1、大連遠洋運輸公司,船舶輪機新技術 共軌技術在船上的應用 大連遠洋運輸公司 鄭連國 2012.11.25,培訓主要內容： 一、 Wartsila柴油機發(fā)展歷程 二、Wartsila智能柴油機（共軌）工作原理 三、 Wartsila共軌柴油機在管理中應注意的事項,Wartsila柴油機發(fā)展歷程 瓦錫蘭公司：瓦錫蘭公司(WartsilaCorporation)是全球領先的船用動力裝 置及陸上電站設備的供貨商和服務商，目前在全球70多個國家擁有160家 分支機構，總部位于芬蘭赫爾辛基。世界船用中速機的領頭羊 。 1、1834年瓦錫蘭公司在芬蘭卡累利阿(Karelia)成立時僅僅是個鋸木廠，1938年開

2、始進入柴油機領域。 2、瑞士蘇爾壽公司(Sulzer Ltd.)成立于1834年，1898年開始與柴油機的發(fā)明者魯?shù)婪?狄賽爾合作生產(chǎn)柴油機。1990年蘇爾壽將其柴油機業(yè)務剝離，成立新蘇爾壽柴油機公司(New SulzerDiesel，NSD)。后來新蘇爾壽柴油機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公司(Wartsila Diesel)與芬坎蒂尼公司旗下的大部分柴油機業(yè)務(包括新蘇爾壽柴油機公司)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公司之后，在原蘇爾壽品牌的RTA系列

3、低速機的基礎上，2003年推出智能型電控共軌RT-flex型機。,發(fā)展智能型柴油機的優(yōu)勢,何為智能型柴油機： 電控型柴油機也稱為智能型柴油機，即將電子設備及軟件應用于船用柴油機并成為其重要部分的新型柴油機。根據(jù)柴油機燃燒理論，主要是應用了電控技術，通過控制燃油噴射正時、噴油量、噴射速率、壓力以及進、排氣閥正時，能夠有效地實現(xiàn)柴油機在各種負荷下的性能最優(yōu)化，從而達到在滿足最新排放要求下，提高其經(jīng)濟性、可靠性、操縱靈活性和延長使用壽命。 優(yōu)點：可靠性、經(jīng)濟性、滿足排放要求、操作靈活性、延長使用壽命。 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

4、角傳感器、E95控制箱、E90控制箱。,二、Wartsila智能柴油機（共軌）工作原理,傳統(tǒng)機型與共軌柴油機比較, 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)總線和低壓信號的接頭插口。 LEDs 顯示出FCM

5、-20 模塊和 I/O 狀態(tài). 當發(fā)生故障或者發(fā)生短路時一些LED會改變顏色. 閃爍的代碼會顯示詳細的故障信息.,FCM-20 模塊和WECS-9520 的內部功能可以被分為兩大組: 單缸相關功能 共用功能 單缸相關功能: 為了將閥控定時和角度編碼器信號同步, 每一個FCM-20從SSI-Bus讀取并且處理角度編碼信號來計算單缸的轉速、角度、和轉向。 啟動-, 噴油- 和排氣閥動作是根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的設定和從CANopen System bus讀取的控制信號和參數(shù)來控制的。 共用功能: 燃油-和伺服油共軌壓力調節(jié)和監(jiān)測, 控制油泵的控制 存儲和處理調整的數(shù)據(jù) (IMO, 主機特性參數(shù)及通用設定)

6、WECS內部監(jiān)測(電源監(jiān)測, 軟件加密狗, CRC- 起 / 停 根據(jù)實際的掃氣壓力. 手動起動鼓風機, 如果兩個掃氣壓力傳感器都故障=顯示: 輔助鼓風機手動控制. / 鼓風機沒有運行 在鼓風機自動狀態(tài)下，只有當主機沒有運行的時候，才能停掉鼓風機. 在手動模式下，可以在任何時候停掉鼓風機,消音慢轉失敗和主機安保報警,對安保系統(tǒng)中的SHD進行復位 按一次觸發(fā)越權SHD，再按一次取消越權 (看紅色 LED 顯示).,釋放起動空氣， 并且使主機在正車方向吹車，按多久吹車多久 慢轉失敗會顯示在該面板上. 再按一次對慢轉失敗進行復位:,持續(xù)按 Ackn. 按鈕超過5秒鐘, WECS-9520 軟件和一些

7、重要的IMO檢查信息會顯示在屏幕上，直到按鈕被再按一次.,觸發(fā)一次 慢轉循環(huán).,共軌閥: 共軌閥組是由超快的(1ms)電液電磁閥組組成的. 考慮到很高的動作電流以及電磁閥鐵芯的熱負荷, 所以該動作不能夠超過4.5ms. 這個“on”-time 會被 采樣, 并且由 WECS-9520監(jiān)測并且限制在4.5ms 之內. 共軌閥是雙穩(wěn)態(tài)的, 即選定動作到一個位置，這個位置會一直持續(xù)到相反的命令從 WECS-9520發(fā)出. 在安裝完或者更換這個雙穩(wěn)態(tài)電磁閥之后, 其閥的位置 (開還是關) 是不知道的. 為了確保主機停車時，閥一直處于安全位置 “沒有噴油” 和 “排氣閥關閉” 位置 , 從WECS-95

8、20 會間隔一段時間( 10S)送出 一個脈沖復位信號給共軌閥,共軌閥,曲軸角度檢測: 由于沒有直接的機械的曲軸角度傳感器為噴油和排氣閥提供控制信息。所以通過電氣的角度編碼器來測量實際的曲軸角度是很有必要的. 曲軸角度編碼器可以通過 WECS-9520提供完整的圓周角度, 因此一旦送上電，就能夠立即快速準確的顯示當前實際的曲軸角度. 兩個角度編碼器通過一跟帶齒的皮帶連接到一個特別設計的驅動軸上. 這樣的設計可以避免角度編碼器軸向以及徑向的移動，產(chǎn)生測量 誤差. 每個角度編碼器從光學編碼碟片上讀取曲軸 角度并轉換成數(shù)字位信號. FCM-20 模塊通過 SSI bus 來讀取這些數(shù)據(jù) (Synch

9、ronous Serial Interface Bus).,曲軸角度檢測,為了同步 FCM-20 模塊和 CA-sensors之間的數(shù)據(jù), 每個SSI 總線都擁有自己的 clock bus, 而數(shù)據(jù)位則是通過 data bus傳送. 倒數(shù)兩個 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) 提供時鐘脈沖信號給 1號傳感器和1號總線上的其他模塊. FCM-20 #(最后一塊) 提供脈沖信號給 2號傳感器和2號總線上的其他模塊. 從 CA sensors過來的信號在FCM-

10、20內部都會處理并且監(jiān)測是否有錯誤. 角度編碼器的數(shù)值會和飛輪端TDC傳感器讀取的脈沖信號相比較. 如果TDC的信號不在角度編碼器的信號0的一定范圍內， 那么一個common failure 或者 critical failure (主機停車) 會由 WECS-9520觸發(fā) (取決于偏差角度). 最終的曲軸角度是根據(jù)角度編碼器測量的數(shù)值來進行計算的，最終被用來確定曲軸角度，主機轉速和轉向 。,曲軸角度檢測,通常的操作 在活塞到達TDC之前的幾度, FCM-20 模塊會考慮到VIT和FQS，計算出正確的噴油角度, 然后會給出一個 deadtime 用來補償從控制系統(tǒng)給出噴油指令到噴油真正開始的時

11、間差 。 deadtime 是在噴油循環(huán)中， 通過比較噴油指令給出，到燃油數(shù)量傳感器開始動作，這段時間里測量到的。 燃油數(shù)量傳感器還提供了一個噴油量的反饋用來和燃油指令作比較. 噴油的開始和結束指令都是由 FCM-20模塊觸發(fā)的.,噴油控制: (volumetric injection control) 每一個缸上的FCM-20 模塊通過處理曲軸角度信號和從控制系統(tǒng)接受到的燃油指令來獨立計算出自己的噴油定時。,噴油控制,低負荷時的操作:,在主機運轉在低負荷時 WECS-9520 會切斷每個氣缸3個油頭中的2個或者1個. 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，一個油頭所需要的時間要比兩個油頭的時間長, 更長的噴油時間會增大燃油噴射面積，并且該燃油的噴射壓力是可控的，因此改善了霧化效果達到了理想的燃燒條件.,單個油頭控制,為了降低缸套的熱負荷, 被激活的油頭會每20分鐘循環(huán)的換一次. 不同氣缸的油頭互換會間隔10S開始一次，以避免因所有缸同時換油頭，由于新工作油頭溫度低而導致排放不好.,單個油頭的控制,從開啟排氣閥指令發(fā)出到閥桿開始動作. 這段時間稱之為 opening deadtime. 這個deadtime 會通過稍微提前一點點觸發(fā)排氣閥電磁閥，來補償來自液壓和機械系統(tǒng)的時間延時. 以上的都是模擬量

13、, 排氣閥關閉角度 是由FCM-20 模塊計算和控制的，包括 VEC: “可變排氣閥關閉角度” 和 closing deadtime.,排氣閥控制,VEO, VEC: VEC 該功能是在傳統(tǒng)的 RTA84T-B/D 主機上的概念:,VEC:可變排氣閥關閉角度 當噴油角度提前時，通過調節(jié)壓縮壓力來使 燃燒比 (Pmax / Pcompr) 在一個可以接受的范圍內. VEO:可變排氣閥開啟角度 通過在高速時提早開啟排氣閥，保持廢氣壓力反沖力保持常壓，來提高燃油經(jīng)濟性并減少活塞下方沉積物。,VEC,VEO,VEC 和 VEO 是由 WECS-9520 計算出來的，并且不可以通過手動來改變!,VEO,

14、 VEC,FQS, VIT: 這些功能在傳統(tǒng)的RTA機型上就已經(jīng)應用: FQS:燃油品質設定 手動補償噴油定時 VIT:可變噴油定時 提前 / 滯后 噴油 是根據(jù)主機在特定負荷下， 對燃油消耗及排放 NOx emission進行優(yōu)化后的角度. 不同于RTA主機, RT-flex噴油角度不再和 爆炸壓力相關 (提前噴油提前角 = “+”, 滯后 = “-”), 而是和 曲軸角度 (CA) 0 - 360之間有關系. 因此, 一個提前的噴油角度或者 FQS 設定 更高的爆炸壓力 (例如 +1.0 根據(jù) RTA 原理) 現(xiàn)在是 -1.0 就會有更早的噴油角度 (例如 2 代替了 3 CA).,FQS

15、, VIT,FQS, VIT: RT-flex機的VIT角度計算是根據(jù) RPM, 掃氣壓力 和 (新) 燃油共軌壓力. 第3個參數(shù)是 用來補償不同的共軌油壓導致不同的噴油定時. 更高的油壓會導致更早的噴油角度，以及更高的爆炸壓力 Pmax. 因此，隨著油壓的上升，噴油角度會相應的略有滯后.,VIT A,VIT B,VIT C,FQS, VIT,起動 在備車的時候，燃油執(zhí)行器會根據(jù)現(xiàn)有的在燃油共軌里的油壓來做出響應，在非常低共軌壓力下，執(zhí)行器會根據(jù)WECS-9520 參數(shù)而給出95100%的輸出. WECS-9520 監(jiān)測燃油共軌壓力并且燃油共軌壓力達到最低要求，主機就開始發(fā)火。 起動空氣會在主

16、機達到一個特定轉速之后，切斷，這個特定轉速是在 RCS 系統(tǒng)里設置的.,燃油壓力控制,主機運行 2 個傳感器提供了燃油共軌壓力的實時壓力數(shù)據(jù). 為了更快的響應動態(tài)油壓的管理, 任何對于速度控制的燃油指令的改變，都會被同時作為反饋傳送到控制回路。 FCM-20 #3 或者 FCM-20 #4 計算出所需的油壓并且給出信號到油泵的執(zhí)行機構。 (4-20 mA 信號范圍). 油泵提升燃油共軌壓力是通過 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,主機不同的負荷時，共軌里的燃油壓力是變化的. 低負荷: 較高的壓力有助于優(yōu)化燃燒

17、 (降低排放) 50%負荷和 CMCR 負荷時: 低油壓用于滿足 IMO 排放標準 服務負荷: 高油壓用來優(yōu)化燃油經(jīng)濟性,Example:,開啟和關閉啟動閥 2.07 是由相應汽缸的 FCM模塊根據(jù)曲軸角度所控制的. 一般開啟角度是 0, 關閉角度是 110. 但對于有很多氣缸的大型主機來說， 啟動閥關閉角度可以被相應的減小一點，以節(jié)省啟動空氣. 如果遙控系統(tǒng)通過總線給出一個啟動信號，主起動閥 2.03 就會從FCM-20 #1 和 FCM-20 #2得到信號，通過 ZV70113C 和 ZV7014C 電磁閥被打開 對于慢轉和慢轉失敗復位, 遙控系統(tǒng)分別發(fā)送信號到FCM-20 #1 和 FC

18、M-20 #2. 慢轉的速度可以通過調整WECS-9520中的脈沖頻率參數(shù)加以調節(jié) 另外， Air Run信號可以利用啟動空氣吹一吹主機,起動閥控制,2.07,2.03,冗余, 在部件受損時的應急操作: Flex 控制模塊 FCM-20 如果一個 FCM-20 故障, 相應的氣缸動作就會停止， 剩余其他氣缸繼續(xù)保持動作. 任何一個 FCM-20 模塊都可以被在線的備件模塊所替換. 相應的軟件和參數(shù)已經(jīng)被存儲在該備件模塊內，并且不再需要下載軟件和程序。 當安裝一個新的FCM-20模塊時, 從倉庫里拿出來之后, 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 如果兩個角度傳感器中有一個故障, WECS-9520 會利用剩下的那個好的傳感器繼續(xù)工作. 但是至少要有一個角度傳感器工作正常 ! TDC- 傳感器 一個壞的TDC傳感器會在 WECS-9520 監(jiān)測系統(tǒng)里有所顯示, 但是通常不會引起停車或者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, 相應的 FCM-20 會用一個固定的deadtime來計算噴油提前角和用一個人工的斜坡信號來控