船用大功率电控柴油机的特点和使用优势

柴油机DieselEngine

Vo.l30(2008)No.3

智能化与控制

船用大功率电控柴油机的特点和使用优势

王德山,吴朝晖

1

2

(1󰀂驻沪东中华造船集团有限公司军事代表室,上海200129;

2󰀂沪东重机股份有限公司,上海200129)

摘󰀁要:通过船用电控柴油机与传统凸轮驱动柴油机工作原理及特点的比较,阐述了电控柴油机的技术特点和使用优势,指出电控柴油机是今后行业发展的趋势。

关键词:电控柴油机;使用;优势

中图分类号:TK421󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁文章编号:1001󰀁4357(2008)03󰀁0010󰀁03

TheCharacteristicsandApplicationAdvantagesofMarine

Large󰀁powerElectronicControlDieselEngine

WangDeshan,WuZhaohui

1

2

(1󰀂NavalDeputyOfficeofHudongZhonghuaShipyard,Shanghai200129;

2󰀂HudongHeavyMachineryCo.,Ltd.,Shanghai200129)

Abstrac:tMarineelectroniccontroldieselengineandconventionalcamdrivendieselenginesarecompared

witheachotherontherespectsofworkingprinciplesandcharacteristics.Thetechnologycharacteristicsandapplicationadvantagesofelectroniccontroldieselenginearepresented.Moreover,itsdevelopmenttendencyisindicatedaswel.l

Keywords:electroniccontroldieselengine;application;advantage

1󰀁概󰀁述

全电子控制技术(简称电控技术)是继增压技术后,内燃机发展史上最重要的技术,是对传统内燃机设计理念的重大突破,真正做到机电的紧密结合,使内燃机的发展进入了一个崭新的阶段。目前电控技术在内燃机上的成功应用主要有两种方式,一种为单体泵型电控内燃机,另一种为共轨型电控内燃机。本文主要介绍共轨型电控柴油机。

在大功率低速二冲程柴油机领域,以瓦锡兰公司为主设计开发的RT-flex系列高压共轨柴油机体现了全电子控制技术的优越性和先进性。随着国内几大低速柴油机厂相继生产此类电控柴油机以来,通过对各项台架试验数据与传统柴油机的对比,可以看到新型电控柴油机的优异性能。

收稿日期:2007󰀁10󰀁15

2󰀁电控柴油机的工作原理

电控柴油机以计算机控制和快速开关阀驱动的燃油、排气和起动正时代替了常规柴油机的机械式凸轮正时机构(见图1),实现了相对凸轮控制更高的精确性、更广的运行范围和更灵活的适应性。满足了现代船舶对主机的使用灵活性、操作便捷和运行可靠的要求。

3󰀁电控柴油机的特点

随着RT-flex系列柴油机的投入使用,通过柴油机台架试验和船上航运体验,新一代电控大功率低速柴油机的优异性能和先进的设计理念得到体现,各项数据也验证了其新能的优越性。具体表现在如下几个方面。

2008年5月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁王德山等:船用大功率电控柴油机的特点和使用优势

󰀂11󰀂

图1󰀁电控柴油机与传统柴油机零部件差异对比

3󰀂1󰀁性能和排放

利用电子控制喷油正时(如图2的燃油喷射规律)和排气正时,实现各阶段负荷区的高效率,

通过智能调节缸内最高燃烧压力,优化燃烧,提高了各工况下的整体性能。

图2󰀁电控柴油机独有的喷油规律

󰀁󰀁常规柴油机由于采用传统的凸轮控制方式,优化点的选择受机械机构的只能固定在某一工况附近,而在其它工况下柴油机的性能就无法兼顾,尤其是低负荷下的油耗、最低稳定转速等。而电控柴油机由于可以智能控制极低负荷下的喷油压力和喷油量,其最低稳定转速可以远低于常规柴油机的最低稳定转速。常规柴油机最低转速只能控制在额定工况转速的21%~25%,而电控柴油机可以将最低转速控制在额定工况转速的10%~15%。从试验情况看,RT-flex60C柴油机的最低转速可以达到12r/min,而该机额定转速为114r/min。而在低负荷范围内,通过控制系统对燃油正时、压力、排气正时进行调整,可以将油耗降低0~1󰀂5g/kWh;在低于50%的更低负荷范围,相对常规柴油机,燃油消耗率的降低可以达到2g/kWh。

另外RT-flex柴油机利用其参数调整的灵活性而特别引入了DELTA调整,在柴油机海上航行时,在排放、油耗上做到很好的平衡,既保证了排放满足规范要求,又降低了总运行成本,见图3。

图3󰀁电控柴油机引入DELTA调整后的燃油耗曲线

对于NOx排放,电控柴油机通过调整各档负荷下的喷油压力和喷油方式,做到了在满足NOx排放要求的前提下,较好地保证了柴油机的性能;

而常规柴油机如要满足排放要求,则必须对零部件进行设计改进或牺牲更多性能才能做到这一点。即为达到相同的排放指标,电控柴油机采用的手段更󰀂12󰀂

柴油机󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第30卷第3期

加灵活。

对于排气烟度,常规柴油机在低工况下废气烟度值明显大于电控型柴油机,如图4。由于电控柴油机废气烟度值在各档负荷下控制极好,在低负荷下烟色几乎不可见,被誉为 无烟柴油机!。从试验台排气管出口现场目测就可以看到其优点。

换,从使用角度看,故障率大大降低,使柴油机在具备良好适应性的前提下,保证了可靠性。

(2)在极低负荷区域,如进出港时,采用间隔式燃油喷射,极大地优化了缸内燃烧过程,避免了低油量下的低效率燃油喷射,使船舶进出港时运行顺畅平稳。

(3)可变的排气正时使柴油机在倒车工况下可以发出与正车相同的功率。

(4)起动更可靠。得益于可控的进气始点和持续时间,柴油机起动更加平稳,在较低的起动空气压力下,柴油机也可顺利起动。

(5)更短的调试时间和修复时间。相对于机械机构的调整,电控柴油机的性能调整更简单、更

图4󰀁电控柴油机与常规柴油机排气烟度对比

快;在系统出现故障时也能更快完成检查及修复,如某一缸出现喷油故障,需采取停缸运行时就比较方便。

(6)更方便了解柴油机的运行状况,指导船员提前开展维护工作。

(7)成本优势。由于新设计取消了凸轮、凸轮传动机构、燃油泵、排气门驱动机构、VIT、燃油机构、空气分配器,仅增加了供油单元、共轨单元和柴油机控制系统,因此在新产品推出的初期,柴油机成本就能控制在接近常规柴油机的水平。而随着今后船东的大量使用、工厂批量化的生产,电控柴油机的成本优必将得以凸现。

3󰀂2󰀁安装和调试

电控柴油机在工厂的安装方式发生了很大的变化。以往对凸轮正时、起动正时及传动机构的调整现在更多地集中在软件的参数设定上;对凸轮等传统机构的安装变成了控制模块、共轨单元和通讯线路的连接、安装和调试。安装方式相对以往更简便,发现问题也容易解决。

4󰀁电控柴油机的使用优势

电控技术的应用,使船用主机具备了常规柴油机所没有的使用优势,具体如下。

(1)灵活的工作模式。在航运中可以随时选择不同工作状态,确保柴油机运行在最佳工况下。每缸控制模块不但做到了自身的冗余,且连接模块的总线也为冗余设计,在出现故障时做到在线切(上接第6页)

󰀁󰀁广州柴油机厂已经批量生产6缸和8缸机并正在开发9缸机,尽快形成产品的系列化,进一步满足市场的需求。G32系列作为国内高强化度的新一代中速柴油机,其优异的可靠性和良好的综合性能,正在受到越来越多客户的欢迎。

参考文献

[1]中国船级社.钢质海船入级规范[M].人民交通出版社,

2006.

[2]高德明等.G32系列中速柴油机的设计[J].中国内燃

5󰀁总󰀁结

电控柴油机的出现是现代机械电子科技发展的产物,其无与伦比的配置灵活性、优越的性能和更高的可靠性,使电控柴油机成为行业发展的必然趋势。

机学会大功率柴油机分会成立二十周年特辑,2001.[3]顾宏中.8G32柴油机涡轮增压系统优选计算与研究报

告[R].上海:上海交通大学,2005.

[4]区金铨等.6G32柴油机的研发[J].柴油机,2006增刊.[5]顾宏中.MIXPC涡轮增压系统研究与优化设计[M].上

海:上海交通大学出版社,2006.

[6]顾宏中,郭中朝.MMPC涡轮增压系统在柴油机上的应

用[J].柴油机,2007,29(3).34-37.

[7]高德明等.G32系列中速柴油机的设计特点[J].船舶工

程,2007增刊.