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一、智能化电控技术概念 1.智能化电控技术 所谓“智能化”,包括电子控制技术和电子管理技术两方面。电控技术就是通过电子控制系统,有效地对柴油机启动、燃油喷射、气阀定时等相关参数进行控制,对发动机各项参数进行检测,并将其与系统中的设定值相比较,出现偏差的话,系统则自动调整工作参数,使其恢复正常,从而形成一个闭环系统,确保发动机始终处于最佳工作状态; 电子管理技术则是利用电子设备对柴油机进行监测与控制、自动记录与处理,并为维修保养提供指引的电子管理系统。 2.ME机型智能化电控 MANB&W公司的ME机型,利用共轨高压液压油作为驱动,代替了传统的凸轮驱动,实质上是实现了燃油喷射、排气阀开启、气缸注油,还有柴油机启动、换向、调速等电子控制。各电子监控设备则对柴油机主要零部件的工作状态进行监测、控制、自动记录与处理。在发生故障时,预设在系统中的“专家诊断系统”,将有针对性地提供原因分析及其后果、应采取的措施等技术咨询,实现了电子技术管理模式。 二、MANB&W-ME机与MC机比较 1.机型比较 笔者所工作的“玉柱峰”轮,主机型号为mnB&w560e-C7据了解,这是世界上第一款合同机型。除电控外,该机型还安装了电子监测系统( CoCos--EDs)和在线气缸压力测量系统(PM)。MANB&WME机型与MC机型比较,最显著的特点就是,后者依靠凸轮轴/凸轮传动进行时序控制,前者取消了凸轮轴/凸轮及相关传动机构,利用共轨液压油作为驱动力,通过电子控制,按时序完成燃油高压油泵、排气阀驱动油泵、气缸油注油器等工作;同时亦取消了空气分配器,利用电磁先导阀直接控制缸头启动阀实现主机启动。 2.ME机型执行机构的功能特点 (1)取消了凸轮轴/凸轮传动机构,新增加了高压液压油系统。凸轮轴/凸轮传动机构的功能由液压驱动代替。液压油泵站建立在共轨管里,作为燃油高压油泵、排气阀驱动油泵、气缸油注油器的动力油。液压油泵站HPS包括2台电动泵和3台机带泵。电动泵备机时启动,并建立压力供主机启动时使用。当主机转速达到15%的额定转速后,电动泵停止,由主机自带液压泵负责为系统提供液压油。 (2)高压油泵的设计结构更加简单(见图1、图2),不再需要齿圈/齿条传动机构,柱塞也不需要打开直斜槽,即取消了传统的始点、终点或始终点式的结构设计。柱塞只保留了泵压的功能,即来自经过ECU精确运算的指令触发电子FIVA阀动作的时间和频率,从而控制高压油泵的供油定时和油量,实现主机转速和喷油特性的控制。 (3)基于ECU和电子FIVA阀已具备调速的功能,ME机取消了调速器的实体。 (4)由于高压油泵和排气阀动作时序不同,该机采用的FA阀综合了ELFI阀(Electronic Fuel Injection)和ELVA阀(Electronic Exhaust Valve Activation)的功能,即一个FIVA阀分时段控制该缸的燃油喷射和排气阀动作。 (5)排气阀驱动油泵取消了传统的凸轮轴/凸轮驱动,由电子FIVA阀控制,定时提供液压动力油,推动排气阀驱动油泵工作,从而控制排气阀的打开。而排气阀的关闭控制与MC机型基本一样,依靠控制空气弹簧关闭,但增加了新的缓冲装置, 引入低压滑油以加强缓冲。 (6)气缸油注油器由电磁阀控制,从共轨管获取动力油,使气缸油驱动油泵工作,完成气缸的注油。其组件及其工作原理与Alpha注油器基本相同,但共轨管内液压油压力更高(我司“嘉”字号 Alpha注油器共轨油压为50Bar,“玉柱峰”轮为300Bar液压系统)。 (7)取消了空气分配器,依靠电磁先导阀触发控制空气,直接开关缸头启动阀(见图3、图4)。 (8)没有了燃油和空气分配器及排气阀机械换向机构,也就没有了机械传动的延迟,故启动更加迅速平稳。与MC机型比较,ME机型在机械方面结构简单,运动部件少,维护更加方便;而在控制方面则克服了传统机型换向迟滞和喷射延迟的现象;精确的电子控制,明显改善了启动和低工况时的性能,具有控制精确、低油耗、低排放和启动迅速、运转平稳、噪音小的特点。 三、各控制单元间工作程序 1.ME主机电子控制系统的主要单元 (1) EICU (Engine Interface Conrol Unit):安装在集控室。来自驾驶台或集控室的运行指令,经EICU运算处理,确定合理的转速设定点和运行模式。处理过的数据,保证了主机的安全运转避免伤害。EICU处理来自遥控站(驾驶台和集控室)的信号,机旁的操作信号不经过EICU处理,而是直接送到ECU、CCU、ACU等执行。也就是说,应急LOP机旁操纵时不需要EICU (2)ECU (Engine Control Unit): EICU理过的数据作为参考值,交由ECU执行。根据曲轴编码器的信号,ECU按正确的发火顺序,在正确的曲轴位置上启动主机并进行喷油。ECU的转速输出又作为反馈信号与设定信号对比,进行偏差修正。当然,在加减速的过程中,燃油限制会发挥作用,并经过最大设定转速限制、最大设定负荷限制、程序负荷限制、扫气压力限制、临界转速限制等的过滤,保证主机安全运行。依据选择的运行模式,ECU按照燃油限制法则运算出增加或减少喷油量、燃油喷射和排气阀定时参数、气缸油注油率等,并通过网络将这些指令送到CCU执行;而与设定转速对应的液压油压力设定值信号则送到ACU执行。 (3) CCU (Cylinder Control Unit): ECU获取指令。①根据 tacho系统的曲轴转角信号,按正确的发火顺序启动主机;②执行燃油指令,通过FVA阀控制燃油喷射;③按照系统的定时设定,控制打开或关闭排气阀;④气缸油注油器根据ECU设定的注油率,通过电磁阀进行注油工作。另外,在启动、机带操纵和负荷在10秒钟内变化超过15%期间,LCD将自动增加25%的气缸注油率,以加强气缸润滑,并在负荷稳定后维持30分钟。当其中一缸的CCU出现故障,该缸就会自动封缸,停止喷油,排气阀保持在打开位置。 (4)ACU(Auxilliary Control Unit):根据ECU中的设定值负责动作。 ①控制电动液压泵起停(225Bar); ②根据系统设定值对应的不同转速,控制3台机带柱塞泵倾斜盘比例,调整液压系统的压力; ③根据扫气压力,控制辅助鼓风机起停(0.4Bar启动,0.7Bar停止。在出现故障停车或应急停车后,液压系统重新建立压力需要大约60~120秒辅助鼓风机重启需要大约20~30秒) (5)MO(Main Operating Panel):实际上就是一台带有触摸屏的电脑,安装在集控室。它是轮机员操纵主机的主要信息界面。 2.MOP可进行的操作与监控(见图5) (1)选择操作指令,如“Prepare start”(预启动)“Slow turn”(慢转启动)、“Auto”(自动)及“Airrun”(空气运转)等。 (2)选择主机运行、调速模式。运行模式有“Economy”和“Emission”两种,供操作者选择(按造船合同自选,“玉柱峰”轮只有“Economy模式);调速模式有“RPM”“Torque和“Index三种,供操作者选择。 (3)调整主机参数,如“High/Low Load Offsett(负荷偏差)、“Pmax Offset”(爆压偏差)、“Pcomp/Pscav Offset"(压缩比偏差)及“Exhaus Valve Open Timing Offset(排气阀开启定时偏差)等。 (4)观察控制系统状况,如加减速的过程限制、共轨液压油系统的压力变化、各缸FVA阀高压油泵/排气阀工作状况、气缸注油率及其消耗等。 (5)故障报警、故障屏蔽及故障诊断等。 3.MOP和LOP的特点 (1)MOP(主操纵屏)与网络所有的控制器连接。控制系统的所有数据均保存在MOP的硬盘中,MC可以通过 D-KEY自动下载各控制器数据。但是,由于所有的指令是由控制站直接与EICU/ECS进行数据传递的,所以主机运行并非MOP不可。也就是说,当MOP故障时,驾驶台和机旁仍可以正常操纵主机。 (2)MOP有2个使用账户级别:操作级和管理级。操作级只能进行常规的操纵和监控,不允许做参数设定;管理级除了操作级的权限外,还拥有修改参数的权限。进入管理级需要密码,而且这个密码是固化在系统里的,不可修改。 (3)LOP(机旁操纵屏)相当于应急操纵台。由于ME机没有油门/换向传动结构和调速器,故LOP省去了机械方面的操作,完全由电子控制元件完成,操作更加简单快速。转换操作通常是,LOP控制面板发出机旁操纵请求,在遥控控制站进行确认;特殊情况下,可以通过LOP上的“Forced Take Command”按钮,不需遥控位置同意强行进行应急操纵的快速转换。在LOP上,有进行主机启动、换向、调速、停止等基本功能,且大多重要参数都有仪表显示。 四、日常管理要点 1.电子控制元件多,所以电子设备的维护管理需要更精细。因震动而引发的故障最为常见,所以要经常检查接线是否牢固。 2.网络线的屏蔽、绝缘要求高。每对线都有1根金属伴随线,一定不能跟屏蔽网(金属铠甲)或其他地方接触,否则会造成系统绝缘接地,所以每对线外面的保护锡箔都必须延伸到插头附件。 3.控制系统电源装置装有绝缘检测。系统绝缘正常时在200KOHM左右,低于40KOHM时就会报警,所以平时应检查比较,及时处理隐患,以保障系统工作可靠。 4.安装网络线与电源线时要注意分开,避免造成信号干扰。 5.控制系统MOP,并注意 COCOS--EDS电脑主机的移动连接设备可靠,防止病毒入侵。 6.保持集控室空调正常,并保障有良好的环境温度、湿度,避免电子设备故障或不稳定。 7ME机的喷油器元件和共轨液压油系统对油质的清洁度要求很高,燃油过滤器精度不能超过50um。通常使用34m的细滤器,系统滑油过滤器精度为30m,共轨液压油过滤精度为6um 8.关键设备(如FVA阀、多功能控制器MPC模块、位置传感器、液压泵比例阀等)应有适当的备件,以应不时之需。 9.控制系统的参数修改,采用的是加权算法。在o→ VERSIONParameters→ Check Sums界面中,MO- -Design栏的代码是用于监控、防止大气污染的设计不被改动。如果不合理地进行调整,就会改变柴油机的排放特性,以至不符合防止大气污染的设计规定。因此,使用终端修改控制系统参数后,应注意确认Check Sums中imO- Design栏的代码不被改动。这也是船舶履约的依据。 船舶新技术日新月异,以电子控制系统为核心的柴油机智能化,是继高压油泵应用、采用涡轮增压技术之后柴油机技术发展的又一次质的飞跃。学习和掌握新技术,提高维护管理能力,是轮机管理者面对的一个新课题。笔者撰写此文,旨在抛砖引玉,共同提高。 |
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