船舶电控柴油机燃油系统研究

2020-05-18覃福良

舰船科学技术 2020年4期

覃福良

（中交四航局第三工程有限公司，广东湛江 524005）

0 引言

在市场经济深入发展的同时，能源危机和环境污染问题越来越严重，科学管控好能源应用工作，是避免能源损耗、环境污染的重要手段。现阶段人们越来越重视柴油机的性能和排放系统，对船舶柴油机燃油系统的各项参数加以科学规范，逐步提升燃油系统的精度。当前柴油机中引进电控技术手段，经过一代又一代的发展，形成当前最为先进的船舶柴油机电控共轨燃油喷射系统。

1 船舶电控柴油机燃油系统的分类及发展

1.1 模拟电路控制方式

以往船舶柴油机燃油系统运行中，主要是通过喷油器控制喷油量，当前则通过电子控制系统起到良好控制效果。传感器与执行器、模拟电子控制回路是现代电子控制系统中的重要内容，充分转变以往机械式调速器控制系统的运行状况，可以更为精准控制好柴油机的转速情况。在实际模拟电路控制系统的运行过程中，借助于电磁执行器、传感器检测好调节齿杆的移动情况，同时使用反馈系统控制好喷油量。电控原理图如图1 所示。

1.2 计算机控制方式

微型计算机应用在船舶燃油控制系统，有效避免船舶柴油机产生过多污染。整个系统控制运行中，数据MAP 和计算软件是其中的核心部件。通过数据MAP 可以记录下柴油机的控制特性，这其中包含记录柴油机调速器的特征曲线，得到目标位置情况，使得柴油机能够达到最佳状态[1]。计算机存储量有限，主要存储好代表性的数据，计算数据之间工况通过内插法可以取得良好效果。

1.3 电子控制方式

图1 电控原理图

从柴油机的具体工况出发，调节好柴油机燃油系统的喷油定时情况，从而降低排放污染程度，避免噪声过大现象发生。采用电子控制系统，可以准确计算出喷油定时情况，促进整个柴油机都取得良好运行效果，燃烧、噪声以及废气排放都处在最优化的状态中。

1.4 电磁阀控制方式

结合柴油机燃油系统的实际情况，使用电磁阀控制方式，无论接通还是断开燃油系统回路的油压，都需要从是否有电路电流存在出发加以判断。在计算机技术手段的作用下，柴油机燃油系统实际喷射燃油，可以得到直接性管控效果[2]。首先，升起柱塞；其次，关闭进油孔，开展燃油压送活动；再者，当打开进油孔的时候，将结束压油活动，想要控制好柴油机燃油系统的喷油量，需要注重采用电磁阀。这种控制方式发挥时间控制的作用，强化计算机操作的应用效果。

1.5 共轨式喷射方式

船舶运行过程中会产生较大的噪声污染，还会消耗大量的燃油物质，为有效改进这一问题，需要积极采用合理性的方式和手段加以应对。高度控制好柴油机燃油系统的喷油量和喷油定时效果，精准化控制好气缸，使其喷油率处在正常状态中，并采用高压共轨式燃油喷射方式，促进燃油雾化度得以上升。高压共轨式燃油控制方式，是现阶段船舶柴油机燃油系统运行过程中的重要途径，这其中为达到更好的控制效果，需要良好使用到电子控制技术和磁阀技术，这样可以针对高压传感器加以准确检测。这一系统实际应用中，计算机单独控制着喷油器，促使处在高压状态下的燃油能够喷射到相应的气缸内，这其中喷油和高压都是处于单独运行环节中[3]。因而良好结合柴油机的实际情况，如负荷和转速情况，可以实施多段喷射、主喷射以及预喷射效果。而为准确控制好燃油喷射情况，针对喷油的形态和参数加以改变，可以达到良好效果，表现在促进柴油机的燃烧速率有效上升和柴油机污染排放量显著下降。燃油共轨系统原理图如图2 所示。

图2 W-X 燃油共轨系统原理图

2 电控喷油技术在船舶柴油机中的应用

船舶运行中，柴油机占据重要地位，是重要的动力系统，这部分的工作效率会直接影响到整个船舶的工作状态。船舶柴油机运行中广泛使用电控共轨系统，燃油系统处在150MPa 的高压状态中，可以得到雾化效果，通过控制喷射段可以管控好燃烧状态，而且还能够促进噪音和燃油消耗量降低，使得振动现象得以减轻，并减小污染排放效果。船舶运行中所需要的柴油机类型不同。为更好适应船舶柴油机的工作需求，电控共轨技术得到长远发展，实际应用于船舶运行的燃油系统也在优化当中。

1）第一代属于凸轮压油与位置控制手段。这代燃油系统能够控制喷油量、喷油时间，但是无法有效控制好喷油率和喷油压力。电子控制机构是种机械式调速器运行的方式，实际控制喷油时间时，借助于ECU（Electronic Control Unit）可以达到较为精确的效果[4]。

2）第二代为凸轮压油与电磁阀时间控制方式，继承了第一代燃油系统的优势特征，喷油量、喷油时间通过电磁阀加以控制，大幅度提升了控制活动的自由性。在喷油泵和凸轮的作用下，通过接通高速电磁阀开启燃油升压活动，而通过断开电磁阀则结束升压活动。

3）第三代系统是燃油蓄压与电磁阀控制系统。联合喷油量和喷油时间，使得这两者的控制形成一体化，从而采用共轨控制方式达到整体性的管理目标[5]。

3 提升船舶电控柴油机燃油系统运行水平的策略

想要有效提升船舶电控柴油机燃油系统运行水平，需要切实加强以下方面。

3.1 喷油量

喷油量是船舶运行过程中柴油机燃油系统常见的管控指标，需要着重控制好燃油系统正确的喷油数量，包含控制启动时的喷油量、巡航控制的喷油量、怠速喷油量以及基本运行状态下的喷油量。发电机自身存在传感器，以此作为输入信号，支持船舶柴油机电子控制单元的正常运行。在系统内部分析处理好各项数据与信号之后，将能够明确实际喷油量，确保每个工作循环都有较好的工作状态。喷油器所得到的信号由电子控制单元所提供，而喷油量的控制则通过电磁阀的开关来负责。

3.2 喷油时间

船舶电控柴油机燃油系统运行中，积极利用共轨式系统，针对柴油机凸轮轴传感器加以管控，将其作为整个系统运行的主要信号，而辅助信号则使用其他方面的传感器进行，发挥电子控制单元的作用和优势，可以充分保证柴油机的实际运行性能，促进其处在最佳工作状态中。

3.3 喷油速率

在衡量柴油机运行的动力性和经济性时，需要充分把握到燃油系统的喷油规律。船舶运行中使用共轨式燃油系统，可以有效促进柴油机保持安全稳定的运行状态，同时还在很大程度上提高了喷油速率，从而达到多段喷射效果，减少污染物质的排放。喷油环节进行中，首先采用预喷射的方式，从而准确计算好每个循环的喷油量，推动好后续燃油活动的顺利开展。其次，在中期运行阶段，喷射活动采用高速度和高压力的方式进行，使得整个燃油系统的燃烧速度显著加快。再者，柴油机燃油后期需要果断停止供油活动，保证喷油速率和压力都较高，达到良好雾化效果，充分燃烧燃油，减少污染物排放。