SEAWAY技術(shù)：柴油機(jī)電子控制技術(shù)【叁】完！

王老軌的資料 2015-09-28

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MAN B&W ME柴油機(jī)

一、MAN B&W ME 結(jié)構(gòu)介紹

作為世界上最大品牌的大型低速二沖程柴油機(jī)開(kāi)發(fā)商，MAN B&W公司早在1993年就開(kāi)始研制電子控制式柴油機(jī)，在不斷地研制和完善軟硬件的基礎(chǔ)上，于2003年，MAN B&W公司以其最成功的MC系列柴油機(jī)為原型機(jī)，開(kāi)發(fā)出全電子控制式的ME系列柴油機(jī)。目前，可以提供從50～108 cm各種缸徑15種型號(hào)的ME柴油機(jī)。

與傳統(tǒng)的MC系列柴油機(jī)相比，ME系列柴油機(jī)取消了原來(lái)的許多機(jī)械控制設(shè)備，如凸輪軸、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、VIT、VEC等，而代之以新的電子控制設(shè)備，這里主要包括液壓動(dòng)力供給單元（HPS）、液壓缸套單元（HCU）、柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）、曲軸位置傳感器系統(tǒng)（Tacho System）。ME柴油機(jī)的液壓系統(tǒng)如圖6-31所示，由自清式精濾器、電動(dòng)液壓泵和機(jī)帶液壓泵組成。主要是用來(lái)提供足夠的動(dòng)力用于驅(qū)動(dòng)燃油噴射、排氣閥的啟閉及氣缸潤(rùn)滑。在柴油機(jī)起動(dòng)前，用電動(dòng)液壓泵供給系統(tǒng)17.5MPa的液壓油用來(lái)起動(dòng)主機(jī)；在柴油機(jī)起動(dòng)之后，則由機(jī)帶的軸向柱塞泵向系統(tǒng)供給壓力為20 MPa的驅(qū)動(dòng)油。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到15%MCR時(shí)，兩臺(tái)電動(dòng)液壓泵會(huì)自動(dòng)停止。

由于ME系列柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)取消了凸輪軸，利用電磁控制燃油的噴射正時(shí)、噴油量、噴油壓力和噴油速率?？梢栽谠S多不同的噴油模式下工作。通過(guò)不同的噴油模式，可以在許多不同的噴油模式下工作。通過(guò)不同的噴油模式，可以實(shí)現(xiàn)降低油耗、減少排放等效果。同時(shí)，柴油機(jī)的噴油霧化效果和柴油機(jī)的負(fù)荷，即柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)]有任何關(guān)系，在任何負(fù)荷狀況下，柴油機(jī)都能保證最好的霧化狀況，能明顯改善柴油機(jī)低負(fù)荷工況。

ME型柴油機(jī)的控制系統(tǒng)包括一組多功能控制器，見(jiàn)圖6-30，和信號(hào)狀態(tài)裝置。

控制器的功能簡(jiǎn)述如下：

EICU

柴油機(jī)接口控制單元處理與外部系統(tǒng)的接口。

ECU

柴油機(jī)控制裝置實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的控制功能：柴油機(jī)速度，運(yùn)行模式和起動(dòng)順序。

ACU

輔助控制單元控制泵的液壓動(dòng)力供應(yīng)單元和輔助鼓風(fēng)機(jī)。

CCU

氣缸控制單元控制FIVA（電子燃油噴射）和（電子控制排氣閥）以及氣缸起動(dòng)閥。

控制站。ME型柴油機(jī)的電子控制系統(tǒng)由三個(gè)不同的控制區(qū)域接收輸入。

●橋樓

●柴油機(jī)集中控制室

●柴油機(jī)機(jī)側(cè)（機(jī)旁控制）

對(duì)于操縱人員而言，遙控系統(tǒng)和常規(guī)柴油機(jī)的系統(tǒng)是相似的。包括相同的操縱手柄和指示儀表。

但是，ME柴油機(jī)的遙控系統(tǒng)與柴油機(jī)所有的相關(guān)的控制功能均是脫開(kāi)的，如起動(dòng)順序和柴油機(jī)的負(fù)荷程序，因而它僅簡(jiǎn)單地將操縱人員的指令轉(zhuǎn)換至柴油機(jī)的集控室，在集控室實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)相關(guān)的控制功能。

基本的安全要求是一旦一個(gè)信號(hào)出錯(cuò)，將永遠(yuǎn)不可能引起柴油機(jī)的誤操縱。

對(duì)于柴油機(jī)控制系統(tǒng)的布置，將具有以下二個(gè)概念相關(guān)的冗余系統(tǒng)。

●完全冗余系統(tǒng)：所有基本的控制功能都是由二個(gè)獨(dú)立的實(shí)際單元來(lái)執(zhí)行的，二者具有維持控制設(shè)備的全部功能的能力?？刂破鞅辉O(shè)定為A或B的執(zhí)行功能，二者需要具有完全的冗余功能。

●多重冗余系統(tǒng)：數(shù)個(gè)等同的單元具有完全相同的功能，（控制器和設(shè)備）但一個(gè)或幾個(gè)單個(gè)單元可省略?？刂破鞅灰来卧O(shè)定為1，2，…，n包括控制功能，用多重系統(tǒng)獲得必要的冗余。

一般而言，柴油機(jī)控制系統(tǒng)能保證對(duì)所有功能的完全的冗余，例如對(duì)速度控制的功能，它把柴油機(jī)作為一個(gè)整體。若在氣缸控制上應(yīng)用的多重冗余系統(tǒng)，每個(gè)氣缸的控制閥是由獨(dú)立的多功能控制器對(duì)各氣缸實(shí)施顯示的。

ECU和EICU單元對(duì)柴油機(jī)的安全功能是不可撤消的，因而是重曡的。

柴油機(jī)甚至可以在一個(gè)或幾個(gè)氣缸控制單元（每個(gè)氣缸有一個(gè)控制控制單元）不工作的情況下運(yùn)行，正如柴油機(jī)可以在一個(gè)或幾個(gè)氣缸不工作。

同樣，允許一個(gè)輔助控制單元故障，（柴油機(jī)每個(gè)機(jī)帶泵有一個(gè)這種單元）因?yàn)槭Ｏ碌谋每梢蕴峁┳銐虻囊簤簞?dòng)力。

最后，故障的控制器可以在柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，在現(xiàn)場(chǎng)更換。

故障修復(fù)和系統(tǒng)反饋。重要系統(tǒng)包括在船上的大部分控制系統(tǒng)，需要高的可靠性，一旦失效將增加船員的工作負(fù)荷。

ME柴油機(jī)的柴油機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)于信號(hào)的故障是不受影響的，當(dāng)同時(shí)出現(xiàn)二個(gè)故障也許是很關(guān)鍵的。因而必須要能夠盡快修復(fù)故障，以減小當(dāng)?shù)谝粋€(gè)故障尚存在時(shí)，又出現(xiàn)了第二個(gè)故障。

由于船員必須在海上修復(fù)故障，所以修復(fù)的概念應(yīng)是“用更換來(lái)修復(fù)”。也即，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生故障的單元，并用倉(cāng)庫(kù)里的備件更換產(chǎn)生故障的單元。為了限制備件的數(shù)量，一個(gè)控制器應(yīng)該在同樣類型的所有控制器中作為通用的備件。

由于這一原因，所有的應(yīng)用軟件、布置和調(diào)整參數(shù)的反饋均被貯存在系統(tǒng)的主操縱板上，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)安裝一個(gè)控制器作為修復(fù)應(yīng)用。控制器的應(yīng)用功能被鎖定在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的地址上，此地址貯存在一個(gè)鍵型插頭，用導(dǎo)線固定在控制器盒上，也即當(dāng)控制器在被更換時(shí)，鍵型插頭向備用單元提供與失效單元相同的網(wǎng)絡(luò)地址，從而使備用單元從系統(tǒng)的反饋中獲得應(yīng)用軟件的正確的布置等。

液壓動(dòng)力單元（HPS）如圖6-32所示，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)包括兩臺(tái)電動(dòng)液壓泵，三臺(tái)機(jī)帶軸向變向變量柱塞泵，安全蓄壓裝置組成，所有的這些零部件都密封在一個(gè)油密的裝有漏泄報(bào)警裝置的封閉空間里。

氣缸液壓油驅(qū)動(dòng)單元（HCU）每缸一個(gè)，用于控制各缸的燃油噴射、排氣閥和啟動(dòng)閥的啟閉，如圖6-33所示。氣缸液壓驅(qū)動(dòng)單元（HCU）有一個(gè)非常重要的電磁閥（FIVA），用來(lái)控制燃油噴射和排氣閥的動(dòng)作。

0.8 MPa的低壓燃油由低壓燃油泵送至高壓油泵（也稱燃油升壓器）入口，由液壓動(dòng)力供給單元提供20MPa的伺服液壓油經(jīng)雙壁供油管道送至液壓氣缸單元，通過(guò)電磁閥控制各缸的噴油正時(shí)和噴油量。在不進(jìn)行燃油噴射時(shí)，由于電磁閥封閉，高壓油泵不工作，低壓燃油在油泵處循環(huán)流動(dòng)。如果達(dá)到噴油時(shí)刻，電磁閥被觸發(fā)，20 MPa的液壓油進(jìn)入高壓油泵下方的驅(qū)動(dòng)活塞，使高壓油泵產(chǎn)生200MPa的高壓，通過(guò)高壓油管送入噴油器，進(jìn)行噴射和霧化。如圖6-34所示。

ME系列柴油機(jī)的排氣閥執(zhí)行器的動(dòng)作由電磁閥控制伺服油驅(qū)動(dòng)。電磁閥根據(jù)氣缸燃燒狀況，由微處理器控制程序系統(tǒng)ECSP對(duì)各缸排氣閥的啟閉進(jìn)行優(yōu)化控制，以達(dá)到最佳的掃氣和壓縮效果，并滿足燃燒與排放要求。

此外，與RT-flex柴油機(jī)類似，ME柴油機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)也是由電磁閥控制、伺服油驅(qū)動(dòng)的，圖6-36所示為ME主機(jī)的起動(dòng)系統(tǒng)。

二、MAN B&W ME 柴油機(jī)操縱系統(tǒng)

MAN B&W ME 柴油機(jī)取消了凸輪軸，通過(guò)電磁閥控制燃油噴射定時(shí)、排氣定時(shí)和起動(dòng)定時(shí)，因此操縱系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，操縱系統(tǒng)中各部件的作用如表7-2 所示。

1. ME 柴油機(jī)操縱系統(tǒng)的氣路

如圖 7-9 所示，氣動(dòng)操縱系統(tǒng)氣源有兩種，起動(dòng)空氣壓力為3.0 MPa，控制空氣為0.7MPa。從控制空氣瓶出來(lái)的控制空氣分為兩路，一路到閥37 和35 等待，另一路經(jīng)盤(pán)車機(jī)連鎖閥20 至閥36 和閥30、32 等待。

2. ME 柴油機(jī)操縱系統(tǒng)的主要功能

（1）起動(dòng)控制

包括正常起動(dòng)和慢轉(zhuǎn)起動(dòng)。

正常起動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)送出的信號(hào)使得主起動(dòng)電磁閥 30（或備用電磁閥32）受控，控制空氣經(jīng)雙向止回閥34 后送至閥35 的控制端，使閥35 工作在右位，進(jìn)而控制主起動(dòng)閥的開(kāi)啟。同時(shí)慢轉(zhuǎn)起動(dòng)電磁閥36 也受控，控制空氣經(jīng)36 的上位后使閥37 工作在右位，等待的空氣控制慢轉(zhuǎn)起動(dòng)閥開(kāi)啟。慢轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)，僅慢轉(zhuǎn)起動(dòng)電磁閥 36 受控，控制空氣經(jīng)慢轉(zhuǎn)起動(dòng)電磁閥36 的上位使閥37 工作在右位，控制慢轉(zhuǎn)起動(dòng)電磁閥的開(kāi)啟。

（2）閥20 用來(lái)實(shí)現(xiàn)盤(pán)車機(jī)起動(dòng)連鎖

（3）閥10 和15 用來(lái)向排氣閥空氣彈簧裝置供控制空氣，壓力開(kāi)關(guān)11 用于低壓報(bào)警。

（4）與MC 柴油機(jī)操縱系統(tǒng)相比，ME 操縱系統(tǒng)簡(jiǎn)化了很多功能，主要區(qū)別在于：

沒(méi)有安全空氣，停油（包括應(yīng)急停車、SHUT DOWN 停車）由ELFI 電磁閥控制燃油升壓器（又稱高壓油泵）實(shí)現(xiàn)；

沒(méi)有空氣分配器，由計(jì)算機(jī)通過(guò)電磁閥實(shí)現(xiàn)起動(dòng)控制；

沒(méi)有正車、倒車控制電磁閥，由計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì) ELFI 電磁閥的定時(shí)控制實(shí)現(xiàn)換向控制；

沒(méi)有 VIT 執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

W?rtsil?公司Sulzer RT-flex系列智能柴油機(jī)和MAN B&W公司的ME/ME-C系列智能柴油機(jī)有共性但也有一定的差別。

①共軌。Sulzer RT-flex機(jī)型的公共油軌有兩個(gè)，一個(gè)是20 MPa的伺服油軌，因?yàn)殡娮涌刂葡到y(tǒng)所輸出的能量有限，該伺服油用來(lái)驅(qū)動(dòng)排氣閥、氣缸起動(dòng)閥和噴射控制單元；二是燃油軌，100 MPa的燃油在油軌中等待噴射，MAN B&W ME機(jī)型的公共油軌僅是一個(gè)20 MPa的伺服油軌，其作用與RT-flex相同，也是作為動(dòng)力油用于驅(qū)動(dòng)。

②原始動(dòng)力。RT-flex機(jī)型采用曲軸帶動(dòng)的復(fù)合凸輪來(lái)帶動(dòng)柱塞式燃油泵保持油軌中100 MPa的油壓，從而以預(yù)定的高噴射壓力把足夠量的燃油輸送到氣缸蓋水平位置的高壓燃油管（共軌）等待。伺服油泵同樣也由曲軸通過(guò)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)，保持伺服滑油20 MPa的油壓。ME主機(jī)的伺服油泵也是軸帶的，伺服油泵是雙頭活塞泵，將20 MPa高壓油送到每個(gè)缸的氣缸液壓驅(qū)動(dòng)控制單元的儲(chǔ)壓器中等待電磁閥信號(hào)，儲(chǔ)壓器作用使高壓滑油保持恒壓。電控電磁閥是由微處理器控制程序系統(tǒng)ECSP根據(jù)柴油機(jī)狀況分析系統(tǒng)ECA和控制操作系統(tǒng)OMCP的綜合信息發(fā)出指令而動(dòng)作的。

③高壓油泵。RT-flex機(jī)型的高壓油泵是軸帶柱塞式增壓泵，是通過(guò)凸輪的傳動(dòng)使燃油泵柱塞上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生壓力的。ME機(jī)型采用的是液壓驅(qū)動(dòng)高壓油泵，即20 MPa伺服油作為高壓油泵的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。

④噴油控制。RT-flex機(jī)型在控制噴油時(shí)，是由控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)給電磁閥，電磁閥控制伺服油，從而打開(kāi)燃油噴射閥，使在燃油共軌等待的燃油完成噴射過(guò)程。ME機(jī)型在控制噴油時(shí)，同樣是控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)給電磁閥，電磁閥控制伺服油驅(qū)動(dòng)高壓油泵使燃油增壓，完成噴射過(guò)程。

⑤燃油的來(lái)源。RT-flex機(jī)型燃油噴射控制單元的燃油來(lái)自100 MPa的油軌。ME機(jī)型的高壓油泵進(jìn)口的燃油是由低壓燃油泵供給的大約0.8～1.0 MPa的燃油。

3．智能柴油機(jī)的管理要點(diǎn)

對(duì)智能柴油機(jī)的管理應(yīng)注重技術(shù)上的管理，特別是在電子控制系統(tǒng)方面，對(duì)船上輪機(jī)管理人員的技術(shù)水平提出了更高的要求。概括如下：

（1）保證滑油系統(tǒng)的清潔

由于滑油來(lái)自系統(tǒng)油，在此用于控制系統(tǒng)，對(duì)其清潔度有很高的要求。應(yīng)該特別注意各個(gè)濾器的狀態(tài)，并按要求清洗。

（2）確保共軌油壓管路的密封

共軌油壓系統(tǒng)的壓力較高，在運(yùn)行過(guò)程中一定要觀察它的密封性是否良好，特別是進(jìn)入噴油器的那段管路，既要保證它的密封性，同時(shí)又要保證它的膨脹不是太大，以免對(duì)噴射霧化產(chǎn)生不良影響。

（3）電磁閥

在共軌油壓系統(tǒng)的控制單元中，電磁閥是一個(gè)很重要也是很容易損壞的元件。必須保證滑油的清潔度，否則會(huì)造成電磁閥的動(dòng)作延遲或卡死，或電磁閥磨損加劇，從而產(chǎn)生密封不好等一系列問(wèn)題。另外，過(guò)電流還會(huì)造成電磁閥的燒毀。因此，在日常管理中，要特別注意對(duì)電磁閥的維護(hù)保養(yǎng)。

（4）傳感器

傳感器是控制系統(tǒng)獲取柴油機(jī)工作狀況的主要途徑。傳感器損壞將會(huì)造成控制系統(tǒng)誤動(dòng)作，必須保證各個(gè)傳感器的清潔和保養(yǎng)，尤其是在惡劣狀況下工作的傳感器，應(yīng)予以特別關(guān)注。

（5）NOX排放量控制

電控共軌柴油機(jī)在滿足NOX排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下，必須充分提高其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，這就要求輪機(jī)管理人員把握一個(gè)度。

完~！

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