船用柴油机电控共轨喷油技术开发的关键技术.doc

船用柴油机电控共轨喷油技术开发的关键技术 摘要：概述船用电控共轨柴油机的产业现状，介绍了船用电控共轨柴油机发展动态和船用大功率电控共轨柴油机制造业的发展趋势，对船用电控共轨柴油机开发的关键技术进行了探讨，指出了我国智能化船用柴油机产业发展的机遇和挑战. 21世纪柴油机电子控制技术将进入发展的鼎盛时期，在硬件功能不断强化的基础上，现代控制理论将大显神通.船舶柴油机电子控制的目标除了改善发动机的动力性和经济性外，更加强了对排放的控制及追求安全和舒适性要求.以达到降低油耗，减少排气污染，改善噪音和动力性能，提高可靠性的目的，从而实现柴油机性能的全面优化. 1船用柴油机电控共轨系统的技术现状 电控共轨系统的市场潜力很大.目前，Wartaila和MAN-BW两大公司相继推出船用大缸径低速二冲程电控柴油机，而且都已装船营运[1]. Wartsila NSD作为二冲程柴油机技术的领先者，应用于大型船用柴油机的Sulzer RT-flex系统，是世界上最大的共轨燃油喷射系统.第一代产品机Sulzer6RT-flex58T-B于2001年1月成功地通过了装船检测. 1993年MAN-B＆W S60ME-C智能型共轨柴油机开始研发，并于1997年在实船应用4T50MX型智能型柴油机，并在此基础上不断研制和完善软件开发，近几年已逐步被船东选用. 在国内，2003年中波公司率先购置装备共轨式电控燃油喷射系统，随后宜昌船舶柴油机厂、大连船用柴油机厂、上海沪东重机股份有限公司也于2004年前后相继引进了国外电控共轨燃油喷射设备及其柴油机的制造技术.但到目前为止，作为大型船舶柴油机燃烧控制部分的核心技术仍然掌握在一些发达国家手中. 2电控共轨系统的未来 从20世纪90年代中期开始，电控共轨柴油机开始进入市场，显示出巨大的发展潜力.电控共轨系统生产厂家对电控共轨系统的未来都充满信心.电控共轨系统的主要组成部分更适于大批量生产，也为生产成本降低创造了条件.专家们预期，未来的电控共轨系统的售价将低于现在的同等功能的机械式燃油系统. 目前，各家公司都在大力开发第三代电控共轨系统.第三代电控共轨喷射系统具有更高的喷油压力、喷油器尺寸紧凑、外形小、各缸喷油量差别小、实行闭环控制、多段喷射等一系列新的特点.将具有更出色的控制功能、更可靠、更紧凑、价格更便宜.专家们认为： 电控共轨燃油系统必将以不可阻挡之势迅速发展，并将逐步替代现有的机械式燃油系统.但是，由于柴油机技术的复杂多样，可能在某些领域替代过程比较快，某些领域替代过程比较慢，而在某些领域几乎永远不能完成这种替代[2]. 3电控共轨燃油系统开发的关键技术 电控共轨燃油系统是现代高新技术组合的结晶.现阶段其技术开发关键要素可归纳为以下几个方面. 3.1柴油机控制软件技术 早期电控燃油系统的喷油控制程序是通过检测柴油机的转速和油门位置，输入到计算机形成数据MAP，再从数据MAP中计算出目标喷油量后，向控制系统伺服回路发出喷油量控制指令. 随着对柴油机燃烧控制的要求越来越高，更多的附加控制功能也陆续被开发，并通过计算机软件控制来实现.控制系统追加功能的增多，控制程序也变得越来越复杂，结果是船用柴油机系统初期编写程序的方式已不能满足使用要求.因此，柴油机系统控制中作为应用计算机控制的最重要的一项技术——柴油机控制软件工程就显得十分重要.柴油机控制系统软件开发过程、软件开发方法、结构化设计方法等形成了一个新的技术体系.目前，柴油机控制软件是通过操作系统（OS）编写多任务处理系统结构.各种控制功能作为一项任务（功能单元）可以独立设计，在操作系统控制之下，已能够在单一计算机上分时执行. 目前，柴油机电子控制技术在操作系统方面也在寻求使用世界标准规范，各公司独立设计的功能软件也将根据标准式样进行设计，新的发展方向是推进软件模块化、部件化.这种技术成熟后，柴油机控制软件将有可能作为功能部件进行销售，由此将会迎来更高层次的标准化、通用化. 3.2传感器技术 传感器是电控共轨系统获取柴油机上工作状况的主要途径.在电控燃油系统中，通过各种传感器检测出发动机的实际运行状态.控制柴油机共轨燃油系统的基本传感器包括：共轨压力传感器、气流量传感器、增压压力传感器、水温传感器、燃油温度传感器、曲轴角度传感器、油门位置传感器等. 在电控共轨系统中，为了准确测量共轨内的压力需要在共轨上安装压力传感器.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. 共轨压力传感器的测量范围通常要达到20 MPa~180 MPa.测量范围相当宽，测量精度也很高，要求能够达到±2%~3%.在柴油机各种运行工况下都能精密地测量和控制燃油压力，在180 MPa的高压状态下仍然具有很高的工作可靠性[3]. 随着对