船用电喷柴油机控制系统

的是船舶航向自动操舵仪，随之航迹保持器。到了上个世纪80年月未，引入船舶主机，形成了智能型柴油机概念。由于人们对船舶牢靠性、经济性和废气排放掌握的日益关注，90年月各大1993MANB&W公司研制出试验机，在试验室中运转。1998年首台智能型柴油机安装在挪威的BowCecil轮上。2023年11月使用智能系统船舶主机进展试航，并通过了DNV等船级社认可，2023MANB&W公司正式推出了电子掌握的MEWartsila1998年首先推出了共轨式全电子掌握的智能型柴油机SulzerRT-flex燃油喷射系统，该系统实现了无凸轮命。本章先重点介绍智能型柴油机掌握系统的根本构造和工作原理，然后介绍SulzerRT-flex型MANB&WME系列智能型柴油机掌握系统。第一节船用柴油灵巧能掌握根本原理一、概述智能掌握引入船舶主机掌握系统是从智能调速器开头的，它把船舶主机现时的排烟中的含氧偏差大小，再综合现时的排烟温度、增压器的压力、含氧量等来打算燃油量，使其充分燃烧，到达经济性要求。但是，影响船舶柴油机燃油的燃烧充分与否的因素很多，不仅与增压器压力的大而且不同柴油机转速下，它们也是不相等的。所以，当时智能型调速器就达不到减排高效目的，Wartsila公司首先提出共轨技术，在传统的SulzerRTA型柴油机上取消了废气排气阀驱动装置〔exhaustvalvedriver〔fuelpump〔t〔倒车〔reversingr、燃油连接fuele、起动空气安排器trdistribution〕和凸轮轴驱动tdrive〕等机构。CommonRail〔共轨〕装置，用来建立燃油压力，承受液压掌握气阀启、闭操作，容积〔olumetricInjectionControlt〔fuelsupplyunit〕取代原有的燃油泵来供给高压燃油，由液压伺服油泵供给动力液压油，RT-flex型智 示。14-1-1能柴油机构造示意图，如图14-1-1二、智能型柴油机的共轨技术机共轨技术。图14-1-2为瑞士Wartsila公司研制的SulzerRT-flex型船用低速柴油机电子掌握共轨技术系统。从图14-1-2中可以观察，该系统取消了凸轮轴装置对其喷油和排气掌握，取而代之的是WECS9500掌握系统，它给各缸的气缸掌握单元〔CCU〕发送燃油喷射掌握信号，气缸的〔一次性喷射，脉冲性喷射〕以及喷射油头的个数。排气阀的掌握是由WECS9500掌握系统发出指令给各缸掌握单元〔U，U去驱动排气阀使之排气；而柴油机的起动也是由WECS9500掌握系统依据曲柄角度传感器送来起动阀也是承受电动控制电磁轨技术系统示意图为共轨技术，只不过各大柴油机制造商所承受的压力不同而已。象瑞士Wartsila公司的SulzerRT-flex1000barMANB&WME7-8bar低压燃油压力，它需进展二次增压后才能喷射。三、智能型柴油机掌握系统的组成和主要功能1．智能型柴油机掌握系统组成油机的智能掌握系统主要由以下各局部组成：运行模式选择程序它主要由低排放掌握模式、燃油经济性模式、主机运行保护模式、应急停/倒车的最优化等模式模式。主机掌握系统它主要由气缸喷射油量的掌握、燃油泵的掌握、气缸的压力测量与分析、最大功率Pmax

掌握、排气阀的掌握、压缩压力的掌握、增压系统的掌握等单元组成，它掌握了柴油机各系统运行。主机工况监测、分析与治理主机工况监测、分析与治理应能自动采集主机的各种运行参数，并通过计算机掌握，使主机始终运行在最正确状态，它主要由活塞环或气缸套的工况监测、气缸压力监测、扭力和振动的监测以及柴油灵巧能治理等单元组成。所示。14-1-3综上所述，智能型柴油机掌握系统的组成可用拓扑图表示，如图14-1-32．智能型柴油机的主要功能率最高，排放最低，处理结果对柴油机的燃油喷射系统、电子调速系统、增压系统、排气阀系机在寿命期限内到达最大效率。它主要完成柴油机各工况监测，记录历史数据，对其进展分析，检测出磨损量，推测出检修、更换备件的时间表，同时，还能对备件进展治理，少件或缺件自动机进展全方位治理。最终，由于检测参数多，执行机构也多，用单台计算机处理掌握无法满足适进展交换和传递相关信息，正如每个气缸的掌握处理单元〔CCU〕与主掌握处理器〔MCU〕是通过网络总线来联系的。智能柴油机的掌握系统构造示意图如图14-1-414-1-5是智能柴油机的掌握系统方框图。由图1414可见，集控室可用多台电脑与现场总线〔双总线制互为备用，柴油机由两个主机掌握单元〔EU〕掌握，它们之间也是互为备用，一个单元在运行工作，另一个处于热备用，通过集主机掌握器〔EU〕接收到该车令后依据传感器〔S〕检测回来的柴油机现时状态信息进展处理，然后，按处理结果形成指令，通过总线送到各缸的．掌握器U，对本缸的燃油喷射掌握、排气阀掌握、起动阀掌握、特定气缸的气缸注油器掌握等。14-1-4智能柴油机的掌握系统构造示意图等。智能柴油机的掌握系统方框图开发智能型柴油机的公司很多，主要有：美国卡特彼勒〔HEUI系统〔博世〕RebertBoseh公司，意大利〔菲亚特〕t集团t系统，日本电装公司〔DZ系统，英国公司〔dieselsystem〕Wartsila公司〔RT-flex系统〕和MANB&W公司〔ME系统〕低速柴油机。我国船上所承受的比较典型的是Wartsila公司的RT-flex系统和MANB&W公司的ME系统，后面两节将对这两个系统分别作介绍。由于各公司进展技术保密，只能以及各现场传感器、执行器的作用，一旦这些单元发生故障，能够排解这些故障。RT-flex柴油灵巧能掌握系统一、WECS-9500掌握系统Wartsila公司的RT-flex型智能柴油机掌握系统的核心单元是WECS-9500，它的构造原理框图，如图1421142-1〔MU〔LU〕〔COM-EU〕接收外界的信号，如主机遥控系统，调速器，安保系统，人机界面，掌握油系统，燃油系统，液压伺服系统等信号，然后进展程序处理，把处理的结果送到各气缸掌握器〔CCU〕,由其再去掌握燃油系统的执行器、液压伺服系统的执行器等进展相应调整，使柴油机完成相应功能，到达最正确运行状态。WECS-9500掌握系统不仅取代了传统柴油机上凸轮轴相关的机械零部件的功能，而且能对燃油喷射、排气阀动作、柴油机的起动、换向、停车和气缸润滑等功能的全电子化敏捷掌握。通过对对主机的运行状况进展实时监测，并与船上的其它掌握系统、报警系统连接，将主机的运行状况CommonRail负责对外界系统的通WECS-950014-2-1WECS-9500掌握系统各功能单元的作用(１)公共电子掌握单元〔COM-EU〕它包括两个主掌握模块MCM，它们互为备用，一个MCM工作，另一个处于热备用状态，由外部的选择开关发信号给选择模块ASM，ASM模块依据选择开关的信号确定哪个模块处于工作，哪个处于热备用。MCM的主要作用是对CommonRail中的油压掌握、主起动阀的掌握以及与其它系统通信，并对主机内部信号进展检测和传输。气缸电子掌握单元〔CYL-EU〕每个气缸都装配一个气缸电子掌握单元〔U，它安装在nl平台的下部，它供给对气缸的起动空气阀的启、闭进展掌握，燃油喷射、废〔排〕VITVEOVEC和数量上进展掌握，即．曲柄轴角度传感器〔CrankAngleSensor〕它用于准确测量曲柄轴位置，该信号送到CEU，从而推算出气缸的活塞位置，便于对气缸的喷油和排气的时间掌握。各缸执行器的传感器用于检测各电磁阀，液压伺服油缸的工作状态。WECS的关心掌握单元〔WECSassistant〕它安装在集控室，由一台计算机和一台MAPEX-CR的掌握装置组成。这套装置作用是：显示主机的一些参数进展设定。参数设定可分为两组，一组为操作人员，无需密码进入设定，例如，最大油耗限制、磨合模式、修改VIT、FQS等的参数，转变喷油的起始角度，排气阀的关闭角度等如RT-flex些特别的参数检测，数据分析，治理修理，备件治理等，其中包括MAPEX-TP〔气缸磨损检测XR〔活塞运行牢靠性检测，XR〔燃烧牢靠检测，XV〔扭矩/轴向振动检测X-M〔备件和修理〕等，用户可依据自己的要求来选择这些功能〔全部或局部。WECS-9500掌握系统的通信功能：与主机遥控系统的通信全部主机的运行命令如正车、换向、倒车等，依据操作人员所操车钟要求形成指令送给S9500公共模块MU度等信号也会传送给主机遥控系统。与船舶报警系统通信WECS-9500掌握系统检测到主机故障信号时，会发给船舶报警系统进展报警、打印、记录或发出减速、停车信号给安保系统。WECS-9500报警信号可分为次要报警信号和重要报警信号，如封缸报警信号为重要报警信号。与转速掌握器的通信主机调速器是独立的一局部，WECS-9500掌握系统接到主机调速器的一个燃油指令信号，主控模块mU〕〔U定值。假设调速器发生故障，仍可手动调整燃油命令信号，此时，主机处于备用模式运行，在该模式下，对于可变螺距的主机而言，为了防止主机超速，应把螺旋桨设为定螺距运行。与选择器的通信与识别器进展信号交换，确定哪一个主控模块处于运行状态，哪一个处于热备用状态。与安全保护系统的通信WECS-9500个检测开关，当系统中某个部位或子系统发生不正常的泄漏，就能检测出来。对各传感器的工作状态监控是推断传感器送出的信号是否越过上、下限值，假设超出测量范围，说明传感器工作不正常，此信号不行信，同时也显示一个测量误差信号。由于掌握单元〔U，对这两个曲柄轴角度编码器的信号进展比较，消灭偏差超限，说明编码器不WECS关心掌握器进展补偿和校正。二、WECS-9500系统中的公共电子单元〔COM-EU〕图14-2-2是WECS-9500系统中的公共电子单元的方框图，其中有一个模式识别模块ASM10，是由集控室中的选择器来选中某一个主控板〔MCM 700〕为运行板，另一个为备用板，该信号通过ASM10识别选中其中一个块作为运行板，另一个为备用板，例如以MCM7001号为运行板，2号就成热备用板。这时运行主控板MCM700就与驾驶台或集控室的外界系统通信，依据成命令传输给每个缸的气缸掌握器，进展相应掌握操作，同时，识别模块ASM10发出指令给燃油泵执行驱动器，使燃油泵工作；识别模块也发出指令使掌握油泵工作。选中的主控板依据车钟指令也直接对起动空气阀进展掌握．公共电子单元的方框图三、气缸掌握单元〔CYL-EU〕图14-2-3是WECS-9500〔CCM〕和阀件掌握信号放大驱动模块〔VDM〕组成。当气缸掌握模块CCM从CAN总线上与主掌握模块MCM做出适时信号，然后通过设定的程序进展计算处理，对各燃油喷射阀、废气排放阀、起动进气阀和液压伺服油泵的执行器进展控气缸掌握单元的方框图四、智能型柴油机燃油系统的掌握由于智能型柴油机燃油是承受共轨系统，所以，就有共轨燃油压力掌握和各缸喷射油量的掌握。14-2-4SulzerRT-flex14-2-4可见，主控模块MCM从气缸掌握模块CCM接收柴油机转速信号和现时共轨上的压力信号，然后通过内保持稳压；当安保系统检测到危及主机的故障信号时就发出关闭燃油信号，使燃油速闭阀动作，SulzerRT-flex14-2-4图14-2-5为SulzerRT-flex智能型柴油机的燃油喷射量掌握原理图。在非喷射燃油时间段内，气缸掌握模块CCM不发出喷射燃油信号，三个电磁阀无电，掌握伺服油不能进入喷射掌握阀的信号端，喷射掌握阀下位通，共轨管路中的1000bar的燃油通过三个喷射掌握阀下位，进入燃油喷射量油缸中，掌握好量油缸中活塞位置，就量好了该气缸燃油喷射量的大小。燃油喷射量是主控模块MCM通过比较速度掌握器中的喷射油量和燃油指令信号的要求推算出的。当CCM依据曲柄轴编码器送来的曲柄角度信号和VIT，就可计算出喷射初始角，到达喷射初始角时刻CCM给VDM发喷油指令，使共轨电磁阀通电〔这三个电磁阀是否同时通电，取决当时柴油机的负荷和转速，如：低速、低负荷时，只需一个电磁阀工作，即一个油嘴工作油消灭在喷射掌握阀的信号端，使其上位通，这时共轴管路的燃油被堵塞，量油缸中1000bar燃油再通过活塞驱动，形成更高压，通过喷油嘴喷入气缸进展雾化燃烧。由于各阀件启、闭是需要时间的，为了准确定时喷油，需要计算出延时时间，通常把触发信号发出时刻到有效喷射的时喷射系统还可以采集三个喷射阀的开启时间来监测每次的循环，以至于保证不混乱。假设的燃油指令信号，进展定量喷射。MCM油量传感器损环了，掌握系统将取代主掌握器．RT-flex14-2-5五、液压伺服油压力掌握图14-2-6为SulzerRT-flex智能型柴油机液压掌握油压力掌握原理图。主掌握模块MCM采集掌握油轨的伺服油的压力信号，与给定值200bar比较，假设消灭偏差，通过CAN总线使各气缸掌握模块CCM去掌握伺服泵输出量，从而掌握伺服油轨的压力。每个气缸掌握器CCM都输出一个指令信号给伺服泵内部的压力掌握器，通常该掌握信号是一个脉宽调制信号〔1～2.5A，C，其频率为60～100Hz路系统装了一个安全阀，还安装两个压力传感器，把共轨伺服掌握油压力信号送到主控模块MCM。掌握油系统除了安装安全阀外，还装了一个稳压阀，保持掌握油压力不SulzerRT-flex智能型柴油机液压掌握油压力掌握原理图六、排气阀的掌握14-2-7SulzerRT-flex智能型柴油机的排气阀掌握原理图。气缸掌握模块CCM依据曲柄轴角度编码器的信号和〔排气阀开启把4bar的液压油增压推入排气阀的上油室，阀芯下移进展排气，同时，排气阀移动的位置由两个冗余设计位置传感器进展监测，反响给气缸掌握模块CCM，监视排气阀是否开启。假设一个位置传感器损环，另一个传感器可连续使用，这时会给出报警信号。假设两个位置传感器都损坏，CCM内部的固定动作程序仍旧保持有效，排气阀仍能工作。同样，CCM发出排气指令到排气阀翻开，也有延时，称其为排气动作滞后时间。计算开启动作滞后时间是以阀的0～15%的行程为终止，计算关闭动作滞后时间是以阀的100%～15%的阀行程为终止。每个动作滞后时间都可通过之前的动作滞后时间来调校下一个循环的动作滞后时间，这样，就可准确定时对排气阀翻开〔VEO〕和关闭〔VEC〕掌握。14-2-7图七、柴油机的转速掌握RPMReagularCmdGainMeasuredCCMFuel FconsumptionuacrossCANCaneBus LiSulzerRT-flex智能型柴油机的转速掌握是由一个独立于WECS9500掌握系统的转速掌握器来完成的。图14-2-8为该机型的转速掌握原理框图。转速掌握接收到车钟的转速命令之后，与现时采集回来的主机转速进展比较，得到一个偏差值，转速掌握器依据偏差值的大小、现时主机负荷状态等综合计算出需要供给多少燃油的命令给WESC-9500RPMReagularCmdGainMeasuredCCMFuel FconsumptionuacrossCANCaneBus Limiters&Compression&scalingActuatorHCULoadfeedback4-20mAInRjePctMionvalveacorssFuelConsumptionVDUFeedbackActuatorLoadfeedbackpositionacrossCAN油机的转速掌握原理图SulzerRT-flex14-2-8 图以上介绍了SulzerRT-flex智能型柴油机掌握系统的主要硬件原理，软件局部是它们的核心，属于技术保密，无从介绍国内对这个核心技术的研发也在起步阶段，也属于保密阶段，资料甚少再加篇幅有限，其软件的流程图和操作界面请参阅该机型的操作说明书。MANB&WME柴油灵巧能掌握系统MANB&W公司的ME系列智能型柴油机也是承受共轨技术，但是燃油共轨管路的压力为低压7-8bar，伺服油的压力为200bar，都属于低压力系统，能比较有效防止漏油。这样在机械构造上与Wartsila型柴油机的共轨系统示意图，ME14-3-1油增压到7-8bar，送到各个气缸的二次增压器进展喷射前的再增压，使压力到达喷射压力，而液压伺服油是由主滑油泵送来的滑油通过二次过滤〔6um驱动增压泵，增压到200bar送到阀箱，通过掌握各缸的电磁阀，使伺服油分别进入各缸排气阀的液压缸单元进展排气操作和进入各缸燃油增压的液压缸单元进展增压喷油操作。ME系列智能型柴油机的共轨系统示意图同样，ME系列柴油机也有燃油喷射、排气阀、起停和换向等掌握。它也是承受计算机直接掌握系统，如图14-3-2所示。与常规计算机掌握系统相像，有输入通道：它有开关量信号，模拟量信号〔有电压信号±10V，电流信号4～20mA，有脉冲信号〔曲柄轴角度编码脉冲信号〕等输入±V电〔4～20mA〕下位机进展网络通信，人机界面有一个专用通道。系列柴油机计算机掌握系统硬件示意图图14-3-2ME系列柴油机的智能掌握系统一、ME在集控室有系列柴油机的智能掌握系统。ME14-3-3为和两个并联冗余的掌握面板〔实现人机信息与B两个并联冗余的主机信息掌握单元A。这两个主机信息掌握单元也与驾驶台上的操作显示面板进展信息交换，在机舱里交换它与集控室中的主机信息掌握与冗余设计的双总线相连接，B，和有两个主机掌握单元A进展信息交换CCU以U单元〔〕3〔通信．ME14-3-31．主机信息掌握单元〔EICU〕在集控室的操作台中，上面有两个操作界面〔P态，一旦运行中操作界面发生故障，它能自动切换到另一台备用机上。它接收驾驶台上操作信息14-3-4〕与外部系统通信示意图。它与上位机的主机功率治理系统、EICU为主机信息掌握单元〔．WECS-9500掌握系统相像，这里不重述。14-3-42．主机掌握单元〔ECU〕主机掌握单元〔ECU〕是ME系列柴油灵巧能掌握器的核心，它治理着三个关心掌握单元和各缸掌握单元〔U，并对其进展监控，同时，接收现场传感器送来的信号和机旁操作板的操作指令，对ACU、CCU下达指令，实现主机换向、起动、喷油、排气、停车等一系列操作，使主机各运行状态到达最正确运行状态，为了安全牢靠，它可直接掌握备用泵的起、停运行。3．关心掌握单元〔ACU〕关心掌握单元〔ACU〕是对燃油泵、润滑泵和关心鼓风机进展起、停掌握，使其共轨管路中保持所要求的压力。它有自动掌握模式和手动掌握模式。在自动掌握模式下，各台关心鼓风机是根0.4bar时，就按“起动挨次”起动关心鼓风机，当扫气箱中压力到达0.7bar时，就依次停顿这些鼓风机，其停顿是按扫气压力逐一减台的，即：大于等于0.7bar时，先延时停一台鼓风机，当扫气压力小于0.7bar，大于0.4bar，就不再停其次台，假设停了一台鼓风机，扫气压力还是大于0.7bar时就停顿其次台，以此类推，起动正好相反，以0.4bar为起动值，当主机停车时，关心鼓风机将连续运行15分钟后才停机，在手动操作模式下，由操作人员掌握。4．气缸掌握单元〔CCU〕每个气缸都有一个独立的气缸掌握单元〔U，它接收曲柄轴自由端安装的曲柄轴角度编码器的脉冲信号，由此计算出本气缸活塞位置和工作进程状态。同时，接收主机转速传感器信息，计算出活塞的运行速度信号。还采集了燃油增压活塞和废气排气阀的位置信号。再依据ECU发来的指令进展综合处理，去掌握主机各缸的起动、停车、喷油、排气等操作。本系统与RT-flex机型有所区分，它的燃油喷射承受模拟量掌握，而排气阀掌握是承受开关量掌握的。对于燃油喷射是承受比例阀，而对排气掌握是承受开关量的开启/关闭。两者不会混乱，由于燃油喷射时间段与排气阀开启时间段是不会重合在一起的，所以，它承受了一个三位三14-3-5所示。燃油喷射和排气阀液压操作原理CCUFIVA的比例阀〔图中未画出〕SulzerRT-flex机型不同，它是靠掌握燃SulerRT-flexCCU就使得右端有信号，右位通，高压动力就进入排气阀执行器