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摘 要：最近几年，MIAN主机生产厂家和瓦锡兰柴油机公司都推出完全由电气控制电喷大型低速柴油机，同样的是都替代了柴油机传统的凸轮轴、燃油泵、排气阀凸轮轴等机械部分的电喷主机，使得主机外观更模块化和简洁，对主机维护工作量比过去传统的柴油机要简单得多和容易得多。主要是电喷能够使主机燃烧控制更准确，效率更高，更低碳，符合目前能效控制和排放标准。电喷智能化燃烧控制更容易获得相关国际海事部门和各国机构认同，所以大型低速柴油机选择电喷是目前唯一的选择。MAIN B&W ME系列电控电喷主机特点与瓦锡兰公司RT-Flex电气控制电喷大型低速柴油机还是有很大区别，除了共同部分——采用电控控制系统和电控的共轨伺服油替代传统机械式凸轮轴等机械部分，MAIN B&W ME系列电控主机还具有柴油机调速功能、柴油机部分控制功能。而RT-Flex系列柴油机没有。 中国论文网 http://www./7/view-4713118.htm 关键词：主机角度编码器 柴油机控制系统（ECU） 控制系统接口（EICU） 人机对话界面（MOP） 机旁操作面板（LOP） 1 发展和产生 MAIN B&W公司1991年开始研究和研发生产电喷电控柴油机。2003年正式生产成第一台ME型号电喷电控柴油机。ME电喷电控柴油机是在过去传统MC系列柴油机基础上经过一系列电气元件和控制器以及一些液压系统替代传统机械部分。取消了过去MC系列柴油机的链轮驱动、凸轮轴、高压燃油泵，启动空气分配器，伺服电机驱动电子调速器，机械式气缸油润滑系统和机旁操作等。 2 ME柴油机主要设备功能和组成部分（图1、图2） 1）柴油机控制单元（ECU）：主要功能是对柴油机进行各种控制；对气缸控制单元（CCU）、辅助控制单元（ACU）、柴油机接口控制单元（EICU）等控制。柴油机控制单元ECU（A）和柴油机控制单元ECU（B）， 互相冗余，软件通过网 络从主操作面板（MOPA）或主操作面板（MOPB）的电脑自动导入。柴油机控制单元（ECU）是由多功能控制器（Multi Purpose Controller）和放大控制输出电路组成。柴油机控制单元（ECU）的核心是多功能处理器。 2）柴油机数据交换接口单元（EICU）；主要功能是通过网络对外通信，包括与遥控系统、机舱监测报警系统、安保系统进行通信、与内部ME电喷柴油机电气控制系统进行数据交换。 接口单元（EICUA）和接口单元（EICUB）互相冗余。 3）柴油机气缸控制单元（CCU）：燃油喷射阀控制、排气阀控制、启动控制阀控制、曲轴转速和转角测量 通过曲柄转角测量系统的测量信号输入到柴油机控制单元（ECU），柴油机控制单元（ECU）对气缸控制单元（CCU）控制，气缸控制单元（CCU）通过对燃油喷射、排气阀开启（FIVA）比例电磁阀控制，执行喷油定时、排气阀定时、气缸油电磁阀定时控制、柴油机启动阀控制，完成柴油机运行及各种操作。柴油机控制单元（ECU）对气缸油电磁阀控制，对气缸提供润滑。每个气缸都有一个气缸控制单元，各缸气缸控制单元（CCU）是独立的，当某一个缸气缸控制单元（CCU）故障，能够进行封缸运行。各个缸的气缸控制单元（CCU）互相冗余。 4）柴油机辅助控制单元（ACU）：辅助鼓风机控制；机带共轨伺服油泵控制；电动共轨伺服油泵控制。根据ECU设定的压力控制20MPa动力伺服油动力单元（HCU）压力，以及动力伺服油动力电动泵起停，保证共轨动力伺服油在190～210MPa范围内。柴油机通常设置3～4个辅助控制单元（ACU），一个辅助控制单元（ACU）坏了，不影响正常使用。柴油机3～4个辅助控制单元（ACU）互相冗余。 5）柴油机人机对话操作界面（MOP） 应用软件储存在主操作面板（MOPA）和（MOPB）电脑里，如对多功能控制器进行更换，应用软件通过网络自动从主操作面板（MOPA）和（MOPB）电脑里自动导入到多功能控制器（Multi Purpose Controller），A或B。人机对话主操作面板（MOP）不是机器控制部分，仅仅是操作人员参数更改和设置单元，机器控制是由多功能控制器（Multi Purpose Controller），A和B执行。ME电喷电控主机软件系统其功能层次设计清晰，标定配置灵活，能自动识别控制目标。软件结构化、智能化程度高，更换多功能控制器不需要人工装入软件，软件自动导入，方便维护人员，同时提高可靠性。主操作面板（MOPA）和（MOPB） 互相冗余。 3 液压驱动动力供给单元（HPS）和单缸液压驱动（HCU） 液压驱动动力供给单元（HPS）系统图 单缸液压气缸单元（HCU）图 1）液压驱动动力供给单元（HPS） 液压驱动动力供给单元是由3台柴油机驱动机带伺服油泵和2台电动伺服油泵组成。伺服油是由主滑油泵输送过来，通过二次过滤滤器，再通过柴油机驱动机带伺服油增压泵或电动伺服油增压泵，增压到20MPa压力后输送到液压驱动动力供给阀箱，分别提供20MPa共轨驱动动力伺服油，提供20MPa共轨动力伺服油给各缸的液压控制单元（HCU）。 2）气缸液压控制单元（HCU） 柴油机各缸都有一个相同功能且独立的液压控制单元（HCU），通过燃油注射和排气阀控制电磁阀（FIVA）比例控制，对伺服油控制，控制燃油压力增压器动作，把0.7～0.8MPa燃油压力由FIVA比例阀控制20MPa伺服油为驱动动力，推动燃油压力增压器20MPa伺服油为驱动动力把0.7～0.8MPa燃油压力增压到燃油喷射压力，通过油头喷射入气缸，燃烧爆炸。同时FIVA比例阀控制20MPa伺服油为驱动动力对排气阀执行器活塞进行驱动，压力油对排气阀开启，排气阀关闭由空气弹簧完成。从而完成柴油机定时操作。柴油机气缸润滑是由气缸油控制电磁阀控制20MPa伺服油为驱动动力，把气缸油压入气缸，进行气缸润滑。 4 柴油机单缸燃油喷射闭环控制 柴油机单缸燃油喷射闭环控制原理图 柴油机单缸燃油压缩-喷射-发火图 MAIN B&W ME电喷电控主机为了精准控制柴油机喷油定时、柴油机排放模式可选，ME喷油柴油机采用闭环燃烧控制。 5 ME电喷电控柴油机控制原理 柴油机控制指令是由外部柴油机遥控系统的速度手柄给定，通过柴油机接口控制单元（EICU），输入到柴油机控制单元（ECU），柴油机控制单元（ECU）经过必要的处理后形成转速指令值，对测量转速信号进行滤波处理后形成实际转速值，然后将两者进行比较形成转速偏差。柴油机控制单元（ECU）对转速偏差进行包括死区控制、可变比例增益、可变积分增益等在内的全面处理后，综合转速指令前馈控制信号，形成调节器输出信号。ME电喷电控柴油机控制单元的多功能处理器的内存（Multi Purpose Controller）（EPROM）中存放主机遥控的基本程序，如启动程序、换向程序、停车程序及供油调速控制程序等。EEPROM中存放主机遥控的重要参数，如启动油量、发火转速、临界转速、加减速速率、最低稳定运行转速等。ME柴油机多功能控制系统（ECU）执行柴油机速度控制，启动/停止控制程序，柴油机喷油定时控制，柴油机排气阀开启和闭合定时控制，柴油机气缸启动阀动作程序控制，燃烧模式转换控制，内部通信信号传输和对外通信信号传输控制，是ME电喷主机的核心。柴油机控制系统（ECU）输入信号和内部燃油限制转矩限制、扫气压力限制、手动最大油量限制等综合后，经多功能控制系统（ECU）逻辑算法处理后置设定信号（油门设定信号），输出电信号给气缸控制单元（CCU）、辅助控制单元（ACU）等，在气缸控制单元（CCU）、辅助控制单元（ACU）等控制下，对电喷电控柴油机控制，使主机转速保持在设定的转速上。ME电喷柴油机采取和设计了液压驱动动力供给单元（HPS），液压气缸单元（HCU），柴油机控制系统（ECU），光电角度编码器（Tacho system），内部和外部信号传递柴油机接口（EICU），气缸控制单元（CCU），辅助控制单元（ACU），在外部指令发出指令情况下，经过EICU接口，输送到机器控制单元（ECU），机器控制元发出指令给气缸控制单元（CCU），气缸控制单元（CCU）给出电气信号控制各缸的气缸液压控制单元（HCU）的燃油喷射和排气阀（FIVA）比例电磁阀，对柴油机气缸进行定时喷油，排气阀开启，气缸油润滑控制，在曲柄转角测量系统信号控制下，进行精准燃烧控制，燃油限制： 包括转矩限制、扫气压力限制、手动最大燃油限制和排放限制等信号，经过多功能控制器内部逻辑算法处理，作为多功能控制系统（ECU）的给定输出信号，经过放大后输出控制气缸控制单元（CCU），辅助控制单元（ACU）等控制，气缸控制单元（CCU）通过对各缸气缸液压控制单元（HCU）的FIVA比例电磁阀控制，在共轨20MPa伺服动力油、各缸的气缸 液压控制单元（HCU）控制下，实现柴油机各种定时控制，实现“电控——液压——机械”控制，完全实现ME电喷电控柴油机控制和运行。 6 ME柴油机更经济和低碳 1）从实际测量油耗曲线对比，可以清楚看到： 传统柴油机和ME柴油机油耗相比，ME柴油机更省油经济。 2）从实际测量排放曲线对比，可以清楚看到： 由于采用电喷，燃烧模式可以人工智能化控制，从经济模式运行转换到低排放模式，排放更低碳。所以方便灵活选择运行方式。 7 小结 1）柴油机排放标准（IMO），压缩压力和燃烧压力，应急鼓风机启停请求压力，柴油机的VIT，柴油机的排气阀控制等都可以通过人机对话界面对参数可方便进行调整，减小过去传统的机械式调整方法和人为误差。 2）由于采用光电式曲柄转角发送器，使得柴油机曲柄和活塞的位置更精准。为柴油机性能提高提供了基础。 3）驱动动力伺服油系统采用了高压共轨技术，使得喷油更精准，燃烧更科学。 4）由于电喷取消了传统的柴油机的很多机械部分，减小了过去大量维护工作，减小了船员工作量。 5）由于采用了闭环控制，通过人机对话界面对参数改变，能够达到人们所需要的排放标准及智能化调整柴油机参数。 6）由于喷油定时可调、燃烧充分、机械负荷平均，柴油机寿命大大提高。 7）提供柴油机所有负荷段的经济性（省油）。 8）能够满足当前和今后排放标准要求。 9）能够低负荷运行模式。 10）对柴油机调节方便，使得柴油机能够平衡运行，提高柴油机效率和寿命。 11） 系统紧凑和模块化，维修保养方便。 12） 近乎无烟操作。 13） 在非常低的负荷和非常低的转速情况下可以稳定运行。 |
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