柴油机特性课件

1、1,第二节 瓦锡兰 RT-flex柴油机,Graph 5-2 the position of each part for RT-flex 58/60C(SIZE 1),2,一、瓦锡兰 RT-flex柴油机结构介绍 瓦锡兰公司率先将共轨技术应用于大功率船用低速柴油机。1998年将燃油共轨喷射技术应用于RTX-3型技术示范机并取得成功。在此基础上，开发出全电子控制、采用共轨喷射技术的瓦锡兰 RT-Flex型船用低速柴油机，并在实船上开始使用，并且从2008年开始，公司已经正式开始了RTX-4最新一代电喷机的研发工作。,3,第一台6RT-flex 58T-B的功率为11275 kW，转速为93 r/

2、min，安装在“Gypsum Centennial”轮上。它是2000年2月底由韩国现代重工为Gypsum石膏运输公司建造的，2001年9月交船投入营运。至今已近超过了10年的时间，状况良好。,4,Graph 5-1 Comparison between the Sulzer RT-flex engine (right) with the standard RTA low-speed engine (left),5,1 基本结构 相对常规柴油机而言，RT-flex型柴油机取消了机械式凸轮轴系统及其传动机构。增设了供油单元、共轨平台和WECS-9520控制系统。,6,供油单元由柴油机曲轴输出端的

3、齿轮组带动燃油柱塞泵和滑油斜盘泵。高效的燃油泵向共轨管提供600bar到900bar的燃油，轴向柱塞泵提供80bar到180bar的伺服液压油用于排气阀VCU的启闭和燃油喷射控制单元ICU的驱动。共轨平台由WECS9520控制系统分别控制容积式燃油喷射控制单元ICU （Injection control unit）、排气阀驱动执行器VCU （exhaust valve control unit）和起动空气控制装置，通过安装在主机自由端的曲轴角度编码器来判断曲轴位置及各缸活塞在气缸中的位置后，完成燃油喷射、排气阀启闭和柴油机的起动功能。,7,8,RT-flex柴油机的电子控制设备主要包括WECS

4、9520柴油机控制系统、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。WECS9520柴油机控制系统由三部分组成，即凸轮轴替代部分、控制部分和安全系统。凸轮轴替代部分主要是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驱动；控制部分根据柴油机的负和转速控制燃油和伺服油共轨内的压力；而安全系统主要是对共轨阀的功能、传感器及各参数值进行监测和诊断，保证系统安全工作。,9,WECS9520控制系统通过传感器检测曲轴位置，从而判断出柴油机气缸中活塞位置后由200bar的伺服油控制900bar的燃油喷射进入柴油机的气缸。根据柴油机设定油门，由WECS9520控制系统进行喷油定时和喷油时

5、间喷油量的控制。,10,11,Graph 5-5 the supply unit,Graph 5-6 the fuel pump,12,Graph 5-7 the rail unit,Graph 5-8 other parts in the rail unit,13,Graph 5-27 the schematic layout of an Injection Unit,14,Graph 5-29 three nozzles are used in unison,Graph 2-5 Pre-,Triple-,Sequential injection,15,图5-16 flexView的喷射界面

6、,16,图5-35 燃油压力控制功能,17,2 燃油共轨 该系统由供油单元、高压共轨油管、WECS9520控制系统、喷油器和容积式燃油喷射控制单元等组成。 供油单元有28个高效的机带柱塞泵（又称共轨泵，由三作用凸轮或者单凸轮控制），可将己加热的燃油压力提高到900bar左右，送至高压共轨油管。在柴油机起动前和起动时，燃油泵的执行器将油泵齿条伸到最大刻度。一旦主机转动（如冲车动作），共轨压力就调到期望值700bar。,18,柴油机在工作时，由低压燃油泵将燃油输入到燃油共轨泵，共轨泵将燃油加压送入高压共轨油管，高压共轨油管中的压力由WECS9520控制系统根据共轨压力传感器测量的共轨压力以及燃烧的

7、需要进行调节。高压共轨油管内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由WECS9520控制系统确定合适的喷油定时、喷油持续期，由喷射控制单元将燃油喷入气缸。,19,燃油喷射控制单元由WECS9520通过电磁阀控制。200bar的伺服液压油通过电磁阀，使燃油喷射控制单元动作，让900bar的燃油进入喷油器。每个气缸有二到三只喷油器，而每个喷油器由各自安装在ICU的电液阀控制，可以根据WECS9520柴油机控制系统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。由于共轨系统的压力很高，因此对该阀的密封性和承压能力的要求都非常高。,20,在高压燃油共轨油管上还安装了压力传

8、感器、燃油压力调节阀和安全阀。压力传感器向WECS9520提供高压共轨油管的实时压力信号；燃油压力调节阀和安全阀确保在高压共轨油管在出现压力异常时，迅速将高压共轨油管中的压力进行泄放以保证安全。,21,3伺服油共轨排气阀控制 伺服液压油由机带伺服油泵供给200bar的液压油，然后由WECS9520控制单元根据曲轴角度编码器判断柴油机各缸的工作状态而控制排气阀驱动控制单元，启闭气缸的液压排气阀。伺服油压力随柴油机负荷变化而变化，部分负荷时，压力降低而适应相应的排气阀开启速度。当柴油机停车时，由电动泵向伺服油共轨提供约80bar的压力油。电子控制的驱动单元能灵活机动地控制排气阀的开/关定时。排气阀

9、阀杆的升程由两个位置传感器检测后反馈给WECS9520控制系统。,22,图5-11 用于控制排气阀动作的伺服油供油单元、伺服油共轨单元和WECS-9520简明布置图,23,图5-13 用于控制排气阀的排气阀控制单元和WECS-9520功能,24,图5-17 flexView的排气阀界面,25,图5-12 排气阀控制单元剖面图,图5-14 排气阀装置剖面图,26,图2-3 时间控制喷射与容积控制喷射间比较,27,4起动控制 气缸起动阀与Sulzer RTA型机用的起动阀大致相同。只不过现在由WECS9520来根据当前的曲轴角度和功能，正车，倒车，慢转，吹车，来激活主起动阀电磁阀以及单缸起动阀上面

10、的电磁阀，实现相应的功能。,28,5曲轴转角 在曲轴的自由端装有两个独立的曲轴转角传感器，由曲轴通过带齿皮带带动，它们产生精确的轴转角数字信号送到气缸电子单元，分辨率为0.1曲柄转角。对柴油机的运行它们是绝对不可缺少的。至少其中一个必须工作。如果两个都坏了，柴油机就停车了，因此需要及时更换备件，以便重新起车。,29,图5-37 角度传感器和驱动,30,图5-26 手动控制面板,31,32,二、RT-flex 智能柴油机的操纵系统 与常规的DENIS 气动操纵系统相比，RT-flex主机的操纵系统DENIS-9 省去了很多气动逻辑部件，使得气路大为简化，同时增加了伺服油共轨、燃油共轨和液压控制阀

11、件等。,33,1 控制介质及有关设备 1） 控制介质 控制介质为压缩空气和液压油。根据用途的不同，后者又分为伺服油和控制油。 控制空气 0.65 MPa 起动空气 3 MPa 伺服油 1020 MPa 控制油 20 MPa 主轴承和活塞冷却油 0.40.55 MPa 十字头轴承油 1.01.2 MPa,34,2） 气源 由主空气瓶 3 MPa 空气经减压阀减压至0.8 MPa 的控制空气经过气源单元的A1 输入口后，经23HA 减压阀减压至0.65 MPa，经342HA 单向阀后分成两路，一路经阀36HA 通过A6 口去排气阀，作为空气弹簧使用；另一路经A3 口输出到15L 的小气瓶（287H

12、A）缓冲后又分为3 路输出，分别送至起动控制回路（单元E）、油雾浓度探测器、自清滤器（4.20）。当来自A1 口的控制空气由于故障无输出时，3 MPa 的压缩空气经A2 口后，由减压阀19HA 减压至0.65MPa，顶开单向阀342HB，提供备用控制空气。3 MPa 的起动空气直接从主空气瓶上方输出，去主起动阀（2.03）等候。,35,3） 转速检测和曲轴角度传感器 系统采用若干个接近开关和一个转速测量装置（1.04）结合的方案，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（RCS）、安保系统的超速（OVERSPEED）检测和电子调速器的转速检测。每组接近开关有三个感应式探

13、头，两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止点TDC。 曲轴角度传感器 1.01 共有两个探头（GT5126C、GT5127C），通过皮带和主机曲轴相连。,36,2起动控制 若盘车机脱开，0.65 MPa 的控制空气经阀31HA 右位和E6 口后，送至主起动电磁阀ZV7013C 和备用电磁阀ZV7014C。有起动指令时，主起动电磁阀ZV7013C 和备用电磁阀ZV7014C 同时受控，控制空气经或门阀115HA 去控制阀 2.05，将主起动阀2.03 打开。3 MPa的起动空气经主起动阀输出，顶开单向阀2.04 后分为两路，一路到起动空气先导电磁ZV7241-49C

14、，一路到送至各气缸起动阀2.07 的下部空间等待。当电磁阀ZV7241-49C 获电上位通时，控制空气使气缸起动阀2.07 开启，在其下部空间等待的起动空气进入气缸，起动主机。,37,电磁阀 ZV7241-49C 是由WECS9520控制的，可以实现精确的起动定时控制，它取代了传统的起动空气分配器和阀134HA的功能。 主机的换向控制也是由电磁阀 ZV7241-49C 来完成的，在需要换向时，（例如由正车换倒车），由WECS 控制系统控制电磁阀ZV7241-49C 按倒车定时和倒车发火顺序打开各缸的气缸起动阀，即可使主机倒车起动运转。,38,3 排气阀驱动和空气弹簧 排气共轨阀 ZV7201-

15、09A（编号为4.76，每缸有一个）受WECS9520控制，主机每转过一圈，排气阀要开、闭一次，ZV7201-09A 的两个电磁阀线圈分别要通电一次。当ZV7201-09A 工作在下位时，来自于伺服油共轨4.11 的伺服油（压力为20 MPa）进入排气阀执行机构4.10，在4.10 输出的液压油作用下，通过排气阀驱动机构4.03 打开排气阀4.01。当ZV7201-09A工作在上位时，在空气弹簧4.02 作用下关闭排气阀。排气阀的位移通过冲程（行程）传感器4.70-1 和4.70-2 进行检测。 主轴承滑油经自清细滤器 4.20 过滤后，由伺服油泵4.15 升压至20 MPa，称之为伺服油。,

16、39,图5-13 用于控制排气阀的排气阀控制单元和WECS-9520功能,40,4 燃油喷射 燃油喷射控制由单元 3.02 控制。在WECS9520控制下，共轨电磁阀ZV7201-09C（编号为3.76，每个缸有三个，每个电磁阀可以独立控制，也可以共同控制）受控工作在左位时，接通20 MPa 控制油，在其作用下，推动活塞3.43 动作，打开喷油控制阀3.41，接通高压油路，将压力为100 MPa 的燃油送至喷油器3.01（每个缸有三个）。当电磁阀ZV7201-9C 受控工作在右位时，结束喷油。传感器3.03 通过检测燃油量活塞3.42 的位移来获知燃油喷射量和喷油开始时刻的反馈信号，并将信号送

17、往WECS9520 控制系统。,41,Graph 5-27 the schematic layout of an Injection Unit,42,和伺服油一样，控制油也来自于主轴承滑油。柴油机起动前，过滤后的主轴承滑油经电动控制油油泵3.72-1或3.72-2 升压后，送出压力为8 MPa 的控制油。 低压燃油经燃油升压泵 3.15 后进入共轨燃油泵3.14，共轨燃油泵3.14 由主机曲轴经多级传动齿轮带动并受电动执行器3.21 的控制，燃油压力经共轨燃油泵3.14 后升压达到100 MPa，再经蓄压器3.04 后送至燃油总管（燃油共轨）。,43,5安全保护控制 出现故障自动停车（SHUT

18、DOWN）和应急停车（EM STOP）的情况时，主机安保系统发出信号使电磁阀3.08（ZV7061S）受控，进而使阀3.07 受控，燃油共轨3.05 中的高压燃油通过阀3.07 泄放，共轨的压力迅速下降。同时，来自于计算机的电信号将燃油泵执行器3.20的位置设定为“0”。,44,6操纵方法 和传统系统相同，操纵场所也有机旁、集控室和驾驶台三处。操纵场所的转换方法也和传统系统相似。值得注意的是：机旁操纵也是经过 WECS 控制系统，由计算机处理和发送指令，通过相关的电磁阀和共轨系统予以实现的。换而言之，机旁、集控室和驾驶台操纵实际上都是“智能化”的，三者的区别主要是地点不同而己。因此，在系统投入运行之前，首先要在集控室接通WECS控制系统。,45,三、WECS-9520电控系统介绍 WECS9520系统既不是主机遥控系统也不是安保系统，它是用来控制发动机本身的一套控制系统。,46,47,1WECS-9520 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: （1）共轨监测和压力调节 （2）喷油器、排气阀和启动阀的控制和监测 （3）通过 CANopen或者MOD Bus 接口与外部系统连接 （4）主机参数调整、IMO设置和监控,48,2WECS-9520 没有中央处理器，但是每个气缸都拥有自己的FCM-20模块用来处理和该气缸有关的功能和共