船用电控柴油机液压系统特点及管理要求.pdf

1、第六期2010 年技术篇船用电控柴油机液压系统特点及管理要求船用电控柴油机液压系统特点及管理要求孟祥义，郑士君(上海海事大学，上海200135)摘要:介绍 MAN BW 公司 ME 型柴油机.通过与原机型对比，简要阐述 ME 型柴油机的结构特点和性能特点.介绍了 ME 型柴油机电控系统和液控系统组成及其功能，ME 柴油机采用电液控制，智能化程度高，控制灵活优化，但没有传统的低速船用柴油机来得直观，新技术对船员及船舶管理人员提出了更高的要求.详细分析了其液压系统的特点及其管理要求，可供有关人员参考.关键词:电控柴油机;液压系统;管理要求中图分类号:U664.81文献标识码:A文章编号:1005-

2、8354(2010)06-0016-04Characteristics and Management Requirement of HydraulicSystem of Marine Electronic Controlled Diesel EngineMENG Xiang-yi，ZHENG Shi-jun(Shanghai Maritime University，Shanghai 200135，China)Abstract:This paper introduces the ME engines of MAN BW Company.Compared with the original typ

3、e，ithas made the brief description to the unique feature and the performance characteristic.It introduced the compo-sition and the function of its electrical-controlled system and the hydraulic-control system.The ME engines hasthe electrical-hydraulic control system，highly intellectualized，nimbly co

4、ntrolled，but it does not have the intui-tive operation of the traditional low speed diesel engine，the new technology proposed to the crew and the ship-managing personnel a higher request.In order to a better use and maintain，this article analyzes the hydraulicsystem characteristic and the management

5、 request.Key words:electrical-control diesel;hydraulic system;management requirement收稿日期:2010-05-25作者简介:孟祥义(1984-)，男，本科，研究方向:现代轮机管理.0引言MAN BW 公司 2003 年以其最成功的 MC 系列柴油机为原型机，开发出全电子控制式的 ME 系列柴油机.ME 意 即 Engine Program Electronically Con-trolled，该系列机型将经过验证的传统技术与增强的电子控制系统相结合，是电子控制的无凸轮轴的低速二冲程柴油机.与传统的 MC 系列柴

6、油机相比，ME 系列柴油机取消了原来的许多复杂的机械控制设备以新型电子控制设备取而代之，自动化程度更高，无论在结构上还是在控制技术方面都有相当大的差别.本文主要介绍 ME 系列机型电液控制系统的特点与管理要求，以帮助轮机管理人员适应新设备、新技术的管理.1ME 系列柴油机特点1.1ME 系列柴油机的结构特点ME 系列柴油机上的电液系统替代了 MC 系列柴油机的以下零部件:凸轮轴的链传动;燃油凸轮、排气凸轮、示功凸轮及凸轮轴;燃油泵执行机构，包括滚轮导筒及换向机构;常规燃油喷射泵及可调喷油定时系统;排气阀执行机构及滚轮导筒机构;柴油机起动空气分配器;调61技术篇2010 年第六期速器及其执行机构

7、;调油轴;应急操纵台;机械式气缸注油器.ME 柴油机的新型电液控制系统包括以下部件:液控供给单元 HPS(Hydraulic Power Supply);液压控制单元 HCU(Hydraulic Cylinder Unit);柴油机控制系统 ECS(Engine Control System);电控起动空气阀;辅助鼓风机的集成电子控制装置;集成电子调速器;曲轴相位角传感器和测速系统;气缸润滑用的阿尔法注油器;机旁操作面板.1.2ME 柴油机的性能特点与传统机型相比，ME 柴油机的主要特点如下:1)经济性好，主要体现在节省燃油量和滑油量.在燃油喷射系统中，采用电控阀(Electronic Fue

8、lInjection，ELFI)，可以使柴油机在低负荷运转时，仍能保持相当高的喷射压力，精确地控制喷油量，降低了燃油消耗.在气缸润滑油系统中采用了阿尔法(Al-pha)注油装置，与传统的柴油机相比可以节省滑油量为 0.4g/kWhcyl.2)具有很强的运转适应性，主要表现在燃油喷射系统上.包括:(1)能够自由地选择喷射压力.根据不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能，降低了柴油机在部分负荷时的油耗;(2)精确地控制燃油喷油量.柴油机由 ELFI 控制喷油，其控制精度高，高压油管压力稳定，在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油均匀，柴油机工作稳定;(3)可独立地控制喷油

9、正时和喷油速率变化，实现预喷射和多次喷射，达到理想的喷油规律，配合高的燃油喷射压力，能保证良好的动力性和经济性，同时还能将柴油机的 NOX和微粒(PM)排放控制在较小的数值内，以满足排放要求;(4)燃料适应性好.对于不同的燃油，特别是劣质燃料油，可根据燃油需要改变喷油正时和气阀定时，并且在任何负荷条件下工作无可见排烟.这些对于凸轮驱动的机械机构几乎是不可能实现的.此外，冷却系统、增压系统和气缸注油系统也具有很强的运转适应性.3)可靠性高.主要在于电控型柴油机减少部分机械设备 凸轮轴及其驱动机构，使得柴油机具有低的故障率和良好的维修性能.因此柴油机具有更长的使用寿命和维修周期，由于采用了电子控制

10、，在柴油机的全寿命过程可进行软件升级，具有明显的智能特征.4)具有各种不同的操作模式.ME 柴油机在操作过程中，可轻易转换操作模式.各种不同的操作模式是指可以根据不同的要求由操作者选择机器的运转模式，如经济性模式、排放控制模式、安全模式和低负荷运转模式等，并保证发动机一直处于最优化状态运转.5)完善的状态监测和控制系统.主要包括一体化的速度控制设备，在线的柴油机故障诊断系统，活塞工作状况和燃烧可靠性的监测及对气缸注油的优化等.能够在线监测柴油机的运转状况，确保各缸的负荷均匀分布，防止发动机超负荷，在故障发生之前能够早期报警.2ME 柴油机电液控制系统2.1ME 柴油机电控系统(ECS)ME 柴

11、油机的电控系统如图 1 所示，其主要控制单元及其功能为:1)柴油机人机交互界面控制单元 EICU(EngineInterface Control Unit)处理柴油机与外部控制系统的接口，如航行指令的接受、遥控系统、报警系统、车钟、螺距控制系统和电源管理系统等.2)柴 油 机 控 制 单 元 ECU(Engine Control U-nit)管理与柴油机有关的控制功能.如主机起动/停车、主机转速控制(调速功能，包括负荷限制保护)、主机运行模式(包括燃油喷射和排气运行参数计算).3)气 缸 控 制 单 元 CCU(Cylinder Control U-nit)控制燃油喷射和排气正时、起动空气正时

12、和气缸注油正时.4)辅助控制单元 ACU(Auxiliaries Control U-nit)控制电动泵、机带增压泵、辅助鼓风机.柴油机控制系统的所有控制单元都采用相同的计算机，或称多功能控制器(Multi Purpose Control-ler)，只是根据各自的识别钥匙(ID key)下载不同的软件执行各自的功能.所有控制单元包括网络线均有冗余设计，互为备用，确保柴油机安全可靠运行.另外，ME 柴油机安装主操作板 MOP(Main OperatingPanel)，提供人机操作界面，用于选择运行模式、显示/调整运行参数、显示报警情况等.在机旁还布置机旁控制板 LOP(Local Operati

13、ng Panel)，用于在机旁对柴油机进行应急操纵.71第六期2010 年技术篇图 1ME 柴油机的电控系统2.2ME 柴油机的液控系统液控系统以柴油机系统滑油作为介质，通过安装于柴油机上的液控供给单元(HPS)获得所要求的液压压力.滑油经由主滑油泵后分为两部分，一部分用作正常的各轴承润滑和活塞冷却，一部分进入液控系统.进入液控系统的滑油首先经由自清式细滤器过滤，再由液压泵加压到安全蓄压单元(用来保持恒定压力 20MPa 供给 HCU)，通过双壁管进入每个气缸的HCU，一部分流向燃油升压器，可将燃油供应压力由1MPa 升高到特定的依负荷而定的 60 100MPa，一部流向排气阀驱动器，提供排气

14、阀开启所需的液压.液控系统避免了传统的机械连接提高了柴油机运行时的灵活性、可靠性，液控系统如图 2 所示，主要包括:液控供给单元、液压控制单元、柴油机控制系统、曲轴位置传感系统等.图 2ME 柴油机液控系统81技术篇2010 年第六期2.2.1液控供给单元(HPS)图 2 虚线框内部分为 HPS，其主要功能是为柴油机提供燃油喷射和排气阀开启所需要的动力，一般布置在柴油机的后端.主要组成部分有:10m 的自清式滤器、25m 的旁通滤器、电动液压泵、机带液压泵、安全蓄压单元、高压管路等.2.2.2液压控制单元(HCU)液压控制单元每缸一个，HCU 中有两个非常重要的电子控制阀:电子燃油喷射控制阀(

15、ELFI)和电子排气控制阀(ELVA)，二者分别用来控制各缸燃油喷射和排气阀的启闭.HCU 的设计考虑尽可能减少管道，用双壁高压管将所有 HCU 内连，再与 HPS 装置器连接起来.双壁高压管上装有压力控制阀和流量报警传感器，万一内管破裂，外管可作为高压管，柴油机仍可应急运行.图 3燃油升压器的工作过程燃油升压器的工作过程如图 3 所示:活塞运动到底端位置;燃油进口打开;液压油通过 ELFI 阀进入回油腔;共轨中的液压油压力保持恒定;ELFI 阀向上运动，液压油进油口打开，回油口关闭，液压油通过 ELFI 进入增压腔;液压油驱动大活塞向上运动;燃油进口关闭;燃油压力升高，当压力超过喷油器弹簧预

16、紧力时，针阀开启，开始喷油.排气阀驱动的工作过程类似于燃油升压器，通过ESC 精确控制排气正时，还能调节压缩比，这是传统机型所不能满足的.3液压系统管理要求ME 机型最大的特点就是用系统润油作为液控系统的动力油，这样润滑和液控系统使用同一种油，管路设计方便，经济性好;但是液控系统是由精密的阀件控制的，对油的清洁度要求很高，而润滑油通过循环，会带回很多污物，这些污物可能造成阀件动作延迟或卡死，或阀件磨损加剧，从而产生密封不好等一系列问题.统计资料显示，在所有液压系统的故障中，由于液压油污染造成的故障占 70%75%，这足以说明，在液压系统中控制了液压油的污染，就基本上控制了故障的发生.然而，目前电控柴油机管理者仅对整机系统的管理有基本了解，对液压系统的科学管理往往重视不足，结果使得液压系统中某些元件过早出现磨损，甚至失效，大大降低了液压系统运转的可靠性和使用寿命.因此，要提高管理水平，增强对液压油污染的控制意识，加强对液压油污染的检测，这样才能更大限度地降低电控柴油机液压系统的故障率，从而提高电控柴油机的工作可靠性.3.1控制电控柴油机液压油污染液压油污染物的来源主要有:系统结构潜在性、