船用电控柴油机燃油共轨系统分析及管理.docxVIP

上世纪80年代，电控技术开始应用于柴油机燃油系统,一开始主要采用的是位置式电控喷油系统。

到90年代初，使用高速电磁阀的时间控制式电控喷油系统开始投入使用,准确性大大提高、控制范围也进一步拓宽。

90年代中期,共轨式电控喷射系统得到迅速发展，该技术采用了压力——时间式燃油计量原理,通过各缸喷射过程的电磁阀控制和共轨油压的连续调节相结合，从而实现喷油控制。

而今，智能柴油机已经被广泛应用，从高速机到中低速机的发展也已完成。

在船用智能柴油机领域，以WartdilaSulzer和MANBW两大柴油机公司的机型最为典型。

一、电控柴油机燃油

共轨系统关键技术分析

1、传感器技术

电控柴油机运行时，燃油控制系统所需要的燃油压力信号、温度信号，冷却水温度信号、压力信号、扫气温度信号、增压空气压力信号、油门位置信号、曲柄位置信号、排烟温度信号、柴油机转速信号等都是由各种温度传感器、压力传感器和位置传感器等检测并传送给电脑主机，进行智能综合控制。

图1-1共轨压力传感器

如图1-1所示，在电控燃油共轨系统中，管道压力就是通过压力信号传感器检测并转换为电磁信号传送给主机。该种压力传感器能够检测30.22MPa的压力值，且测压精度高、误差小，安全可靠。

2、气缸间转速不均匀控制技术

柴油机运行时，各缸的工作状况会存在一定的偏差,单缸功率出现不均匀，对应的曲柄角速度大小不一致，最终导致柴油机在工作中产生转速波动和机体的震动。

当充分运用高速电磁阀等技术，通过计算机实现柴油转速波动控制,柴油机单缸喷油量由控制单元根据传感器检测回路，对瞬时角速度信号和平均速度进行单独控制，减少速度较高的气缸喷油量，适当增加气缸速度较低的气缸的喷油量，促使各缸瞬时角速度趋于一致、使柴油机平稳运行。

图1-2各气缸喷油量不均匀修正控制示意图

3、排气后处理技术

近年来,随着MARPOL公约附则VI的执行，柴油机排放废气中的氮氧化合物和各种颗粒物对大气环境造成的污染仍是不可忽视的问题，所以必须对柴油机的废气进行后处理。

在柴油机废气颗粒物处理技术中，柴油机微粒滤清器和连续再生式捕集器两种设备最为常用。

滤清器斯诺克安装在柴油机排烟管上，收集废气中的颗粒,到一定量后，再送入燃烧器进行焚烧,从而去除颗粒物。

捕集器则是将收集到的颗粒物与废气中的NO?充分接触,发生氧化反应,生成CO?，再排放到大气中去。

二、ME低速柴油机共轨系统结构特点

图2-1ME低速柴油机中压共轨系统示意图

MANBW公司的ME低速柴油机采用的是典型的中压共轨式燃油喷射系统,该系统主要由液压力单元(HPS)、液压油缸单元（HCU)、喷油器和排气阀组成。

液压动力单元位于曲轴旁，由曲轴通过齿轮传递驱动的三个大功率液压泵和蓄压安全模块以及若干个电控溢流阀组成,可为共轨系统持续提供20~30MPa的液压油。

液压油缸单元位于气缸旁,主要由燃油增压泵、排气阀驱动器、喷油排气控制阀（FIVA阀)以及大容量隔膜蓄能器组成,负责对燃油进行加压和排气阀启闭的驱动工作。

喷油器和排气阀则直接作为喷油和排气的执行部件。

ME柴油机整体上完全取消了凸轮轴的使用,采用液力增压式结构的燃油增压泵,增压柱塞组由一大一小两节柱塞组成,驱动柱塞则改为液压动力单元提供的中等压力的液压轴。

图2-2ME柴油机中压共轨系统布局示意图

三、ME系列低速柴油机

中压共轨系统工作原理分析

1、燃油喷射系统工作原理

该系统主要包括燃油增压泵、高压油管、泵管嘴结构、排气控制阀和蓄能器等。

由气缸控制单元接受主机的控制参数发出驱动电流,从而达到控制排气阀动作。

燃油喷射系统中的曲轴角度编码器和转速传感器将工况信号传输给主机控制系统,计算出即将需要进行喷油的气缸,并根据其他传感器发出的加进气量、滑油温度等数据,实时优化调节喷油压力、喷油正时、喷油规律,完成柴油机运行模式的平滑切换。

2、排气阀驱动系统工作原理

该系统主要包括排气阀驱动器、液压挺杆以及排气阀等。

在主机正常运转过程中,主机通过传感器传递的信息,识别出需要进行排气的气缸,并通过排气管温度、扫气箱压力等数据,对排气阀开启正时和升程进一步修正。

排气时,气缸控制单元发出指令到FIVA阀,阀门的VA口打开,同时FI口保持泄油状态。

当排完后,主阀阀芯移动至中位,主阀VA口切换到泄油回路,排气阀驱动器下端液压容腔和低压泄油回路导通,液压油经过FIVA阀排出,随即排气阀驱动器柱塞组开始下降归位,整个排气系统的液压管路内压力迅速下降,排气阀空气弹簧膨胀将排气阀向上顶起,排气阀归位,整个排气过程结束,等待气缸下一循环的排气工作。

3、喷油排气控制阀(FIVA阀）工作原理

排气控制阀(FIVA阀）采用三位五通结构,分别设有液压油入口(P口)、喷油执行口(FI口)、排气执行口(VA口)以及两路泄油