SEAWAY技术：柴油机电子控制技术【叁】完！

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MAN B&W ME柴油机

一、MAN B&W ME 结构介绍

作为世界上最大品牌的大型低速二冲程柴油机开发商，MAN B&W公司早在1993年就开始研制电子控制式柴油机，在不断地研制和完善软硬件的基础上，于2003年，MAN B&W公司以其最成功的MC系列柴油机为原型机，开发出全电子控制式的ME系列柴油机。目前，可以提供从50～108 cm各种缸径15种型号的ME柴油机。

与传统的MC系列柴油机相比，ME系列柴油机取消了原来的许多机械控制设备，如凸轮轴、链轮传动机构、VIT、VEC等，而代之以新的电子控制设备，这里主要包括液压动力供给单元（HPS）、液压缸套单元（HCU）、柴油机控制系统（ECS）、曲轴位置传感器系统（Tacho System）。ME柴油机的液压系统如图6-31所示，由自清式精滤器、电动液压泵和机带液压泵组成。主要是用来提供足够的动力用于驱动燃油喷射、排气阀的启闭及气缸润滑。在柴油机起动前，用电动液压泵供给系统17.5MPa的液压油用来起动主机；在柴油机起动之后，则由机带的轴向柱塞泵向系统供给压力为20 MPa的驱动油。当柴油机转速达到15%MCR时，两台电动液压泵会自动停止。

由于ME系列柴油机的燃油喷射系统取消了凸轮轴，利用电磁控制燃油的喷射正时、喷油量、喷油压力和喷油速率。可以在许多不同的喷油模式下工作。通过不同的喷油模式，可以在许多不同的喷油模式下工作。通过不同的喷油模式，可以实现降低油耗、减少排放等效果。同时，柴油机的喷油雾化效果和柴油机的负荷，即柴油机的转速没有任何关系，在任何负荷状况下，柴油机都能保证最好的雾化状况，能明显改善柴油机低负荷工况。

ME型柴油机的控制系统包括一组多功能控制器，见图6-30，和信号状态装置。

控制器的功能简述如下：

EICU

柴油机接口控制单元处理与外部系统的接口。

ECU

柴油机控制装置实现柴油机的控制功能：柴油机速度，运行模式和起动顺序。

ACU

辅助控制单元控制泵的液压动力供应单元和辅助鼓风机。

CCU

气缸控制单元控制FIVA（电子燃油喷射）和（电子控制排气阀）以及气缸起动阀。

控制站。ME型柴油机的电子控制系统由三个不同的控制区域接收输入。

●桥楼

●柴油机集中控制室

●柴油机机侧（机旁控制）

对于操纵人员而言，遥控系统和常规柴油机的系统是相似的。包括相同的操纵手柄和指示仪表。

但是，ME柴油机的遥控系统与柴油机所有的相关的控制功能均是脱开的，如起动顺序和柴油机的负荷程序，因而它仅简单地将操纵人员的指令转换至柴油机的集控室，在集控室实现柴油机相关的控制功能。

基本的安全要求是一旦一个信号出错，将永远不可能引起柴油机的误操纵。

对于柴油机控制系统的布置，将具有以下二个概念相关的冗余系统。

●完全冗余系统：所有基本的控制功能都是由二个独立的实际单元来执行的，二者具有维持控制设备的全部功能的能力。控制器被设定为A或B的执行功能，二者需要具有完全的冗余功能。

●多重冗余系统：数个等同的单元具有完全相同的功能，（控制器和设备）但一个或几个单个单元可省略。控制器被依次设定为1，2，…，n包括控制功能，用多重系统获得必要的冗余。

一般而言，柴油机控制系统能保证对所有功能的完全的冗余，例如对速度控制的功能，它把柴油机作为一个整体。若在气缸控制上应用的多重冗余系统，每个气缸的控制阀是由独立的多功能控制器对各气缸实施显示的。

ECU和EICU单元对柴油机的安全功能是不可撤消的，因而是重曡的。

柴油机甚至可以在一个或几个气缸控制单元（每个气缸有一个控制控制单元）不工作的情况下运行，正如柴油机可以在一个或几个气缸不工作。

同样，允许一个辅助控制单元故障，（柴油机每个机带泵有一个这种单元）因为剩下的泵可以提供足够的液压动力。

最后，故障的控制器可以在柴油机运行状态下，在现场更换。

故障修复和系统反馈。重要系统包括在船上的大部分控制系统，需要高的可靠性，一旦失效将增加船员的工作负荷。

ME柴油机的柴油机控制系统对于信号的故障是不受影响的，当同时出现二个故障也许是很关键的。因而必须要能够尽快修复故障，以减小当第一个故障尚存在时，又出现了第二个故障。

由于船员必须在海上修复故障，所以修复的概念应是“用更换来修复”。也即，发现产生故障的单元，并用仓库里的备件更换产生故障的单元。为了限制备件的数量，一个控制器应该在同样类型的所有控制器中作为通用的备件。

由于这一原因，所有的应用软件、布置和调整参数的反馈均被贮存在系统的主操纵板上，并通过网络安装一个控制器作为修复应用。控制器的应用功能被锁定在一个网络的地址上，此地址贮存在一个键型插头，用导线固定在控制器盒上，也即当控制器在被更换时，键型插头向备用单元提供与失效单元相同的网络地址，从而使备用单元从系统的反馈中获得应用软件的正确的布置等。

液压动力单元（HPS）如图6-32所示，标准的设计包括两台电动液压泵，三台机带轴向变向变量柱塞泵，安全蓄压装置组成，所有的这些零部件都密封在一个油密的装有漏泄报警装置的封闭空间里。

气缸液压油驱动单元（HCU）每缸一个，用于控制各缸的燃油喷射、排气阀和启动阀的启闭，如图6-33所示。气缸液压驱动单元（HCU）有一个非常重要的电磁阀（FIVA），用来控制燃油喷射和排气阀的动作。

0.8 MPa的低压燃油由低压燃油泵送至高压油泵（也称燃油升压器）入口，由液压动力供给单元提供20MPa的伺服液压油经双壁供油管道送至液压气缸单元，通过电磁阀控制各缸的喷油正时和喷油量。在不进行燃油喷射时，由于电磁阀封闭，高压油泵不工作，低压燃油在油泵处循环流动。如果达到喷油时刻，电磁阀被触发，20 MPa的液压油进入高压油泵下方的驱动活塞，使高压油泵产生200MPa的高压，通过高压油管送入喷油器，进行喷射和雾化。如图6-34所示。

ME系列柴油机的排气阀执行器的动作由电磁阀控制伺服油驱动。电磁阀根据气缸燃烧状况，由微处理器控制程序系统ECSP对各缸排气阀的启闭进行优化控制，以达到最佳的扫气和压缩效果，并满足燃烧与排放要求。

此外，与RT-flex柴油机类似，ME柴油机的启动系统也是由电磁阀控制、伺服油驱动的，图6-36所示为ME主机的起动系统。

二、MAN B&W ME 柴油机操纵系统

MAN B&W ME 柴油机取消了凸轮轴，通过电磁阀控制燃油喷射定时、排气定时和起动定时，因此操纵系统大为简化，操纵系统中各部件的作用如表7-2 所示。

1. ME 柴油机操纵系统的气路

如图 7-9 所示，气动操纵系统气源有两种，起动空气压力为3.0 MPa，控制空气为0.7MPa。从控制空气瓶出来的控制空气分为两路，一路到阀37 和35 等待，另一路经盘车机连锁阀20 至阀36 和阀30、32 等待。

2. ME 柴油机操纵系统的主要功能

（1） 起动控制

包括正常起动和慢转起动。

正常起动时，计算机送出的信号使得主起动电磁阀 30（或备用电磁阀32）受控，控制空气经双向止回阀34 后送至阀35 的控制端，使阀35 工作在右位，进而控制主起动阀的开启。同时慢转起动电磁阀36 也受控，控制空气经36 的上位后使阀37 工作在右位，等待的空气控制慢转起动阀开启。慢转起动时，仅慢转起动电磁阀 36 受控，控制空气经慢转起动电磁阀36 的上位使阀37 工作在右位，控制慢转起动电磁阀的开启。

（2） 阀20 用来实现盘车机起动连锁

（3） 阀10 和15 用来向排气阀空气弹簧装置供控制空气，压力开关11 用于低压报警。

（4） 与MC 柴油机操纵系统相比，ME 操纵系统简化了很多功能，主要区别在于：

没有安全空气，停油（包括应急停车、SHUT DOWN 停车）由ELFI 电磁阀控制燃油升压器（又称高压油泵）实现；

没有空气分配器，由计算机通过电磁阀实现起动控制；

没有正车、倒车控制电磁阀，由计算机通过对 ELFI 电磁阀的定时控制实现换向控制；

没有 VIT 执行机构。

W?rtsil?公司Sulzer RT-flex系列智能柴油机和MAN B&W公司的ME/ME-C系列智能柴油机有共性但也有一定的差别。

①共轨。Sulzer RT-flex机型的公共油轨有两个，一个是20 MPa的伺服油轨，因为电子控制系统所输出的能量有限，该伺服油用来驱动排气阀、气缸起动阀和喷射控制单元；二是燃油轨，100 MPa的燃油在油轨中等待喷射，MAN B&W ME机型的公共油轨仅是一个20 MPa的伺服油轨，其作用与RT-flex相同，也是作为动力油用于驱动。

②原始动力。RT-flex机型采用曲轴带动的复合凸轮来带动柱塞式燃油泵保持油轨中100 MPa的油压，从而以预定的高喷射压力把足够量的燃油输送到气缸盖水平位置的高压燃油管（共轨）等待。伺服油泵同样也由曲轴通过传动齿轮带动，保持伺服滑油20 MPa的油压。ME主机的伺服油泵也是轴带的，伺服油泵是双头活塞泵，将20 MPa高压油送到每个缸的气缸液压驱动控制单元的储压器中等待电磁阀信号，储压器作用使高压滑油保持恒压。电控电磁阀是由微处理器控制程序系统ECSP根据柴油机状况分析系统ECA和控制操作系统OMCP的综合信息发出指令而动作的。

③高压油泵。RT-flex机型的高压油泵是轴带柱塞式增压泵，是通过凸轮的传动使燃油泵柱塞上下运动产生压力的。ME机型采用的是液压驱动高压油泵，即20 MPa伺服油作为高压油泵的驱动动力。

④喷油控制。RT-flex机型在控制喷油时，是由控制系统发出信号给电磁阀，电磁阀控制伺服油，从而打开燃油喷射阀，使在燃油共轨等待的燃油完成喷射过程。ME机型在控制喷油时，同样是控制系统发出信号给电磁阀，电磁阀控制伺服油驱动高压油泵使燃油增压，完成喷射过程。

⑤燃油的来源。RT-flex机型燃油喷射控制单元的燃油来自100 MPa的油轨。ME机型的高压油泵进口的燃油是由低压燃油泵供给的大约0.8～1.0 MPa的燃油。

3． 智能柴油机的管理要点

对智能柴油机的管理应注重技术上的管理，特别是在电子控制系统方面，对船上轮机管理人员的技术水平提出了更高的要求。概括如下：

（1）保证滑油系统的清洁

由于滑油来自系统油，在此用于控制系统，对其清洁度有很高的要求。应该特别注意各个滤器的状态，并按要求清洗。

（2）确保共轨油压管路的密封

共轨油压系统的压力较高，在运行过程中一定要观察它的密封性是否良好，特别是进入喷油器的那段管路，既要保证它的密封性，同时又要保证它的膨胀不是太大，以免对喷射雾化产生不良影响。

（3）电磁阀

在共轨油压系统的控制单元中，电磁阀是一个很重要也是很容易损坏的元件。必须保证滑油的清洁度，否则会造成电磁阀的动作延迟或卡死，或电磁阀磨损加剧，从而产生密封不好等一系列问题。另外，过电流还会造成电磁阀的烧毁。因此，在日常管理中，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，必须保证各个传感器的清洁和保养，尤其是在恶劣状况下工作的传感器，应予以特别关注。

（5）NOX排放量控制

电控共轨柴油机在满足NOX排放标准的情况下，必须充分提高其运行经济性，这就要求轮机管理人员把握一个度。

完~！