船用智能型柴油机
一、 智能柴油机的发展背景
20世纪80年代末，智能控制在工业领域得到了迅速发展，船舶智能柴油机的概念也应运而生。90年代，随着人们对柴油机的可靠性、经济性和废气排放控制的日益关注，船舶智能柴油机进入了实质性研究与开发阶段。MAN-B&W公司和WARTSILA等大的船舶柴油机公司相继在实验室中开始了智能柴油机的研究。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Bow Cecil 轮装船，2000年11月使用智能系统试航，并通过了DNV等船级社认可。可预见的将来，智能柴油机在航海领域会得到广泛应用。 二、 智能柴油机的结构特点
智能柴油机与传统的机型相比，有以下特点：
1） 取消了传统的凸轮轴系统，利用电子计算机控制各缸的喷油定时和喷油量，排气阀定时，起动空气定时等。
2） 采用共轨燃油喷射系统，喷油泵向一共用的高压油管（共轨）中提供高压燃油，每缸有一个蓄压器，通过计算机控制系统控制喷油器。 3） 采用液压伺服油系统，使用柴油机系统滑油作为工作介质，驱动高压燃油、排气阀等机构。
4） 采用气缸压力在线检测系统，将各缸的压力及时输入计算机，确保各缸负荷均匀，同时不超负荷。
三、 双层杯智能控制系统的组成
1） 运行模式控制系统。主机包括排放控制模式、节油模式、主机保护模式、应急停/倒车的最优化等控制单元，可根据船舶航行的实际情况，由驾驶台或智能机自身控制系统选择所需要的运行模式。
2） 主机控制系统。主要包括气缸油量控制、喷油泵的控制（气缸压力测量与分析、Pmax的控制）、调速器的控制、排气阀的控制（压缩压力的控制）、增压系统的控制等单元、控制柴油机统的运行。
3） 主机工况监测分析。该系统自动采集主机的各种运行参数，并通过计算机控制使主机始终在最佳状态下运行。该系统包括：气缸状况检测（活塞环和气缸套的状况）、气缸压力的监测、扭振的监测等单元。
四、 智能柴油机燃油系统的运行特点（其它智能控制系统略）
燃油共轨系统不再采用传统的同步柱塞泵脉动供油原理，而是通过高压共轨轴蓄压，采用高速开关的电磁阀控制喷油过程。燃油由增压泵输送到油轨中，等待在允许的情况下由喷油器喷入燃烧室。共轨控制系统通过安装在柴油机上的曲轴角度位置传感器接收的曲轴实际状态信号，根据柴油机各缸的正常燃烧，即油泵和喷油器的控制全部由电子控制单元来
完成。
共轨控制系统输出控制信号的主要依据，可以是各种传感器对柴油机所测得的数据及对它们综合处理的结果，包括排烟温度、NOx丙酮回收排放量、压缩压力、爆炸压力等，所以燃油共轨系统能够有效的实现柴油机在全工况范围的性能最优化，从而达到满足排放要求条件，有较高的燃油经济性、灵活可靠的操纵性和更长的寿命。
电控共轨柴油机的优点
1) 燃油油耗低，经济性好。共轨系统中的喷油压力柔性可调，可对不同工况确定所需的最佳喷射压力，优化柴油机综合性能。供油定时和供油规律完全由高速响应的电磁阀控制，所以电控共轨燃油系统能够精确地控制喷油时间和喷油速率来控制燃烧过程，从而达到控制排气中的NOx量和提高经济性的目的。
2) 通过控制燃烧，能够同时满足排放和经济性对燃油系统的要求。机械式喷射系统，在燃烧的前期燃烧的速度快、放热率大、导致燃气温度高，从而使燃气的NOx量相对增加。如果采取减小喷油提前角来减低NOx，由于结构的限制，则整个燃烧过程较长，后燃严重，
从而导致柴油机的经济性降低。而共轨型柴油机一般提供两种操作模式。燃油经济性模式和低NOx模式。在一般航区航行，使用燃油经济性模式同时遵守国际海事组织（IMO）提出的NOx排放标准；在特殊区域航行，选择NOx模式，柴油机的排放将会符合特殊航区的NOx排放标准。此外，燃烧良好还可减小颗粒物排放。
3) 采用电磁阀控制喷油,其控制精确度较高,降压散高压油路中不会出现气泡和残余压力为零的现象,循环喷油量变小,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。
4) 具有集中监控各种参数的功能。采用电子喷射的大型低速柴油机的控制系统与目前的机舱监控系统和监测系统相适应，通过报警系统和各类传感器和计算机处理系统，使柴油机始终处于最优化状态。当可能发生故障时，系统会提前报警，并给出相应的维修计划，列出此维修所需要的工具、备件以及人力清单。
5) 部分负荷时运行性好，最低稳定转速。柴油机在低负荷运转时，能保持相当高的喷射压力，同时精确控制喷油量。以Sulzer 6RT-flex58T-B主机为例，其最低稳定转速可达10~12r/min，且柴油机在整个转速范围内均处于无烟状态。
6) 当外界条件变化时，共轨喷射系统能够根据外界条件柔性调整喷油时间、喷油持续时间及喷射压力，获得最佳喷射效果；能够适应迅速改变功率和转速等工况的要求。同时柔性控制喷油速率的变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射，既可降低NOx，又能降低曲轴的角加速率变化，保证优良的动力性和经济性。
7) 采用共轨系统的船舶大型低速柴油机，可省去传统柴油机的凸轮轴、传动装置、链条箱等，使柴油机的结构大大简化，运动部件减小，从而增加了柴油机的可靠性，同时使柴油机减小单位功率的重量和体积重量，降低制造成本，加大大修间隔，降低维修成本，并可延长寿命。
五、 目前两种主流智能型大型低速船用柴油机的比较
目前，世界各大船舶柴油机公司都在进行电子控制共轨系统柴油机的研究。在大缸径低速二冲程柴油机的研究方面，Wartsila, MAN-B&W两家大公司已经相继推出了配有电子控制的共轨柴油机，而且都已装船营运。Wartsila公司在Sulzer RT-flex 58T-B型柴油机上运用该系统。MAN-B&W 公司的电控共轨发动机称为智能柴油机，该公司研究的智能系统可将普通十字头低速柴油机改造成完全由计算机控制的柴油机。此外，三菱重工也对该项技术
特别重视，除了开发燃油喷射系统和排气阀驱动系统外，还在开发发电柴油机总体电子控制系统。以MAN B&W低速机为例，对同一种机型，ME-C机与MC机相比较（表1），在结构上具有如下特点：（1）机身高度不变，机座位置不变，安装尺寸不变；（2）辅助机械不变，排气侧位置不变，冷却系统不变；（3）机重有少量减小；（4）管路接头除了增加了滤器的反向冲洗接头外，其它未变；（5）由于控制网络及功能的增加，连线增加。
表1 MC机与ME机比较
| 冲程mm | 机重t | 机长mm |
10K910ME-C | 2300 | 1561 | 20050 |
10K90MC | 2550 | 1700 | 20288 |
| | | |
此外，ME机少了一些元件，如链条、链轮、链条箱、凸轮轴、高压油泵、排气驱动油泵和排气滚轮、排气执行装置、空气分配器、调速器、调节轴、机械式气缸注油器、机旁控制台。这些功能由以下部件替代：液压动力供应系统、液压缸组、柴油机控制系统（包括电控喷油、排气阀动作、燃油增加泵、起动和换向程序、调速器功能、辅助鼓风机）、凸轮轴位置感应系统、电控Alpha注油器以及机旁控制板。
Wartsila瑞士公司Sulzer RT-flex系列柴油机采用的共轨系统，和MAN B&W公司ME/ME-C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。Sulzer RT-flex机型的共用油轨有两个，一是20Mpa地理位置服务的滑油，它的作用是作为驱动排气阀、气缸超动阀和喷射控制装置伺服油；二是100Mpa的重油，它作为柴油机的燃料油，在油轨中等待喷射。而MAN B&W ME机型的公共油轨仅有一个20pa的滑油，它作动力油使用。油轨油压上的差别很大程度取决于油轨的密封技术，因此对油轨的管理就要区别对待。
2) 原始动力方面。RT-flex机型采用曲轴带动的复合凸轮来带动柱塞式油泵保持油轨中100Mpa的燃油油压，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机型用的是轴带轴向液压泵给油轨输入滑油（柴油机起动之前是用电动泵输入滑油）之后高压滑油再给共轨系统提供动力。
3) 高压油泵方面。RT-flex机型的高压油泵是柱塞式增压泵，和原来相比，变化不大而ME机型采用液压驱动式高压油泵。前者是凸轮的传动使燃油泵柱塞上下运动，后者是用高压滑油作为高压燃油的驱动动力。
4) 喷油控制方面。RT-flex机型在控制喷油时，是由控制系统发出信号给电磁阀，电磁阀的动作使伺服油的油路面变化，从而改变燃油的油路，完成喷射过程；ME型在控制喷油时，同样是控制系统发出控制信号给电磁阀，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。前者控制的信号是伺服油，后者控制的是动力油。
5) 燃油的来源方面。RT-flex幼儿园门禁机型燃油来自100Mpa的油轨中，ME机型的燃油是由给油泵供给的大约1Mpa的燃油。
6) 构造方面。由于上述两种机型的共轨系统在驱动动力和布局上有较多差异，也就决定了
Wartsila MSD 与MAN B&W这两大船用柴油机厂家的最新机型在结构和共轨系统的传动机械上有所不同。
六、 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上的管理，特别是在控制系统方面，对船上的轮机人员提出了更高的要求。电控共轨柴油机作为新一代产品，在维护管理上有其自己的特点，概括如下。
1) 保证滑油系统的清洁。由于有一部滑油用于控制系统的，对其清洁度有很高的要求。柴油机运转过程中，一定要注意对滑油滤器的维护管理，尤其是进入共轨系统之前的细滤器，应该特别注意它的状态，并按要求清洗。
2) 确保共轨油压管路的密封。共轨油压系统压力较高，在运行中一定是注意它的密封性是否良好。特别是进入喷油器的那段管路，要保证它的密封性，同时又要保证它的膨胀不是太大，以免对喷射雾化造成不良的影响。
3) 电磁阀。在共轨油压系统的控制元件中，电磁阀是一个很重要的元件，也是一个很容易
损坏的元件。如果滑油的清洁度不符合要求，会造成电磁阀的动作延迟或卡死，或者电磁阀磨损加剧，从而产生密封不好等系列的问题。另外，过电流还会造成电磁阀的烧坏。因此，日常管理中，要特别注意对电磁阀的维护保养。
4) 传感器。传感器是控制系统获取柴油机工作状况的主要途径。传感器损坏将会造成控制系统误动作，尤其是工作在恶劣的状况下的传感器，如测取柴油机各气缸温度和压力的传感器较容易脏污和损坏，应该予以特别关注。
5) NOx排放量控制。电控共轨柴油机在满足NOx的排放标准的情况下，必须充分提高其运行经济性。所以这就要求轮机管理人员能把握好一个度，以保证兼顾经济性和NOx的排放两方面的要求。
七、 实船应用共轨柴油机
过滤网篮
2001年，中波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。在这些新造船上采用了最新式的SULZER 7RT-Flex60C电喷式柴油机，也称作共轨式柴油机，作为船舶主机，是世界范围内第二家选用这种柴油机的船东。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议