1.前言    

隨著科學(xué)電子技術(shù)迅猛發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在船舶動(dòng)力控制和監(jiān)測(cè)中。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)，電控共軌柴油機(jī)已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)各大廠商的不懈努力，全電控型的柴油機(jī)終于在2003年研制成功并得到實(shí)船驗(yàn)證，這標(biāo)志著柴油機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了又一次質(zhì)的飛躍。     

2.傳統(tǒng)柴油機(jī)和電控型柴油機(jī)的區(qū)別。    

傳統(tǒng)的柴油機(jī)是由調(diào)速器控制其噴油量，由凸輪控制其噴油定時(shí)、進(jìn)排氣等過(guò)程，能使柴油機(jī)在額定工況下實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。但是當(dāng)柴油機(jī)的工況、海況、外界環(huán)境、燃油品質(zhì)發(fā)生變化，凸輪軸磨損或者機(jī)械間隙改變導(dǎo)致噴油正時(shí)、噴油速率、配氣正時(shí)、氣閥時(shí)面值等參數(shù)偏離其設(shè)計(jì)的佳值時(shí)，均會(huì)影響柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性能。    船用柴油機(jī)工作過(guò)程的燃燒效率，燃油消耗以及廢氣排放污染，一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。根據(jù)國(guó)、際海事組織《MARPOL73／78公約》的規(guī)定對(duì)船舶柴油機(jī)NOx的排放進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。而控制其有效的手段是降低高燃燒溫度及控制燃?xì)庠诟邷叵峦Ａ舻臅r(shí)間。    電控型柴油機(jī)也稱為智、能型柴油機(jī)，即將電子設(shè)備及軟件應(yīng)用于船用柴油機(jī)并成為其重要部分的新型柴油機(jī)。根據(jù)柴油機(jī)燃燒理論，主要是應(yīng)用了電控技術(shù)，通過(guò)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)荷下的性能優(yōu)化，從而達(dá)到在滿足新排放要求下，提高其經(jīng)濟(jì)性、可靠性、操縱靈活性和延長(zhǎng)使用壽命。    

3.電控共軌型柴油機(jī)     

3.1目前兩種主流智、能型船用柴油機(jī)的比較具有一定的差別：    

（1）油軌方面。SulzerRT-flex機(jī)型的公共油軌有兩個(gè)，一是20MPa的滑油，它的作用是因?yàn)殡娮涌刂葡到y(tǒng)中所輸出的能、量有限而作為驅(qū)動(dòng)排氣閥、氣缸起動(dòng)閥和噴射控制裝置；二是100MPa的重油，它作為柴油機(jī)的燃料油，在油軌中等待噴射。而MAN-B&WME機(jī)型的公共油軌僅一個(gè)20MPa滑油，它作為動(dòng)力油使用。軌壓上的差別很大程度上取決于油軌的密封技術(shù)，因此對(duì)油軌的管理就要區(qū)別對(duì)待。    

（2）原始動(dòng)力方面。RT-flex機(jī)型采用曲軸帶動(dòng)的復(fù)合凸輪來(lái)帶動(dòng)柱塞式油泵保持油軌中100MPa的燃油油壓，從而以預(yù)定的高噴射壓力把足夠量的燃油輸送到氣缸蓋水平位置的高壓燃油集管（共軌）。同樣由曲軸通過(guò)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)的一個(gè)油泵來(lái)保持伺服滑油20MPa的油壓；ME機(jī)型用的是軸帶軸向液壓泵給油軌輸入滑油（柴油機(jī)起動(dòng)前是用電動(dòng)泵輸入滑油），柴油機(jī)經(jīng)主滑油濾器后分為兩路：一路去正常的各軸承的潤(rùn)滑和活塞冷卻；而另一路經(jīng)細(xì)濾器后去柴油機(jī)自帶增壓泵（雙頭活塞泵）增壓。增壓后滑油達(dá)到高壓（20MPa左右）排至各缸高壓油泵的兩只大儲(chǔ)存器里，高壓滑油系統(tǒng)一般保持恒壓，波動(dòng)較小。各缸高壓油泵的燃油噴射，是由電控閥NC快速控制高壓滑油（動(dòng)力油）的進(jìn)、出，以驅(qū)動(dòng)活塞快速上、下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高壓油泵柱塞產(chǎn)生高壓（75～120MPa）燃油，經(jīng)油嘴噴射霧化；電控電磁閥NC是由微處理器控制程序系統(tǒng)ECSP，根據(jù)柴油機(jī)狀況分析系統(tǒng)ECA和控制操作系統(tǒng)OMCP的綜合信息發(fā)出指令而動(dòng)作，因而其柴油共軌是驅(qū)動(dòng)各缸高壓油泵的動(dòng)力滑油來(lái)完成。    

（3）高壓油泵方面。RT-flex機(jī)型的高壓油泵是柱塞式增壓泵，與原來(lái)相比，變化不大。而ME機(jī)型采用的是液壓驅(qū)動(dòng)高壓油泵。前者是凸輪的傳動(dòng)使燃油泵柱塞上下運(yùn)動(dòng)，后者是用高壓滑油作為高壓燃油的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。    

（4）噴油控制方面。RT-flex機(jī)型在控制噴油時(shí)，是由控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)給電磁閥，電磁閥的動(dòng)作使伺服器的油路變化，從而改變?nèi)加偷挠吐罚瓿蓢娚溥^(guò)程；ME機(jī)型在控制噴油時(shí)，同樣是控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)給電磁閥，電磁閥改變伺服油后，再給伺服油驅(qū)動(dòng)油泵使燃油增壓，完成噴射過(guò)程。前者控制的是伺服油，后者控制的是動(dòng)力油。    

（5）燃油的來(lái)源方面。RT-flex機(jī)型燃油來(lái)自100MPa的油軌中；ME機(jī)型的燃油是由給油泵共給的大約1MPa的燃油。   

3.2電控共軌柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)    

（1）燃油系統(tǒng)能夠同時(shí)滿足排放和經(jīng)濟(jì)性的要求。機(jī)械式噴射系統(tǒng)，在燃燒的前期燃油燃燒的速度快、放熱率大、導(dǎo)致燃?xì)鉁囟雀?，從而使燃?xì)庵械腘Ox量相對(duì)增加。如果采取減小噴油提前角來(lái)降低NOx，由于結(jié)構(gòu)的限制，則整個(gè)燃燒過(guò)程較長(zhǎng)，后燃嚴(yán)重，從而導(dǎo)致柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性降低。而共軌系統(tǒng)在適當(dāng)減小噴油提前角來(lái)降低燃燒溫度的同時(shí)，也增、大噴油速率來(lái)縮短整個(gè)燃燒過(guò)程。共軌型柴油機(jī)一般提供兩種操作模式：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)。此外，電控共軌燃油系統(tǒng)能夠控制噴油時(shí)間和噴油速率來(lái)控制燃燒過(guò)程，從而達(dá)到控制排氣中NOx量和提高經(jīng)濟(jì)性的目的。    

（2）采用電磁閥控制噴油，控制精度較高，高壓油路中不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘余壓力為0的現(xiàn)象，循、環(huán)噴油量變動(dòng)小，各缸燃燒壓力、排煙溫度等熱力參數(shù)相當(dāng)均衡；機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷低；柴油機(jī)內(nèi)部機(jī)械作用力、扭矩和振動(dòng)較小。   

（3）由于各個(gè)負(fù)荷狀態(tài)下燃油均能很好霧化，缸內(nèi)結(jié)碳明顯減少，可以延長(zhǎng)檢修周期，降低船舶備件費(fèi)用。    

（4）部分負(fù)荷時(shí)運(yùn)行性好，低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速低。柴油機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能保持相當(dāng)高的噴射壓力，同時(shí)精確控制噴油量。 

（5）取消了凸輪等大部件，減、輕了主機(jī)的重量和體積，從而增加了柴油機(jī)的可靠性，降低制造成本，加大大修間隔，降低維修成本，并可延長(zhǎng)壽命。    

3.3電控共軌柴油機(jī)的不足與改進(jìn)措施    電控共軌柴油機(jī)和傳統(tǒng)的柴油機(jī)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，但還存在一些不足的地方，也是未來(lái)共軌柴油機(jī)所需要解決的問(wèn)題。    

（1）由于給公共油軌輸油的是軸帶泵，剛開始啟動(dòng)時(shí)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較低，影響到軌壓，使其壓力有些波動(dòng)，必然會(huì)影響到共軌系統(tǒng)的工作狀況。已經(jīng)提出油軌的給油泵由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，那么給油泵的轉(zhuǎn)速不再受主機(jī)的影響，這樣更加容易控制。    

（2）對(duì)共軌系統(tǒng)伺服油清潔程度要求較高。如果把共軌系統(tǒng)的伺服油設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，增加一套滑油的冷卻、凈化等機(jī)械，將會(huì)使共軌系統(tǒng)的管理更加方便。    

（3）電控共軌柴油機(jī)僅把排氣閥作了優(yōu)化控制，對(duì)于進(jìn)氣、掃氣未進(jìn)行優(yōu)化，所以整個(gè)換氣過(guò)程還未達(dá)到優(yōu)化。這一缺點(diǎn)的改進(jìn)必將更有利于柴油機(jī)性能的提高。    

（4）系統(tǒng)中較多使用電磁閥且激磁頻繁，不少電子元器件長(zhǎng)期在高溫、振動(dòng)等環(huán)境中工作，損壞概率高，從而導(dǎo)致意外事故增多。為了監(jiān)測(cè)柴油機(jī)的工況，必須加大對(duì)新型傳感器和電磁閥的研發(fā)。   （5）采用先進(jìn)的控制模式與提高控制軟件的功能。建立完備的診斷與報(bào)警系統(tǒng)。    

（6）大量采用電腦技術(shù)，對(duì)船舶管理人員提出了更高的要求。加強(qiáng)對(duì)管理人員的培訓(xùn)。  

3.4共軌柴油機(jī)運(yùn)行管理要點(diǎn)    

對(duì)共軌柴油機(jī)的管理注重技術(shù)上的管理，特別是在電子控制系統(tǒng)方面，對(duì)船上輪機(jī)管理人員的技術(shù)水平提出了更高的要求。概括如下：    

（1）保證滑油系統(tǒng)的清潔。由于有一部分滑油是用于控制系統(tǒng)的，對(duì)其清潔度有很高的要求。應(yīng)該特別注意各個(gè)濾器的狀態(tài)，并按要求清洗。    

（2）確保共軌油壓管路的密封。共軌油壓系統(tǒng)的壓力較高，在運(yùn)行過(guò)程中一定要觀察它的密封性是否良好。特別是進(jìn)入噴油器的那段管路，既要保證它的密封性，同時(shí)又要保證它的膨脹不是太大，以免對(duì)噴射霧化產(chǎn)生不良影響。   

（3）電磁閥。在共軌油壓系統(tǒng)的控制單元中，電磁閥是一個(gè)很重要也是很容易損壞的元件。必須保證滑油的清潔度，否則會(huì)造成電磁閥的動(dòng)作延遲或卡死，或電磁閥磨損加劇，從而產(chǎn)生密封不好等一系列問(wèn)題。另外，過(guò)電流還會(huì)造成電磁閥的燒毀。因此，日常管理中，要特別注意對(duì)電磁閥的維護(hù)保養(yǎng)。   

（4）傳感器。傳感器是控制系統(tǒng)獲取柴油機(jī)上工作狀況的主要途徑。傳感器損壞將會(huì)造成控制系統(tǒng)誤動(dòng)作，必須保證各個(gè)傳感器的清潔和保養(yǎng)，尤其是在惡劣狀況下工作的傳感器，應(yīng)予以特別關(guān)注。    

（5）NOx排放量控制。電控共軌柴油機(jī)在滿足NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下，必須充分提高其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。所以這就要求輪機(jī)管理人員把握一個(gè)度。