第30卷 第4期世界海运Vol.30 No.4 2007年8月World Shipping Aug. 2007船用智能柴油机的最新技术特点和管理高勇军Ξ1,黄连忠2(1.中国远洋运输(集团)公司,北京 100031;2.大连海事大学,辽宁大连 116026)【关键词】船用智能柴油机;共轨喷射;技术特点;管理措施【摘 要】阐述船用智能柴油机的工作过程和特点,着重分析比较两大主流机型(Sulzer RT-flex和MAN B&W MEΠME-C)。
通过与传统型柴油机在性能和结构上的比较,介绍船用智能柴油机的优点。
指出在实际运行中船用智能柴油机常见的故障,总结出相应的管理措施。
中图分类号:U664.121 文献标识码:B 文章编号:100627728(2007)0420039202 过去的一个世纪里,船用二冲程低速柴油机的发展已迈出了关键的几步,如焊接式结构、涡轮增压、等压增压、重质燃油的使用以及超长冲程等。
可以发现,每隔二三十年船用柴油机就会产生一次技术上的跃进,从20世纪80年代超长冲程船用二冲程低速大功率柴油机开发以来,现在已又面临一次新的技术飞跃。
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,船用智能柴油机已成为发展的必然趋势。
1 船用智能柴油机的结构和性能为了满足运行灵活性的要求,至少要能灵活控制喷油和排气阀。
若采用凸轮轴的办法达到该目的,将需要十分复杂的机械结构,这种设计对柴油机的可靠性是不利的。
为了满足可靠性的要求,有必要对柴油机设置保护系统,防止由于过载、缺乏维护和调整不当而损害柴油机。
必须采用工况监测系统,以估计柴油机的工况,保持柴油机的性能,并使柴油机在寿命期中保持工作参数在规定范围内。
因此,必须采用新型的喷油和排气阀、电子控制和监测系统。
智能柴油机应运而生。
与传统型船用柴油机相比,船用智能柴油机有如下结构特点:一是取消了传统的凸轮轴系统,利用计算机控制各缸的喷油定时和喷油量、排气阀定时、起动空气定时等。
二是采用共轨燃油喷射系统,高压油泵向一共用的高压管路(共轨)中提供高压燃油,通过计算机控制系统进行控制。
三是采用液压伺服油系统,使用柴油机的系统滑油作为工作介质,驱动高压油泵(或容积喷射控制单元)、排气阀等机构。
四是采用气缸压力在线检测系统,将各缸的压力及时输入计算机,确保各缸负荷均匀,同时不超负荷。
相应的,在性能上,船用智能柴油机有如下优点:(1)减少燃油消耗,使在整个负荷范围内油耗最低。
①喷油器特性在各种不同的负荷条件下都能处于最佳状态。
②在较高负荷范围内通过改变燃油喷射定时和压缩比相配合的方式,使pmax保持恒定(压缩比的变化可通过改变排气阀的关闭时间来实现),从而使最高爆发压力在较大负荷范围内保持不变,在部分负荷工况下有效地降低燃油消耗量。
③气缸工作过程的实时监控能够确保各缸负荷分配均匀,使主机的性能始终保持在最佳状态。
(2)操作的安全性和灵活性。
①在主机紧急停车和倒车工况时,喷油定时和排气阀定时能保持在最优的状态。
②可以实现“发动机制动”(改变排气阀的开、关定时),减少船舶的滑行距离。
③通过在加速过程中提前打开排气阀,使扫气压力的增加比普通机型更快,因而加速性能更好。
④微速运转性能有显著提高,最低稳定转速较常规机型有显著降低(11rΠmin),微速运行更稳定。
⑤主机的电子监控系统能够随时监测主机的运转状态。
燃油喷射控制系统可以使柴油机使用发火性能低劣的燃油。
⑥过载保护系统能确保主机按照负载特性曲线运行而不过载。
⑦维护简单,维修成本降低。
主机诊断系统能够对故障进行早期报警,使故障能够及时得到解决。
⑧取消了凸轮等大部件,减轻了主机的重量和体积,从而增加了柴油机的可靠性,降低制造成本,加大大修间隔,降低维修成本,并可延长寿命。
(3)废气排放的灵活性。
①针对世界各地对排放的不同要求,主机可以转换为“低排放模式”,其NOx排放可以降到低于IMO限制的水平。
②通过运行模式的选择,船舶可以在某些对排放要求更高的“特殊区域”航行;在Ξ[收稿日期]2007203218[作者简介]高勇军(1970-),男,湖北嘉鱼人,工程师这些地区以外航行时,可选用经济模式。
2 目前两种主流智能型船用柴油机的比较Wartsila 公司Sulzer RT -flex 系列智能柴油机采用的共轨系统和MAN B &W 公司的ME ΠME -C 系列智能柴油机采用的电控燃油喷射系统存在一定的差别。
在共轨方面,Sulzer RT -flex 机型的公共油轨有两个:一是20MPa 的伺服油,因为电子控制系统中所输出的能量有限,该伺服油用来驱动排气阀、气缸起动阀和喷射控制装置;二是100MPa 的重油,其作为柴油机的燃料油,在油轨中等待喷射。
而MAN B &W ME 机型的公共油轨仅是一个20MPa 滑油,其作为动力油使用。
在原始动力方面,RT -flex 机型采用曲轴带动的复合凸轮来带动柱塞式油泵,保持油轨中100MPa 的燃油油压,从而以预定的高喷射压力把足够量的燃油输送到气缸盖水平位置的高压燃油集管(共轨)。
同样由曲轴通过传动齿轮带动的一个油泵来保持伺服滑油20MPa 的油压。
ME 机型用的是轴带轴向液压泵给油轨输入滑油,经主滑油滤器后分为两路:一路去正常的各轴承的润滑和活塞冷却;一路经细滤器后去柴油机自带增压泵(双头活塞泵)增压。
增压后滑油达到20MPa 左右高压排至各缸高压油泵的两只大储存器里。
高压滑油系统一般保持恒压,波动较小。
各缸高压油泵的燃油喷射,是由电控阀NC 快速控制高压滑油(动力油)的进、出,以驱动活塞快速上、下运动,带动高压油泵柱塞产生75～120MPa 高压燃油,经油嘴喷射雾化。
在高压油泵方面,RT -flex 机型的高压油泵是柱塞式增压泵,是凸轮的传动使燃油泵柱塞上下运动;而ME 机型采用的是液压驱动高压油泵,是用高压滑油作为高压燃油的驱动动力。
在喷油控制方面,RT -flex 机型是由控制系统发出信号给电磁阀,电磁阀的动作使伺服器的油路变化,从而改变燃油的油路,完成喷射过程;ME 机型同样是控制系统发出信号给电磁阀,电磁阀改变伺服油后,再给伺服油驱动油泵使燃油增压,完成喷射过程。
二者的区别在于前者控制的是伺服油,后者控制的是动力油。
在燃油的来源方面,RT -flex 机型燃油来自100MPa 的油轨中,ME 机型的燃油是由燃油泵供给的大约1MPa 的燃油。
3 船用智能柴油机的常见故障自MAN B &W ME 和Sulzer RT -flex 智能柴油机装船以来,在使用过程中的常见故障如下:(1)喷油控制单元故障:①喷油量测量柱塞运动阻滞,柱塞不动,咬死在最大位置或不能返回。
原因为燃油黏度大,杂质多,或喷油量测量柱塞的油缸内外温差过大。
②喷油量测量单元故障,原因为传感器故障。
(2)曲柄转角传感器故障,如:曲轴转角传感器故障;曲轴转角偏差,低Π中Π高;某缸喷油开始角故障;某缸曲轴转角故障;曲轴转角上止点偏移等。
(3)气缸电子单元故障。
气缸电子单元各有两块电子模板,装在各缸旁共轨箱下的铁箱中:一块为气缸控制器板CCM ;另一块为共轨阀驱动器板VDM 。
它们工作在振动、高温、没有通风的环境,容易损坏。
(4)共轨油压管系泄漏问题。
易出现泄漏的地方有:阀件的密封、截止阀阀杆的密封、管路接头、管子接头焊接处、管子弯头薄弱处、喷油器前高压油管内管和接头等。
(5)系统中较多使用电磁阀且激磁频繁,不少电子元器件长期在高温、振动等环境中工作,损坏概率高,从而导致意外事故增多。
(6)控制系统故障。
4 船用智能柴油机运行管理要点根据上述船用智能柴油机的特点,将其运行管理要点概括如下:一是保证燃油、滑油系统的清洁。
燃油的清洁可保证喷油量测量柱塞正常工作;由于有一部分滑油是用于控制系统的,对其清洁度有很高的要求。
应该特别注意各个滤器的状态,并按要求清洗。
二是确保共轨油压管路的密封。
共轨油压系统压力较高,运行过程中一定要观察其密封性是否良好。
特别是进入喷油器的那段管路,既要保证其密封性,同时又要保证其膨胀不是太大,以免对喷射雾化产生不良影响。
三是电磁阀。
在共轨油压系统的控制单元中,电磁阀是一个很重要也很容易损坏的元件。
必须保证滑油的清洁度,否则会造成电磁阀的动作延迟或卡死,或电磁阀磨损加剧,从而产生密封不好等一系列问题。
另外,过电流还会造成电磁阀的烧毁。
因此,日常管理中,要特别注意对电磁阀的维护保养。
四是传感器。
传感器是控制系统获取柴油机工作状况的主要途径。
传感器损坏将会造成控制系统误动作,必须保证各个传感器的清洁和保养,尤其是在恶劣状况下工作的传感器,应予以特别关注。
五是加强对管理人员的培训。
正确保养控制系统,正确选择柴油机工作模式。
[参考文献][1] 黄加亮,蔡振雄,张天野.电控共轨船用低速柴油机燃油系统的特点及管理[J ].航海技术,2005(1):41-43.[2] 李圣军,张维竞,常广晖.船用电控型柴油机的最新技术进展[J ].船舶工程,2004(2):4-6.[3] 顾世明.实船应用电喷柴油机简介[J ].航海技术,2005(1):39-41.Latest technique features and management of marine intelligent dieselG AO Yong 2jun ,HUANG Lian 2zhong4 世界海运 第30卷。