船舶電噴柴油機(jī)-瓦錫蘭共軌技術(shù)

1、大連遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司,船舶輪機(jī)新技術(shù) 共軌技術(shù)在船上的應(yīng)用 大連遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司 鄭連國(guó) 2012.11.25,培訓(xùn)主要內(nèi)容： 一、 Wartsila柴油機(jī)發(fā)展歷程 二、Wartsila智能柴油機(jī)（共軌）工作原理 三、 Wartsila共軌柴油機(jī)在管理中應(yīng)注意的事項(xiàng),Wartsila柴油機(jī)發(fā)展歷程 瓦錫蘭公司：瓦錫蘭公司(WartsilaCorporation)是全球領(lǐng)先的船用動(dòng)力裝 置及陸上電站設(shè)備的供貨商和服務(wù)商，目前在全球70多個(gè)國(guó)家擁有160家 分支機(jī)構(gòu)，總部位于芬蘭赫爾辛基。世界船用中速機(jī)的領(lǐng)頭羊 。 1、1834年瓦錫蘭公司在芬蘭卡累利阿(Karelia)成立時(shí)僅僅是個(gè)鋸木廠，1938年開(kāi)

2、始進(jìn)入柴油機(jī)領(lǐng)域。 2、瑞士蘇爾壽公司(Sulzer Ltd.)成立于1834年，1898年開(kāi)始與柴油機(jī)的發(fā)明者魯?shù)婪?狄賽爾合作生產(chǎn)柴油機(jī)。1990年蘇爾壽將其柴油機(jī)業(yè)務(wù)剝離，成立新蘇爾壽柴油機(jī)公司(New SulzerDiesel，NSD)。后來(lái)新蘇爾壽柴油機(jī)公司成為意大利芬坎蒂尼公司的子公司。 3、 1997年，瓦錫蘭旗下的瓦錫蘭柴油機(jī)公司(Wartsila Diesel)與芬坎蒂尼公司旗下的大部分柴油機(jī)業(yè)務(wù)(包括新蘇爾壽柴油機(jī)公司)合并，成立瓦錫蘭NSD公司(WArtsila NSDCorporAtion)。 4、 1997年瓦錫蘭合并新蘇爾壽柴油機(jī)公司之后，在原蘇爾壽品牌的RTA系列

3、低速機(jī)的基礎(chǔ)上，2003年推出智能型電控共軌RT-flex型機(jī)。,發(fā)展智能型柴油機(jī)的優(yōu)勢(shì),何為智能型柴油機(jī)： 電控型柴油機(jī)也稱為智能型柴油機(jī)，即將電子設(shè)備及軟件應(yīng)用于船用柴油機(jī)并成為其重要部分的新型柴油機(jī)。根據(jù)柴油機(jī)燃燒理論，主要是應(yīng)用了電控技術(shù)，通過(guò)控制燃油噴射正時(shí)、噴油量、噴射速率、壓力以及進(jìn)、排氣閥正時(shí)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)在各種負(fù)荷下的性能最優(yōu)化，從而達(dá)到在滿足最新排放要求下，提高其經(jīng)濟(jì)性、可靠性、操縱靈活性和延長(zhǎng)使用壽命。 優(yōu)點(diǎn)：可靠性、經(jīng)濟(jì)性、滿足排放要求、操作靈活性、延長(zhǎng)使用壽命。 主要部件：供油單元、共軌單元（共軌油管、ICU、VCU、安全閥、減壓閥等）、伺服油自清濾器、曲軸轉(zhuǎn)

4、角傳感器、E95控制箱、E90控制箱。,二、Wartsila智能柴油機(jī)（共軌）工作原理,傳統(tǒng)機(jī)型與共軌柴油機(jī)比較, Wrtsil Land TDC Pick-up) Digital Input 2 (Pressure Switches) Analogue Out (Fuel Actuator Set point) Power Supply Failure Module ready, SW OK Failure on Module Not Applicable,FCM-20 硬件 低位 I/O,FCM-20 硬件 I/O口 在模塊的右下角，是數(shù)據(jù)總線和低壓信號(hào)的接頭插口。 LEDs 顯示出FCM

5、-20 模塊和 I/O 狀態(tài). 當(dāng)發(fā)生故障或者發(fā)生短路時(shí)一些LED會(huì)改變顏色. 閃爍的代碼會(huì)顯示詳細(xì)的故障信息.,FCM-20 模塊和WECS-9520 的內(nèi)部功能可以被分為兩大組: 單缸相關(guān)功能 共用功能 單缸相關(guān)功能: 為了將閥控定時(shí)和角度編碼器信號(hào)同步, 每一個(gè)FCM-20從SSI-Bus讀取并且處理角度編碼信號(hào)來(lái)計(jì)算單缸的轉(zhuǎn)速、角度、和轉(zhuǎn)向。 啟動(dòng)-, 噴油- 和排氣閥動(dòng)作是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的設(shè)定和從CANopen System bus讀取的控制信號(hào)和參數(shù)來(lái)控制的。 共用功能: 燃油-和伺服油共軌壓力調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè), 控制油泵的控制 存儲(chǔ)和處理調(diào)整的數(shù)據(jù) (IMO, 主機(jī)特性參數(shù)及通用設(shè)定)

6、WECS內(nèi)部監(jiān)測(cè)(電源監(jiān)測(cè), 軟件加密狗, CRC- 起 / 停 根據(jù)實(shí)際的掃氣壓力. 手動(dòng)起動(dòng)鼓風(fēng)機(jī), 如果兩個(gè)掃氣壓力傳感器都故障=顯示: 輔助鼓風(fēng)機(jī)手動(dòng)控制. / 鼓風(fēng)機(jī)沒(méi)有運(yùn)行 在鼓風(fēng)機(jī)自動(dòng)狀態(tài)下，只有當(dāng)主機(jī)沒(méi)有運(yùn)行的時(shí)候，才能停掉鼓風(fēng)機(jī). 在手動(dòng)模式下，可以在任何時(shí)候停掉鼓風(fēng)機(jī),消音慢轉(zhuǎn)失敗和主機(jī)安保報(bào)警,對(duì)安保系統(tǒng)中的SHD進(jìn)行復(fù)位 按一次觸發(fā)越權(quán)SHD，再按一次取消越權(quán) (看紅色 LED 顯示).,釋放起動(dòng)空氣， 并且使主機(jī)在正車方向吹車，按多久吹車多久 慢轉(zhuǎn)失敗會(huì)顯示在該面板上. 再按一次對(duì)慢轉(zhuǎn)失敗進(jìn)行復(fù)位:,持續(xù)按 Ackn. 按鈕超過(guò)5秒鐘, WECS-9520 軟件和一些

7、重要的IMO檢查信息會(huì)顯示在屏幕上，直到按鈕被再按一次.,觸發(fā)一次 慢轉(zhuǎn)循環(huán).,共軌閥: 共軌閥組是由超快的(1ms)電液電磁閥組組成的. 考慮到很高的動(dòng)作電流以及電磁閥鐵芯的熱負(fù)荷, 所以該動(dòng)作不能夠超過(guò)4.5ms. 這個(gè)“on”-time 會(huì)被 采樣, 并且由 WECS-9520監(jiān)測(cè)并且限制在4.5ms 之內(nèi). 共軌閥是雙穩(wěn)態(tài)的, 即選定動(dòng)作到一個(gè)位置，這個(gè)位置會(huì)一直持續(xù)到相反的命令從 WECS-9520發(fā)出. 在安裝完或者更換這個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電磁閥之后, 其閥的位置 (開(kāi)還是關(guān)) 是不知道的. 為了確保主機(jī)停車時(shí)，閥一直處于安全位置 “沒(méi)有噴油” 和 “排氣閥關(guān)閉” 位置 , 從WECS-95

8、20 會(huì)間隔一段時(shí)間( 10S)送出 一個(gè)脈沖復(fù)位信號(hào)給共軌閥,共軌閥,曲軸角度檢測(cè): 由于沒(méi)有直接的機(jī)械的曲軸角度傳感器為噴油和排氣閥提供控制信息。所以通過(guò)電氣的角度編碼器來(lái)測(cè)量實(shí)際的曲軸角度是很有必要的. 曲軸角度編碼器可以通過(guò) WECS-9520提供完整的圓周角度, 因此一旦送上電，就能夠立即快速準(zhǔn)確的顯示當(dāng)前實(shí)際的曲軸角度. 兩個(gè)角度編碼器通過(guò)一跟帶齒的皮帶連接到一個(gè)特別設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)軸上. 這樣的設(shè)計(jì)可以避免角度編碼器軸向以及徑向的移動(dòng)，產(chǎn)生測(cè)量 誤差. 每個(gè)角度編碼器從光學(xué)編碼碟片上讀取曲軸 角度并轉(zhuǎn)換成數(shù)字位信號(hào). FCM-20 模塊通過(guò) SSI bus 來(lái)讀取這些數(shù)據(jù) (Synch

9、ronous Serial Interface Bus).,曲軸角度檢測(cè),為了同步 FCM-20 模塊和 CA-sensors之間的數(shù)據(jù), 每個(gè)SSI 總線都擁有自己的 clock bus, 而數(shù)據(jù)位則是通過(guò) data bus傳送. 倒數(shù)兩個(gè) FCM-20 模塊是clock bus masters (e.g. #11 & #12 on a 12-cyl. RT-flex).I.e. FCM-20 #(倒數(shù)第二塊) 提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)給 1號(hào)傳感器和1號(hào)總線上的其他模塊. FCM-20 #(最后一塊) 提供脈沖信號(hào)給 2號(hào)傳感器和2號(hào)總線上的其他模塊. 從 CA sensors過(guò)來(lái)的信號(hào)在FCM-

10、20內(nèi)部都會(huì)處理并且監(jiān)測(cè)是否有錯(cuò)誤. 角度編碼器的數(shù)值會(huì)和飛輪端TDC傳感器讀取的脈沖信號(hào)相比較. 如果TDC的信號(hào)不在角度編碼器的信號(hào)0的一定范圍內(nèi)， 那么一個(gè)common failure 或者 critical failure (主機(jī)停車) 會(huì)由 WECS-9520觸發(fā) (取決于偏差角度). 最終的曲軸角度是根據(jù)角度編碼器測(cè)量的數(shù)值來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，最終被用來(lái)確定曲軸角度，主機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向 。,曲軸角度檢測(cè),通常的操作 在活塞到達(dá)TDC之前的幾度, FCM-20 模塊會(huì)考慮到VIT和FQS，計(jì)算出正確的噴油角度, 然后會(huì)給出一個(gè) deadtime 用來(lái)補(bǔ)償從控制系統(tǒng)給出噴油指令到噴油真正開(kāi)始的時(shí)

11、間差 。 deadtime 是在噴油循環(huán)中， 通過(guò)比較噴油指令給出，到燃油數(shù)量傳感器開(kāi)始動(dòng)作，這段時(shí)間里測(cè)量到的。 燃油數(shù)量傳感器還提供了一個(gè)噴油量的反饋用來(lái)和燃油指令作比較. 噴油的開(kāi)始和結(jié)束指令都是由 FCM-20模塊觸發(fā)的.,噴油控制: (volumetric injection control) 每一個(gè)缸上的FCM-20 模塊通過(guò)處理曲軸角度信號(hào)和從控制系統(tǒng)接受到的燃油指令來(lái)獨(dú)立計(jì)算出自己的噴油定時(shí)。,噴油控制,低負(fù)荷時(shí)的操作:,在主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在低負(fù)荷時(shí) WECS-9520 會(huì)切斷每個(gè)氣缸3個(gè)油頭中的2個(gè)或者1個(gè). 這樣做是為了降低可視廢氣排放以及節(jié)油的考慮. 在噴油過(guò)程中，所噴射的燃油壓

12、力只能由其峰值壓力后所控制. 噴射相同量的燃油，一個(gè)油頭所需要的時(shí)間要比兩個(gè)油頭的時(shí)間長(zhǎng), 更長(zhǎng)的噴油時(shí)間會(huì)增大燃油噴射面積，并且該燃油的噴射壓力是可控的，因此改善了霧化效果達(dá)到了理想的燃燒條件.,單個(gè)油頭控制,為了降低缸套的熱負(fù)荷, 被激活的油頭會(huì)每20分鐘循環(huán)的換一次. 不同氣缸的油頭互換會(huì)間隔10S開(kāi)始一次，以避免因所有缸同時(shí)換油頭，由于新工作油頭溫度低而導(dǎo)致排放不好.,單個(gè)油頭的控制,從開(kāi)啟排氣閥指令發(fā)出到閥桿開(kāi)始動(dòng)作. 這段時(shí)間稱之為 opening deadtime. 這個(gè)deadtime 會(huì)通過(guò)稍微提前一點(diǎn)點(diǎn)觸發(fā)排氣閥電磁閥，來(lái)補(bǔ)償來(lái)自液壓和機(jī)械系統(tǒng)的時(shí)間延時(shí). 以上的都是模擬量

13、, 排氣閥關(guān)閉角度 是由FCM-20 模塊計(jì)算和控制的，包括 VEC: “可變排氣閥關(guān)閉角度” 和 closing deadtime.,排氣閥控制,VEO, VEC: VEC 該功能是在傳統(tǒng)的 RTA84T-B/D 主機(jī)上的概念:,VEC:可變排氣閥關(guān)閉角度 當(dāng)噴油角度提前時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮壓力來(lái)使 燃燒比 (Pmax / Pcompr) 在一個(gè)可以接受的范圍內(nèi). VEO:可變排氣閥開(kāi)啟角度 通過(guò)在高速時(shí)提早開(kāi)啟排氣閥，保持廢氣壓力反沖力保持常壓，來(lái)提高燃油經(jīng)濟(jì)性并減少活塞下方沉積物。,VEC,VEO,VEC 和 VEO 是由 WECS-9520 計(jì)算出來(lái)的，并且不可以通過(guò)手動(dòng)來(lái)改變!,VEO,

14、 VEC,FQS, VIT: 這些功能在傳統(tǒng)的RTA機(jī)型上就已經(jīng)應(yīng)用: FQS:燃油品質(zhì)設(shè)定 手動(dòng)補(bǔ)償噴油定時(shí) VIT:可變噴油定時(shí) 提前 / 滯后 噴油 是根據(jù)主機(jī)在特定負(fù)荷下， 對(duì)燃油消耗及排放 NOx emission進(jìn)行優(yōu)化后的角度. 不同于RTA主機(jī), RT-flex噴油角度不再和 爆炸壓力相關(guān) (提前噴油提前角 = “+”, 滯后 = “-”), 而是和 曲軸角度 (CA) 0 - 360之間有關(guān)系. 因此, 一個(gè)提前的噴油角度或者 FQS 設(shè)定 更高的爆炸壓力 (例如 +1.0 根據(jù) RTA 原理) 現(xiàn)在是 -1.0 就會(huì)有更早的噴油角度 (例如 2 代替了 3 CA).,FQS

15、, VIT,FQS, VIT: RT-flex機(jī)的VIT角度計(jì)算是根據(jù) RPM, 掃氣壓力 和 (新) 燃油共軌壓力. 第3個(gè)參數(shù)是 用來(lái)補(bǔ)償不同的共軌油壓導(dǎo)致不同的噴油定時(shí). 更高的油壓會(huì)導(dǎo)致更早的噴油角度，以及更高的爆炸壓力 Pmax. 因此，隨著油壓的上升，噴油角度會(huì)相應(yīng)的略有滯后.,VIT A,VIT B,VIT C,FQS, VIT,起動(dòng) 在備車的時(shí)候，燃油執(zhí)行器會(huì)根據(jù)現(xiàn)有的在燃油共軌里的油壓來(lái)做出響應(yīng)，在非常低共軌壓力下，執(zhí)行器會(huì)根據(jù)WECS-9520 參數(shù)而給出95100%的輸出. WECS-9520 監(jiān)測(cè)燃油共軌壓力并且燃油共軌壓力達(dá)到最低要求，主機(jī)就開(kāi)始發(fā)火。 起動(dòng)空氣會(huì)在主

16、機(jī)達(dá)到一個(gè)特定轉(zhuǎn)速之后，切斷，這個(gè)特定轉(zhuǎn)速是在 RCS 系統(tǒng)里設(shè)置的.,燃油壓力控制,主機(jī)運(yùn)行 2 個(gè)傳感器提供了燃油共軌壓力的實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù). 為了更快的響應(yīng)動(dòng)態(tài)油壓的管理, 任何對(duì)于速度控制的燃油指令的改變，都會(huì)被同時(shí)作為反饋傳送到控制回路。 FCM-20 #3 或者 FCM-20 #4 計(jì)算出所需的油壓并且給出信號(hào)到油泵的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 (4-20 mA 信號(hào)范圍). 油泵提升燃油共軌壓力是通過(guò) 中間燃油蓄壓器. 最終的共軌里面的油壓是由供給的油的數(shù)量以及噴射到缸里面的燃油數(shù)量決定的。,燃油壓力控制,燃油壓力控制,主機(jī)不同的負(fù)荷時(shí)，共軌里的燃油壓力是變化的. 低負(fù)荷: 較高的壓力有助于優(yōu)化燃燒

17、 (降低排放) 50%負(fù)荷和 CMCR 負(fù)荷時(shí): 低油壓用于滿足 IMO 排放標(biāo)準(zhǔn) 服務(wù)負(fù)荷: 高油壓用來(lái)優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性,Example:,開(kāi)啟和關(guān)閉啟動(dòng)閥 2.07 是由相應(yīng)汽缸的 FCM模塊根據(jù)曲軸角度所控制的. 一般開(kāi)啟角度是 0, 關(guān)閉角度是 110. 但對(duì)于有很多氣缸的大型主機(jī)來(lái)說(shuō)， 啟動(dòng)閥關(guān)閉角度可以被相應(yīng)的減小一點(diǎn)，以節(jié)省啟動(dòng)空氣. 如果遙控系統(tǒng)通過(guò)總線給出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，主起動(dòng)閥 2.03 就會(huì)從FCM-20 #1 和 FCM-20 #2得到信號(hào)，通過(guò) ZV70113C 和 ZV7014C 電磁閥被打開(kāi) 對(duì)于慢轉(zhuǎn)和慢轉(zhuǎn)失敗復(fù)位, 遙控系統(tǒng)分別發(fā)送信號(hào)到FCM-20 #1 和 FC

18、M-20 #2. 慢轉(zhuǎn)的速度可以通過(guò)調(diào)整WECS-9520中的脈沖頻率參數(shù)加以調(diào)節(jié) 另外， Air Run信號(hào)可以利用啟動(dòng)空氣吹一吹主機(jī),起動(dòng)閥控制,2.07,2.03,冗余, 在部件受損時(shí)的應(yīng)急操作: Flex 控制模塊 FCM-20 如果一個(gè) FCM-20 故障, 相應(yīng)的氣缸動(dòng)作就會(huì)停止， 剩余其他氣缸繼續(xù)保持動(dòng)作. 任何一個(gè) FCM-20 模塊都可以被在線的備件模塊所替換. 相應(yīng)的軟件和參數(shù)已經(jīng)被存儲(chǔ)在該備件模塊內(nèi)，并且不再需要下載軟件和程序。 當(dāng)安裝一個(gè)新的FCM-20模塊時(shí), 從倉(cāng)庫(kù)里拿出來(lái)之后, 必須要先被安裝在E90箱子里，作為在線備件。,模塊冗余,傳感器冗余,角度傳感器 如果兩個(gè)角度傳感器中有一個(gè)故障, WECS-9520 會(huì)利用剩下的那個(gè)好的傳感器繼續(xù)工作. 但是至少要有一個(gè)角度傳感器工作正常 ! TDC- 傳感器 一個(gè)壞的TDC傳感器會(huì)在 WECS-9520 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)里有所顯示, 但是通常不會(huì)引起停車或者SLOWDOWN (= 包括拆掉傳感器).,傳感器冗余,燃油數(shù)量傳感器 如果遇到故障的燃油數(shù)量傳感器, 相應(yīng)的 FCM-20 會(huì)用一個(gè)固定的deadtime來(lái)計(jì)算噴油提前角和用一個(gè)人工的斜坡信號(hào)來(lái)控