2019/8/18,1,轮机新技术,船用电控柴油机 微机控制的船舶电站 K-CHIEF500监视与报警系统 AC C20主机遥控系统 上海海事职业技术学院 昝宪生 13661746734 zanxiansheng@ 徐筱云 13916918811 xujiaxiaoyun@,2019/8/18,2,现代船舶柴油机主机的发展方向,1、提高运行可靠性和制造简单性 2、在提高燃烧指标的同时改善燃烧室 部件的工作状况 3、降低柴油机制造成本 4、延长检修间隔时间 5、向智能型发展,2019/8/18,3,第一节 船舶电控柴油机控制系统,2019/8/18,4,亦称“电喷柴油机”或“智能柴油机”，意指将计算机应用于船用柴油机并成为其基本组成部分 电控柴油机通过控制燃油喷射(定时、喷油量、喷射速率)、排气阀的定时、起动定时,有效地实现柴油机在全工况范围的性能最优化，在满足排放要求的条件下，具有较高的燃油经济性、灵活可靠的操纵性和更长的寿命周期堪称柴油机的第三次革命 与传统机型相比，电控柴油机有以下特点： 1）取消了传统的凸轮轴系统 2）采用共轨燃油喷射系统 3）采用共轨液压伺服油系统,一、电控柴油机控制的基本概念,2019/8/18,5,受智能控制在工业领域迅速发展的影响，20世纪80年代末，船舶智能柴油机的概念应运而生。
90年代，随着人们对船舶可靠性、经济性和废气排放控制的日益关注，船舶智能柴油机进入了实质性研究与开发阶段MAN-B&W和WARTSILA等企业相继在实验室中开始了智能柴油机的研究 传统柴油机的控制方式逐步被电子控制方式代替，如电子注油器取代机械式注油器，电子调速器取代机械式、液压式调速器，燃油电子喷射取代传统机械传动式喷射等1、智能柴油机的发展背景,2019/8/18,6,2、实船应用,（1） 1993年，MAN-B&W公司在试验机上进行了试运转1998年，首台智能柴油机在挪威的Bow Cecil轮装船2000年11月使用智能系统试航，并通过了DNV等船级社的认可 目前，MAN-B&W公司拥有ME系列共计约15种型号的智能柴油机 K系列已拥有14K108ME-C，转速：94r/mim 功率： 97300KW 推出ME/ME-C/ME-GI双燃料智能柴油机2019/8/18,7,1998年，MAN-B&W公司的首台7S50ME—C智能柴油机 在挪威的Bow Cecil轮装船2019/8/18,8,（2）2001年，中波公司同上海船厂签订了建造四艘载重吨为3万吨的多用途重吊船的协议在这些船上采用了SULZER 7RT-flex60C共轨式柴油机，中波公司是世界范围内第二家选用这种型号柴油机的船东。
2006年投入使用的11000TEU集装箱船“艾玛.马士基”, 主机使用WARTSILA 14RT-flex96C智能柴油机该型柴油机是目前世界最大的智能柴油机2019/8/18,9,3、RT flex-60c共轨 （Common Rail）柴油机,,2019/8/18,10,RT-flex柴油机的结构特点,取消了传统的RTA 型机的以下部件: 1.排气阀驱动装置(Exhaust Valve Driver)、2.燃油泵(fuel pump)、3.凸轮轴(camshaft)、4.换向伺服马达(reversing servomotor)、5.燃油连接杆(fuel linkage)、6.VIT 装置、7.起动空气分配器(start air distributor)、8.凸轮轴驱动装置(camshaft drive)等取 消,2019/8/18,11,RT-flex柴油机的结构特点,取代的装置包括: 1）燃油共轨（Common Rail），用来建立燃油压力; 2）伺服油系统(servo oil system)，控制喷油和排气; 3） WECS-9500 控制系统; 4）容积喷射控制单元(Volumetric Injection Control Unit )，控制燃油的流量和喷射时间；5）燃油供给单元(supply unit )，取代原有的燃油泵，提供高压燃油和伺服油。
取 消,,取代的装置,,取代 装置,2019/8/18,12,（一）电控型柴油机的共轨技术,RT-flex型柴油机采用微机控制的共轨技术，取消了凸轮轴装置对喷油、排气和起动的控制，取而代之的是WECS 9500控制系统它给各缸的气缸控制单元（CCU)发送燃油喷射信号，气缸的控制单元根据这个指令和本气缸的活塞位置等参数控制燃油喷射量、喷射方式(一次性喷射，脉冲性喷射)以及喷射油头的个数 排气阀的控制是由WECS 9500发出指令，各缸控制单元根据指令给本缸的排气控制电磁阀通电，控制高压伺服油，去驱动排气阀使之排气 WECS 9500还根据角度传感器送来的曲柄位置信号来判别各缸的活塞位置，从而确定哪个缸应打开起动阀进行起动起动阀也采用电磁阀2019/8/18,13,（一）电控型柴油机的共轨技术,各缸的燃油压力和液压伺服油压力是一样的，由此称之为“共轨” Wartsila公司的Sulzer RT-flex机型采用100MPa高压燃油压力 MAN B&W公司的ME系列则采用0~0.8MPa低压燃油压力，它需进行二次增压后才能喷射2019/8/18,14,（二）电控型柴油机控制系统的组成和主要功能 1、RT-Flex电控柴油机的共轨技术,图 1-1-2 14,2019/8/18,15,2019/8/18,16,2019/8/18,17,,容积燃油喷射装置,排气阀控制单元,,ICU与VCU,2019/8/18,18,喷射控制阀,先导电磁阀,,2019/8/18,19,3个喷油器及高压油管,排气阀液压油油管,RT-Flex 60c 智能柴油机缸头层,2019/8/18,20,2、 RT-flex的供油单元,2019/8/18,21,,3.电控型柴油机控制系统的组成示意图,1）运行模式控制系统 2）主机控制系统 3）主机工况监测与分析,图 1-1-3,21,2019/8/18,22,图1-1-4 RT-flex柴油机的控制系统,S 传感器,C 控制器,2019/8/18,23,ME柴油机的控制系统方框图,电控型柴油机主要功能,2019/8/18,24,船用柴油机电喷技术的主要内容,喷油定时及喷油量的控制； 排气阀开与关的定时控制； 各缸起动阀的控制； 主机正、倒车的控制； 设置双套CAN总线、运行 中可转换系统，确保运行 可靠性。
2019/8/18,25,二、RT－flex 电控柴油机控制系统,,2019/8/18,26,（一）WECS 9500控制系统——电喷的核心,WECS：Wartsila engine control system 功能：控制主机燃油喷射、排气阀开闭及起动等，并 用来控制燃油共轨和伺服油共轨的压力 硬件：功能模块（WECS 9520只有一种模块-FCM 20 模块） CANopen总线、MODBUS总线26,2019/8/18,27,1、WECS-9500控制系统的主要功能,（1）与柴油机相关的控制功能 – 燃油共轨压力（1000bar）控制； – 用于排气阀驱动的伺服油压力（200bar）控制； – 气缸润滑油控制 （2）与气缸相关的控制功能 – 容积燃油喷射控制(包括VIT)； – 排气阀控制 (包括VEO和VEC)； – 起动阀控制（通过电磁阀控制接通各缸起动阀的起动空气） 注： VEO (variable exhaust valve open) VEC (variable exhaust valve closing),2019/8/18,28,2、WECS 9500控制系统的组成,（1）公共电子控制单元（COM-EU) 一机一套。
负责与外部设备（如主机遥控系统、电子调速器、安保系统、监视与报警系统、燃油系统、伺服油系统等）的通信，并调控燃油共轨压力 （2） 气缸电子控制单元（CYL-EU) 每缸一套控制燃油喷射、排气阀定时和起动定时，并调控液压伺服油轨压力 （3）曲柄角传感器 （4）各缸执行器的传感器 （5）辅助控制单元（WECS assistant） 安装在集控室，包括一台电脑及WECS-CR装置，用于系统的监测报警、趋势显示、参数设定、故障诊断等， （6） CANopen总线,2019/8/18,29,2019/8/18,30,,燃油系统,,控制油系统,伺服油系统,气缸电子控制单元,公共电子控制单元,,曲柄转角 传感器,WECS-9500 控制系统,,主机遥控,图1-1-6,1#传感器 执行器,,机旁电源,辅助器,,,机旁备用控制,2019/8/18,31,WECS-9500控制系统各功能单元的作用,（1）公共电子控制单元（COM-EU） 它包括两个主控制模块MCM，由外部的选择开关发信号给选择模块ASM，ASM模块根据选择开关的信号确定哪个模块处于工作状态，哪个模块处于热备用MCM的主要作用是对燃油共轨的油压、主起动阀进行控制，与其它系统进行通信，并对主机内部信号进行检测和传输。
（2）气缸电子控制单元(CYL-EU) 每个气缸都装配一个气缸电子控制单元，位置在共轨平台的下方它负责对气缸的起动空气阀的启闭、燃油喷射和排气阀的启闭进行控制，包括ⅤIT、ⅤEO、ⅤEC控制等在内 （3）各缸执行器的传感器 用于检测各电磁阀、液压伺服油缸的工作状态2019/8/18,32,（4）曲轴角度传感器（Crank Angle sensor）,用于准确测量曲柄轴位置，该信号送到气缸控制单元，从而推算出气缸的活塞位置，便于对气缸的喷油和排气的时间控制2019/8/18,33,2019/8/18,34,曲轴转角传感器,在曲轴的自由端装有两个独立的曲轴转角传感器，由曲轴通过带齿皮带带动，它们产生精确的曲轴转角数字信号（分辨率为0.1°），传送到每个气缸控制模块，柴油机的喷油、排气和起动定时的控制均以其所测的信号为准因此，对于柴油机的运行，它们是绝对不可缺少的，至少其中一个必须工作，如果两个都坏了的话柴油机连应急运行都不可能 曲柄角信号监视：对两个曲柄角信号和第一缸的TDC（上止点）信号进行相互比较，如果三个信号的差值不在允许范围内，则报警并实行SLOW DOWN 或SHUT DOWN。
如果有一个转角传感器损坏，可以将其切断，WECS系统依靠另一个传感器仍能继续工作上止点传感器损坏主机仍能继续运行2019/8/18,35,（5）WECS-9500 辅助控制单元 Assistant 安装在集控室，由一台计算机和一台MAPEⅩ-CR的控制装置组成 作用：显示主机的状态及报警信息，例如每个气缸的燃油、排气、延时时间，每个气缸活塞速度等状态信息显示，以及各传感器测量值、参数设定值和动态曲线显示简言之，用于系统的监测报警、趋势显示、参数设定、故障诊断等，人机界面为WECS-View2019/8/18,36,Indication Card,2019/8/18,37,2019/8/18,38,Injection Card,2019/8/18,39,Exhaust Valve Card,2019/8/18,40,WECS–9500系统的通信功能,（1）与主机遥控系统的通信 主机遥控系统（如AUTO CHIEF C20）独立于WECS–9500系统，但两者紧密相关 主机遥控系统： 将车令起动、正车、倒车和停车信号送到WECS-9500系统的公共电子单元COM-EU； 将车速命令和负荷程序送到电子调速器； 接收由WECS-9500计算后送来的负荷信号和扫气压力等信号。
集控室备用单元和机旁备用单元（BACK UP） 在主机遥控系统故障时使用，只能完成部分主要功能 注意：即使是机旁，依然是计算机控制的“电喷”2019/8/18,41,BACK UP单元,2019/8/18,42,2019/8/18,4。