应用,:,FQS:,燃油品质设定,手动补偿喷油定时,VIT:,可变喷油定时,提前,/,滞后 喷油,是根据主机在特定负荷下， 对燃油消耗及排放,NO,x,emission,进行优化后的角度,.,不同于,RTA,主机, RT-flex,喷油角度不再和,爆炸压力,相关,(,提前喷油提前角,= “+”,滞后,= “-”),而是和,曲轴角度,(CA),0,- 360,之间有关系,.,因此,一个提前的喷油角度或者,FQS,设定,更高的爆炸压力, (,例如,+1.0,根据,RTA,原理,),现在是,-1.0,就会有更早的喷油角度,(,例如,2,代替了,3 CA).,FQS, VIT,FQS, VIT:,RT-flex,机的,VIT,角度计算是根据,RPM,扫气压力,和,(,新,),燃油共轨压力,.,第,3,个参数是 用来补偿不同的共轨油压导致不同的喷油定时,.,更高的油压会导致更早的喷油角度，以及更高的爆炸压力,P,max,.,因此，随着油压的上升，喷油角度会相应的略有滞后,.,VIT A,VIT,B,VIT C,FQS, VIT,Fuel Rail pressure at CMCR,起动,在备车的时候，燃油执行器会根据现有的在燃油共轨里的油压来做出响应，在非常低共轨压力下，执行器会根据,WECS-9520,参数而给出,95100%,的输出,.,WECS-9520,监测燃油共轨压力并且燃油共轨压力达到最低要求，主机就开始发火。,起动空气会在主机达到一个特定转速之后，切断，这个特定转速是在,RCS,系统里设置的,.,燃油压力控制,主机运行,2,个传感器提供了燃油共轨压力的实时压力数据,.,为了更快的响应动态油压的管理,任何对于速度控制的燃油指令的改变，都会被同时作为反馈传送到控制回路。,FCM-20 #3,或者,FCM-20 #4,计算出所需的油压并且给出信号到油泵的执行机构。,(4-20 mA,信号范围,).,油泵提升燃油共轨压力是通过 中间燃油蓄压器,.,最终的共轨里面的油压是由供给的油的数量以及
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