第九章第九章 船用智能型柴油机船用智能型柴油机2021/5/211一、智能柴油机概述一、智能柴油机概述o2020世纪世纪8080年代末，智能控制在工业领域得到了迅速年代末，智能控制在工业领域得到了迅速发展，船舶智能柴油机的概念也应运而生。发展，船舶智能柴油机的概念也应运而生。9090年代，年代，随着人们对船舶随着人们对船舶可靠性、经济性和废气排放控制的可靠性、经济性和废气排放控制的日益关注日益关注，船舶智能柴油机进入了实质性研究与开，船舶智能柴油机进入了实质性研究与开发阶段。发阶段。随着科学电子技术的发展随着科学电子技术的发展，尤其是，尤其是微型电子微型电子计算机计算机的运用，传统柴油机的控制方式逐步被电子控制的运用，传统柴油机的控制方式逐步被电子控制方式代替，如方式代替，如电子注油器电子注油器取代机械式注油器，取代机械式注油器，电子调速电子调速器器取代机械式、液压式调速器，取代机械式、液压式调速器，燃油电子喷射燃油电子喷射取代传统取代传统机械传动式喷射等。尤其体现在机械传动式喷射等。尤其体现在燃油喷射燃油喷射方面，在方面，在经过经过了位置控制方式、时间控制方式、蓄压共轨时间控制方了位置控制方式、时间控制方式、蓄压共轨时间控制方式三个阶段式三个阶段的发展后演变为目前的电子控制柴油机。的发展后演变为目前的电子控制柴油机。2021/5/212电子控制柴油机的原理和特点电子控制柴油机的原理和特点 柴油机取消了传统柴油机的凸轮轴以及相关的机械柴油机取消了传统柴油机的凸轮轴以及相关的机械控制零部件，将燃油喷射、气阀启闭以及柴油机的控制零部件，将燃油喷射、气阀启闭以及柴油机的起动、换向、停车和气缸润滑等功能起动、换向、停车和气缸润滑等功能全部由电子控全部由电子控制实现。制实现。它可以它可以通过通过对相关参数的设定和修改，对相关参数的设定和修改，调调整主机的整主机的运行运行状态状态和工作和工作参数参数，达到达到使柴油机保持使柴油机保持在在最佳状况下工作最佳状况下工作的目的。此外，还的目的。此外，还可可对柴油机的对柴油机的运行情况及零部件的状况进行运行情况及零部件的状况进行实时监测实时监测，并与船上，并与船上的控制系统、报警系统连接，对柴油机进行的控制系统、报警系统连接，对柴油机进行全方位全方位的控制的控制。目前。目前智能柴油机智能柴油机已在新装机船舶中得到广已在新装机船舶中得到广泛运用，并泛运用，并逐步成为逐步成为船舶柴油机的船舶柴油机的主流机型主流机型。2021/5/213电子控制柴油机原理：电子控制柴油机原理：o通过电子控制技术，发动机管理系统的通过电子控制技术，发动机管理系统的核心功核心功能由电控单元来实现能由电控单元来实现。传感器。传感器为为电控单元电控单元(ECU)(ECU)提供发动机的当前工况信息，电控单元对提供发动机的当前工况信息，电控单元对传感传感器的信号进行分析器的信号进行分析以后，根据以后，根据预定的控制策略预定的控制策略对执行器发出控制信号，对执行器发出控制信号，控制喷油量、喷油始控制喷油量、喷油始点、增压压力、排气阀正时等，点、增压压力、排气阀正时等，对发动机进行对发动机进行闭环闭环控制，使控制，使燃烧更精确。燃烧更精确。2021/5/214智能柴油机的特点智能柴油机的特点: :o船用智能柴油机是在船用智能柴油机是在20002000年后才正式装船使用年后才正式装船使用的，与传的，与传统机械控制式柴油机相比，其主要特点为统机械控制式柴油机相比，其主要特点为有很强的运转有很强的运转适应性、足够的可靠性、具有各种不同的操作模式、完适应性、足够的可靠性、具有各种不同的操作模式、完善的状态监测和控制系统。善的状态监测和控制系统。 o1 1很强的运转适应性主要表现在很强的运转适应性主要表现在燃油喷射系统燃油喷射系统上，其上，其主要包括主要包括 1 1）能够自由地选择能够自由地选择喷射压力喷射压力。根据不同工况可确定所需根据不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而的最佳喷射压力，从而优化优化柴油机柴油机综合性能综合性能，降低降低了柴了柴油机在部分负荷时的油机在部分负荷时的油耗。油耗。( (实际运行中综合油耗并没实际运行中综合油耗并没降低降低.) .)意味燃油压力在工作中可变！针阀的开启有伺服意味燃油压力在工作中可变！针阀的开启有伺服油驱动油驱动. .最低稳定转速可达到额定转速的最低稳定转速可达到额定转速的1/10.1/10. 2 2）精确地控制燃油喷油量。精确地控制燃油喷油量。柴油机由柴油机由电磁阀控制喷油电磁阀控制喷油，其其控制精度高控制精度高，高压油管压力稳定，在柴油机运转范围，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，内，循环喷油量变动小，各缸供油均匀，柴油机工作稳各缸供油均匀，柴油机工作稳定。定。2021/5/215 3 3）可独立地控制喷油正时和喷油速率变化，可独立地控制喷油正时和喷油速率变化，实现实现预喷射预喷射和和多次喷射多次喷射，达到理想的喷油规律，配合高的燃油喷，达到理想的喷油规律，配合高的燃油喷射压力，既可降低柴油机的射压力，既可降低柴油机的dp/ddp/d，又能保证良好的动，又能保证良好的动力性和经济性，同时还能将柴油机的力性和经济性，同时还能将柴油机的NOxNOx和和微粒微粒（PMPM）排放控制在较小的数值范围内排放控制在较小的数值范围内，以，以满足排放要满足排放要求求。能否对含硫量进行控制？。能否对含硫量进行控制？ 4 4）燃料适应性好。燃料适应性好。对于不同的燃油，特别是对于不同的燃油，特别是劣质燃料油劣质燃料油，可根据燃烧需要可根据燃烧需要改变喷油正时改变喷油正时和和气阀定时气阀定时，并且，并且在任在任何负荷条件下工作均何负荷条件下工作均无可见排烟无可见排烟。这些对于。这些对于凸轮驱动凸轮驱动的机械机构几乎是的机械机构几乎是不可能实现不可能实现的。此外，的。此外，冷却系统、冷却系统、增压系统和气缸注油系统增压系统和气缸注油系统也具有很强的运转适应性。也具有很强的运转适应性。2021/5/216o2 2足够的可靠性足够的可靠性 这是指发动机具有更这是指发动机具有更长的寿命和维修周期长的寿命和维修周期，在整个发动，在整个发动机使用过程中具有很低的故障率和良好的维修性能，并机使用过程中具有很低的故障率和良好的维修性能，并且在整个使用期间发动机的性能维持不变。如瓦锡兰公且在整个使用期间发动机的性能维持不变。如瓦锡兰公司的司的RT-flexRT-flex柴油机的吊缸周期可柴油机的吊缸周期可延长到三年延长到三年，MAN MAN B&WB&W的低速机吊缸周期可以的低速机吊缸周期可以延长到五年延长到五年。o3 3各种不同的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，如作者选择机器的运转模式，如经济性模式、排放控制模经济性模式、排放控制模式、低负荷运转模式式、低负荷运转模式等，并保证发动机等，并保证发动机一直一直处于处于最优化最优化状态运转。状态运转。经济性模式经济性模式一般航区。排放控制一般航区。排放控制特殊航特殊航区区. .o4 4完善的状态监测和控制系统完善的状态监测和控制系统，主要，主要包括一体化的速包括一体化的速度控制设备度控制设备、在线在线的柴油机的柴油机故障诊断故障诊断系统、系统、活塞工作活塞工作和和燃烧可靠性的监测燃烧可靠性的监测及对及对气缸注油的优化气缸注油的优化等。能够在线监等。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，在故障发生前能够早期报警并启动处理发动机超负荷，在故障发生前能够早期报警并启动处理程序。程序。2021/5/217o瓦锡兰公司（瓦锡兰公司（WartsilaWartsila）率先将共轨技术应用于大功率船率先将共轨技术应用于大功率船用低速柴油机。用低速柴油机。SulzerSulzer公司在并入瓦锡兰公司前的公司在并入瓦锡兰公司前的2020世世纪纪8080年代初就开始从事于电子控制式柴油机的研制。继年代初就开始从事于电子控制式柴油机的研制。继19811981年的年的RTXRTX1 1型型和和19901990年的年的RTXRTX2 2型型之后，之后，19981998年年将燃油共轨喷射技术应用于将燃油共轨喷射技术应用于RTXRTX3 3型技术示范机并取型技术示范机并取得成功。在此基础上，开发出全电子控制、采用共轨喷得成功。在此基础上，开发出全电子控制、采用共轨喷射技术的射技术的Sulzer RTSulzer RTFlexFlex型船用低速柴油机，并在实船型船用低速柴油机，并在实船开始使用。目前，瓦锡兰公司拥有开始使用。目前，瓦锡兰公司拥有Sulzer RTSulzer RTFlexFlex系列系列共计共计1111种型号种型号的智能柴油机的智能柴油机. .1.基本结构2021/5/2181. 1.基本结构基本结构RT-flexRT-flex型柴油机包括：型柴油机包括：供油单元供油单元、共轨平台共轨平台和和WECS-9520WECS-9520控制系统。控制系统。供油单元：由柴油机曲轴输出端供油单元：由柴油机曲轴输出端的齿轮组带的燃油柱塞泵和滑油的齿轮组带的燃油柱塞泵和滑油斜盘泵。斜盘泵。燃油泵向共轨提供燃油泵向共轨提供60-90MPa60-90MPa的燃油，的燃油，轴向柱塞泵提供轴向柱塞泵提供8-18MPa8-18MPa的伺服油的伺服油用于排气阀用于排气阀VCUVCU的启闭和燃油喷射控制单元的启闭和燃油喷射控制单元ICUICU的驱动。的驱动。共轨平台：由共轨平台：由WECS9520WECS9520控制系统分别控制容积式燃油喷射单元、控制系统分别控制容积式燃油喷射单元、排气阀驱动执行器排气阀驱动执行器VCUVCU和起动空气装置。由曲轴编码器判断曲轴和起动空气装置。由曲轴编码器判断曲轴的位置和活塞的位置后，完成燃油喷射、排气阀启闭和柴油机起的位置和活塞的位置后，完成燃油喷射、排气阀启闭和柴油机起动功能。动功能。2021/5/2191. 1.基本结构基本结构电子控制包括电子控制包括WECS-9520WECS-9520控制系统、控制系统、容积式燃油喷射控制阀、排气阀容积式燃油喷射控制阀、排气阀驱动执行器和起动空气控制装置。驱动执行器和起动空气控制装置。WECS-9520控制系统由三部分：控制系统由三部分：凸轮轴替代部分凸轮轴替代部分、控制部分控制部分和和安全系统安全系统。替代部分替代部分用来代替凸轮轴实现燃油喷射、排气阀和起动空气分配用来代替凸轮轴实现燃油喷射、排气阀和起动空气分配器的起动。器的起动。控制部分控制部分根据柴油机负荷和转速控制燃油和伺服油的根据柴油机负荷和转速控制燃油和伺服油的共轨压力。共轨压力。安全系统安全系统是对共轨阀的功能、传感器及各参数值进行是对共轨阀的功能、传感器及各参数值进行监测和诊断，保证系统安全工作。监测和诊断，保证系统安全工作。WECS-9520WECS-9520控制系统通过传感器判断活塞位置后，由控制系统通过传感器判断活塞位置后，由20MPa20MPa的伺的伺服油控制服油控制90MPa90MPa的燃油喷入气缸，根据的燃油喷入气缸，根据WECS-9520WECS-9520控制系统进行控制系统进行喷油定时和喷油量的控制。喷油定时和喷油量的控制。2021/5/21102. 2.燃油共轨燃油共轨由供油单元、高压共轨油管、由供油单元、高压共轨油管、WECS-9520WECS-9520控制系统、喷油器控制系统、喷油器和容积式起动空气控制装置。和容积式起动空气控制装置。供油单元有供油单元有2-8个高效的机带个高效的机带柱塞泵，又称共轨泵柱塞泵，又称共轨泵- -凸轮控制，凸轮控制，将燃油压力提高至将燃油压力提高至90MPa90MPa，送到，送到高压共轨油管。主机转动，共轨压力将燃油加压送到高压共轨油高压共轨油管。主机转动，共轨压力将燃油加压送到高压共轨油管，由管，由WECS-9520WECS-9520根据共轨压力传感器测量的共轨压力以及燃烧根据共轨压力传感器测量的共轨压力以及燃烧的需要进行调节，共轨内的燃油经过高压油管，根据机器的状态，的需要进行调节，共轨内的燃油经过高压油管，根据机器的状态，由由WECS-9520WECS-9520确定合适的喷油定时、持续角，喷射控制单元将燃确定合适的喷油定时、持续角，喷射控制单元将燃油喷入气缸。油喷入气缸。2021/5/21112. 2.燃油共轨燃油共轨燃油喷射控制单元由燃油喷射控制单元由WECS9520WECS9520通过通过电磁阀控制。电磁阀控制。20MPa20MPa的伺服油通过的伺服油通过电磁阀，使燃油喷射单元动作，让电磁阀，使燃油喷射单元动作，让90MPa90MPa的燃油进入喷油器。的燃油进入喷油器。每个气缸有每个气缸有2 2到到3 3个喷油器，每个喷油器个喷油器，每个喷油器由各自安装在由各自安装在ICUICU的电液阀控制，根据的电液阀控制，根据WECS9520WECS9520的指令控制燃油喷射的定时和喷油量，也可以实现在的指令控制燃油喷射的定时和喷油量，也可以实现在低负荷时单只喷油器的循环喷油。低负荷时单只喷油器的循环喷油。共轨系统的压力很高，注意该阀的密封性和受压能力。共轨系统的压力很高，注意该阀的密封性和受压能力。共轨油管上还装有压力传感器、燃油压力调节阀和安全阀。共轨油管上还装有压力传感器、燃油压力调节阀和安全阀。压力传感器压力传感器提供压力实时压力信号，调节阀和安全阀保证在压提供压力实时压力信号，调节阀和安全阀保证在压力出现异常时，迅速释放共轨油管的压力以保证安全。力出现异常时，迅速释放共轨油管的压力以保证安全。喷射控制阀2021/5/21123. 3.伺服油共轨伺服油共轨原理：伺服油由机带伺服油泵提供原理：伺服油由机带伺服油泵提供20MPa20MPa的液压油，然后由的液压油，然后由WECS9520WECS9520控制单元根据曲轴编码器判断柴油机各缸的工作状态控制单元根据曲轴编码器判断柴油机各缸的工作状态而控制排气阀驱动单元，启闭气缸的液压排气阀。伺服油压力随而控制排气阀驱动单元，启闭气缸的液压排气阀。伺服油压力随柴油机负荷的变化而变化，柴油机负荷的变化而变化，部分负荷时部分负荷时，压力降低而适应对应的压力降低而适应对应的排气阀开度排气阀开度。停车时，由电动泵向伺服油共轨提供约停车时，由电动泵向伺服油共轨提供约8MPa8MPa的压力油。的压力油。电子控制的驱动单元能灵活控制排气阀的开电子控制的驱动单元能灵活控制排气阀的开/ /关定时，阀杆的升关定时，阀杆的升程由二个位置传感器检测后反馈给程由二个位置传感器检测后反馈给WECS9520WECS9520控制系统。控制系统。2021/5/21134、起动空气系统、起动空气系统主空气阀主空气阀气缸起动阀气缸起动阀来自来自WECS95000起动起动控制信号控制信号u工作过程工作过程: :在起动过程中，在起动过程中， WECS95000WECS95000气缸控制单元气缸控制单元送出送出起动控制信号起动控制信号, ,按照按照既定既定的起动曲线或程序的起动曲线或程序使曲轴平稳的慢转地起动运转，这样既可以使曲轴平稳的慢转地起动运转，这样既可以节省起动空气节省起动空气，又可，又可以达到良好的以达到良好的低转速运行特性低转速运行特性。2021/5/2114由皮带传动，装于自由端由皮带传动，装于自由端的曲轴转角传感器的曲轴转角传感器5 轴角度传感器轴角度传感器(Crank Angle Sensor ) u用于用于准确测量曲轴的位准确测量曲轴的位置置， 然后然后反馈信号给反馈信号给WECS-9500 WECS-9500 系统系统，便于对，便于对喷油和排气的正时喷油和排气的正时进行控进行控制。制。2021/5/21151.控制介质控制介质压缩空气和液压油压缩空气和液压油控制空气为控制空气为0。65MPa,起动空气为起动空气为3MPa.液压油分为伺服油和控制油液压油分为伺服油和控制油伺服油为伺服油为10-20MPa,控制油控制油20MPa.主轴承和活塞冷却油为主轴承和活塞冷却油为0。4-0.55MPa,十字头轴承为十字头轴承为1.0-1.2MPa.2.转速检测转速检测采用若干个接近开关和一个转速测量装置结合的办法。采用若干个接近开关和一个转速测量装置结合的办法。接近开关靠近飞轮安装接近开关靠近飞轮安装测速传感器分成三组，分别用于：主机遥控系统、安保系统的超测速传感器分成三组，分别用于：主机遥控系统、安保系统的超速、电子调速器的转速检测。每组接近开关有三个感应式探头，速、电子调速器的转速检测。每组接近开关有三个感应式探头，二个用于转速测量和指示，另一个探头则和曲柄角传感器一起确二个用于转速测量和指示，另一个探头则和曲柄角传感器一起确定主机的上死点。定主机的上死点。二、二、RT-flex智能柴油机的操纵系统智能柴油机的操纵系统2021/5/21163.操纵方式操纵方式有机旁、集控室和驾驶台三处。有机旁、集控室和驾驶台三处。机旁操纵也是经过机旁操纵也是经过WECS9520控制系统，由计算机发送指令，三控制系统，由计算机发送指令，三者的区别在于地点不同而已，在系统投入运行前，都要起动者的区别在于地点不同而已，在系统投入运行前，都要起动WECS9520.二、二、RT-flex智能柴油机的操纵系统智能柴油机的操纵系统2021/5/2117WECS9520WECS9520既不是遥控系统，也不是安保系统，而是用来既不是遥控系统，也不是安保系统，而是用来控制主控制主机机本身的一套控制系统。本身的一套控制系统。1.WECS95201.WECS9520是主机控制的核心，处理所有的动作，直接调节并是主机控制的核心，处理所有的动作，直接调节并控制主机运行。组成：控制主机运行。组成：1 1）共轨监测和压力调节）共轨监测和压力调节2 2）喷油阀、排气阀和起动阀的控制和监测）喷油阀、排气阀和起动阀的控制和监测3 3）通过）通过CAN openCAN open或或MOD busMOD bus接口与外部系统连接接口与外部系统连接4 4）主机参数调整，）主机参数调整，IMOIMO设置和监控。设置和监控。2.WECS95202.WECS9520没有中央处理器，但是每个气缸都有自己的没有中央处理器，但是每个气缸都有自己的FCM-20FCM-20模块用来处理与该气缸有关的功能和共轨功能。模块用来处理与该气缸有关的功能和共轨功能。3. 3.这些这些FCM-20FCM-20模块被直接安装在主机并且通过内部模块被直接安装在主机并且通过内部system CAN system CAN bus bus 进行通讯。使用者与进行通讯。使用者与WECS9520WECS9520的通信被集成在控制系统的的通信被集成在控制系统的操作面板和操作面板和flex viewflex view的操作界面上。的操作界面上。三、三、WECS9520电控系统电控系统2021/5/21184. 4.遥控系统采用遥控系统采用KONGSBERG MARITIME,NABTESCO,LYNGSKONGSBERG MARITIME,NABTESCO,LYNGS，是用户操纵主机的界面是用户操纵主机的界面1 1）遥控系统通过）遥控系统通过CAN openCAN open或或MOD busMOD bus连接，可以从遥控的控制连接，可以从遥控的控制面板将下列指令传送到面板将下列指令传送到WECS9520WECS9520：起动、刹车和吹车，停车和：起动、刹车和吹车，停车和慢转，正车和慢转失败复位，倒车。慢转，正车和慢转失败复位，倒车。2 2）遥控控制通过内部设定（比例缩放、负荷程序等等）来处理）遥控控制通过内部设定（比例缩放、负荷程序等等）来处理指令，并将处理后的速度指令信号传送给调速系统。指令，并将处理后的速度指令信号传送给调速系统。三、三、WECS9520电控系统电控系统2021/5/2119WECS9500控制系统控制系统位于集控室内的其他控制设备位于集控室内的其他控制设备u它的它的主要作用主要作用：1 1）是对）是对Common Rail Common Rail 的燃油压的燃油压力、伺服油压力进行控制力、伺服油压力进行控制，2 2）与主机、气缸相关的功能的）与主机、气缸相关的功能的管理，其中包括主机的状态检管理，其中包括主机的状态检测，测，一些参数的调整，来控制一些参数的调整，来控制气缸的喷油时间、喷油量、排气缸的喷油时间、喷油量、排气时间，气时间，使主机工作在一种非使主机工作在一种非常良好的工作状态，燃油的燃常良好的工作状态，燃油的燃烧更加充分，烧更加充分，3 3）另外，该系统还是）另外，该系统还是主机与外主机与外界通信的窗口界通信的窗口。2021/5/2120WECS9500WECS9500控制系统控制系统位于集控室内的其他控制设备位于集控室内的其他控制设备1 1）公共电子控公共电子控制单元制单元(Com-EU)(Com-EU)它包括它包括两个主两个主控制模块控制模块MCMMCM，互为备用，互为备用，和和选择模块选择模块ASMASM2021/5/2121公共电子控制单元公共电子控制单元(Com-EU)(Com-EU)u它包括它包括两个主控制模两个主控制模块块MCMMCM，互为备用，互为备用，和和选择模块选择模块ASMASM选选择模块决定那一块主择模块决定那一块主控制模块工作，那一控制模块工作，那一块热备用。块热备用。u它的它的主要作用：主要作用： 对对油路的油压，主起油路的油压，主起动空气阀进行控制动空气阀进行控制；与与其它系统通信、对其它系统通信、对内部信号进行监测和内部信号进行监测和传输。传输。uWECS-9500 系统设备组成系统设备组成2021/5/21222）气缸电子控制单）气缸电子控制单元元(Cyl-EU) u每个每个气缸配备气缸配备一个一个该控制单元该控制单元，安装在，安装在Common Rail Common Rail 平台的平台的下部下部；u主要作用主要作用：它可以：它可以对气缸的对气缸的起动空气提起动空气提供、燃油喷射、排气供、燃油喷射、排气阀的开闭在时间和数阀的开闭在时间和数量上进行控制量上进行控制，即，即VITVIT、VEOVEO、VEC VEC 等等功能的控制。功能的控制。控制喷油的正时和使用个数控制喷油的正时和使用个数2021/5/2123由两组呈扇型布置，各由两组呈扇型布置，各由由3 3个高压油泵组成个高压油泵组成排气阀驱动伺服排气阀驱动伺服油泵，共三个油泵，共三个燃油蓄压缓冲器燃油蓄压缓冲器 高压燃油泵、伺服油泵图高压燃油泵、伺服油泵图2021/5/2124u根据根据柴油负荷柴油负荷的大小，的大小，WES9500给出供油量大小的信号，给出供油量大小的信号，当负荷当负荷较小时，油量减少，当负荷增加较小时，油量减少，当负荷增加时，油量增加时，油量增加，保持燃油共轨管，保持燃油共轨管压力维持在压力维持在1000bar。油门刻度油门刻度2021/5/2125容积喷射控制单元容积喷射控制单元来自来自Wecs95000喷油器关喷油器关闭控制信号，用于闭控制信号，用于控控制喷油器的喷射和喷制喷油器的喷射和喷油正时油正时。来自伺服油泵来自伺服油泵的的控制油控制油将喷射油量的大小送至将喷射油量的大小送至Wes95000电子控制单元电子控制单元.接高压油管接高压油管2021/5/2126燃油系统燃油系统控制油系统控制油系统伺服油系统伺服油系统气缸电子控气缸电子控制单元制单元公共电子控公共电子控制单元制单元曲柄转角传感器曲柄转角传感器WECS-95002021/5/2127o19931993年，年，MAN-B&WMAN-B&W公司在试验机上进行了公司在试验机上进行了试运转，试运转，19981998年，年，首台智能柴油机在首台智能柴油机在挪威的挪威的Bow CecilBow Cecil轮轮装船装船，20002000年年1111月使用智能系统月使用智能系统试航试航，并通过了，并通过了DNVDNV等船级社认可。目前，等船级社认可。目前，MAN-B&WMAN-B&W公司拥有公司拥有MEME系列共计约系列共计约1515种型号种型号的智能柴油机。的智能柴油机。该公司研制的智能系统可将该公司研制的智能系统可将普通十字头式低速柴油机改造成完全由计算普通十字头式低速柴油机改造成完全由计算机控制的柴油机。机控制的柴油机。MAN B&W ME柴油机2021/5/2128MAN B&W ME MAN B&W ME 结构介绍结构介绍o作为世界上最大品牌的大型低速二冲程柴油机开发商，作为世界上最大品牌的大型低速二冲程柴油机开发商，MAN B&WMAN B&W公司早在公司早在19931993年就开始研制电子控制式柴年就开始研制电子控制式柴油机，在不断地研制和完善软硬件的基础上，于油机，在不断地研制和完善软硬件的基础上，于20032003年年，MAN B&WMAN B&W公司以其最成功的公司以其最成功的MCMC系列柴油机系列柴油机为为原型机，开发出原型机，开发出全电子控制式的全电子控制式的MEME系列柴油机。目系列柴油机。目前，可以前，可以提供从提供从5050108 cm108 cm各种缸径各种缸径1515种型号的种型号的MEME柴油机。柴油机。o与传统的与传统的MCMC系列柴油机相比，系列柴油机相比，MEME系列柴油机取消了系列柴油机取消了原来的许多机械控制设备原来的许多机械控制设备，如凸轮轴、链轮传动机构、，如凸轮轴、链轮传动机构、VITVIT、VECVEC等，而代之以新的电子控制设备，这里主等，而代之以新的电子控制设备，这里主要包括液压动力供给单元（要包括液压动力供给单元（HPSHPS）、液压缸套单元）、液压缸套单元（HCUHCU）、柴油机控制系统（）、柴油机控制系统（ECSECS）、曲轴位置传感）、曲轴位置传感器系统（器系统（Tacho SystemTacho System）。）。2021/5/2129 MEME型柴油机液压系统图型柴油机液压系统图每缸一个升压泵，控制单元2021/5/21301.液压系统:由自动冲洗精滤器,电动液压泵和机代液压泵,提供足够的动力驱动燃油喷射,排气阀的起闭和汽缸润滑.在起动前,用电动液压泵供给17.5MPa的液压油起动主机,起动后,由机代轴向柱塞泵供应液压油.当柴油机转速达到15%MCR,二台电动泵自动停止.利用电磁控制燃油的正时,喷油量,速率.通过不同的供油模式,降低油耗,减少排放.柴油机的雾化效果和负荷与转速没有关系.在任何情况下保证最好的雾化效果,改善低负荷工况. MEME型柴油机液压系统图型柴油机液压系统图每缸一个升压泵，控制单元2021/5/21312.控制系统:控制系统包括一组多功能控制器控制系统包括一组多功能控制器, ,和信号状态装置和信号状态装置: :1)EICU 1)EICU 为柴油机接口控制单元处理为柴油机接口控制单元处理与外部系统的接口与外部系统的接口2)ECU 2)ECU 为柴油机控制装置实现柴油机为柴油机控制装置实现柴油机的控制功能的控制功能, ,速度速度, ,运行模式和起动顺序运行模式和起动顺序3)ACU3)ACU为辅助控制单元控制泵的液压为辅助控制单元控制泵的液压动力供应单元和辅助鼓风机动力供应单元和辅助鼓风机4)CCU4)CCU为气缸控制单元控制为气缸控制单元控制FIVAFIVA( (电子燃油喷射电子燃油喷射) )和和( (电子控制电子控制排气阀排气阀) )以及气缸起动阀以及气缸起动阀5) 5)控制站控制站 三个不同的区域接受信号三个不同的区域接受信号: : 机旁、集控室和驾驶机旁、集控室和驾驶台台 MEME型柴油机液压系统图型柴油机液压系统图2021/5/2132MEME型柴油机控制系统图型柴油机控制系统图2021/5/21332.控制系统:柴油机的遥控系统与柴油机的相关柴油机的遥控系统与柴油机的相关控制功能是脱开的控制功能是脱开的, ,如起动程序和如起动程序和和柴油机的负荷程序和柴油机的负荷程序, ,操纵人员只要操纵人员只要将指令转换集控室将指令转换集控室, ,能实现柴油机的能实现柴油机的相关功能相关功能, ,基本的安全要求基本的安全要求: :一旦一个信号出错一旦一个信号出错, ,不可能引起柴油机不可能引起柴油机的误操作的误操作. .柴油机控制系统的布置柴油机控制系统的布置, ,具有二个冗余具有二个冗余: :1) 1)完全冗余系统完全冗余系统 所有基本的控制功能都是由二个独立的所有基本的控制功能都是由二个独立的实际单元来执行实际单元来执行,二者具备控制设备的全部功能二者具备控制设备的全部功能,互为冗余互为冗余.2)多重冗余多重冗余 数个等同的单元具有完全功能数个等同的单元具有完全功能,但一个火几个单但一个火几个单元可省略元可省略,用多重冗余来获得用多重冗余来获得.一般而言，柴油机控制系统对所一般而言，柴油机控制系统对所有功能的完全冗余。有功能的完全冗余。 MEME型柴油机液压系统图型柴油机液压系统图2021/5/21342.控制系统:柴油机可以在一个或几个气缸控制单元柴油机可以在一个或几个气缸控制单元不工作的情况下运行，好像有一个或不工作的情况下运行，好像有一个或几个气缸不工作，同样允许一个辅助几个气缸不工作，同样允许一个辅助控制单元故障，剩下的泵可以提供足够控制单元故障，剩下的泵可以提供足够的液压动力，最后故障的控制可以在的液压动力，最后故障的控制可以在柴油机运行状态下，在现场修复。柴油机运行状态下，在现场修复。MEME柴油机控制系统对信号的故障是不受柴油机控制系统对信号的故障是不受影响的。但是当二个同时出现故障时，影响的。但是当二个同时出现故障时，对系统的影响也许是很重要的。因此要尽快修复。以减小当对系统的影响也许是很重要的。因此要尽快修复。以减小当第一个故障存在时，又出现第二个故障的概率。对船员来第一个故障存在时，又出现第二个故障的概率。对船员来说，说，“用更换来修复用更换来修复”，即发现此事故障的单元，用仓库的备，即发现此事故障的单元，用仓库的备件更换。为了限制备件的数量，一个控制器应该在同类型的件更换。为了限制备件的数量，一个控制器应该在同类型的所有控制器中作为通用的备件。根据这样要求，所有的通所有控制器中作为通用的备件。根据这样要求，所有的通用软件、布置和调整参数的反馈均被储存在系统的主操纵用软件、布置和调整参数的反馈均被储存在系统的主操纵板上板上. MEME型柴油机液压系统图型柴油机液压系统图2021/5/21353.液压动力单元（HPS)和气缸和气缸液压油驱动单元（液压油驱动单元（HCUHCU）液压动力单元（液压动力单元（HPSHPS）有二台电动液压泵三台机带轴向变量柱塞泵、安全蓄压装置。三台机带轴向变量柱塞泵、安全蓄压装置。所有这些零部件都装在一个油密的装有漏泄所有这些零部件都装在一个油密的装有漏泄报警装置的封闭空间里。报警装置的封闭空间里。气缸液压驱动单元（气缸液压驱动单元（HCUHCU）每缸一个，用于）每缸一个，用于控制各缸的燃油喷射、排气阀和启动阀的启闭。控制各缸的燃油喷射、排气阀和启动阀的启闭。在气缸液压单元有一个在气缸液压单元有一个FIVAFIVA电磁阀，用来控制燃油喷射和排电磁阀，用来控制燃油喷射和排气阀的动作。气阀的动作。0.8MPa0.8MPa的低压燃油有泵送至高压油泵，液压动力供给单元提的低压燃油有泵送至高压油泵，液压动力供给单元提供供20MPa20MPa的伺服油经双壁供油管道送至液压气缸单元，通过电的伺服油经双壁供油管道送至液压气缸单元，通过电磁阀控制各缸的喷油定时和喷油量。磁阀控制各缸的喷油定时和喷油量。操纵系统主要是与操纵系统主要是与MCMC的比较。的比较。 MEME型柴油机液压系统图型柴油机液压系统图2021/5/2136液压气缸单元（液压气缸单元（HCUHCU）燃油喷射控制单元设置在高压油泵上，升压泵由液压油驱动，控制升压泵的升程即控制升压泵的伺服机构驱动来控制喷油量。控制起动电磁阀为双位电磁阀，控制排气阀、升压泵为比例电磁阀.MC是有高压油泵及凸轮轴驱动机构，ME没有。2021/5/2137系列柴油机燃油及气阀控制系统系列柴油机燃油及气阀控制系统机带液压泵机带液压泵机带液压泵机带液压泵电动液压泵电动液压泵电动液压泵电动液压泵高压油泵高压油泵高压油泵高压油泵排气阀执行器排气阀执行器驱动齿轮驱动齿轮驱动齿轮驱动齿轮ELVAELVA阀阀阀阀 ELFIELFI阀阀阀阀滑油滑油滑油共轨滑油共轨蓄压器蓄压器2021/5/2138MEME主机的起动系统控制单元主机的起动系统控制单元2021/5/2139目前世界上两种主流智能型目前世界上两种主流智能型 大型低速船用柴油机的比较大型低速船用柴油机的比较2021/5/2140W/SulzerRT-flex60CFuelOilCommonRailSystem2021/5/2141M/BTheMEEngineHydraulicOilLoop2021/5/2142WartsilaWartsila瑞士公司瑞士公司SulzerRT-flexSulzerRT-flex系列柴油机采用的共轨系统，系列柴油机采用的共轨系统，和和MAN-B&WMAN-B&W公司公司MEME系列柴油机采用的电控燃油喷射系统，具有系列柴油机采用的电控燃油喷射系统，具有一一定的差别：定的差别：(1)(1)油轨方面油轨方面。Sulzer RT-flexSulzer RT-flex机型的公共油轨有两个：机型的公共油轨有两个：一是一是20Mpa20Mpa的滑油，它的作用是作为驱动排气阀、气缸起动阀和喷的滑油，它的作用是作为驱动排气阀、气缸起动阀和喷射控制装置伺服油；射控制装置伺服油；二是二是100Mpa100Mpa的重油，它作为柴油机的燃料油，在油轨中等待喷射。的重油，它作为柴油机的燃料油，在油轨中等待喷射。而而MAN-B&W MEMAN-B&W ME机型的公共油轨仅有一个机型的公共油轨仅有一个20Mpa20Mpa的滑油，它作为的滑油，它作为动力动力油使用油使用。轨压上的差别很大程度取决于油轨的密封技术，因此对轨压上的差别很大程度取决于油轨的密封技术，因此对油轨的管理就要区别对待。油轨的管理就要区别对待。(2)(2)原始动力方面。原始动力方面。RT-flexRT-flex机型采用曲轴带动的复合凸轮来带动柱塞式油泵保持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油轨中中100Mpa100Mpa的燃油油压，的燃油油压，同样由曲轴通过传动齿轮带动的一个油泵同样由曲轴通过传动齿轮带动的一个油泵来保持来保持伺服滑油伺服滑油20Mpa20Mpa的油压的油压；MEME机型用的是轴带轴向液压泵给机型用的是轴带轴向液压泵给油油轨输入滑油轨输入滑油（柴油机起动之前是用电动泵输入滑右），之后高压（柴油机起动之前是用电动泵输入滑右），之后高压滑油再给共轨系统提供动力。滑油再给共轨系统提供动力。 2021/5/2143（3 3）高压油泵）高压油泵RT-flexRT-flex机型的高压油泵是轴带柱塞式增压泵，是通过凸轮机型的高压油泵是轴带柱塞式增压泵，是通过凸轮传动使燃油柱塞上下运动产生压力的。传动使燃油柱塞上下运动产生压力的。MEME是采用液压驱动是采用液压驱动高压油泵，即高压油泵，即20MPa20MPa的伺服油作为高压油泵的驱动力。的伺服油作为高压油泵的驱动力。（4 4）喷油控制）喷油控制 RT-flex RT-flex在控制喷油时，控制系统发出信在控制喷油时，控制系统发出信号，电磁阀开启喷射器，使在燃油共轨中等待的燃油完成号，电磁阀开启喷射器，使在燃油共轨中等待的燃油完成喷射过程。而喷射过程。而MEME柴油机是控制系统发出信号，电磁阀控制柴油机是控制系统发出信号，电磁阀控制伺服油驱动高压油泵使燃油升压，完成喷射伺服油驱动高压油泵使燃油升压，完成喷射（5 5）燃油的来源）燃油的来源RT-flexRT-flex喷射的燃油来自于喷射的燃油来自于100MPa100MPa的油轨，而的油轨，而MEME的高压油泵的高压油泵来自于低压燃油泵供应的来自于低压燃油泵供应的0.8-1.0MPa0.8-1.0MPa的燃油。的燃油。2021/5/2144四、共轨柴油机运行管理要点四、共轨柴油机运行管理要点1 1）保证滑油系统的清洁保证滑油系统的清洁。由于有一部分滑油是用于控。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。应该特别注意制系统的，对其清洁度有很高的要求。应该特别注意各各个滤器的状态，并按要求清洗。个滤器的状态，并按要求清洗。2 2）确保共轨油压管路的密封确保共轨油压管路的密封。共轨油压系统的压力较高，。共轨油压系统的压力较高，在运行过程中一定要观察它的在运行过程中一定要观察它的密封性是否良好密封性是否良好。特别是进。特别是进入喷油器的那段管路，入喷油器的那段管路，既要保证它的密封性，同时又要保既要保证它的密封性，同时又要保证它的膨胀不是太大证它的膨胀不是太大，以免对喷射雾化产生不良影响。，以免对喷射雾化产生不良影响。 2021/5/21453 3）电磁阀电磁阀。在共轨油压系统的控制单元中，电磁阀是一个很重要。在共轨油压系统的控制单元中，电磁阀是一个很重要也是很容易损坏的元件。也是很容易损坏的元件。必须保证滑油的清洁度必须保证滑油的清洁度，否则会造成电，否则会造成电磁阀的磁阀的动作延迟或卡死，或电磁阀磨损加剧动作延迟或卡死，或电磁阀磨损加剧，从而产生密封不好，从而产生密封不好等一系列问题。另外，等一系列问题。另外，过电流还会造成电磁阀的烧毁过电流还会造成电磁阀的烧毁。因此，日。因此，日常管理中，要特别注意常管理中，要特别注意对电磁阀的维护保养对电磁阀的维护保养。4 4）传感器传感器。传感器是控制系统获取柴油机上工作状况的主要途径。传感器是控制系统获取柴油机上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传感器损坏将会造成控制系统误动作，必须，必须保证各个传感器的清保证各个传感器的清洁和保养洁和保养，尤其是在，尤其是在恶劣状况下工作的传感器，应予以特别关注。恶劣状况下工作的传感器，应予以特别关注。5 5）NOxNOx排放量控制排放量控制。电控共轨柴油机在满足。电控共轨柴油机在满足NOxNOx的排放标准的情的排放标准的情况下，必须充分提高其运行经济性况下，必须充分提高其运行经济性。所以这就要求轮机管理人员把。所以这就要求轮机管理人员把握一个度。握一个度。2021/5/2146五、电控共轨柴油机的不足与改进措施五、电控共轨柴油机的不足与改进措施1 1）由于给）由于给公共油轨输油的是轴带泵公共油轨输油的是轴带泵，刚开始启动时，刚开始启动时柴油机转速较柴油机转速较低，影响到轨压低，影响到轨压，使其压力有些波动，必然会影响到共轨系统的，使其压力有些波动，必然会影响到共轨系统的工作状况。油轨的工作状况。油轨的给油泵由电动机提供动力给油泵由电动机提供动力，那么给油泵的转速，那么给油泵的转速不再受主机的影响，这样更加容易控制。不再受主机的影响，这样更加容易控制。 2）对）对共轨系统伺服油清洁程度要求较高共轨系统伺服油清洁程度要求较高。作为共轨系统伺服油作为共轨系统伺服油的滑油，是来自柴油机的滑油循环柜，润滑油的粘度、的滑油，是来自柴油机的滑油循环柜，润滑油的粘度、PH值等参值等参数会发生变化。而作为共轨系统中的伺服油，质量要求严格，以数会发生变化。而作为共轨系统中的伺服油，质量要求严格，以防滤器堵塞、电磁阀动作受影响等。防滤器堵塞、电磁阀动作受影响等。如果把共轨系统的伺服油如果把共轨系统的伺服油设设计成一个独立的系统计成一个独立的系统，增加一套滑油的冷却、净化等机械，将会，增加一套滑油的冷却、净化等机械，将会使共轨系统的管理更加方便。使共轨系统的管理更加方便。2021/5/21473 3）电控共轨柴油机）电控共轨柴油机仅把排气阀作了优化控制仅把排气阀作了优化控制，对于对于进气、进气、扫气未进行优化扫气未进行优化，所以整个换气过程还，所以整个换气过程还未达到最优化未达到最优化 。4 4）系统中系统中较多使用电磁阀且激磁频繁较多使用电磁阀且激磁频繁，不少电子元器件，不少电子元器件长期长期在高温、振动等环境中工作，损坏概率高在高温、振动等环境中工作，损坏概率高，从而导，从而导致意外事故增多致意外事故增多。 5 5）大量采用）大量采用电脑技术电脑技术，对船舶管理人员提出了，对船舶管理人员提出了更高的要更高的要求求。 2021/5/2148电子注油器电子注油器介绍 MAN B&W ALPHA 注油器或称共轨式注油器共轨式注油器一、系统组成一、系统组成 气缸油柜、泵站、（泵站）控制板、注油器、注油器控制单元（计算机控气缸油柜、泵站、（泵站）控制板、注油器、注油器控制单元（计算机控制面板）、负荷变速器、曲柄转角检测系统、测速装置和人工面板等等。制面板）、负荷变速器、曲柄转角检测系统、测速装置和人工面板等等。泵站出口管路为泵站出口管路为共轨共轨. .二、主要部件二、主要部件1.1.泵站单元泵站单元见图见图2.9.132.9.13有二个泵，滤器及吸入管路，增压油泵等等。有二个泵，滤器及吸入管路，增压油泵等等。 功能：将气缸油从油柜泵功能：将气缸油从油柜泵出，且增压到出，且增压到4-5MPa4-5MPa. .2.2.注油器单元注油器单元包括注油器、输出管路、出口蓄压器（包括注油器、输出管路、出口蓄压器（0.15MPa0.15MPa）、进口蓄压器（）、进口蓄压器（2.5-2.5-3MPa3MPa）、电磁阀等等。）、电磁阀等等。缸径在缸径在700MM700MM以上设二个注油器，以下设一个注油器以上设二个注油器，以下设一个注油器. .蓄压介质为氮气蓄压介质为氮气. .每个注油器分布每个注油器分布3636个位置注油枪、反馈传感器和电磁阀个位置注油枪、反馈传感器和电磁阀. .2021/5/2149电子注油器介绍 MAN B&W ALPHA 注油器或称共轨式注油共轨式注油3.3.注油器控制单元注油器控制单元(ALCU)(ALCU) 三大单元：主控制单元，转换控制单元和备用控制单元三大单元：主控制单元，转换控制单元和备用控制单元. .即即MCU,SBU,BCUMCU,SBU,BCU。为了工作的可靠性，。为了工作的可靠性，MCUMCU和和BCUBCU的电源分网供给。的电源分网供给。4.4.负荷变速器负荷变速器 与燃油支架相连，把油门刻度百分比送到主控制单元。与燃油支架相连，把油门刻度百分比送到主控制单元。5.5.触发单元（曲轴编码器）触发单元（曲轴编码器）安装在自由端，测量曲柄转角信号，并与安装在飞轮端的备用安装在自由端，测量曲柄转角信号，并与安装在飞轮端的备用触发器和测速装置一起送入主控制单元和备用控制单元。备用触发器和测速装置一起送入主控制单元和备用控制单元。备用触发装置有二个传感器组成，安装在飞轮旁的一个盒子里。触发装置有二个传感器组成，安装在飞轮旁的一个盒子里。6.6.测速装置测速装置 在飞轮端，二套测速系统，传送柴油机转速信号。在飞轮端，二套测速系统，传送柴油机转速信号。7.7.人工控制面板人工控制面板单独调整气缸注油量并显示各种数据和报警，手动启动油泵和单独调整气缸注油量并显示各种数据和报警，手动启动油泵和气缸预润滑等等。气缸预润滑等等。2021/5/2150电子注油器三、工作原理三、工作原理油泵增压后把气缸油送到气缸油的共轨系统，主控单元（油泵增压后把气缸油送到气缸油的共轨系统，主控单元（MCU)MCU)控制电磁阀以控制电磁阀以合适的启闭定时进行注油。注油情况通过反馈信号发光二极管合适的启闭定时进行注油。注油情况通过反馈信号发光二极管显示显示。注油定。注油定时是依据位置传感器的二个信号（上时是依据位置传感器的二个信号（上死点和曲柄转角死点和曲柄转角），在压缩冲程第一道），在压缩冲程第一道活塞环对应的注油口是喷入。活塞环对应的注油口是喷入。注油量每次都是注油量每次都是恒量恒量控制，注油率通过改变控制，注油率通过改变注油频率注油频率实现。实现。注油频率根据注油频率根据负荷和速度负荷和速度计算的计算的. .人工控制面板人工控制面板(HMI)(HMI)可单独调整每缸的气缸喷油率在可单独调整每缸的气缸喷油率在60%-120%60%-120%。正常情况，正常情况，MCUMCU工作。工作。MCUMCU故障，故障， BCU BCU自动投入工作，自动投入工作， HMI HMI显示并报警，显示并报警， 备用控制单元可依据随机备用控制单元可依据随机正时（大约定时）和转速方法进行控制，注油频率可设定，一般为基本注油正时（大约定时）和转速方法进行控制，注油频率可设定，一般为基本注油率加率加50%50%。当当MCUMCU和和BCUBCU都不工作：发出自动减速信号到柴油机的安全系统。都不工作：发出自动减速信号到柴油机的安全系统。如温度为正常值如温度为正常值30-6030-60度时，压力最低报警为度时，压力最低报警为3.5MPa3.5MPa。超过。超过7070度，最高度，最高报警值为报警值为6.0MPa.6.0MPa.2021/5/2151电子注油器四、工作模式四、工作模式1.1.主控单元主控单元 2. 2.备控单元备控单元 3. 3.应急模式应急模式主控单元：根据：主控单元：根据：“准确定时准确定时”和和“主机平均有效压力主机平均有效压力”控制电磁阀，正常按此模式控制电磁阀，正常按此模式工作。备车时，将人工控制面板（工作。备车时，将人工控制面板（HMI)HMI)上的控制开关置于上的控制开关置于“AUTO”“AUTO”，起动鼓风机时，起动鼓风机时，注油器会自动注入气缸油润滑注油器会自动注入气缸油润滑. .若主机没有马上启动，泵站会自动停止。若主机没有马上启动，泵站会自动停止。主机在起动时，油泵又会起动，若三次起动失败，油泵自动停止。主机在起动时，油泵又会起动，若三次起动失败，油泵自动停止。备份单元：按备份单元：按“粗略定时粗略定时”和和“转速转速RPM”RPM”模式工作模式工作. .主控失控，备份自动工作，主控失控，备份自动工作，BCU in ctrl BCU in ctrl 灯亮，说明备控单元自动转换到备控模工灯亮，说明备控单元自动转换到备控模工作。此时曲轴编码器不工作，在粗略定时下工作。作。此时曲轴编码器不工作，在粗略定时下工作。应急模式：应急模式： 在所有的外界触发传感器（编码器和转速传感器）都损坏，或主控、备在所有的外界触发传感器（编码器和转速传感器）都损坏，或主控、备控同时损坏，且无法修复，主机可在应急模式下工作。应急模式工作以预置固定频控同时损坏，且无法修复，主机可在应急模式下工作。应急模式工作以预置固定频率，主机采用率，主机采用60RPM60RPM工作，注油器工作无序，无论主机运行与否，注油器按工作，注油器工作无序，无论主机运行与否，注油器按MCUMCU主板上主板上的设定，每秒发射一个脉冲，向气缸注油的设定，每秒发射一个脉冲，向气缸注油. .2021/5/2152第五节第五节 电子调速器电子调速器定义：定义：转速感应元件或执行机构转速感应元件或执行机构采用电气方式的调速器采用电气方式的调速器优点：动作灵敏，响应速度快，响应时间只有液压调速器的优点：动作灵敏，响应速度快，响应时间只有液压调速器的1/10-1/21/10-1/2，动态和静态的精度高，无调速器驱动机构，装置简，动态和静态的精度高，无调速器驱动机构，装置简单，易于数字化和遥控控制单，易于数字化和遥控控制. .电子调速器还能采用双脉冲式调电子调速器还能采用双脉冲式调节，调节将节，调节将转速变化和负载变化转速变化和负载变化这二种单脉冲信号叠加调节燃这二种单脉冲信号叠加调节燃油供油量，又称频载调速器。在负载刚发生变化而转速尚未发油供油量，又称频载调速器。在负载刚发生变化而转速尚未发生明显变化之前就开始调节油量生明显变化之前就开始调节油量, ,已在新型柴油机得到广泛应已在新型柴油机得到广泛应用，特别适合供电要求较高的发电机组。用，特别适合供电要求较高的发电机组。一、种类一、种类1.1.全电子调速器：感应与执行机构都为电子式全电子调速器：感应与执行机构都为电子式. .2.2.电电液或电一气调速器：感测为电子式，执行机构为液压液或电一气调速器：感测为电子式，执行机构为液压/ /气气力：如：力：如：woodward 2301woodward 2301，执行机构采用，执行机构采用EG3PEG3P型液压伺服器，型液压伺服器，DGS8800DGS8800数字调速器执行机构采用气压式。数字调速器执行机构采用气压式。3.3.液液电双脉中调速器，在液压调速器基础上加装电子负载信电双脉中调速器，在液压调速器基础上加装电子负载信号感应机构号感应机构. .电子部分失效时，采用液压调速器工作。如：电子部分失效时，采用液压调速器工作。如：TYIY-40.TYIY-40.2021/5/2153二、电子调速器的基本组成：传感器、控制器、执行器和外围控制开关和调节电位器。传感器、控制器、执行器和外围控制开关和调节电位器。传感器：感应转速、负荷（一般为电磁式）传感器：感应转速、负荷（一般为电磁式）速度控制单元或称控制器（核心速度控制单元或称控制器（核心）：接受来自测速传感器的信号，与设定值比较，把比较后的差值作接受来自测速传感器的信号，与设定值比较，把比较后的差值作为控制信号送到执行机构。为控制信号送到执行机构。执行器：根据控制信号调节发动机油门。常见有电磁，电液，电执行器：根据控制信号调节发动机油门。常见有电磁，电液，电气式。气式。外围控制开关和调节电位器：对调速器进行调整和控制等等，根外围控制开关和调节电位器：对调速器进行调整和控制等等，根据需要还可安装各种附件，实现自动同步，负荷分配等等据需要还可安装各种附件，实现自动同步，负荷分配等等. .2021/5/2154电子调速器的工作原理：根据电子调速器的调节原理：可分为单脉冲和双脉冲调速器。单脉冲：只进行转速转速的调节，适用于单台柴油机。双脉冲：工作原理如右上图所示：1执行机构2柴油机3转速传感器4柴油机负荷5负荷传感器6速度控制单元7转速设定电位器3测速后并转换为交流电压信号和5检测负荷后并转换为直流电压，都将信号送到6，与7（电压）比较后送1，调速.在稳定负荷下运行，工作转速等于转速设定电位器7的信号。转速传感器的输出电压为负值信号与速度控制单元6的正值信号相互抵消。如柴油机负荷增加，负荷传感器5的输出电压首先发生变化，此后转速传感器的输出电压也相应变化（数值降低）。此二种降低的脉冲信号与速度控制单元6的电压比较，输出正值信号，柴油机加油。12467352021/5/2155第五节 典型电子调速器单脉冲调速器单脉冲调速器调频型调频型-woodward 2301只有转速（磁电式）信号输入控制器只有转速（磁电式）信号输入控制器-一般只用于单台机组的调速系统一般只用于单台机组的调速系统.控制单元采用控制单元采用2301型电子控制器，采用型电子控制器，采用EG3P液压执行器。它有单纯调频型液压执行器。它有单纯调频型（单脉冲）和调频调载（双脉冲）型。（单脉冲）和调频调载（双脉冲）型。单脉冲调速器单脉冲调速器:动态性能指标：动态性能指标：1 5-7% TS 3-5秒秒在某一在某一转转速下运速下运转转，如，如负负荷增加，荷增加，转转速速传传感器感器输输出的数出的数值值降低，比降低，比较较后，后，输输出出正正值值的的电压电压信号，加油信号，加油.双脉冲调速器双脉冲调速器频载型频载型有转速和负荷两个信号有转速和负荷两个信号动态性能指标：动态性能指标：1 2% TS 1秒秒在某一在某一转转速下运速下运转转，如，如负负荷增加，荷增加，负负荷荷传传感器的感器的输输出出电压电压首先首先发发生生变变化，此后化，此后转转速速传传感器的感器的输输出出电压发电压发生生变变化，二种信号送入，比化，二种信号送入，比较较后，后，输输出正出正值值的的电压电压信信号，加油号，加油. 反之，也然反之，也然.2021/5/2156二、典型电子调速器简介Woodward 2301电子调速器模拟式电子调速器电-液调速器传感器为磁电式2301电子控制器EG3P液压执行器单纯调频型（单脉冲）调频调载型（双脉冲）7 7、8 8号线为磁电式测速传感器测速号线为磁电式测速传感器测速电压信号输入电压信号输入. .怠速调整 转速设定 稳定度 增益量2021/5/2157-转速升高时，调节器 给线圈电压减小，滑 阀上移，负荷活塞 上移加油EG3P液压执行器-弹簧合力向上-电磁力向下（线圈 电压来自控制器）-两力平衡稳速2021/5/2158-EG3P液压执行器2021/5/2159DGS8800e数字调速器是全数字式调速器，可用作为AC-系统的调速控制回路，也可进行主机供油的控制。组成：数字式调速单元、伺服单元、测速传感器、变压器、电子执行器、油门调节杆等组成。功能主要有：1.给定转速指令处理接受驾驶台或集控室的转速指令信号以及安保系统送来的故障减速指令，实现转速限制。2.主机转速检测3.转速调节，包括：a.PI和PID调节：正常按前者，恶劣海况自动按后者。b.前馈控制。实现燃油设定指令前馈，提高系统的跟踪速度和精度。x.死区控制。在死区范围（+/-2rpm)内，调节器维持油门不变.d.调节器增益特性控制。二套增益方法用于正常和恶劣二种不同海况。e.主机延时估计器。当主机接受加车指令较大时，按燃烧特性加车，不安增益特性加车，保持一个延时，使主机满足燃烧性能要求。2021/5/2160DGS8800e数字调速器4.燃油限制.各种限制中，取最小值，保证安全运行。5.执行器：伺服控制回路的PI控制；输出信号与伺服放大器的信号匹配；监视控制信号。在故障情况下，锁定执行器.6.其他主要功能1）VIT功能齐全，采用微机控制调速器输出的4-20mA电流信号经I/P转换器转换为0.05-0.5MPa气信号，再用气信号控制VIT机构的动作。2）LCDL控制 控制主机附加的气缸润滑，即随着主机负荷的变化增加气缸润滑油。（二）基本工作原理调节器对转速输入指令进行各种必要的处理后形成指令值，经过滤波处理后形成实际转速值，二者比较后形成转速偏差，对偏差进行包括死区控制、可变比例增益、积分增益等等在内的综合处理后，综合转速指令前馈控制信号，形成调节器输出信号。调节器输出信号与燃油限制信号经选小器选小输出，再经执行器位置非线形补偿，转速非线形补偿后形成执行器位置2021/5/2161DGS8800e数字调速器调速器控制面板：调速器有六种工作方式、若干功能按钮来实现特殊功能。工作方式选择、参数调整和系统试验等在调速器面板上进行，分调节和执行二大块。一、调节部分1.MODE （工作方式显示）有六种工作方式1）正常方式NORMAL，正常控制，如驾驶台遥控和集控室控制状态2）准备方式IDLE， 又称空闲方式或STOP方式，接通电源，车钟处于STOP位置，便自动处于准备方式。3）直接供油方式SETPOINT，又称设定值方式或直接燃油方式，在这种方式下，调节器被旁通，车钟手柄直接控制油门，即车钟信号直接发送到执行器，通常是在比机旁舒适的地方，降低功能的操纵，但方便、快捷进行应急操纵。比如调节器出现故障后，各种燃油限制仍然存在，主机不会超负荷但会超速，所以加速不能太快。4）试验方式TEST 系统的输入值可以在啊面板上直接模拟设定，并会出现报警。可以分清是外部传感器还是内部元件的问题。5）校正方式CALIBRATE,在正常和准备方式下都可进入校正方式。6）自检方式SELFTEST，专门用来检验微机的存储器状况，只有在准备方式下才可进入，属于离线检验。同一时刻，只能有一种各种方式2021/5/2162DGS8800e数字调速器2.STATIC（运行状态指示）REGULATOR ONREGULATOR ON 表示主机燃油在调节器控制之下，系统处于运行状态。表示主机燃油在调节器控制之下，系统处于运行状态。STARTSTART 主机在启动过程中主机在启动过程中 STOP STOP 主机停车主机停车 RPM LIMIT ONRPM LIMIT ON 转速设定值受到转速设定值受到限限制制 FUEL LIMIT ONFUEL LIMIT ON 燃油调节受到限制燃油调节受到限制 不能向主机供更多的油不能向主机供更多的油OTHEROTHER 显示通过参数。显示通过参数。3.ALARM.（报警指示）-根据区域显示报警的信息。LOW VOLTAGE 四组电源中任意的一组电压偏低。 RPM DETECT FAIL 转速传感器故障。 IN DATA ERROR 表示调节部分和执行部分之间的通信出现故障。 SYSTEM IN TESTSYSTEM IN TEST 表示系统处于试验或校正方式。OTHEROTHER 表示发生过故障，目前故障已消失但未复位。由于故障已消失，因而报警信号不送出去。4.CONTROL MODES控制模式按钮在调速器面板左下角，有三个控制按钮，选择特殊工况下的控制功能，都有LED灯。1）CONSTANT FUEL定油量控制死区控制。在死区范围（+/-2rpm)内，调节器维持油门不变，减少调速器的频繁动作。死区越小，灵敏度越高，工作越不稳定。2021/5/2163DGS8800e数字调速器4.CONTROL MODES控制模式按钮2）恶劣海况模式ROUGH SEA按下此按钮，有三大举措：PI调节器的比例增益和积分时间按恶劣海况工作，即略微减少比例增益而增大积分时间，以抑制大风浪使螺旋桨露出水面而引起主机转速过大波动。引入微分D作用，以便在螺旋桨开始露出水面或潜入水面时，调速器的微分作用给出一个超前调节，防止波动过大或飞车。在上述情况下仍有可能出现超速时，采取“预超速断油”的办法，即在主机转速接近超速时，自动切断燃油供应，使主机转速下降，当主机转速下降到复位转速时，恢复燃油供应。3）燃油设定值直接控制。2021/5/2164DGS8800e数字调速器5.PARAMETER参数显示参数主要有操作码、参数编码、数值或状态三部分组成。DATA VALUE区显示参数数值或状态。需要检查参数时，在PARAMETER 弄区通过DOWN或UP选择相应编码号，NO显示执行参数的编号，再到DATA VALUE区查看该参数的具体数值或状态。6.TEST试验按钮TEST区有5种输入信号。按下任何一个，就可直接从面板输入一个信号，RATE为信号的快慢选择，+或-按钮为增减，注意的是要在较短的时间按下相应按钮，若长时间就会恢复为初始值。二、执行-ACTUATOR1.MODE NORMAL 正常 实时处理正常工作方式IDLE 灯亮表示准备就绪。TEST 系统处于试验和模拟方式。CALIBRATE 校正工作模式。按下LAMP TEST后，SELFTEST灯亮，微机系统自检。 2021/5/2165DGS8800e数字调速器2. STATICSERVO ON 在正常工作条件，系统处于伺服执行状态。MANUAL CONTR 通过+或-按钮对执行器进行手动控制 EXTERNAL STOP 外部停车，外部的信号，强制让主机停车。 SERVO BLOCKED 由于严重的系统错误导致伺服执行机构阻塞。OTHER 表示其他的系统状态标志，选择相应的参数可以显示进一步的附加信息。3. ALARM.LOW VOLTAGE 四组电源中任意的一组电压偏低。FEED-BACK FAIL 执行器位置测量装置故障导致的反馈故障。4. PARAMETERS2021/5/2166o下图为下图为MAN B&WMAN B&W公司研制的用于柴油机气缸公司研制的用于柴油机气缸压力测量的便携式压力测量的便携式PMIPMI系统系统示意图，该系统示意图，该系统为为轮机员提供了一种计算机化的工具以测量和轮机员提供了一种计算机化的工具以测量和分析气缸压力。分析气缸压力。2021/5/2167便携式便携式PMIPMI系统示意图系统示意图2021/5/2168o便携式便携式PMIPMI系统有随机的包装箱，箱内包括系统有随机的包装箱，箱内包括构建系统所需的全部设备。它适用范的柴油构建系统所需的全部设备。它适用范的柴油机最高转速为机最高转速为900rpm900rpm，压力为，压力为0225bar0225bar。系。系统的总精度为统的总精度为3%3%。便携式。便携式PMIPMI系统的系统的优点优点有：使用方便，只需单人操作；灵敏高效的有：使用方便，只需单人操作；灵敏高效的压力传感器和压力传感器和PMIPMI控制单元；适合于单机和控制单元；适合于单机和多机装置的通用触发系统；快速准确的测量多机装置的通用触发系统；快速准确的测量结果；与传统的示功装置比较，有极好的精结果；与传统的示功装置比较，有极好的精度。度。o这种系统使用的是性能良好的这种系统使用的是性能良好的压电式传感器压电式传感器。在对各缸测量的过程中，人工将传感器按序在对各缸测量的过程中，人工将传感器按序安装在气缸盖的示功阀上。传感器只是短时安装在气缸盖的示功阀上。传感器只是短时遭受燃烧室恶劣条件的作用，这种方式使其遭受燃烧室恶劣条件的作用，这种方式使其能够可靠和稳定的工作。能够可靠和稳定的工作。2021/5/2169o为为精确反映整个循环气缸内压力的变化精确反映整个循环气缸内压力的变化，传感器检传感器检测压力必须与柴油机运转同步，测压力必须与柴油机运转同步，采用发光信号采集采用发光信号采集器。它包括一对器。它包括一对发光传感器发光传感器LELE ，用于，用于探测固定在探测固定在柴油机驱动轴上的条纹带所反射的光柴油机驱动轴上的条纹带所反射的光（在自由端）。（在自由端）。LELE采集器采集器发出连续的曲轴转角脉冲信号并送到连接发出连续的曲轴转角脉冲信号并送到连接箱，继而送到便携式箱，继而送到便携式PMIPMI控制器。压力传感器也与控制器。压力传感器也与PMIPMI控制器相连，控制器是系统控制测量的遥控神控制器相连，控制器是系统控制测量的遥控神经中枢。整套设备由外部经中枢。整套设备由外部110V/240AC110V/240AC电源供电，对电源供电，对给定柴油机而言，系统一旦经过了最初的安装，再给定柴油机而言，系统一旦经过了最初的安装，再使用时可以很快地连接到柴油机上。使用时可以很快地连接到柴油机上。只有只有LELE采集器采集器的条纹带需永久地固定在柴油机上。的条纹带需永久地固定在柴油机上。oPMIPMI控制器和连接箱都有通讯界面，以采集和自动控制器和连接箱都有通讯界面，以采集和自动传输数据到集控室的计算机，传输数据到集控室的计算机，计算机内须安装随计算机内须安装随PMIPMI系统供应的适用软件。系统供应的适用软件。2021/5/2170o收集和储存在收集和储存在PMIPMI系统数据库内的气缸压系统数据库内的气缸压力测量结果在计算机上可以用三种不同的力测量结果在计算机上可以用三种不同的图来显示，即图来显示，即P-TP-T图、图、P-VP-V图和平衡图图和平衡图, ,即即电电子示功图子示功图。P-TP-T图是气缸内压力随曲轴转角图是气缸内压力随曲轴转角变化的图；变化的图；P-VP-V图是气缸内压力随相对气缸图是气缸内压力随相对气缸容积变化的图；容积变化的图；平衡图显示各缸的压缩压平衡图显示各缸的压缩压力力p pcomcom、爆发压力、爆发压力p pmaxmax和平均指示压力和平均指示压力p pi i。在计算机显示平衡图时，显示界面上还会在计算机显示平衡图时，显示界面上还会给出各缸压力的平均值以及各缸压力与平给出各缸压力的平均值以及各缸压力与平均值的差值。均值的差值。 2021/5/21712021/5/2172o除图形外，除图形外，PMIPMI系统的计算机还可以用表格的系统的计算机还可以用表格的形式显示测量结果。在表格中对四冲程柴油机形式显示测量结果。在表格中对四冲程柴油机和二冲程柴油机都会有压缩压力和二冲程柴油机都会有压缩压力p pc c、爆发压力、爆发压力p pz z和扫气压力和扫气压力p pk k和转速这样一组数据。对二冲和转速这样一组数据。对二冲程柴油机还有平均指示压力程柴油机还有平均指示压力p pi i和有效功率。和有效功率。o PMI PMI系统用一套系统用一套“0 - “0 - 图图”参考值来确定上止参考值来确定上止点（点（TDCTDC）。所谓）。所谓“0 - “0 - 图图”参考值就是让柴参考值就是让柴油机在油机在50%-70%50%-70%负荷下运行，在停掉待测气缸负荷下运行，在停掉待测气缸燃油的情况下测得的循环气缸压力。燃油的情况下测得的循环气缸压力。对给定的对给定的柴油机，一般只在安装柴油机，一般只在安装PMIPMI系统时测量一次系统时测量一次“0 - “0 - 图图”参考值即可（参考值即可（“0 - “0 - 图图”参考值测法参考值测法见说明书）。见说明书）。2021/5/21730-图图2021/5/2174o曲轴因传递扭矩而产生的扭转变形会影响上曲轴因传递扭矩而产生的扭转变形会影响上止点止点，为了修正这种影响，为了修正这种影响，PMIPMI系统需要一系统需要一套在恒定负荷下的测量结果作参考值，即套在恒定负荷下的测量结果作参考值，即“E - “E - 负荷负荷”参考值。参考值。“E - E - 负荷负荷”参考值是参考值是在柴油机维持常用油格的情况下测得的循环在柴油机维持常用油格的情况下测得的循环气缸压力气缸压力（E - E - 负荷负荷”参考值测法见说明书）。参考值测法见说明书）。o以以“E - “E - 负荷负荷”和和“0 - “0 - 图图”为基础，经过计为基础，经过计算修正各缸上止点，这种修正是用算修正各缸上止点，这种修正是用PMIPMI系统系统规定的扭转系数自动对各缸进行修正。规定的扭转系数自动对各缸进行修正。2021/5/2175E-负荷负荷2021/5/2176第四章、柴油机的排放控制第四章、柴油机的排放控制一一. .柴油机的排放物及其危害柴油机的排放物及其危害船舶承担着船舶承担着95%95%以上的世界贸易运输量，消耗世界能源的以上的世界贸易运输量，消耗世界能源的3%3%，所以柴油机的排放数量是巨大的，所以柴油机的排放数量是巨大的， NOX( NOX(氮氧化物）的排放占氮氧化物）的排放占全球全球NOX(NOX(氮氧化物）氮氧化物）7%7%， SOX SOX 约占全球约占全球SOXSOX排放排放4%4%， CO2 CO2的排的排放量约占整个世界的放量约占整个世界的2.7%2.7%，船舶造成的大气污染日益严重。，船舶造成的大气污染日益严重。在燃油完全燃烧情况下，产生在燃油完全燃烧情况下，产生H H2 2O O和和COCO2 2。H H2 2O O不会对地球和人类构成影响，不会对地球和人类构成影响， CO CO2 2以前不认为是一种污染以前不认为是一种污染物，但过量使用会使地球的碳循环失去平衡，加剧了温室效应。物，但过量使用会使地球的碳循环失去平衡，加剧了温室效应。柴油机在排放过程中会产生一些不完全燃烧产物，如在缺氧环柴油机在排放过程中会产生一些不完全燃烧产物，如在缺氧环境下燃油发生裂解、脱氢生成碳烟粒子，发生不完全燃烧生成境下燃油发生裂解、脱氢生成碳烟粒子，发生不完全燃烧生成CO,CO,在低温及混合气过稀的条件下生成未燃在低温及混合气过稀的条件下生成未燃HCHC（碳氢化合（碳氢化合物），在高温条件下会使空气中的氮氧化生成各种氮的氧化物物），在高温条件下会使空气中的氮氧化生成各种氮的氧化物NOX(NOX(氮氧化物），还有氮氧化物），还有SOXSOX。2021/5/2177第四章、柴油机的排放控制第四章、柴油机的排放控制柴油机的排放物主要包括：水蒸气柴油机的排放物主要包括：水蒸气H H2 2O O ， 过量氧气过量氧气O2O2，残余氮，残余氮气气N2N2，二氧化碳，二氧化碳CO2CO2，一氧化碳，一氧化碳COCO，NOX(NOX(氮氧化物），氮氧化物）， HC HC（碳（碳氢化合物），硫氧化物氢化合物），硫氧化物SOXSOX和颗粒等等。和颗粒等等。无害排放物：水蒸气无害排放物：水蒸气H H2 2O O 、过量氧气、过量氧气O2O2和残余氮气、。和残余氮气、。二氧化碳二氧化碳CO2CO2不会直接对人类和环境有害，会造成温室效应。不会直接对人类和环境有害，会造成温室效应。H H2 2O O、 O2 O2、 N2 N2、 CO2 CO2占占体积总量体积总量的的99.8%99.8%有害排放物：一氧化碳有害排放物：一氧化碳COCO、氧化碳、氧化碳COCO，NOX(NOX(氮氧化物）、氮氧化物）、 HC HC（碳氢化合物），硫氧化物（碳氢化合物），硫氧化物SOXSOX和颗粒等。占和颗粒等。占O.2%O.2%，但危害极，但危害极大。我国把废气中有害成分及大。我国把废气中有害成分及CO2CO2和碳烟统称为排放。和碳烟统称为排放。2021/5/2178二、柴油机有害气体排放物的生成机理二、柴油机有害气体排放物的生成机理1.氮氧化物(NOX)：是柴油机排气中各种氮氧化物的总称.包括：NO、NO2、NO3、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。其中从排烟管中的氮氧化物中约90-95%为NO,NO2少量存在，其他忽略不计。NO与空气中的O2反应，进一步生成N2O。对柴油机来说要控制的是NO的排放量，对人类来说危害的是NO2。NOXNOX：指的是N2+NO2，来源于二方面：主要是参与燃烧的空气中的N2，称为“热氮氧化物”；另一方面在燃料中存在微量的氮化物，称为燃料氮氧化物，忽略不计。机理：采尔道维奇原理 O2=2O O+N2=NO+N N+O2=NO+O N+OH=NO+H2021/5/2179O2=2O O+N2=NO+N N+O2=NO+O N+OH=NO+H氧气在高温下生成氧原子，氧原子与分子（或原子）状态的氮反应生成NO,且随着温度的提高而呈指数函数急剧增加.在温度低于1000K时，生成极低，到2000K时，很快，以后每增加100K，生成速率增加近一倍，并且与氧浓度有关。所以大部分在燃烧时已在排气中存在，在低火焰区和在高温环境中停留时间不足，就不会产生大量的NO，NO排放就少。柴油机燃烧过程中NOXNOX的生成率的大小取决于：高温、富氧和的生成率的大小取决于：高温、富氧和氮氮与氧在高温下停留时间的长短。与氧在高温下停留时间的长短。直喷式柴油机生成的直喷式柴油机生成的NOXNOX浓度大于分开式燃烧室。浓度大于分开式燃烧室。2021/5/21802.碳氢化合物(HCHC)：燃油的不完全燃烧燃油的不完全燃烧.碳氢化合物包括燃油中的未燃烃类、裂解反应和再化合反应的产物、燃烧和氧化反应的中间产物（如醛、醇）所组成的，少部分产生于润滑油。机理很复杂，但根本原因是烃类在空气中不能完全燃烧或不能燃烧，形成的碳氢化合物。如：温度或压力过低、混合气浓度过浓或过稀。在柴油机怠速、小负荷运转时碳氢化合物的排放要大于高荷，同时如喷油设备不正常、喷油器结构不合理会导致排放增加。2021/5/2181CO的生成机理CO是烃燃料燃烧的中间产物和不完全产物之一.在一定的反应温度或氧化剂存在的条件下，CO会继续反应，生成CO2。在下列条件下，不能继续燃烧而被排出机外：1.反应着的气体温度过低2.反应着的气体突然缺氧3.反应物停留在适合反应条件的时间过短。在燃烧室，生成CO的主要部位是富油区、稀熄火焰和火焰淬熄区。富油区是严重缺氧。稀熄火焰和火焰淬熄区：存在与喷注火焰区外，这些区域由于混合气过稀，化学反应不稳定，使CO不能继续燃烧而中断、或火焰在低温和冷壁而中断。活塞顶隙内、活塞顶岸的间隙内、低负荷的缸壁处.气流过强，吹熄火焰，燃烧中断，增加碳氢化合物外，也会增加CO的排放.2021/5/21824.颗粒的生成机理颗粒又称微粒，简称PM，指用清洁的过滤空气稀释，气体温度低于或等于325K时，在规定的过滤介质上所采集到的物质。PM的组成取决于运转工况、尤其是排气温度。温度较高时，主要是碳质的聚集体，一般称为碳烟，在局部高温条件下，缺氧、裂解并脱氢而生成以碳为主要成分的固体微小颗粒-碳烟。低温：碳烟 会吸附和凝聚多种有机物，称为有机可溶成分，简称SOF.重质有机化合物从气缸内排出，被空气稀释时凝结并被碳粒所吸附，最容易凝结的是重馏分，已经热解但未在燃烧过程中消耗的不完全有机物以及窜入燃烧室的润滑油。如排气成分中HC含量高，则冷凝作用越强。2021/5/2183第二节、各种排放物的主要危害一、柴油机有害排放物造成的主要危害一、柴油机有害排放物造成的主要危害1. 1.氮氧化物：氮氧化物： 柴油机排出的绝大部分是柴油机排出的绝大部分是NONO，少量是，少量是NO2NO2，通常，通常用用NOXNOX表示。表示。NONO是无色气体，毒性不大，但通过化学反应会破坏大气臭氧是无色气体，毒性不大，但通过化学反应会破坏大气臭氧层，并且会缓慢氧化成层，并且会缓慢氧化成NO2.NO2.NO2NO2是一种棕色的刺激性气体，其浓度为是一种棕色的刺激性气体，其浓度为100-120ppm100-120ppm时，会表时，会表现现出很强的毒性，如破坏人体的黏膜，引起肺癌，导致人体组织出很强的毒性，如破坏人体的黏膜，引起肺癌，导致人体组织缺氧而窒息，如超过缺氧而窒息，如超过200ppm200ppm，会让人立刻死亡。，会让人立刻死亡。2. 2.碳氢化合物碳氢化合物HC: HC: 不完全燃烧后会产生各种烃类化合物；不完全燃烧后会产生各种烃类化合物；烷烃：无味，对人体无影响。烷烃：无味，对人体无影响。烯烃：略带甜味、有麻醉作用，对黏膜有刺激作用，特别是与烯烃：略带甜味、有麻醉作用，对黏膜有刺激作用，特别是与氮氧化合物一起在太阳光的紫外线作用下形成有毒的光化学烟氮氧化合物一起在太阳光的紫外线作用下形成有毒的光化学烟雾的罪魁祸首之一。雾的罪魁祸首之一。芳香烃：对血液和神经系统有害，特别是多环芳香烃芳香烃：对血液和神经系统有害，特别是多环芳香烃PAHPAH及其及其衍衍生物有致癌作用生物有致癌作用醛类：醛类： 刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有害。刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有害。2021/5/21843. 3.颗粒PM： 主要成分是碳、凝结的碳氢化合物、硫酸盐和缔合水.柴油机排出的颗粒大多直径小于0.3m，可在人呼吸时吸入肺部，在肺部滑动，造成肺组织伤害。颗粒碳核会吸附其他有害物质，并将它们带人人体，造成伤害。4 4.一氧化碳CO：无色无味的有毒气体。CO与血红蛋白的亲合力大约是氧气的200倍，进入人体后，与血红蛋白结合生成碳氧血红蛋白，导致人体缺氧，发生恶心，头晕等等，严重时窒息死亡。柴油机排放的CO很少，但在高负荷时较高。5 5.硫氧化物SOx：是燃油中硫分在燃烧中的产物，主要是SO2和SO3。 排气中SOx与燃油的含硫量燃油的含硫量有直接的关系.如果含硫量超过3.0%，那么每吨燃油大约产生63.6kg的SOx。SO2有刺激性，与水生成亚硫酸，直接危害人的眼鼻和喉黏膜，引起呼吸器官炎症。SO2与氧进一步氧化生成SO3，与水作用生成硫酸，形成酸雨，伤害土壤和植物。2021/5/2185二、CO2排放和温室效应温室气体：大气中能够吸收热和反射红外波的一类气体。水蒸气、二氧化碳、甲烷、氮氧化物、臭氧以及氟氯化碳都属于温室气体。水蒸气的温室气体作用占36-72%，CO2占9-26%，目前公认CO2是导致全球变暖的主要原因。碳是形成生命的最重要的元素。大量使用矿物燃料，通过燃烧，将大量的CO2排放到大气中，而目前环境的破坏导致植被减少，植物吸收CO2的能力大大减弱，地表的碳平衡被破坏。全球变暖导致冰川融化，将另一种被冰川吸收的气体甲烷释放出来，且无法控制，对燃料造成灭顶之灾，这是控制二氧化碳排放的真正原因。2021/5/2186第三节对各种有害排放物的控制措施前言：2004年5月18日，在萨摩亚群岛批准了MARPOL附则VI。至此，附则VI达到了规定的15个国家，占世界商船总吨位的54.64%，达到了生效条件，因此，已于2005年5月19日起生效。2008年10月对附则VI进行了修订，提出了更严格的要求。下一个目标是制定CO2排放指数计划导则，即制定一个简单的系统，供船舶经营人使用。公约对中国的生效时间：公约对中国的生效时间：2006年年2021/5/2187控制船舶释放的要求控制船舶释放的要求（1）消耗臭氧物质(OzoneDepletingSubstances)（第12条）（2）氮氧化物（）氮氧化物（NOx） （第（第13条）条）（3）硫氧化物（）硫氧化物（SOx） （第（第14条条）（4）挥发性有机化合物（第15条）（5）船上焚烧（第16条）（6）燃油质量（第18条）2021/5/21881.氮氧化物（氮氧化物（Nitrogen Oxides）（第）（第13条）条）2008年10月通过修订的要求适用范围：在2000年1月1日及以后建造的船舶上安装安装的输出功率大于130KW的柴油机；（不含紧急及救生艇用柴油机）在2000年1月1日及之后按第13（2）条定义的进行过重大改重大改装装（MAJOR MODIFICATION) 的输出功率大于130KW的柴油机。但不同时期建造的船舶以及柴油机的氮氧化物排放的限制值有不同的规定。柴油机国际防止大气污染证书（EIAPPC） 受约束的每部柴油机须持有“柴油机国际防止大气污染证书（EIAPP）及其附件”2021/5/2189柴油机NOx排放控制三层NOx排放标准： Tier I: : 全球标准，适用于： 安装在2000.1.12000.1.1至2010.12.312010.12.31日之间建造的船舶上的柴油机; ;安装在1990.1.1至1999.12.31间建造的船舶上的大型柴油机（输出功率5000kW，且单缸排量90升）；NOx排放限值： 17.0g/kWh,当n小于130r/min; 45.0n(-0.2)g/kWh, 130r/minn2000r/min; 9.8g/kWh, n2000r/minTier II: : 全球标准，适用于安装在2011.1.12011.1.1及以后建造的船舶上的柴油机；该标准相当于在Tier I Tier I 基础上降低约为80%; ; 14.4.0g/kWh,当n小于130r/min; 44.0n(-0.2)g/kWh, 130r/minn2000r/min; 7.7g/kWh, n2000r/min 2021/5/2190柴油机NOx排放控制 Tier III：排放控制区标准，适用于安装在2016.1.12016.1.1及以后建造的船舶上的柴油机；该标准相当于在Tier ITier I基础上降低80%80%（原来（原来20%20%）； 3.4.0g/kWh,当n小于130r/min; 9.0n(-0.2)g/kWh, 130r/minn2000r/min; 2.0g/kWh, n2000r/min 防止船舶造成大气污染规则（MARPOL附则） 1.2000年1月1日，I正式实施；2. 2009年1月1日，II正式实施；3. 2016年1月1日，III正式实施；2021/5/21912.硫氧化物（硫氧化物（Sulphur Oxides）（第）（第14条）条）o燃油硫含量标准燃油硫含量标准o全球标准:o4.50%,在2012.1.1前;o3.50%,在2012.1.1后;o0.50%,在2020.1.1或以后;o排放控制区标准（ECA）o1.50%,在2010.7.1前;o1.00%,在2010.7.1后;o0.10%,在2015.1.1或以后;欧盟规定：2006年五月起：所有船舶必须使用含硫量1.5%以下的燃油，客船1.2%；停泊在港口的船舶应低于0.2%。2010年一月以后：应使用含硫量低于0.1%；或使用排气后处理措施达到相应的硫氧化物排放水平，还有不同的收费标准，排硫氧化物排放水平，还有不同的收费标准，排放量高的船舶将重罚。放量高的船舶将重罚。2021/5/2192oSOx释放控制区域的要求：释放控制区域的要求：o提前计划；燃油含硫量；换油；记录2021/5/2193二、排放法规的实施对船舶柴油机动力装置的影响1.对柴油机发展的影响氮氧化物生成的主要因素是柴油机气缸中的燃烧过程，与柴油机结构、参数、运行工况等等有关。降低氮氧化物的方法：主要是机内处理和机外净化。机内处理方法的关键是有效控制燃烧过程，目前主要途径是开发低排放的直喷式燃烧室，能同时满足排放标准和提高柴油机的热效率。此外，推迟喷油、废气再循环（EGR)以及缸内喷水都会达到目前的排放标准。但会降低热效率、经济性差。机后净化不会影响柴油机热效率，但会增加设备，造价高和船员的负担。2021/5/2194二、排放法规的实施对船舶柴油机动力装置的影响2.对船用柴油机燃油的影响降低硫氧化物的最有效的办法是降低燃料含硫量。脱硫会增加成本。此外，用水洗除去废气中硫氧化物，但要增加设备，现在仍在研究之中。2021/5/2195三、船舶柴油机有害排放的控制措施1.氮氧化物排放的控制从改善燃油品质（机前处理）、燃烧过程的改进（机内处理）和排气后处理（机后处理）三方面控制。见图2.4-5.目前对船舶柴油机有害排放采取的主要措施：1）燃烧过程的改进：研究表明：碳粒在燃烧温度大于1500K，过量空气系数小于0.6的过浓混合气中形成，NOX在燃烧温度大于2300K的富氧条件下生成。因此要寻找同时满足限制NOX和碳粒的条件。降低NOX排放：降低燃烧温度和预混合燃烧阶段的混合气量降到最小程度（可能形成富氧区）.降低颗粒排放：在扩散阶段保持良好的油气混合和高的温度。采用方法：高压喷射、推迟喷射、引导喷射、废气在循环和改 进喷油器结构等等。2021/5/2196三、船舶柴油机有害排放的控制措施1.氮氧化物排放的控制（1）高压喷射小喷孔直径、大的燃烧室开口、短的喷油持续期。充分的雾化，显著减少颗粒的排放。高喷射压力和短的喷射持续期可推迟喷油定时，从而保证燃油消耗率和颗粒排放不变的情况下降低最高爆发压力和NOX排放量。提高喷油压力能有效改善柴油机性能。（2）推迟喷射推迟喷射能使最高温度降低，NOX的生成量减少，但会导致后燃严重、排气温度升高，柴油机热效率下降。应在保证柴油机具有较高的热效率情况下，降低燃烧最高温度，减少NOX的生成量。2021/5/2197三、船舶柴油机有害排放的控制措施1.氮氧化物排放的控制（3）电控喷射和引导喷射电控喷射系统的主要特点：实现高压喷射和引导喷射，根据工况变化对喷油定时、喷油规律和循环供油量进行最优化控制，获得所要求的燃烧规律，保证发动机性能，同时抑制NOX和颗粒生成。（4）喷油器结构的改进柴油机平均有效压力的提高要求增加喷油器的流通面积，要求在喷油器底部的压力室容积增加，喷油结束时残余存在在压力室的燃油会滴入燃烧室，形成排放污染。目前，标准结构的喷油器压力室容积都比较大，会造成排放污染。解决这一问题是采用“小压力室”的喷油器，减少压力室的面积。最新是采用滑动型喷油器，可以大大减少有害物质和碳烟形成、燃烧室的沉积。2021/5/2198三、船舶柴油机有害排放的控制措施1.氮氧化物排放的控制（5）废气再循环（EGR)指的是使部分废气10-20%的废气再次进入气缸，使得它与进气掺混，导致进气中二氧化碳浓度升高，氧浓度降低和进气的比热和热容量增大，可降低最高燃烧温度从而降低NOX的生成。废气量增加，燃烧过程会变慢，颗粒排放和耗油率增加。采用这种方法，NOX排放会降低30-40%，废气再循环会使颗粒增加，从而污染涡轮和冷却器，增加气缸的磨损。如使用高质量的蒸馏油，颗粒影响较小。适应中高速柴油机。如使用重油的低速柴油机，太多的颗粒，会损害柴油机。在废气再循环管路上安装一个水洗器，去除废气中存在的颗粒和硫氧化物，同时冷却废气.废气再循环34-36%，排气的NOX排放降低到3.6-4.0g/kw.h极限39%时，排气的NOX排放降低到2.3g/kw.h如与燃油乳化技术相结合，排气的NOX排放降低到1.3g/kw.h，满足Tier III的要求。2021/5/21992）加水处理通过采取措施使一定量的水进入气缸，由于水的气化潜热很高，吸收燃烧过程中的大量热量，降低最高燃烧温度，减少NOX的排放.（1）燃油乳化 将燃油掺水形成乳化油进入气缸，乳化油的水被蒸发，降低燃烧温度峰值，能较大幅度减少NOX排放。在一般情况下，增加一个百分点的水就减少一个百分点的NOX，通常乳化油中有10%的水，可使NOX减少6-12%。在标准工况下，满负荷时加入20%的水，燃油消耗率几乎不变化，当水含量再增加时，燃油消耗率会稍有增加。燃油乳化可降低NOX排放30-50%。缺点：引起零件的腐蚀。2021/5/21100(2)进气加湿用高压水雾的形式，在压气机后喷入空气中。为了防止水雾凝结，要加热提高增压空气的温度，加热是利用空气冷却器完成的。这种方法可降低50-60%NOX的排放，还能降低主机热负荷，改善缸套清洁条件。结构简单，成本低和不增加油耗率。喷水质量要求高。（3）直接喷水采用双喷嘴油头，一个喷水一个喷油，水(0.4-0.7):油1,先喷水，在喷水结束之后开始喷油，对燃油着火和燃烧过程不会造成影响，二个系统相互独立，喷水系统可以随时切断。该方法可降低NOX50-60%。随着喷水量增加，排放量随之减少。最大的油水比例为50%，超过50%时，NOX排放下降不明显。而燃油消耗率会明显上升。能降低主机热负荷，改善缸套清洁条件。缺点：发生低温腐蚀。2021/5/21101(4)蒸汽喷射法蒸汽喷射法有二种方法：一是通过向压缩后的空气中喷入低压蒸汽实现，结构简单、低压蒸汽来源丰富，比较容易实现。二是直接向气缸内喷入高压蒸汽的方法。设备要求复杂，成本高，但是其具有降低缸内热应力，减少燃油消耗率的优点。前景美好。3）催化转化法（SCR)对排出废气进行化学反应，大幅度减少废气中的NOX排放的方法.目前公认的比较成熟的、能够达到IMO第三阶段标准的主要方法.SCR系统组成：陶瓷催化元件组成的反应器，尿素系统包括储存、供给、定量和喷射部分以及控制系统。工作原理：2021/5/21102工作原理工作原理： 4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O 6NO2+8NH3=7N2+12H2O废气中NOX在300-400的温度下，以氨或尿素为还原剂，在SCR反应器中将废气中的NOX还原为N2，达到减少NOX排放的目的.理论上可以废气中的全部NOX，但为了防止氨的泄漏，通常控制使得废气中的NOX减少90-95%。缺点缺点：排烟温度控制问题温度控制问题，高负荷比较适合。低负荷不能满足300-400的条件。温度过高导致氨会被烧掉而不与NOX反应；太低，反应速度慢，并且硫酸铵凝结会使催化剂破坏。例如：四冲程和二冲程机的布置不同。四冲程安装在废气涡轮增压器之后，即所谓的低压SCR装置。对柴油机工作无影响。二冲程安装在增压器前，属高压SCR装置。影响柴油机工作2021/5/21103在柴油机加速和起动过程中，以及减速过程中必须将SCR旁通，需要解决废气系统的控制和调节问题，还有低负荷的温度过低问题。SCR装置的堵塞问题堵塞问题是该装置运行中遇到的主要问题。是该装置运行中遇到的主要问题。燃油中的硫分遇到氨和钙形成硫酸铵和大量石膏状的泥灰。燃油中的硫分遇到氨和钙形成硫酸铵和大量石膏状的泥灰。再加上钒，此现象会加剧，尿素的纯度也是保证装置运行的再加上钒，此现象会加剧，尿素的纯度也是保证装置运行的主要因素，不纯，会产生聚合，导致催化元件的堵塞。主要因素，不纯，会产生聚合，导致催化元件的堵塞。2021/5/211042.SOX排放的控制二种方法：控制燃油中硫含量和水洗。1）低硫燃油对柴油机的影响和措施2）水洗技术是目前许多大公司的研究开发项目。主要采用毗邻方法去除废气中的SOX和颗粒排放。可以去除98%SO2和78%的颗粒。目前使用的方法有二种：直接海水水洗法和淡水水洗法。海水直接水洗法：海水直接通入水洗器中，水与硫反应生成硫酸，再与海水中的碱中和，回到大海。回大海前，必须去除颗粒和油类。缺点：有较大的空间。淡水水洗法在淡水中加入适当的NaOH，吸收废气中的SO2.采用闭式循环。较小空间即可。推荐：海上海水水洗法，沿岸和港口用淡水水洗法。2021/5/211053.CO2排放的控制虽然船舶推进装置在热机中CO2排放量是最低的，但总量大，要严格控制。有二种方法：提高船舶动力装置的综合效率和采用新能源或再生能源。IMO正在考虑确定船舶动力装置的排放指标：能效设计指标和能效运行指标，设立能效指标是试图降低船舶动力装置平均CO2的排放值，达到目前排放值的70%。降低能效设计指标的方法：1）降低船速2）提高主机效率3）降低主机功率4）使用LNG船或LPG船5）船体优化6）螺旋桨优化7）船舶涂料。能效运行指标：评估在航船舶的有效状态，如评估每航次的能效；评估船东或船舶经营人的行为；对单船持续监测以及评估船舶及操作状态的变化。2021/5/211063.CO2排放的控制从动力装置设计的角度看，船舶的燃油消耗量主要与螺旋桨、主机的工况和船舶的航速有关。螺旋桨主机增加意味着螺旋桨效率的提高和螺旋桨转速的降低，螺旋桨叶片的减少需提高螺旋桨转速并且浆的效率略有提高。主机的行程缸径比和爆压与平均有效压力之比增加会提高柴油机热效率，采用电子控制式柴油机可提高柴油机效率。1）在船速不变的情况下改变螺旋桨直径如采用增加一个缸；相当于在80%的负荷下工作，初投资增加，后期燃油消耗节约更多。增大螺旋桨直径；主机耗油率下降，总体效率提高。采用电喷柴油机，效率提高。2）主机减速运行船速下降时，主机的转速和功率大幅下降，达到节能的效果。2021/5/211073）使用LNG作为船舶燃料作为船舶的代用燃料，必须满足下列条件：（1）丰富的存储量（2）经济性要好（3）含硫量要低。天然气是一种清洁、方便、高效的优质能源。储藏丰富。主要成分：甲烷和少量的乙烷、丙烷和丁烷等.甲烷的碳氢比为1:4，碳氢比最低的物质，或者说同样热量的CO2排放最少。CO2比燃料油排放低25-30%。天然气先进行预处理：去除二氧化碳、水分、硫化氢和其他硫化物。能达到天然气几乎不含硫.采用“稀薄燃烧稀薄燃烧”技术使NOX排放也非常低。降低85-90%.2021/5/21108部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！