第一节船用电控共轨型柴油机的最新技术特点和管理

船用电控共轨型柴油机的最新技术特点和管理

随着科学电子技术迅猛发展，微型计算机已越来越广泛地应用在船舶动力控制和监测中。为了提高燃油经济性、降低排放要求、提高可靠性和操作的灵活性，实现适时调节，电控共轨柴油机已成为发展的必然趋势。经过各大厂商的不懈努力,全电控型的柴油机终于在20０3年研制成功并得到实船验证，这标志着柴油机的发展经历了又一次质的飞跃。

传统柴油机和电控型柴油机的区别

传统的柴油机是由调速器控制其喷油量,由凸轮控制其喷油定时、进排气等过程,能使柴油机在额定工况下实现性能的优化。但是当柴油机的工况、海况、外界环境、燃油品质发生变化，凸轮轴磨损或者机械间隙改变导致喷油正时、喷油速率、配气正时、气阀时面值等参数偏离其设计的最佳值时,均会影响柴油机经济性能。

船用柴油机工作过程的燃烧效率，燃油消耗以及废气排放污染，一直是人们关注的问题。根据国际海事组织《MARPOＬ７３／７8公约》的规定对船舶柴油机ＮO x的排放进行了严格的限制。而控制其最有效的手段是降低最高燃烧温度及控制燃气在高温下停留的时间。

电控型柴油机也称为智能型柴油机,即将电子设备及软件应用于船用柴油机并成为其重要部分的新型柴油机。根据柴油机燃烧理论,主要是应用了电控技术，通过控制燃油喷射正时、喷油量、喷射速率、压力以及进、排气阀正时,能够有效地实现柴油机在各种负荷下的性能最优化，从而达到在满足最新排放要求下，提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。

电控共轨型柴油机

瓦锡兰船用共轨(RT-fleｘ）系列柴油机ＷECＳ控制系统

瓦锡兰公司在船用共轨（RT-flｅx)系列柴油机上使用的控制系统定名为WＥCS,英文全。该系统采用了成熟的微机控制技术和网络通信、现场总线技术，实现对柴油机的控制和检测。

与传统的柴油机电子控制系统不同的是,WECS控制系统是直接安装在柴油机上的，工作环境恶劣,对系统的防水、抗震、耐高温、防腐蚀和防霉菌等诸方面的要求很高,同时还要便于维护管理，最大限度地减少故障停机时间。因此,系统在开始设计时，首要的问题是在实现控制要求的前提下,保证系统的可靠性和可维护性。为此,瓦锡兰公司选择了著名的船舶电子控制系统生产商——伦索公司作为合作

伙伴,开发出ＷＥＣS-9５00控制系统。几年来的实船应用表明，WEC Ｓ-９50０系统在可靠性和控制功能方面,基本满足了设计要求。ＷＥ

ＣS-9500控制系统由公用电子部件COＭ－EU和气缸电子部件CYL－E Ｕ两部分组成。公用电子部件ＣOM-ＥＵ是每台柴油机一套,侧重于对整台柴油机的管理和控制，以及和外部系统的数据交换;气缸电子部件则是每个气缸对应一套,侧重于对相应气缸的管理和控制。这种两级式结构的特点是:概念清晰,层次分明,便于系统软件编程和调试,便于故障查找和经验的积累。但在系统软、硬件优化方面,还有较大的进一步完善空间。

在积累了一定经验的基础上，最近，瓦锡兰公司推出了WECＳ

-9520控制系统,现已应用于Ｗ ARTSILA RT-flex ５0型柴油机，其主要功能包括:燃油共轨压力控制,伺服油压力控制，燃油喷射控制,排气阀控制,启动阀控制,曲轴角度传感器监控。WECS-9５2０控制系统的组成:主要由外部通信控制箱E９０、单缸控制箱E95、电源控制箱E8５组成。

每个Ｅ95控制箱内均安装有一个FＣM-２0模块，以执行以上功能。为了保证可靠性，每个功能的执行均由两组模块同时控制,这两组模块互为备用，当一组FＣM-20模块出现故障时，另一组FＣM－2０模块仍可以保证ＷECS-９520控制系统正常工作,但出现故障的模块所对应的气缸将不能正常工作。当不正常情况出现时，例如燃油共轨压力不正常、伺服油压力不正常等,可以通过对应的FCM-2０模块上发光二极管的指示进行判定。

Ｅ9０控制箱主要执行外部通信的功能，包括与主机遥控系统、机舱监控系统等的对接。同时，Ｅ9０控制箱内也有一块ＦＣＭ-2０模块,这只模块是备用模块,可以对系统的参数进行同步下载、保存,在其他FCM－20模块出现故障时，可以立即用这只模块进行替换。这只FCM-20模块拆除后对WＥCS－9５20控制系统不产生任何影响。在新的FＣＭ-20模块备件供船后，需要将其安装到E90箱内，进行数据同步下载。若将新的模块备件直接安装到E95控制箱，则不能正常工作。ﻫ在Ｅ8５电源控制箱内，从安全方面考虑，电源也是两套配置。

在日常的管理中，由于E９0、E9５控制箱都是安装在主机旁，主机运行时的震动和高温对这些控制箱会产生很大的影响,因此定期检查、紧固各个控制箱内的接线是十分必要的。另外,对于FCM-20模块故障的确定，则是WEＣＳ-9５20控制系统管理方面比较困难的事情,因为主机运行时若出现单缸工作不正常现象,其牵涉到的因素太多,

除了常规的机械方面的原因，还有ＩＣU(Iｎjection ControｌＵn ｉt）、VＣU（Exhaust Vａlve Cｏｎtｒol Ｕｎit）、共轨压力传感器等等多方面的原因。

FCM-20模块的控制和检测功能分为两部分：第一部分是实现ＷE ＣS-9500系统中的公用电子部件COM-EU的所有功能,并加以完善。如：(１）燃油轨、伺服油轨的压力调节和检测;液压油泵的控制。(2）储存和处理各种数据,例如:与IMO相关规则有关的参数设置、与柴油

机运行管理相关的参数设定等。(3)ＷECＳ系统内部自检,例如:电源的状况、软件、硬件的自诊断。(4）计算和处理公共控制变量，如:可调喷油定时、可调排气阀开启和关闭定时、主机状态等。(5）与外部系统的数据通信。(6)故障指示。

第二部分是实现ＷEＣS-950０系统中的气缸电子部件CＹL-EU的所有功能，并加以完善。如:(1）根据各种相关的数据、参数和指令，实现对起动阀、喷油阀和排气阀的控制。(2）各相关电磁阀的定时控制和曲柄角保持同步。每个FＣM-20模块通过系统总线获取曲柄角的角度信号，并计算出所控气缸的速度、角度等数据。

WEＣS-９520系统具有自动软件下载功能。如果某缸对应的ＦCM －20模块出现故障，可以直接更换备用的FCＭ-20模块,而不必事先向备用的FCＭ-20模块装载各种数据。当备用的FCM-２０模块安装到ＷＥＣS-9520系统中后，系统会自动检测出这个新模块,并从其他FCM-２0模块通过系统总线,为新模块提供所有必需的运行数据。尽管如此,考虑到这个过程仍然需要一定的时间,瓦锡兰公司在ＷEＣＳ－９5２０系统中又增加了一个功能——在线备件。

所谓的在线备件,就是在接口箱E90中安装一个FCM－２０模块,作为备用模块,接在系统总线上，其软件及参数和运行的FCM-20模块一样变化着，并保持同步,但不产生任何实际的控制作用。当某缸对