鄧健星 林剛毅

摘 要：電控柴油機(jī)已成為船舶動(dòng)力的標(biāo)準(zhǔn)配置，其中燃油噴射系統(tǒng)成為衡量電控柴油機(jī)的最主要的指標(biāo)之一。本文主要闡述了瓦錫蘭低速船用電控柴油機(jī)燃油系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理、特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：共軌技術(shù)；燃油噴射系統(tǒng)；分析

Analysis on Electronically-controlled Fuel System of Low

Speed marine diesel Engine

Deng Jianxing， Lin Gangyi

（ Yuchai Marine Power Co.， Ltd. Zhuhai 519175 ）

Abstract： Electronically-controlled diesel engine has become the standard of Marine power allocation， fuel injection system become one of the most important standards to judge how advanced a diesel engine is. The structure， control principle ，operating feature and Advantages of wartsila low-speed Marine diesel engine fuel system are expound in the paper.

Key words： Rail technology， Fuel Injection System， Analysis

1 前言

近年來，全球溫室效應(yīng)越來越嚴(yán)重，而且石油資源越來越緊缺，船東對(duì)柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和可靠性要求越來越高，國(guó)際海事組織頒發(fā)越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)，IMO Tier Ⅱ已在2011年1月1日開始實(shí)施，要求NOx排放量要比Tier Ⅰ減少20%，更嚴(yán)格的Tier Ⅲ將于2016年實(shí)施。為了提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放要求，提高可靠性和操作的靈活性，實(shí)現(xiàn)適時(shí)調(diào)節(jié)，低速船用電控共軌柴油機(jī)已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。為了滿足國(guó)際海事組織和船東的苛刻要求，世界兩大船用柴油機(jī)巨頭不斷發(fā)展其柴油機(jī)技術(shù)。本文主要介紹瓦錫蘭電控柴油機(jī)燃油系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理、特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)。

2 瓦錫蘭電控燃油系統(tǒng)

2001年1月，在韓國(guó)釜山現(xiàn)代重工（HHI）6RT-flex58T-D柴油機(jī)順利通過了臺(tái)架試驗(yàn)，這是世界上第一臺(tái)商用大型全電子控制的智能化柴油機(jī)。RT-flex柴油機(jī)中關(guān)鍵的控制功能由原機(jī)械結(jié)構(gòu)控制改為電子控制，例如燃油噴射、排氣閥開啟與關(guān)閉、柴油機(jī)起動(dòng)、氣缸潤(rùn)滑等。瓦錫蘭RT-flex低速柴油機(jī)的成功開發(fā)，標(biāo)志著低速大功率柴油機(jī)發(fā)展又一次質(zhì)的飛躍。

2.1 瓦錫蘭電控燃油系統(tǒng)組成

瓦錫蘭燃油系統(tǒng)包括下列機(jī)械部件：

（1）高壓燃油泵：把一定的燃油從7bar加壓到1000bar，可通過油泵的調(diào)節(jié)齒條轉(zhuǎn)動(dòng)改變供油量，其中燃油泵數(shù)量由氣缸數(shù)決定；

（2）高壓燃油管：輸送燃油的媒介；

（3）燃油軌：儲(chǔ)存一定壓力的燃油，共軌壓力根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷調(diào)整；

（4）噴射控制單元：控制燃油噴射時(shí)間和噴射量，其中共軌閥是關(guān)鍵的零部件，是燃油噴射和排氣閥驅(qū)動(dòng)的先導(dǎo)閥，其反應(yīng)時(shí)間低于1毫秒；

（5）噴油器：在指定的時(shí)間把一定的燃油噴射到燃燒室內(nèi)燃燒。

2.2 瓦錫蘭電控燃油系統(tǒng)原理

目前瓦錫蘭電控技術(shù)有兩種形式：RT-flex共軌系統(tǒng)和W-X共軌系統(tǒng)

RT-flex共軌系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。RT-flex共軌系統(tǒng)主要包括燃油共軌系統(tǒng)、伺服油共軌系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)和WECS-9520控制系統(tǒng)。

RT-flex燃油共軌系統(tǒng)原理圖，如圖2所示。燃油共軌管布置在燃油側(cè)的共軌箱內(nèi)，通過曲軸齒輪驅(qū)動(dòng)的高壓燃油泵把燃油加壓到100MPa，輸送到燃油共軌管，此后，高壓燃油通過容積式噴油控制器定時(shí)定量輸送到噴油器。

W-X共軌系統(tǒng)也是包括燃油共軌系統(tǒng)、伺服油共軌系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)和UNIC控制系統(tǒng)。其中燃油共軌系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化后，其噴射控制器集成在噴油器，圖3為W-X共軌系統(tǒng)原理圖。

圖1 RT-flex共軌系統(tǒng)原理圖

圖2 RT-flex燃油共軌系統(tǒng)原理圖

圖3 W-X燃油共軌系統(tǒng)原理圖

2.3 瓦錫蘭電控柴油機(jī)特點(diǎn)

在傳統(tǒng)的燃油共軌系統(tǒng)中，燃油噴射壓力、噴射定時(shí)和噴油量的調(diào)節(jié)只能通過凸輪的型線控制，其靈活性受到限制。而瓦錫蘭電控柴油機(jī)中每個(gè)氣缸的噴射都是由噴油器或噴射控制裝置控制，噴油器和噴射控制裝置均由柴油機(jī)控制系統(tǒng)集中控制，不但使得噴油器的油量可調(diào)節(jié)，同時(shí)避免了小油量噴射時(shí)由于油量不足，彈簧開啟壓力不夠和噴油器內(nèi)部機(jī)構(gòu)“遲滯”運(yùn)動(dòng)影響霧化質(zhì)量而導(dǎo)致的燃油不充分，同時(shí)增強(qiáng)燃油系統(tǒng)的靈活性。

傳統(tǒng)的柴油機(jī)的燃油泵存在制造誤差或燃油供油過程中內(nèi)部漏油等原因，導(dǎo)致噴射到每個(gè)缸的燃油量存在一定的偏差，導(dǎo)致各排氣溫度總存在一定的差異，而采用容積式噴射控制器的共軌柴油機(jī)，噴油量更精確，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，各缸的負(fù)荷更均衡，排溫更穩(wěn)定。

針對(duì)柴油機(jī)在各種工況下運(yùn)行，為了達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和低排放要求，瓦錫蘭電控柴油機(jī)可通過柴油機(jī)控制系統(tǒng)控制噴油器或噴射控制裝置，實(shí)現(xiàn)靈活多變的燃油噴射模式下噴射，噴油器可以以不同的形式組合，使得噴油的形式多樣話。特別在低負(fù)荷時(shí)，控制系統(tǒng)可根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，切斷某個(gè)噴油器工作（見圖4）。柴油機(jī)在極低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，燃油噴射量小并且霧化效果好，此時(shí)選用單個(gè)噴油器順序工作模式噴油，確保低速工況下油氣混合好，燃燒更充分，所以瓦錫蘭電控柴油機(jī)能在極低轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，并能達(dá)到無煙運(yùn)行，也就是說提高船舶在近處擁擠或狹小港口的操縱能力和完成滿足排放要求。

圖5為瓦錫蘭電控柴油機(jī)NOx排放特性圖，圖6為煙度排氣特性圖，圖7為燃油消耗率曲線。

圖4 瓦錫蘭低負(fù)荷狀態(tài)下噴油模式

圖5 NOx排放特性

圖6 6RT-flex58T-D煙度排氣特性

圖7 6RT-flex35燃油消耗率曲線

由圖5、圖6和圖7可見，通過使用不同的燃油噴射模式和排氣正時(shí)，改善燃燒效果，降低燃油消耗率，同時(shí)在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)均達(dá)到NOx排放要求和無煙運(yùn)行。尤其在低負(fù)荷工況下，排煙和燃油消耗率得到明顯的改善。

2.4 瓦錫蘭電控柴油機(jī)燃油系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）燃油消耗率低，滿足IMO排放要求。瓦錫蘭電控柴油機(jī)有兩種操作模式：燃油經(jīng)濟(jì)性模式和低NOx模式。在一般航區(qū)航行，使用燃油經(jīng)濟(jì)性模式同時(shí)遵守國(guó)際海事組織（IMO）提出的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)；在特殊航區(qū)航行，選擇NOx模式，柴油機(jī)的排放將會(huì)符合特殊航區(qū)的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)?？赏ㄟ^控制噴油時(shí)間和噴油速率來控制燃燒過程，從而減少排氣中NOx量和提高經(jīng)濟(jì)性。如：適當(dāng)減小噴油提前角來降低燃燒溫度的同時(shí)，也增大噴油速率來縮短整個(gè)燃燒過程；

（2）能在極低負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，最低怠速可達(dá)10～12rpm。柴油機(jī)在低負(fù)荷或極低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能保持較高的噴射壓力，同時(shí)精確控制噴油量；

（3）柴油機(jī)在各種負(fù)荷下，各缸負(fù)荷均勻，燃油霧化好，缸內(nèi)結(jié)碳明顯減少，減少了維護(hù)費(fèi)用和延長(zhǎng)大修時(shí)間間隔；

（4）在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無煙運(yùn)行。柴油機(jī)在不同負(fù)荷下，采用不同形式組合的噴油器工作，此時(shí)燃燒可達(dá)到最佳狀況，減少煙氣的排放，同時(shí)提高噴油器的壽命；

（5）較大的冗余度。采用兩組燃油泵、伺服油泵及其與共軌單元之間的連接管路，互為備用，確保了運(yùn)行的安全性和可靠性；

（6）取消凸輪裝置等部件，減輕了主機(jī)的重量，結(jié)構(gòu)更緊湊，提高了柴油機(jī)的可靠性，降低主機(jī)制造成本和維修成本，并可延長(zhǎng)柴油機(jī)壽命。

也就是說，通過控制燃油噴射正時(shí)、噴油量、噴射速率、壓力以及進(jìn)、排氣閥正時(shí)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)在各種負(fù)荷下的性能最優(yōu)化，從而達(dá)到在滿足最新排放要求下，提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、操縱靈活性和延長(zhǎng)使用壽命。

3 結(jié)束語

隨著國(guó)際海事組織頒發(fā)的排放法規(guī)越來越嚴(yán)格，電控柴油機(jī)將完全取代傳統(tǒng)的機(jī)械式柴油機(jī)，這是科技發(fā)展的必然規(guī)律。同時(shí)，要求電控柴油機(jī)可控制更多燃油噴射參數(shù)，使柴油機(jī)在任何工況下都能以最優(yōu)的特性運(yùn)行，提高輸出功率，降低燃油、滑油和氣缸油消耗。而瓦錫蘭電控柴油機(jī)在這方面有一定的優(yōu)勢(shì)，不過還需解決零件加工困難等問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 林國(guó)榮（譯）. 中外船舶技術(shù)， Sulzer RT-flex共軌燃油噴射系統(tǒng)二沖程船

用柴油機(jī)，2000年4月.

[2] 陳廣慶.新一代SULZER RT-flex系列全電子控制智能型船用低速大功

率柴油機(jī)，2004.05

[3] 汪志剛，楊建國(guó). 柴油機(jī)，MAN與Sulzer 柴油機(jī)電控燃油分析， 2004.

[4] 張堅(jiān)， 李善從. 船舶物資與市場(chǎng)， 船用低速大功率智能型柴油機(jī)的發(fā)展.

[5] 冼偉倫， 余天明.船舶船用電控共軌柴油機(jī)的最新技術(shù)特點(diǎn)和管理，

2006年06期.

[6] The Sulzer RT-flex Common-Rail System Described warsila corporation，2004.