大功率电控柴油机的设计审图及检验

CCS青岛分社 张万鹏

大功率电控柴油机的设计审图及检验

CCS青岛分社 张万鹏

低速二冲程电控共轨喷射柴油机改变了原有柴油机的控制结构和模式，在节能、可靠性、安全性、灵活性及环境保护等方面均有较大优势。因此，电控共轨喷射柴油机取代传统柴油机已是大势所趋。

Wartsila电控共轨系统

Wartsila电控共轨系统简图见右图，可分为机械部分和电子部分。

机械部分主要包括燃油共轨和伺服油共轨两部分。燃油共轨负责燃油的供给和喷射，伺服油共轨系统负责燃油喷射控制阀的驱动和排气阀的驱动等。

电子部分负责燃油喷油、排气阀和起动阀的定时和控制等，主要包括转速、曲轴转角、喷油量、排气阀行程和共轨压力等传感器，现场总线网络、共轨阀等执行机构，以及WECS控制系统等。各部分组成闭环控制系统，同时电控系统还具有系统内部故障检测和保护功能。这里对Wartsila的电控系统WECS主要功能做一个详细介绍：

WECS系统是整个控制系统的核心，负责对整台机器的运转控制，是柴油机的“大脑”，其主要功能如下：

1、存储和处理柴油机调试后基础数据

经过调试后符合技术要求及排放要求的参数均使用专业化软件写入WECS系统中，且经过输入和调整后未经授权无法更改。这些参数主要包括供油压力的拐点设置、喷油定时和伺服油定时的基础参数等。

2、计算和处理可变数据

系统负责对VIT(Variable Injection Timing )、VEC (Variable Exhaust Close Timing)和 VEO(Variable Exhaust Open Timing)等定时参数的计算。计算基于设定的基础参数、柴油机的遥控系统及调速系统给定的信号进行，同时具有不同情况下的补偿及燃油品质补偿等功能。

3、燃油和伺服油共轨压力调节和监测

根据不同的负荷自动进行燃油和伺服油共轨压力的检测和调节，通过对供油系统供油泵的启停调节共轨压力。

4、喷油控制

喷油控制是WECS的核心功能，WECS系统根据曲轴转角和上死点传感器的反馈计算喷油定时并做出喷油指令，通过电磁阀控制共轨阀的动作，进而控制喷油时间达到控制喷油量的目的。同时，根据不同的负荷，WECS对共轨压力进行不同的调节。另外，每缸配备3只喷油器，WECS可在低负荷时停掉一个或两个喷油器，并且可控制各喷油器定时轮换喷油。

5、排气阀控制

系统可以计算排气阀的定时，并通过伺服油电磁阀控制排气阀的开关，可以实现排气阀开关可变定时（VEO和VEC），从而提高经济性。

6、WECS内部监测

系统可以进行内部功能检测并在内部功能出现故障时给出报警信号，这些故障包括电源监测，系统数据校验错误等。

7、通信接口

系统提供了和外部的调速、遥控系统的接口以及和应急控制面板的通讯，这些通讯基于冗余的现场网络实现，系统可提供多种数据通讯接头，实现和不同接口系统的兼容性。

8、系统冗余

整个电控系统的传感器、控制模块、网络和控制油泵、伺服油泵等均是冗余的，在一个部件损坏时，不影响机器的正常运行。

电控柴油机审图注意事项

根据《钢质海船入级规范》的要求，电控系统的设计原则是“电控机的设计应使其不低于非电子控制柴油机的要求”，在审图中对电控系统的主要要求应特别注意以下方面：

1、共轨机械部分

☆ 燃油和伺服油的共轨管和蓄能器等应按照规范的要求进行强度计算且应具有超压报警保护装置；

☆ 燃油和伺服油的高压系统等应设有安全阀且有计算书；

☆ 燃油和伺服油供油系统的泵应为冗余配置；

☆ 燃油和伺服油的压力泵和喷油器之间的所有管路应设有套管或等效保护装置，且设有报警装置；

☆ 若高压燃油和伺服油管系只设有一套，应提交疲劳分析计算书；

☆ 应验证机器设有防止因控制阀故障而导致燃油持续喷入汽缸的设施。

2、共轨电控部分

☆ 电控系统应具有故障自诊断和安全保护功能，出现故障时，系统能进行故障诊断并启用安全保护功能，且能维持柴油机正常工作；

☆ 电控系统重要的传感器和控制器应冗余配置；

☆ 电控系统的通讯网络应为冗余配置，且可以自动切换；

☆ 电控系统应由两套独立电源经两条独立线路分别供电，且能自动切换，其中一套应为蓄电池供电；

☆ 应设有应急停车的装置或措施；

☆ 应设有机旁和集控室或驾驶室的应急控制面板；

☆ 电控系统应设有检查通讯端口，用于检测和维修。

电控系统型式试验及出厂检验

根据《钢质海船入级规范》的要求，一般情况下电控系统的各个部件在经过型式试验后应安装在柴油机上进行型式试验，试验主要包括如下范围：设计柴油机安全运行的项目，只能于柴油机一起验证的项目，控制系统的软件功能验证。

电控系统的出厂试验及注意事项如下：

☆ 软件版本的验证：一般情况下，通过专用软件读出软件的版本参数，以及IMO标识的参数和数据校验等参数，同时验证NOx技术案卷中是否记录了正确的电控系统软件版本号和IMO标识号。

☆ 燃油喷射控制阀及排气控制阀的功能验证：在低速情况下，通过专用软件读得控制阀的动作情况和动作时间，验证是否和调试数据一致。

☆ 单缸控制模块电源故障：机器运转过程中，拔掉单杠的控制模块电源，验证系统的电源自动切换和报警功能。

☆ 紧急停车装置功能：进行紧急停车操作，验证紧急停车电磁阀的动作情况，并记录停车时间。

☆ 曲轴转角传感器故障：机器运转过程中，拔掉一只传感器，验证电控系统的报警以及机器的正常运转，当两只传感器均出现故障时，柴油机应能在某一转速下运转。

在电控系统的出厂试验时，应特别注意验证在各个负荷下电控系统的工作是否和调试中设定的相关控制模式一致。

大型低速机具有优秀的低负荷性能和低排放能力等优点，在船上的使用会越来越普及，相关的检验任务也会越来越多。因为电控系统的加入，对只有传统机械系统检验资历的人员是一个新的挑战，只有深入了解大型电控机的功能和特点，才能更好地指导审图和检验工作。