葛澤宇

摘要：本文以MAN B&W公司的ME低速柴油機為例，具體介紹了電控柴油機燃油共軌系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，ME系列的特點及工作原理，并從管理角度對該系統(tǒng)的主要部件使用故障和注意事項進行分析。

關(guān)鍵詞：船用電控柴油機 燃油 共軌系統(tǒng)

0引 言

上世紀80年代，電控技術(shù)開始應(yīng)用于柴油機燃油系統(tǒng)，一開始主要采用的是位置式電控噴油系統(tǒng)。到90年代初，使用高速電磁閥的時間控制式電控噴油系統(tǒng)開始投入使用，準確性大大 提高，控制范圍也進一步拓寬。90年代中期，共軌式電控噴射系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，該技術(shù)采用了壓力—時間式燃油計量原理，通過各缸噴射過程的電磁閥控制和共軌油壓的連續(xù)調(diào)節(jié)相結(jié)合，從而實現(xiàn)噴油控制。而今，智能柴油機已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，從高速機到中低速機的發(fā)展也已完成。在船用智能柴油機領(lǐng)域，以W?rtdil? Sulzer和MAN B&W兩大柴油機公司的機型最為典型。

1 電控柴油機燃油共軌系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 傳感器技術(shù)

電控柴油機運行時，燃油控制系統(tǒng)所需要的燃油壓力信號、溫度信號，冷卻水溫度信號、壓力信號，掃氣溫度信號，增壓空氣壓力信號、油門位置信號，曲柄位置信號，排煙溫度信號，柴油機轉(zhuǎn)速信號等都是由各種溫度傳感器、壓力傳感器和位置傳感器等檢測并傳送給電腦主機，進行智能綜合控制。

如圖1-1所示，在電控燃油共軌系統(tǒng)中，管道壓力就是通過壓力信號傳感器檢測并轉(zhuǎn)換為電磁信號傳送給主機。該種壓力傳感器能夠檢測30.22MPa的壓力值，且測壓精度高、誤差小，安全可靠。

1.2 氣缸間轉(zhuǎn)速不均勻控制技術(shù)

柴油機運行時，各缸的工作狀況會存在一定的偏差，單缸功率出現(xiàn)不均勻，對應(yīng)的曲柄角速度大小不一致，最終導(dǎo)致柴油機在工作中產(chǎn)生轉(zhuǎn)速波動和機體的震動。當充分運用高速電磁閥等技術(shù)，通過計算機實現(xiàn)柴油轉(zhuǎn)速波動控制，柴油機單缸噴油量由控制單元根據(jù)傳感器檢測回路，對瞬時角速度信號和平均速度進行單獨控制，減少速度較高的氣缸噴油量，適當增加氣缸速度較低的氣缸的噴油量，促使各缸瞬時角速度趨于一致，使柴油機平穩(wěn)運行。

1.3 排氣后處理技術(shù)

近年來，隨著MARPOL公約附則Ⅵ的執(zhí)行，柴油機排放廢氣中的氮氧化合物和各種顆粒物對大氣環(huán)境造成的污染仍是不可忽視的問題，所以必須對柴油機的廢氣進行后處理。

在柴油機廢氣顆粒物處理技術(shù)中，柴油機微粒濾清器和連續(xù)再生式捕集器兩種設(shè)備最為常用。濾清器斯諾克安裝在柴油機排煙管上，收集廢氣中的顆粒，到一定量后，再送入燃燒器進行焚燒，從而去除顆粒物。捕集器則是將收集到的顆粒物與廢氣中的NO2充分接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2，再排放到大氣中去。

2 ME低速柴油機共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點

MAN B&W公司的ME低速柴油機采用的是典型的中壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由液壓力單元（HPS）、液壓油缸單元（HCU）、噴油器和排氣閥組成。

液壓動力單元位于曲軸旁，由曲軸通過齒輪傳遞驅(qū)動的三個大功率液壓泵和蓄壓安全模塊以及若干個電控溢流閥組成，可為共軌系統(tǒng)持續(xù)提供20～30MPa的液壓油。液壓油缸單元位于氣缸旁，主要由燃油增壓泵、排氣閥驅(qū)動器、噴油排氣控制閥（FIVA閥）以及大容量隔膜蓄能器組成，負責對燃油進行加壓和排氣閥啟閉的驅(qū)動工作。噴油器和排氣閥則直接作為噴油和排氣的執(zhí)行部件。

ME柴油機整體上完全取消了凸輪軸的使用，采用液力增壓式結(jié)構(gòu)的燃油增壓泵，增壓柱塞組由一大一小兩節(jié)柱塞組成，驅(qū)動柱塞則改為液壓動力單元提供的中等壓力的液壓軸。

3 ME系列低速柴油機中壓共軌系統(tǒng)工作原理分析

3.1 燃油噴射系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)主要包括燃油增壓泵、高壓油管、泵管嘴結(jié)構(gòu)、排氣控制閥和蓄能器等。由氣缸控制單元接受主機的控制參數(shù)發(fā)出驅(qū)動電流，從而達到控制排氣閥動作。燃油噴射系統(tǒng)中的曲軸角度編碼器和轉(zhuǎn)速傳感器將工況信號傳輸給主機控制系統(tǒng)，計算出即將需要進行噴油的氣缸，并根據(jù)其他傳感器發(fā)出的如進氣量、滑油溫度等數(shù)據(jù)，實時優(yōu)化調(diào)節(jié)噴油壓力、噴油正時、噴油規(guī)律，完成柴油機運行模式的平滑切換。

3.2 排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)主要包括排氣閥驅(qū)動器、液壓挺桿以及排氣閥等。在主機正常運轉(zhuǎn)過程中，主機通過傳感器傳遞的信息，識別出需要進行排氣的氣缸，并通過排氣管溫度、掃氣箱壓力等數(shù)據(jù)，對排氣閥開啟正時和升程進一步修正。排氣時，氣缸控制單元發(fā)出指令到FIVA閥，閥門的VA口打開，同時FI口保持泄油狀態(tài)。當排完后，主閥閥芯移動至中位，主閥VA口切換到泄油回路，排氣閥驅(qū)動器下端液壓容腔和低壓泄油回路導(dǎo)通，液壓油經(jīng)過 FIVA 閥排出，隨即排氣閥驅(qū)動器柱塞組開始下降歸位，整個排氣系統(tǒng)的液壓管路內(nèi)壓力迅速下降，排氣閥空氣彈簧膨脹將排氣閥向上頂起，排氣閥歸位，整個排氣過程結(jié)束，等待氣缸下一循環(huán)的排氣工作。

3.3 噴油排氣控制閥（FIVA閥）工作原理

排氣控制閥（FIVA閥）采用三位五通結(jié)構(gòu)，分別設(shè)有液壓油入口（P口）、噴油執(zhí)行口（FI口）、排氣執(zhí)行口（VA口）以及兩路泄油口（T口）。當柴油機不進行噴油和排氣時，閥芯處于噴油準備中位，增壓泵油路口零遮蓋，排氣閥驅(qū)動器回油口Ex-Tex此時部分打開，保證排氣閥驅(qū)動器內(nèi)保持低壓卸載狀態(tài)。當柴油機需要進行噴油時，閥芯向右移動，燃油泵供油口P-Fu打開，燃油噴射。當柴油機停止噴油準備排氣時，閥芯左移至排氣準備中位，排氣閥驅(qū)動器供油口P-Ex為零遮蓋，增壓泵活塞回位。

3.4 噴油器工作原理

ME型電控柴油機噴油器的噴嘴采用了滑閥式結(jié)構(gòu)，這大大改善了柴油機的燃燒質(zhì)量。當進行噴油時，燃油壓力上升，針閥內(nèi)部面積差產(chǎn)生壓力差，進一步克服彈簧瑞東針閥向上抬起，泄油小孔便被遮住。燃油進入主針閥內(nèi)，若燃油的壓力繼續(xù)升高，主針閥被抬起，燃油噴入氣缸。不噴油時，燃油循環(huán)泵將加熱過的燃油輸送至噴油器的先導(dǎo)針閥內(nèi)，然后與套筒配合形成液壓作用面積差，此時燃油壓力較低，不足以產(chǎn)生壓力推動針閥一定。

4 ME系列低速柴油機常見故障

4.1 高壓共軌系統(tǒng)漏油

大型船舶柴油機燃油共軌油壓通常是100MPa左右，使用油溫通常在110℃以上。該條件下，滑油泄露比較常見。這種故障一般是漸進性的，可通過每天現(xiàn)場的巡回檢查及時發(fā)現(xiàn)。通常在船舶靠泊時內(nèi)就可以得到修復(fù)。

4.2 電子控制系統(tǒng)故障

（1）傳感器故障：主要是接頭松動、損壞等；

（2）電磁閥故障：閥門動作比較頻繁，電流過大時容易燒毀電磁閥；

（3）VDM故障：主要是工作環(huán)境惡劣，通風(fēng)不好，散熱較差，久了便容易出現(xiàn)故障；

（4）單缸噴油控制單元故障：當使用的燃油是劣質(zhì)油時，測量活塞就容易出現(xiàn)故障，工作彈簧失效；

（5）CCM模板故障：當該模板的工作環(huán)境變差時，就很容易出現(xiàn)損壞。

5 船用共軌電控柴油機燃油系統(tǒng)管理

5.1 對電子控制元件的管理

一般柴油機的工作環(huán)境比較差，如果柴油機電子控制元件不能良好的通風(fēng)，將會承受很高的溫度，高頻率的震動等，這樣很容易使得一些元件損壞。所以在日常過程中出了加強對電子控制元件的檢查外，還要改善柴油機的工作環(huán)境，控制好工作溫度，減少振動管理。

5.2 對油壓管路的管理

電控共軌柴油機中燃油共軌工作產(chǎn)生的油壓比較大，這就要求其密封性要好。管理人員要加強定期維護管理，定期更換密封件。

5.3 對油品質(zhì)量的監(jiān)控

油品的黏度、溫度、油質(zhì)決定這燃油的質(zhì)量，這也決定了柴油機工作中出現(xiàn)故障的概率。所以在日常工作中要保證燃油的黏度、溫度和油質(zhì)，確保柴油機正常工作。

參考文獻：

[1] 趙春生.船用柴油機共軌式電控燃油噴射技術(shù)應(yīng)用研究[D].大連海事大學(xué)，2014.

[2] 胡瑞.船用低速柴油機中壓共軌電控燃油系統(tǒng)研究[D].江蘇科技大學(xué)，2014.

[3] 李斯欽.船用電控柴油機燃油共軌系統(tǒng)建模與仿真研究[D].集美大學(xué)，2011.

[4] 苑仁民.船用新型電控柴油機控制系統(tǒng)分析及管理[J].柴油機，2015（04）.

[5] 文李明等.船用低速二沖程柴油機燃油噴射系統(tǒng)發(fā)展概述[J].采油機，2016（01）.