主推进动力装置第九章柴油机电子控制技术课件

《主推进动力装置》

第九章柴油机电子控制技术电控柴油机发展的时代背景简介传统柴油机的结构特点和缺点传统的柴油机是由调速器控制其喷油量，由凸轮控制其喷油定时、进排气、起动等过程，能使柴油机在额定工况下实现性能的优化。当柴油机的工况、海况、外界环境、燃油品质发生变化，凸轮轴磨损或者机械间隙改变导致喷油正时、喷油速率、配气正时、气阀时面值等参数偏离其设计的最佳值时，均会影响柴油机经济性能。传统柴油机在低负荷运行，由于燃烧性能不佳，会出现排放不能达到规定的排放标准。Chapter柴油机电子控制技术9.1电子控制柴油机原理和特点9.2瓦锡兰RT-flex柴油机9.3MANB&WME柴油机9.4第四节电子注油器9.5电子调速器第一节柴油机电控技术概述1.1柴油机与电控柴油机的定义1.2柴油机电控技术的发展历程及发展趋势1.3柴油机电控系统的组成与功能1.4柴油机电控系统的主要特点1.1电控柴油机的定义电控柴油机：燃油喷射系统由柴油机电控单元（ECU）控制，ECU对每个喷油器的喷油量、喷油时刻进行精确控制，使柴油机的燃油经济性和动力性达到最佳的平衡。船用柴油机电喷技术的主要内容排气阀开与关的定时控制；喷油定时及喷油量的控制；各缸起动阀的控制；主机正、倒车的控制；设置双套运行中可转换系统，确保运行可靠性。电子控制系统的组成1）运行模式控制系统；2）主机控制系统；3）主机工况监测与分析。与传统机型相比，电控柴油机有以下特点：1）取消了传统的凸轮轴系统2）采用共轨燃油喷射系统3）采用共轨液压伺服油系统4）采用气缸压力在线检测系统电控柴油机的结构特点

1.2柴油机电控技术的发展历程到目前为止，柴油机电控技术已经历了3代技术变化：第一代为凸轮压油、位置控制技术。该技术保留了传统柴油机供给系统的基本组成和结构，只是取消了机械控制部件（调速器等），增加了传感器、ECU、执行器等组成的控制系统，它执行器控制油泵齿条的位置，使控制精度和响应速度得以提高。其缺点是：响应速度慢，控制精度不够高，供油压力不能精确控制。第二代为凸轮压油、时间控制技术。该技术基本保留了传统燃油供给系统的组成和结构，通过高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。其缺点是：供油压力无法精确控制。第三代为共轨蓄压、电磁阀时间控制技术。高压共轨系统的特点突出：①高压共轨系统的燃油喷射压力独立于柴油机转速和负荷。②高压共轨系统对喷油时机和喷油量的控制非常自由。③高压共轨系统对喷油规律的调节能力很强。④高压共轨系统能够实现很高的燃油喷射压力。目前已达到160～200Mpa。⑤高压共轨系统适应性较强，可以用于多种柴油机机型。

1.3柴油机电控技术的发展趋势（1）高的喷射压力高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，缩短着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气排放。（2）独立的喷射压力控制若供油系统具有不依赖转速和负荷的喷射压力控制能力，就可选择最合适的喷射压力使喷射持续期、最佳着火延迟期，使柴油机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。（3）改善柴油机的燃油经济性高喷射压力、独立的喷射压力控制、小孔径喷油、较高的平均喷油压力等措施都能降低燃油消耗率，从而提高柴油机的燃油消耗经济性。（4）独立的燃油喷射正时控制喷射正时直接影响着柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量，决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度。（5）可变的预喷射控制能力预喷射可以降低颗粒排放，又不至增加NOX的排放，还可以改善柴油机冷启动性能、降低冷态工况下白烟的排放，降低噪声，改善低速扭矩。（6）最小油量的控制能力供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的小油量控制能力之间发生矛盾。当供油系统具有预喷射能力后，将能够使控制小油量的能力进一步提高。（7）快速断油能力电控柴油机喷油器上采用高速电磁阀开关就很容易实现快速断油。（8）降低驱动扭矩冲击载荷燃油喷射系统在很高的压力下工作，既增加了驱动系统所需要的平均扭矩，也加大了冲击载荷。燃油喷射系统对驱动系统平稳加载和卸载的能力，是一种衡量喷射系统的标准。

1.4柴油机电控系统的组成与功能1.柴油机电控系统的构成目前，常见柴油机电控系统的逻辑结构与其他大多数自动控制系统相近，主要由传感器、执行器和控制器三大部分构成。(1)传感器，电控柴油机一般有以下传感器：①进气温度和压力传感器。②曲轴信号传感器。③凸轮轴信号传感器。④冷却液温度传感器。⑤加速旋钮位置传感器。⑥废气再循环阀位置传感器。（2）执行器行器就是执行ECU的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。主要包括以下部件：①电控高压燃油设备。②废气再循环阀。③控制开关。④可调喷嘴增压器。

（3）控制器柴油机电控系统的电子控制器一般称为电控单元，也有称之为发动机控制模块，习惯上简称为ECU(ElectronicControlUnit)或ECM(EngineControlModule)。

ECU主要根据各传感器输入信号和内存程序，计算出供（喷）油量和供（喷）油开始时刻，并向执行元件发出执行令信号。①ECU的控制功能。②ECU的硬件。③ECU的软件系统。④ECU的标定与调试。1.4高压共轨系统的组成

电控共轨系统传感器电子控制单元ECU电控喷油器高压泵电控共轨喷油系统传感器

燃油蓄压+电磁阀时间控制

电子控制单元ECU共轨压力传感器燃油轨（共轨）高压泵电磁压力调节器电子控制单元ECU共轨压力传感器燃油轨（共轨）电控喷油器高压泵高压共轨系统的结构简图柴油机电控系统的功能JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute2、电喷共轨智能柴油机与传统柴油机结构上的区别传统的柴油机是由调速器控制其喷油量，由凸轮控制其喷油定时、进排气、起动等过程，能使柴油机在额定工况下实现性能的优化。当柴油机的工况、海况、外界环境、燃油品质发生变化，凸轮轴磨损或者机械间隙改变导致喷油正时、喷油速率、配气正时、气阀时面值等参数偏离其设计的最佳值时，均会影响柴油机经济性能。传统柴油机在低负荷运行，由于燃烧性能不佳，会出现排放不能达到规定的排放标准。1）传统柴油机的结构特点JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute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。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。采用了VEC装置，通过电子控制装置改变气阀正时，低负荷运行时使气阀升程适当减少，气缸压力适当提高。保证柴油机运行的经济性。

按负荷大小控制气缸套冷却：部分负荷时冷却水系统部分被旁通，保持运行中气缸套表面温度在露点以上，避免低负荷时缸套材料出现低温腐蚀。按负荷控制气缸滑油系统：使运行的发动机可根据负荷和运行状态获得最佳供油率。2）电喷共轨智能柴油机的结构特点

1.5柴油机电控系统的主要特点

（1）能够智能化地控制燃油喷射量和根据发动机的工作状况控制喷油提前角，有效地提高了发动机的燃料经济性、动力性和排放质量。（2）改善了发动机的调速特性，由电控单元控制代替了传统的离心式调速器，使转速控制更精确、更可靠。（3）提高了发动机的冷起动（低温起动）性能，电控单元可通过冷却液温度传感器或机油温度传感器确定发动机是否处于冷起动。（4）降低发动机的排烟。电控单元根据油门开度、水温、机油温度以及涡轮增压器的进气压力，精确地控制喷油量和喷油正时，使尾气排放更加理想化。（5）减少发动机排气污染。为了实现这一目标，提高了喷油器的制造精度，提高了燃油的喷射压力，提高了发动机各缸喷油量的一致性，可以在电磁阀的标牌上查到校准码，通过仪器向电控单元输入每个喷油器电磁阀的校准码。

（6）可通过程序实现对发动机的功率进行重新编程。对一定型号的柴油机，可以设计三种不同的功率状态。

（7）由于取消了机械调速器，减少了维修任务。（8）具有发动机的保护功能，当电控单元测知传感器的信号失控时，电控单元除了闪烁警告灯以提醒驾驶员注意外，同时减少喷油量，甚至使发动机熄火。（9）具有发动机自我诊断功能。电控单元对电控系统所有传感器、执行器、连接器及其线路的断路、短路、信号失真等故障，均可以进行连续性的监测，如发现电控系统有故障，便储存故障码，必要时可以启动安全保护功能；维修时则可通过仪器调取故障代码、数据流以及波形，以利于快捷维修。（10）提高了发动机运转稳定性、动力性和经济性。（11）适应性广。只要改变ECU的控制程序和数据，一种喷油泵就能广泛用在各种柴油机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统开发周期，并降低成本，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。第二节瓦锡兰RT-flex柴油机Wartsila柴油机发展历程

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(SulzerLtd.)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(NewSulzerDiesel，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(WartsilaDiesel)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(WArtsilaNSDCorporAtion)。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。JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute

RT-Flex低速智能柴油机简介一、Wasilia公司RT-Flex智能柴油机的开发历史1981年研发小组研发了电子控制的燃油喷射控制系统并在试验机上进行了2500小时试验;1990年3月开发了第二代电子控制系统并将其应用在缸径为540mm四冲程试验机上，该试验机是真正的无凸轮柴油机；最大的特色在于：燃油喷射、排气阀驱动、空气启动和气缸润滑由电子控制系统控制;1998年6月，公司开发出了基于共轨技术的第三代电子控制系统并应用在RT-flex试验机上，进行了2000运转小时的试验。2001年9月18日在一艘47590DWT散货船上首次安装了6RT-flex58T-B型柴油机，最大输出功率为11275kw，主机转速为93转/分。2）2001年，中波公司同上海船厂签订了建造四艘载重吨为3万吨的多用途重吊船的协议。在这些船上采用了SULZER7RT-flex60C共轨式柴油机，中波公司是世界范围内第二家选用这种型号柴油机的船东。在韩国建造的中海日照、中海威海轮使用SULZER8RT-flex96C柴油机。

2006年投入使用的11000TEU集装箱船“艾玛.马士基”,主机使用WARTSILA14RT-flex96C智能柴油机。该型柴油机是目前世界最大的智能柴油机。3）沪东重机于2005年5月制造出国内首台7RT-flex60C智能型柴油机，并研制了我国第一台电控柴油机。4）2006年11月，中海油运公司采用7RT-flex50C共轨式柴油机的“谭”字型船舶投入海上航行（目前已有4艘）。5）2008年，中远集团采用ME智能柴油机主机的10000TEU投入使用。6）2010年10月，江南船厂为中海集运公司建造的8艘4700TEU船舶在长兴岛开工，这些船舶采用RT-flex68C智能型柴油机；中海集运在韩国建造的几艘13000TEU船舶采用ME智能柴油机主机。7）中海货运公司的新造大型货轮（76000T)采用RT-flex智能型柴油机。JimeiUniversityMarineEngineeringInstituteRT-Flex智能柴油机的外观结构高压油泵与伺服油泵燃油与排气阀电子控制单元增压器JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute高压油泵RT-Flex60C智能柴油机排气阀驱动伺服油控制装置容积式燃油电子控制单元排气阀伺服油泵增压器应急鼓风机油泵驱动装置电控柴油机

RTflex-60c共轨

（CommonRail）柴油机的组成MechanicalFeaturesSupplyunitonFUEL-sideRailUnitincl.WECS-9500SupplyunitonEXH-sideAutomaticFilerCrankanglesensordrive(freeendside)RT-flex50WECS-9520,E95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）在主机自由端取消了传统的RTA型机的以下部件:排气阀驱动装置(VECDevice)、燃油泵(fuelpump);凸轮轴(camshaft);换向伺服马达(reversingservomotor);燃油连接(fuellinkage):燃油管路修改;伺服电机(actuator);燃油喷射时间控制的VIT装置;起动空气分配器(startairdistribution);凸轮轴驱动(camshaftdrive)。

取消传统柴油机和电控共轨型柴油机的区别取消取代的装置取代装置取代的装置如下:1）CommonRail装置，用来建立燃油压力;2）WECS-9500控制系统;3）伺服油系统(servooilsystem)：控制排气阀的操作;4）容积喷射控制单元(VolumetricInjectionControlUnit)：控制燃油的流量和喷射时间；5）燃油供给单元(supplyunit)取代原有的燃油泵，提供高压燃油，由液压伺服油泵提供动力液压油。传统机型与共轨柴油机比较Functionoffuelinjectionpump（一）、RT－flex柴油机的共轨系统JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute三、RT-Flex的重要部件的结构1、燃油系统工作过程：主机通过曲轴的旋转为燃油泵加压，使燃油压力达到1000Bar，接着燃油被送到CommonRail的管路里，再通过CommonRail里的容积喷射控制单元对燃油喷射进行控制。该控制单元由200Bar的伺服油驱动，而伺服油的触发信号来自于WECS-9500的气缸控制单元，气缸控制单元通过曲轴角度传感器测得曲轴位置和负荷，进行判断、计算。同时，考虑传动机械的延时，然后选择最佳时机进行燃油的喷射（最佳喷油正时、喷油量、使用喷油器数量）。

RT-FLEX智能柴油机共轨电喷系统图JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute

轮机员还可以通过主机的反馈信息，利用WECS的辅助单元对FQS和VIT进行重新设定。同时，WECS-9500也可以按照预设的曲线对不同负荷下的燃油喷射量，喷油时间进行自动控制。RT-flex的气缸的喷油器有3个，低负荷运行时，WECS-9500控制系统可以关闭其中的1个或2个喷油阀，减少喷油量，从而可以达到省油，减少废气排放的目的，同时还可以达到良好的低负荷运行特性。燃油泵（增压泵）和伺服油泵（液压油泵）SupplyUnit供油单元RT-flex60RT-flex58TJimeiUniversityMarineEngineeringInstitute由两组呈扇型布置，各由3个高压油泵组成排气阀驱动伺服油泵，共三个燃油蓄压缓冲器

高压燃油泵、伺服油泵图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-lobecams三角凸轮Supplyunitgearwheel供油单元齿轮Servooilpumpdrivegearwheelandpinions伺服油泵驱动齿轮和小齿轮2ndintermediateGearwheel次级中间齿轮CamshaftbearingCovers凸轮轴瓦盖DrawnforSize4尺寸4机型供油单元Fuelside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(600-900bar)，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Servooilside伺服油端:

伺服油泵把压力~80-190bar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。Fuelpumps燃油泵Servooilpumps

伺服油泵(图示为博士泵“Bosch”)FuelintermediateAccumulator燃油中间蓄压器ServooilcollectorBlock伺服油蓄压块Servooiloutlettorail伺服油出口Fueloutlettorail燃油出口2ndintermediateGearwheel次级中间齿轮Electricactuators电动执行器共轨泵燃油泵（共轨泵）机带柱塞泵JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute根据柴油负荷的大小，WES9500给出供油量大小的信号，当负荷较小时，油量减少，当负荷增加时，油量增加，保持燃油共轨管压力维持在1000bar。油门刻度伺服油供给泵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230bar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-RailUnitPiping共轨管系Fueloilrail共轨燃油管:燃油共轨管内是600-900bar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InjectionControlUnit(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。Servooilrail共轨伺服油管:伺服油共轨管内是通过6µm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ValveControlUnit(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。RailUnitPiping共轨管系Traceheating伴热管Servooilrail共轨伺服油Fueloilrail共轨燃油ICU喷射控制单元VCU排气阀控制单元Fueloverpressureregulatingvalve燃油超压调节阀Servooilreturnpipe伺服油回油管Fuelpressurereliefvalve安全阀RailUnitFuelRailPipe燃油共轨管燃油共轨管为一整段Theborehasashapeofa“peanut”.腰行孔例如RT-flex96CConnectingpiecebetweenfuelrailandICU燃油共轨管和ICU的连接块燃油喷射控制单元

VolumetricInjectionControlUnit

共轨阀:共轨阀组是由超快的(~1ms)电液电磁阀组组成的；共轨阀是高速响应的2位3通阀。每个缸都有4个共轨阀。其中3个是ICU上的预控阀，1个是VCU上预控阀。Flex50上ICU仅有2个共轨阀。

共轨阀JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute容积喷射控制单元来自Wes95000喷油器关闭控制信号，用于控制喷油器的喷射和喷油正时。来自伺服油泵的控制油将喷射油量的大小送至Wes95000电子控制单元.接高压油管ICU结构及工作原理ICUCross-Section剖面图ICU,WorkingPrinciple工作原理FuelrailServorailRailvalves共轨阀Injectioncontrolvalves喷射控制阀Fuelquantitypiston燃油油量活塞Fuelquantitysensor燃油油量传感器Fuelnozzles油头(Size4:Controlrail)©WärtsiläLand&SeaAcademy Page

65 Chapter20 15-Apr-25ICU,WorkingPrinciple工作原理FuelrailServorailRailvalvesInjectioncontrolvalvesFuelquantitypistonFuelquantitysensorFuelnozzlesFuelrailServorailRailvalvesInjectioncontrolvalvesFuelquantitypistonFuelquantitysensorFuelnozzlesFuelrailServorailRailvalvesInjectioncontrolvalvesFuelquantitypistonFuelquantitysensorFuelnozzles

InjectionFuelrailServorailRailvalvesInjectioncontrolvalvesFuelquantitypistonFuelquantitysensorFuelnozzles

InjectionFuelrailServorailRailvalvesInjectioncontrolvalvesFuelquantitypistonFuelquantitysensorFuelnozzlesReturn

FuelrailServorailRailvalvesInjectioncontrolvalvesFuelquantitypistonFuelquantitysensorFuelnozzles

Backtoreturnposition<<课堂作业：RT-flex柴油机的燃油喷射系统由哪几部分组成？它们各自的功用是什么？燃油共轨压力控制

主控模块MCM从气缸控制模块CCM接收主机转速信号和现时共轨上的压力信号，经运算处理后输出控制燃油泵执行机构的驱动信号，使得燃油泵输出的燃油压力达到现时柴油机转速所要求的压力。当共轨上的燃油压力高时，通过燃油压力控制释放阀，使其保持稳压；当安保系统检测到危及主机的故障信号时就使燃油速闭阀动作，把燃油排放掉。如果燃油泵驱动器发生故障，则通过弹簧连接在适当位置或移动到最高位置，变成定量泵，其余没有发生故障的燃油泵仍保持变量泵而受控。JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute2、排气阀控制系统SULZERRT-FLEX智能柴油机排气阀控制原理图工作过程：排气阀是由伺服油来驱动的，主机运行时，曲轴旋转带动伺服油泵加压伺服油，伺服油的压力大小由WECS-9500系统根据主机的负荷来决定，主机的负荷大，伺服油的压力也高，加压后的伺服油再去驱动排气阀伺服油单元，去打开或关闭废气阀。排气阀的打开和关闭时间(VEO、VEC)是按照WECS-9500系统的内部设定的曲线根据主机的转速自动调节。排气阀控制单元VCU传统的机械式气阀机构传统的液压式气阀传动机构1-凸轮轴；2-凸轮；3-顶头；4-顶杆；5-套筒；6-柱塞；7-安全阀；8-补油阀；9-油管；10-缓冲销；11-柱塞；12-套筒；13-活塞；14-气缸；15-卡环；16-簧板；17-气阀；18-转翼A-补油管；B-补油孔；C、D-油空间；M、N-气空间液压控制油压力控制

主控模块MCM采集控制油轨的伺服油压力信号，与给定值进行比较，若有偏差，通过CAN总线使各气缸控制模块CCM去控制伺服泵输出量，从而控制伺服油轨的压力。每个CCM都输出一个指令信号（PWM信号）给伺服泵内部的压力控制器，伺服油和控制油都是把润滑油再经过一次过滤后的滑油。排气阀控制单元

喷油控制单元

通过连接块把伺服油从共轨伺服油管供到2位3通阀(3/2wayvalve)。2位3通阀(3/2wayvalve)通过共轨阀(railvalve)控制。（同ICU工作原理一样）伺服油回油管有~2-3bar的背压，为了防止压力波动。

有一路主滑油通过止回阀供到VCU执行活塞上部（即排气阀液压管内），来补偿通过排气阀驱动上节流孔流失的滑油。

MainbearingoilSupply主滑油补偿Servooilreturn伺服油回油管Connectingelement连接块Railvalve共轨阀Toexhaustvalve到排气阀3/2wayvalve2位3通阀VCUcylinderandpistonVCU液压缸和活塞排气阀控制单元VCU(ValveControlUnit)RailValve共轨阀3/2wayvalve2位3通阀VCUpistonVCU活塞Servooilsupply伺服油供给Toexhaustvalvedrive到排气阀驱动Servooilreturn伺服油回油HP-hosesto/fromICU进回ICU高压软管VCU直接装在共轨伺服油管上。从排气阀驱动上壳体上节流孔溢流出的滑油，可以通过VCU内部的节流孔补偿到VCU上部（或排气阀液压管）排气阀控制单元VCU(ValveControlUnit)VCU,WorkingPrinciple工作原理ServorailRailvalve共轨阀Sliderod滑动阀芯Piston活塞Positionsensor排气阀位置传感器Springair空气弹簧Exhaustvalve排气阀*)internalfromservorailorexternalfromlubeoil从共轨伺服油管或者滑油管Oilsupply*)VCU,WorkingPrinciple工作原理ServorailRailvalve共轨阀Sliderod滑动阀芯Piston活塞Positionsensor排气阀位置传感器Springair空气弹簧Exhaustvalve排气阀*)internalfromservorailorexternalfromlubeoil从共轨伺服油管或者滑油管Oilsupply*)VCU,WorkingPrinciple工作原理ServorailRailvalve共轨阀Sliderod滑动阀芯Piston活塞Positionsensor排气阀位置传感器Springair空气弹簧Exhaustvalve排气阀*)internalfromservorailorexternalfromlubeoil从共轨伺服油管或者滑油管Oilsupply*)RTA-valvedrive与传统的RTA机排气阀比有以下不同点:为了减少伺服油容量，排气阀活塞通过双活塞来驱动。两个冗余的排气阀位置传感器用来监测排气阀运动。一个测量锥型块用于排气阀位置测量。空气弹簧活塞直接在上壳体内运动。碟形弹簧组是为了当空气弹簧空气低压时保证排气阀的开启位置。ExhaustValveDrive排气阀驱动Exhaustvalvespindle排气阀阀杆Airspringpiston空气弹簧活塞Measuringcone测量锥型块DoublepistonDrive双活塞驱动Damper缓冲器Discspringpackage碟形弹簧组Twoexhaustvalvestrokesensors排气阀位置传感器Oilinletfromexhaustvalveactuatorpipe进油口Orifice节流孔

Thrustpiece推力块JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute3个喷油器及高压油管排气阀液压油油管RT-Flex60c智能柴油机缸头层课堂作业：RT-flex柴油机的排气阀启闭是如何控制的？（二）WECS9500控制系统——电喷的核心WECS：Wartsilaenginecontrolsystem功能：燃油喷射、排气阀开闭及起动控制等，并用来控制燃油共轨和伺服油共轨的压力。硬件：功能模块（WECS9520只有一种模块-FCM20

模块）

CANopen总线、MODBUS总线1、WECS-9500控制系统的主要功能

（1）与柴油机相关的控制功能–燃油共轨压力（1000bar）控制；–用于排气阀驱动的伺服油压力（200bar）控制；–气缸润滑油控制。（2）与气缸相关的控制功能–容积燃油喷射控制(包括VIT)；–排气阀控制(包括VEO和VEC)；–起动阀控制（通过电磁阀控制接通各缸起动阀的起动空气）。注：VEO(variableexhaustvalveopen)VEC(variableexhaustvalveclosing)VEO和VEC是由WECS计算的，不能手动修改。2、WECS9500控制系统的组成·公共电子控制单元（COM-EU)

一机一套。负责与外部设备（如主机遥控系统、电子调速器、安保系统、监视与报警系统、燃油系统、伺服油系统等）的通信，并调控燃油共轨压力。·气缸电子控制单元（CYL-EU)

每缸一套。控制燃油喷射、排气阀定时和起动定时，并调控液压伺服油轨压力。辅助控制单元（WECSassistant）安装在集控室,包括一台电脑及WECS-CR装置，用来监测主机运行工况、修改程序和有关参数。曲柄角传感器各缸执行器的传感器燃油系统控制油系统伺服油系统气缸电子控制单元CYL-EU公共电子控制单元COM-EU曲柄转角传感器WECS-9500控制系统遥控遥控备份Com-eu选择器速度控制安全系统报警系统辅助装置WECSassistant电源传感器调节器JimeiUniversityMarineEngineeringInstituteWECS9500控制系统SulzerRT-flex机本身具有一套WECS-9500主机管理系统，它与主机遥控并不一样，它的主要作用：1）是对CommonRail的燃油压力、伺服油压力进行控制，2）与主机、气缸相关的功能的管理，其中包括主机的状态检测，一些参数的调整，来控制气缸的喷油时间、喷油量、排气时间，使主机工作在一种非常良好的工作状态，燃油的燃烧更加充分，3）另外，该系统还是主机与外界通信的窗口。它包括两个主控制模块MCM700（互为备用）和选择模块ASM10。主要作用：控制下列设备：

燃油泵、控制油泵、起动空气阀；与外部系统通信、对内部信号进行监测和传输。1)WECS-9500系统公共电子单元（COM-EU）2）气缸电子控制单元(CYL-EU)每个气缸配备一个控制单元，安装在CommonRail平台的下部；主要作用：它可以对气缸的起动空气提供、燃油喷射、排气阀的开闭在时间和数量上进行控制，即VIT、VEO、VEC等功能的控制。控制喷油的正时和使用个数气缸电子控制单元CYL-EU（在共轨平台的下方）曲轴转角传感器曲轴转角传感器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，它们产生精确的曲轴转角数字信号（分辨率为0.1°），传送到每个气缸控制模块，柴油机的喷油、排气和起动定时的控制均以其所测的信号为准。因此，对于柴油机的运行，它们是绝对不可缺少的，至少其中一个必须工作，如果两个都坏了的话柴油机连应急运行都不可能。曲柄角信号监视：对两个曲柄角信号和第一缸的TDC（上止点）信号进行相互比较，如果三个信号的差值不在允许范围内，则报警并实行SLOWDOWN或SHUTDOWN。如果有一个转角传感器损坏，可以将其切断，WECS系统依靠另一个传感器仍能继续工作。上止点传感器损坏主机仍能继续运行。

JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute

RT-flex

机型的优点与常规的RTA型主机相比，RT-flex机型具有如下优点：1、油耗低，维修费用少

RT-flex型主机通过CommonRail装置使燃油维持在较为优化的压力下，再通过主机管理系统WECS-9500控制系统控制燃油的喷油量及喷油时间，使其更加充分的燃烧，从而达到省油和减少维护的目的。2、无烟排放通过CommonRail及WECS-9500控制系统使燃油的燃烧较为充分，再加上WECS-9500控制系统对废气的排放时间的优化控制，使RT-flex机的废气中NOx的排放较低，更好的满足了IMO的废气排放要求。JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute3、良好的低转速运行特性

RT-flex机通过CommonRail装置对燃油压力的控制，低负荷时燃油依然保持高压，以及喷油嘴可以选择性关闭的功能，使主机可以在低速的情况下无烟的运行，最低的运行转速可以达到额定转速的10-12%，较适合在港口低速运行。4、冗余设计使系统更加可靠

燃油泵、伺服油泵、燃油管以及电子控制系统的冗余设计，使主机在损坏一台燃油泵或一台伺服油泵后，仍可满负荷工作，电气控制单元及总线的双套设计，使控制系统更加可靠。JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute5）采用电磁阀控制喷油，控制精度较高，高压油路中不会出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。6）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。7）取消了凸轮等大部件，减轻了主机的重量和体积，从而增加了柴油机的可靠性，降低制造成本，加大大修间隔，降低维修成本，并可延长寿命。喷油器数量的控制通常情况下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%rpmR1时低负荷时的操作第三节MAN公司ME柴油机JimeiUniversityMarineEngineeringInstitute1、1897年德国工程师鲁道夫，狄赛尔(RudolfDiesel)在MAN柴油机公司的奥格斯堡(Augsburg)工厂发明了世界上第一台柴油机。2、丹麦B&w公司成立于1846年，总部位于丹麦哥本哈根，是丹麦一家大型船厂和领先的柴油机生产商。1898年，鲁道夫，狄赛尔授权丹麦B&W公司(Burmeister&W&inA／S)生产柴油机。3、1971年丹麦B&w公司将船厂和柴油机制造分离为两个独立的公司，柴油机制造部分于1980年被德国曼恩集团收购，改名为MANB&W柴油机丹麦公司(MANB&WDieselA／S)。4、2006年，德国曼恩集团为了更好地整合其在德国、丹麦、法国、英国的柴油机业务，将MANB&W柴油机公司(MANB&WDieselAG-德国法律下注册)重组为MAN柴油机公司(MANDieselSE-欧盟法律下注册)。MANB&W柴油机发展历程ME柴油机实船应用1）1993年，MAN-B&W公司在试验机上进行了试运转。1998年，首台智能柴油机在挪威的BowCecil轮装船。2000年11月使用智能系统试航，并通过了DNV等船级社的认可。目前，MAN-B&W公司拥有ME系列共计约15种型号的智能柴油机。K系列已拥有14K108ME-C，转速：94r/mim

功率：

97300KW推出ME/ME-C/ME-GI双燃料智能柴油机。1998年，MAN-B&W公司的首台7S50ME—C

智能柴油机在挪威的BowCecil轮装船。

MANB&WME电控柴油机12K98ME-C–themostpowerfulengineordered:Bore: 980 mm Stroke: 2,660 mmSpeed: 104 r/min Output: 84,280 kWFuelcons: 346 ton/day Weight: 2,219 tonHeight: 14.6 m Length: 29 m在装配中的气缸头及共轨执行机构MAN-B&W公司传统机型MC：通过链轮、凸轮及凸轮轴控制喷油、排气阀和起动空气定时。

智能柴油机ME：

通过共轨燃油喷射系统和液压伺服油系统控制喷油、排气阀和起动空气定时。

液压油供应单元

MC高压油泵和链轮等ME燃油泵和伺服油单元

一、取消常规的MC-C主机部件：☆凸轮轴总成☆燃油、排气滚轮导套和换向机构☆常规的燃油泵和VIT系统☆电子调速器☆链轮箱☆应急操纵台☆起动空气分配器☆调节轴☆缸体操纵侧凸轮箱

取消凸轮轴总成包括凸轮轴、链轮、燃油凸轮、排气凸轮和示功凸轮

取消燃油、排气滚轮导套和换向装置

取消燃油泵包括燃油泵、VIT系统取消电子调速器

取消链轮箱取消应急操纵台

取消起动空气分配器

取消调节轴

二、ME-C主机的新式配置部件：☆液压动力单元（HPS）☆液压缸单元，电控的燃油喷射和排气定时系统（HCU）☆新式排气阀☆主机控制系统（ECS）☆主机本地操作板（LOP）

ME电控柴油机的共轨系统ME系列柴油机燃油及排气阀控制系统机带液压泵电动液压泵高压油泵排气阀执行器驱动齿轮ELVA阀ELFI阀滑油滑油共轨蓄压器ME主机的燃油喷射系统Thesystemprovides:Pressure,timing,rateshaping,main,pre-&post-injection200barhydraulicoil.CommonwithexhaustvalveactuatorLowpressurefuelsupplyFuelreturnPositionsensorMeasuringandlimitingdevice.Pressurebooster(800-900bar)InjectionELFIvalve

液压动力单元（HPS）

液压动力单元（HPS）HPS组成:两个电子驱动液压泵，主机起动时使用。三个机带泵，给HCU提供高压油。一个自清滤器，清洁进入液压系统的滑油一套高压油管HPS功能：在主机起动以及正常运转期间，给HCU提供足够高的液压油以完成燃油喷射及排气定时。

HPS自清滤器HPS液压块电动液压泵机带液压泵蓄压器高压油管链轮大齿轮轴向柱塞泵–BoschRexroth机带轴向柱塞泵（伺服油泵）柱塞泵流量调节原理：通过调整SwashPlate（冲击板）倾斜角度调整供油量自清滤器自清滤器单个滤芯过滤过程反冲洗工程

液压缸单元（HCU）

液压缸单元（HCU）

燃油促动泵排气促动泵隔膜蓄压器FIVA阀气缸注油器液压块液压缸单元（HCU）

燃油喷射供油单元排气阀控制单元

燃油泵、蓄压器、控制阀蓄压器、控制阀高压液压油进口放泄蓄压器燃油压力8BarFIVA比例阀滑阀式喷油器燃油柱塞液压活塞高压管燃油喷射系统第1阶段：燃油进入喷油泵比例电磁阀ELFI工作在下位ELFI燃油喷射的控制比例电磁阀ELFI工作在上位ELFI第2阶段：喷油泵排出高压油燃油喷射的控制ELVAon-offvalveExhaustvalveActuatorExhaustvalvespindleHighpressure

hydraulicoil–inletMembraneaccumulatorHydraulicpushrodTodrain液压驱动排气阀与电子控制排气阀动作原理FIVA阀排气阀促动器排气阀杆高压液压油进口隔膜蓄压器液压管排气系统自调整阻尼活塞锥形体非接触位置传感器滑油进口空气进口阻尼活塞排气阀滑油出口排气阀的控制双位电磁阀ELVA控制排气执行机构ELVAActuator排气阀油封位置传感器滑油进油管泄放管燃油喷射和排气阀液压控制原理调整泵冲程定位套冲程调整螺栓300bar系统油控制器注油信号感应开关，控制活塞运动，反馈信号喷射柱塞促动器活塞放泄油出口气缸套滑油喷射器出口ME主机ALPHA注油器起动空气系统MC-C主机ME-C主机主机控制系统（ECS）多功能控制器（MPC）主操作面板（MOP）ME柴油机电控系统主操作面板（MOP）主机本地操作板（LOP）ME-C电子控制箱集中布置多功能控制器（MPC）主机控制单元（ECUA&ECUB）气缸控制单元（CCU）1个/缸辅助控制单元ACU1，ACU2和ACU3主机连接控制单元（EICUA&EICUB）ECU用于对各个控制单元进行控制；CCU对每个气缸进行控制，包括燃油喷射、排气阀开闭、气缸注油和起动阀动作等；ACU对辅助鼓风机、液压动力单元进行控制及工况监测；EICU用于对主机与外部系统进行集中接口。EICU：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。CCU：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。1、主机接口控制单元EICU桥楼控制系统连接到EICU集控室操作面板连接到EICU本地控制板连接到ECU主机与外部系统进行集中接口2、主机控制单元ECU主机控制器核心3、辅助控制单元ACU4、气缸控制单元CCU3、辅助控制单元ACU自动模式1.辅助鼓风机在‘预起动’时起动2.主机运行后通过扫气压力控制：0.7bar时停止（有延时），0.4bar时起动3.主机停车后，辅助鼓风机继续运行15分钟（默认）辅助鼓风机控制3、辅助控制单元ACU液压泵的控制ACU1控制电动泵1ACU2控制电动泵2ACU1控制机带泵1ACU2控制机带泵2ACU3控制机带泵3一个泵是压力控制模式，另两个是随动模式4、气缸控制单元CCU通过FIVA控制燃油喷射和排气定时监测燃油促动泵柱塞位置监测排气阀杆位置控制起动阀控制注油器注油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。5、曲柄转角传感器课堂作业：MANB&WME系列柴油机的主要电子控制设备有哪些？.

目前世界上两种主流智能型大型低速船用柴油机的比较.W/SulzerRT-flex60CFuelOilCommonRailSystem.M/BTheMEEngineHydraulicOilLoop.Wartsila公司SulzerRT-flex系列柴油机采用的共轨系统，和MAN-B&W公司ME系列柴油机采用的电控燃油喷射系统，具有一定的差别：(1)油轨方面。

SulzerRT-flex机型的公共油轨有两个：一是20Mpa的滑油，它的作用是作为驱动排气阀、气缸起动阀和喷射控制装置伺服油；二是100Mpa的