海船船员适任证书知识更新船用电喷柴油机控制综合系统.doc

第十四章 船用柴油机智能控制系统伴随智能控制在陆上工业各领域广泛应用和成熟，船上控制系统也发生改变，最先引入智能控制是船舶航向自动操舵仪，随之航迹保持器。到了上个世纪80年代未，引入船舶主机，形成了智能型柴油机概念。因为大家对船舶可靠性、经济性和废气排放控制日益关注，90年代各大船舶主机制造商相继在试验室开展了智能柴油机研究，1993年MAN B&W企业研制出试验机，在试验室中运转。1998年首台智能型柴油机安装在挪威Bow Cecil轮上。11月使用智能系统船舶主机进行试航，并经过了DNV等船级社认可，初MAN B&W企业正式推出了电子控制ME系列柴油机。而瑞士Wartsila企业在1998年首先推出了共轨式全电子控制智能型柴油机Sulzer RT-flex（电控等压喷射）燃油喷射系统，该系统实现了无凸轮轴柴油机燃油喷射，排气阀启、闭，起动空气和缸套润滑全电控制，甚称柴油机第三次革命。本章首先关键介绍智能型柴油机控制系统基础结构和工作原理，然后介绍Sulzer RT-flex型智能柴油机控制系统和MAN B&W ME系列智能型柴油机控制系统。对于智能型柴油机和传统柴油机在机械结构区分及工作原理在船舶柴油机中介绍，此处不重述。第一节船用柴油机智能控制基础原理一、概述 智能控制引入船舶主机控制系统是从智能调速器开始，它把船舶主机现时排烟中含氧量、温度、增压器压力、转速等信号全部引入控制系统，依据现时主机给定转速和实际转速偏差大小，再综合现时排烟温度、增压器压力、含氧量等来决定燃油量，使其充足燃烧，达成经济性要求。不过，影响船舶柴油机燃油燃烧充足是否原因很多，不仅和增压器压力大小，输入新鲜空气量大小相关，还和喷射开启时间、喷射时间连续长短、燃油喷射压力相关，而且不一样柴油机转速下，它们也是不相等。所以，当初智能型调速器就达不到减排高效目标，只能经过传统柴油机本身结构上突破，才能提升船舶主机可靠性、经济性和降低排放。Wartsila企业首先提出共轨技术，在传统Sulzer RTA型柴油机上取消了废气排气阀驱动装置（exhaust valve driver）、燃油泵（fuel pump）、凸轮轴（Camshaft）、可逆（倒车）伺服马达（reversing servomotor）、燃油连接（fuel linkage）、起动空气分配器（start air distribution）和凸轮轴驱动（camshaft drive）等机构。Common Rail（共轨）装置，用来建立燃油压力，采取液压控制废（排）气阀启、闭操作，容积喷射控制单元（Volumetric InjectionControl Unit）控制燃油流量和喷射时间；燃油供给单元（fuel supply unit）替换原有燃油泵来提供高压燃油，由液压伺服油泵提供动力液压油，RT-flex型智能柴油机结构示意图，图14-1-1所表示。 图14-1-1 RT-flex型智能柴油机结构示意图二、智能型柴油机共轨技术采取传统机械结构柴油机无法实现高效减排目标，只有经过机电一体化设计对传统柴油机在结构上进行变革，才能实现高可靠性、经济性和高效减排目标，经过几十年研究，诞生了柴油机共轨技术。图14-1-2为瑞士Wartsila企业研制Sulzer RT-flex型船用低速柴油机电子控制共轨技术系统。从图15-1-2中能够看见，该系统取消了凸轮轴装置对其喷油和排气控制，取而代之是WECS 9500控制系统，它给各缸气缸控制单元（CCU）发送燃油喷射控制信号，气缸控制单元，依据这个指令和本缸气缸活塞位置等来控制燃油喷射量、喷射时间、喷射方法（一次性喷射，脉冲性喷射）和喷射油头个数。排气阀控制是由WECS9500控制系统发出指令给各缸控制单元（CCU），CCU就依据指令给本缸排气控制电磁阀通电，控制高压伺服油，去驱动排气阀使之排气；而柴油机起动也是由WECS9500控制系统依据曲柄角度传感器送来曲柄位置信号来判别各缸活塞位置，从而发出哪个缸应打开起动阀进气，进行起动。这里起动阀也是采取电动控制电磁阀。 图14-1-2 SulzerRT-flex共轨技术系统示意图从图上看，各缸燃油压力全部是一样，各缸液压伺服油压力也是一样，由此而得名，称之为共轨技术，只不过各大柴油机制造商所采取压力不一样而已。象瑞士Wartsila企业Sulzer RT-flex机型是采取1000 bar高压燃油压力，而MAN B&WME系列是采取7-8bar低压燃油压力，它需进行二次增压后才能喷射。三、智能型柴油机控制系统组成和关键功效 1智能型柴油机控制系统组成要实现柴油机高效率和降低废气排放量，采取传统机械结构是无法达成，只有经过机电一体化设计才能实现。利用电控制手段，才能做到灵活多变，适应不一样柴油机工况要求。船舶柴油机智能控制系统关键由以下各部分组成：（1）运行模式选择程序部分它关键由低排放控制模式、燃油经济性模式、主机运行保护模式、应急停/倒车最优化等模式组成。智能控制系统可依据船舶航行实际情况，由驾驶台或本身控制系统选择对应所需运行模式。 （2）主机控制系统它关键由气缸喷射油量控制、燃油泵控制、气缸压力测量和分析、最大功率Pmax控制、排气阀控制、压缩压力控制、增压系统控制等单元组成，它控制了柴油机各系统运行。（3）主机工况监测、分析和管理主机工况监测、分析和管理应能自动采集主机多种运行参数，并经过计算机控制，使主机一直运行在最好状态，它关键由活塞环或气缸套工况监测、气缸压力监测、扭力和振动监测和柴油机智能管理等单元组成。总而言之，智能型柴油机控制系统组成可用拓扑图表示，图14-1-3所表示。 图14-1-3 智能型柴油机控制系统组成示意图 2智能型柴油机关键功效要实现智能型柴油机多种功效，要靠现代自动化、计算机、通讯等技术手段来支持。首先将检测回来柴油机多种运行状态信号送到计算机进行处理（根据最好工作模式，使柴油机燃油效率最高，排放最低），处理结果对柴油机燃油喷射系统、电子调速系统、增压系统、排气阀系统等进行控制，这就要求检测信号传感器反应快，可靠性高，计算机运行速度快，各系统实施机构动作快、灵敏和可靠。其次是对柴油机管理维护、故障诊疗等进行深层次管理，使柴油机在寿命期限内达成最大效率。它关键完成柴油机各工况监测，统计历史数据，对其进行分析，检测出磨损量，估计出检修、更换备件时间表，同时，还能对备件进行管理，少件或缺件自动形成申购表。经过检测回来柴油机运行参数，对存在故障能进行故障诊疗，它能实现对柴油机进行全方位管理。最终，因为检测参数多，实施机构也多，用单台计算机处理控制无法满足适时性，要采取分散式控制方案，就得用多台处理器。这么，它们之间联络是经过现场总线方法，进行交换和传输相关信息，正如每个气缸控制处理单元（CCU）和主控制处理器（MCU）是经过网络总线来联络。智能柴油机控制系统结构示意图图14-1-4所表示，图14-1-5是智能柴油机控制系统方框图。由图14-1-4可见，集控室可用多台电脑和现场总线（双总线制互为备用），柴油机由两个主机控制单元（EU）控制，它们之间也是互为备用，一个单元在运行工作，另一个处于热备用，经过集控室上转换开关来切换，由集控室或驾驶台车钟发讯器下达车令，经过数据处理送到总线上，主机控制器（EU）接收到该车令后依据传感器（S）检测回来柴油机现时状态信息进行处理，然后，按处理结果形成指令，经过总线送到各缸控制器（CU），对本缸燃油喷射控制、排气阀控制、起动阀控制、特定气缸气缸注油器控制等。图14-1-4 智能柴油机控制系统结构示意图图14-1-5 智能柴油机控制系统方框图开发智能型柴油机企业很多，关键有：美国卡特彼勒（HEUI系统），德国（博世）Rebert BosehBosch企业，意大利（菲亚特）Fiat集团（Unijet系统），日本电装企业（ECD-UZ系统），英国Loucas企业（diesel system）及大型低速柴油机供给商Wartsila企业（RT-flex系统）和MAN B&W企业（ME系统）低速柴油机。中国船上所采取比较经典是Wartsila企业RT-flex系统和MAN B&W企业ME系统，后面两节将对这两个系统分别作介绍。因为各企业进行技术保密，只能对其方框结构介绍，无法做到元器件介绍，但作为管理维护人员来讲，知道其信息步骤关系，和各现场传感器、实施器作用，一旦这些单元发生故障，能够排除这些故障。第二节RT-flex柴油机智能控制系统一、WECS-9500控制系统Wartsila企业RT-flex型智能柴油机控制系统关键单元是WECS-9500，它结构原理框图，图14-2-1所表示。由图14-2-1可见，它关键由主控制器（COM-EU）和各气缸控制单元（CYL-EU）等组成。主控制器（COM-EU）接收外界信号，如主机遥控系统，调速器，安保系统，人机界面，控制油系统，燃油系统，液压伺服系统等信号，然后进行程序处理，把处理结果送到各气缸控制器（CCU）,由其再去控制燃油系统实施器、液压伺服系统实施器等进行对应调整，使柴油机完成对应功效，达成最好运行状态。WECS-9500控制系统不仅替换了传统柴油机上凸轮轴相关机械零部件功效，而且能对燃油喷射、排气阀动作、柴油机起动、换向、停车和气缸润滑等功效全电子化灵活控制。经过对相关参数设定和修改，可调整主机运行状态和性能参数，实现柴油机最好性能。另外，还可对主机运行情况进行实时监测，并和船上其它控制系统、报警系统连接，将主机运行情况直接送到各系统，各系统可直接采取该信号进行综合处理。可见，它关键作用是对Common Rail燃油压力、伺服油压力进行控制和主机、气缸相关功效管理，其中包含对主机状态检测、参数调整、控制气缸喷油时间、喷油量、排气时间，使主机处于最好工作状态，另外，还负责对外界系统通信。图14-2-1 WECS-9500控制系统1WECS-9500控制系统各功效单元作用()公共电子控制单元（COM-EU）它包含两个主控制模块MCM，它们互为备用，一个MCM工作，另一个处于热备用状态，由外部选择开关发信号给选择模块ASM，ASM模块依据选择开关信号确定哪个模块处于工作，哪个处于热备用。MCM关键作用是对Common Rail中油压控制、主起动阀控制和和其它系统通信，并对主机内部信号进行检测和传输。（2）气缸电子控制单元（CYL-EU）每个气缸全部装配一个气缸电子控制单元（CEU），它安装在Common Rail平台下部，它提供对气缸起动空气阀启、闭进行控制，燃油喷射、废（排）气阀启、闭在时间和数量上进行控制并在时间和数量上进行控制，即VIT VEO VEC等功效控制。（3）曲柄轴角度传感器（Crank Angle Sensor）它用于正确测量曲柄轴位置，该信号送到CEU，从而推算出气缸活塞位置，便于对气缸喷油和排气时间控制。（4）各缸实施器传感器用于检测各电磁阀，液压伺服油缸工作状态。（5）WECS辅助控制单元（WECS assistant）它安装在集控室，由一台计算机和一台MAPEX-CR控制装置组成。这套装置作用是：显示主机状态及报警信息，比如每个气缸燃油、废气、延时时间，每个气缸活塞速度等状态信息显示，和各传感器测量值、参数设定值和动态曲线显示。对各运行参数越限进行报警显示。对主机部分参数进行设定。参数设定可分为两组，一组为操作人员，无需密码进入设定，比如，最大油耗限制、磨合模式、修改VIT 、FQS等参数，改变喷油起始角度，排气阀关闭角度等；另一组为教授，需密码进入，只有柴油机厂家服务人员或经过厂家授权人员才能改定，比如：发怒次序这种关键参数。同时，作为智能化主机，RT-flex机型还配置部分附加功效，如：部分特殊参数检测，数据分析，管理维修，备件管理等，其中包含MAPEX-TP（气缸磨损检测），MAPEX-PR（活塞运行可靠性检测），MAPEX-CR（燃烧可靠检测），MAPEX-TV/AV（扭矩振动/轴向振动检测），MAPEX-SM （备件和维修）等，用户可依据自己要求来选择这些功效（全部或部分）。2WECS-9500控制系统通信功效：（1）和主机遥控系统通信全部主机运行命令如正车、换向、倒车等，依据操作人员所操车钟要求形成指令送给WECS-9500公共模块（COM EU），同时，主控模块上主机负荷和检测到排气压力、排烟温度等信号也会传送给主机遥控系统。（2）和船舶报警系统通信WECS-9500控制系统检测到主机故障信号时，会发给船舶报警系统进行报警、打印、统计或发出减速、停车信号给安保系统。WECS-9500报警信号可分为次要报警信号和关键报警信号，如封缸报警信号为关键报警信号。（3）和转速控制器通信主机调速器是独立一部分，WECS-9500控制系统接到主机调速器一个燃油指令信号，主控模块（Com EU）将这个信号分配到全部各气缸控制模块（CEU），这就是柴油机此时燃油给定值。假如调速器发生故障，仍可手动调整燃油命令信号，此时，主机处于备用模式运行，在该模式下，对于可变螺距主机而言，为了预防主机超速，应把螺旋桨设为定螺距运行。（4）和选择器通信和识别器进行信号交换，确定哪一个主控模块处于运行状态，哪一个处于热备用状态。（5）和安全保护系统通信WECS-9500控制系统对液压系统泄漏监测、各传感器工作状态监测、曲柄轴角度传感器监控，把这些监控到信号全部发到安全保护系统。泄漏检测是采取在整个液压系统外皮包装中安装多个检测开关，当系统中某个部位或子系统发生不正常泄漏，就能检测出来。对各传感器工作状态监控是判定传感器送出信号是否越过上、下限值，若超出测量范围，说明传感器工作不正常，此信号不可信，同时也显示一个测量误差信号。因为曲柄轴角度是极其关键参数，对其检测采取冗余设计，把两个曲柄轴角度编码器安装在自由端，经过联轴器由曲轴驱动。这两个曲柄轴角度编码器提供绝对转角信号，两个信号全部传送到各气缸控制单元（CEU），对这两个曲柄轴角度编码器信号进行比较，出现偏差超限，说明编码器不正常或故障。若不出现偏差超限，再和飞轮端转速传感器读数进行比较，必需时还需经过WECS辅助控制器进行赔偿和校正。二、WECS-9500系统中公共电子单元（COM-EU）图14-2-2是WECS-9500系统中公共电子单元方框图，其中有一个模式识别模块ASM 10，是由集控室中选择器来选中某一个主控板（MCM 700）为运行板，另一个为备用板，该信号经过ASM10识别选中其中一个块作为运行板，另一个为备用板，比如以MCM 700 1号为运行板，2号就成热备用板。这时运行主控板MCM 700就和驾驶台或集控室外界系统通信，依据各传感器采集回来主机现时运行状态信息和外界指令要求，形成命令，传输给每个缸气缸控制器，进行对应控制操作，同时，识别模块ASM 10发出指令给燃油泵实施驱动器，使燃油泵工作；识别模块也发出指令使控制油泵工作。选中主控板依据车钟指令也直接对起动空气阀进行控制。图14-2-2 公共电子单元方框图三、气缸控制单元（CYL-EU）图14-2-3是WECS-9500控制系统中气缸控制单元方框图，它由气缸控制中心模块（CCM）和阀件控制信号放大驱动模块（VDM）组成。当气缸控制模块CCM从CAN总线上和主控制模块MCM进行通信，从冗余设计曲柄轴角度编码器获取曲柄轴位置，推算出气缸活塞位置，做出对气缸运行状态进行控制，同时也采集燃油喷射信号、排气阀位置信号和三个喷射阀状态适时信号，然后经过设定程序进行计算处理，对各燃油喷射阀、废气排放阀、起动进气阀和液压伺服油泵实施器进行控制。图14-2-3 气缸控制单元方框图四、智能型柴油机燃油系统控制因为智能型柴油机燃油是采取共轨系统，所以，就有共轨燃油压力控制和各缸喷射油量控制。图14-2-4为Sulzer RT-flex智能型柴油机共轨管路燃油压力控制原理图。由图14-2-4可见，主控模块MCM从气缸控制模块CCM接收柴油机转速信号和现时共轨上压力信号，然后经过内部运算处理输出控制燃油泵实施机构驱动器信号，并对其控制，使得燃油泵输出燃油压力达成现时柴油机转速所要求压力。当共轨上燃油压力高时，经过燃油压力控制释放阀，使其保持稳压；当安保系统检测到危及主机故障信号时就发出关闭燃油信号，使燃油速闭阀动作，把燃油排放掉。同时，共轨燃油压力也受主轴承滑油压力控制燃油压力控制阀控制，起到保护柴油机目标。燃油增压泵是由曲柄轴经过传动机构来驱动，假如其中一个燃油泵驱动器发生故障，它会经过弹簧使得正常连接在合适位置或移动到最高位置，变成定量泵，其它没有发生故障燃油泵仍保持变量泵而受控。图14-2-4 Sulzer RT-flex智能型柴油机燃油共轴压力控制图14-2-5为Sulzer RT-flex智能型柴油机燃油喷射量控制原理图。在非喷射燃油时间段内，气缸控制模块CCM不发出喷射燃油信号，三个电磁阀无电，控制伺服油不能进入喷射控制阀信号端，喷射控制阀下位通，共轨管路中1000bar燃油经过三个喷射控制阀下位，进入燃油喷射量油缸中，控制好量油缸中活塞位置，就量好了该气缸燃油喷射量大小。燃油喷射量是主控模块MCM经过比较速度控制器中喷射油量和燃油指令信号要求推算出。当CCM依据曲柄轴编码器送来曲柄角度信号和VIT，就可计算出喷射初始角，抵达喷射初始角时刻CCM给VDM发喷油指令，使共轨电磁阀通电（这三个电磁阀是否同时通电，取决当初柴油机负荷和转速，如：低速、低负荷时，只需一个电磁阀工作，即一个油嘴工作），这时对应液压伺服控制油出现在喷射控制阀信号端，使其上位通，这时共轴管路燃油被堵塞，量油缸中1000bar燃油再经过活塞驱动，形成更高压，经过喷油嘴喷入气缸进行雾化燃烧。因为各阀件启、闭是需要时间，为了正确定时喷油，需要计算出延时时间，通常把触发信号发出时刻到有效喷射时刻之间差值称为喷射动作滞后时间。依据之前循环喷射动作滞后时间可计算出下一个喷射循环。喷射系统还能够采集三个喷射阀开启时间来监测每次循环，以至于确保不混乱。假如油量传感器损环了，控制系统将替换主控制器MCM燃油指令信号，进行定量喷射。图14-2-5 SUlzer RT-flex智能型柴油机燃油喷射量控制原理图五、液压伺服油压力控制图14-2-6为Sulzer RT-flex智能型柴油机液压控制油压力控制原理图。主控制模块MCM采集控制油轨伺服油压力信号，和给定值200bar比较，若出现偏差，经过CAN总线使各气缸控制模块CCM去控制伺服泵输出量，从而控制伺服油轨压力。每个气缸控制器CCM全部输出一个指令信号给伺服泵内部压力控制器，通常该控制信号是一个脉宽调制信号（12.5A，AC），其频率为60100Hz。伺服和控制油全部是把润滑油再经过一次过滤后滑油。伺服控制油共轨管路系统装了一个安全阀，还安装两个压力传感器，把共轨伺服控制油压力信号送到主控模块MCM。控制油系统除了安装安全阀外，还装了一个稳压阀，保持控制油压力不变。图14-2-6 Sulzer RT-flex智能型柴油机液压控制油压力控制原理图六、排气阀控制图14-2-7为Sulzer RT-flex智能型柴油机排气阀控制原理图。气缸控制模块CCM依据曲柄轴角度编码器信号和VED（排气阀开启），发出开启排气阀信号，该信号使排气轨道电磁阀动作，上位通，伺服油进入排气控制阀信号端，使上位通，这时伺服油进入实施油缸，活塞移动，把4bar液压油增压推入排气阀上油室，阀芯下移进行排气，同时，排气阀移动位置由两个冗余设计位置传感器进行监测，反馈给气缸控制模块CCM，监视排气阀是否开启。若一个位置传感器损环，另一个传感器可继续使用，这时会给出报警信号。若两个位置传感器全部损坏，CCM内部固定动作程序仍然保持有效，排气阀仍能工作。一样，CCM发出排气指令到排气阀打开，也有延时，称其为排气动作滞后时间。计算开开启作滞后时间是以阀015%行程为终止，计算关闭动作滞后时间是以阀100%15%阀行程为终止。每个动作滞后时间全部可经过之前动作滞后时间来调校下一个循环动作滞后时间，这么，就可正确定时对排气阀打开（VEO）和关闭（VEC）控制。图14-2-7 Sulzer RT-flex智能型柴油机排气阀控制原理图七、柴油机转速控制Sulzer RT-flex智能型柴油机转速控制是由一个独立于WECS 9500控制系统转速控制器来完成。图14-2-8为该机型转速控制原理框图。转速控制接收到车钟转速命令以后，和现时采集回来主机转速进行比较，得到一个偏差值，转速控制器依据偏差值大小、现时主机负荷状态等综累计算出需要提供多少燃油命令给WESC-9500主控模块MCM。主控模块经过CAN总线将数据传给每个气缸控制模块CCM，气缸控制模块再输出信号给燃油喷射量油缸控制器，该控制器就可控制燃油喷射量油缸内油量，然后等候到喷油初始角到来，CCM就发出喷油操作。同时，喷油量大小信号反馈给燃油喷射量油缸控制器，再到主控模块MAMMCM，进行燃油量闭环控制，同时，也反馈给主机转速控制器，便于进行下一步转速控制。图14-2-8 Sulzer RT-flex智能型柴油机转速控制原理图以上介绍了Sulzer RT-flex智能型柴油机控制系统关键硬件原理，软件部分是它们关键，属于技术保密，无从介绍，中国对这个关键技术研发也在起步阶段，也属于保密阶段，资料甚少，再加篇幅有限，其软件步骤图和操作界面请参阅该机型操作说明书。第三节 MAN B&W ME柴油机智能控制系统MAN B&W企业ME系列智能型柴油机也是采取共轨技术，不过燃油共轨管路压力为低压0.7-0.8bar8Mp，伺服油压力为200bar20Mp，全部属于低压力系统，能比较有效预防漏油。这么在机械结构上和Wartsila企业共轨柴油机有所不一样。对于燃油就得各缸进行二次增压来达成喷射压力要求。图14-3-1为ME系列智能型柴油机共轨系统示意图，由燃油泵使燃油增压到7-8 bar，送到各个气缸二次增压器进行喷射前再增压，使压力达成喷射压力，而液压伺服油是由主滑油泵送来滑油经过二次过滤（6um），再经过曲柄轴驱动增压泵或电动驱动增压泵，增压到200bar送到阀箱，经过控制各缸电磁阀，使伺服油分别进入各缸排气阀液压缸单元进行排气操作和进入各缸燃油增压液压缸单元进行增压喷油操作。图14-3-1 ME系列智能型柴油机共轨系统示意图一样，ME系列柴油机也有燃油喷射、排气阀、起停和换向等控制。它也是采取计算机直接控制系统，图14-3-2所表示。和常规计算机控制系统相同，有输入通道：它有开关量信号，模拟量信号（有电压信号10V，电流信号420mA），有脉冲信号（曲柄轴角度编码脉冲信号）等输入；输出通道有控制各个电磁阀开关量信号，也有继电接触器控制信号，模拟量电压（10V），电流（420mA）信号等去控制相关实施器，还有通信通道，和其它计算机进行串行通信，和上、下位机进行网络通信，人机界面有一个专用通道。图14-3-2 ME系列柴油机计算机控制系统硬件示意图一、ME系列柴油机智能控制系统 图14-3-3为ME系列柴油机智能控制系统。主控板也是采取冗余结构。在集控室有两个并联冗余主机信息控制单元A和B和两个并联冗余控制面板（实现人机信息交换）。这两个主机信息控制单元也和驾驶台上操作显示面板进行信息交换，在机舱里有两个主机控制单元A和B，和冗余设计双总线相连接，它和集控室中主机信息控制单元（EICU）、实施器控制单元ACU1、2、3和和各气缸控制器CCU进行信息交换（通信）。图14-3-3 ME系列柴油机智能控制系统1主机信息控制单元（EICU）在集控室操作台中，上面有两个操作界面（MOP），其中一个为运行状态，另一个为热备用状态，一旦运行中操作界面发生故障，它能自动切换到另一台备用机上。它接收驾驶台上操作信息和集控室操作界面上信息，同时，它还和外部系统进行通信。图14-3-4为主机信息控制单元（EICU）和外部系统通信示意图。它和上位机主机功率管理系统、手动操作系统、主机遥控系统、报警系统、安保系统进行信息交换，其功效和作用和WECS-9500控制系统相同，这里不重述。图14-3-4 主机信息控制单元和外部系统进行通信2主机控制单元（ECU）主机控制单元（ECU）是ME系列柴油机智能控制器关键，它管理着三个辅助控制单元和各缸控制单元（CCU），并对其进行监控，同时，接收现场传感器送来信号和机旁操作板操作指令，对ACU、CCU下达指令，实现主机换向、起动、喷油、排气、停车等一系列操作，使主机各运行状态达成最好运行状态，为了安全可靠，它可直接控制备用泵起、停运行。3辅助控制单元（ACU）辅助控制单元（ACU）是对燃油泵、润滑泵和辅助鼓风机进行起、停控制，使其共轨管路中保持所要求压力。它有自动控制模式和手动控制模式。在自动控制模式下，各台辅助鼓风机是依据设定好“起动次序”，按扫气压力大小进行起、停控制，当扫气压力小于等于0.4bar时，就按“起动次序”起动辅助鼓风机，当扫气箱中压力达成0.7bar时，就依次停止这些鼓风机，其停止是按扫气压力逐一减台，即：大于等于0.7bar时，先延时停一台鼓风机，当扫气压力小于0.7bar，大于0.4bar，就不再停第二台，若停了一台鼓风机，扫气压力还是大于0.7bar时就停止第二台，以这类推，起动恰好相反，以0.4bar为起动值，当主机停车时，辅助鼓风机将继续运行15分钟后才停机，在手动操作模式下，由操作人员控制。4气缸控制单元（CCU）每个气缸全部有一个独立气缸控制单元（CCU），它接收曲柄轴自由端安装曲柄轴角度编码器脉冲信号，由此计算出本气缸活塞位置和工作进程状态。同时，接收主机转速传感器信息，计算出活塞运行速度信号。还采集了燃油增压活塞和废气排气阀位置信号。再依据ECU发来指令进行综合处理，去控制主机各缸起动、停车、喷油、排气等操作。本系统和RT-flex机型有所区分，它燃油喷射采取模拟量控制，而排气阀控制是采取开关量控制。对于燃油喷射是采取百分比阀，而对排气控制是采取开关量开启/关闭。二者不会混乱，因为燃油喷射时间段和排气阀开启时间段是不会重合在一起，所以，它采取了一个三位三通液压伺服阀来控制，图14-3-5所表示。图14-5-5 14-3-5 燃油喷射和排气阀液压操作原理当要进行燃油喷射时，使电磁阀左边有信号，左位通，高压动力油进入左边燃油增压器活塞下位，高速推进增压缸活塞，使燃油缸内燃油升压，从喷油嘴向气缸内喷油。燃油量多少是由CCU控制FIVA百分比阀（图中未画出）来控制，和Sulzer RT-flex机型不一样，它是靠控制燃油进油阀开度来实现，而Suler RT-flex机型是以量油缸活塞位置来度量。当轮到排气操作时，CCU就使得右端有信号，右位通，高压动力就进入排气阀实施器液压油缸活塞下端，高速推进液压油使排气阀实施器油缸活塞向上运动，形成高压动力油去操作排气阀，使其打开排出废气。当排气结束时，处于即不喷油，又不排气操作时，控制阀两端全部没有信号，阀处于中位，两个增压器活塞下端高压油回流到回油柜，其中，燃油量测量、喷射和排气阀运动过程，参见船舶柴油机ME系列柴油机介绍，这里不重述。在图14-3-3中，有一气缸自动润滑器（AL），它也是由CCU控制，也是一个启、闭阀，它通断馈给率是由喷射频率来控制，即燃油喷射频率高，说明主机转速高，气缸润滑注油也要频繁，保持气缸活塞良好润滑。二、柴油机转速控制当驾驶台或集控室车钟发生主机转速指令，经过转速协调器进行调制，根据主机运行参数和本身特征参数对车钟转速指令进行调制：如稳速过程，停车减速过程，最小转速、最大转速、定速航行过程，紧急停车指令、故障减速、功率和转矩最好配合、起动时等速速率加率、负荷程序、临界转速回避、转速微调等，这时车令发送是不一样，根据对应设定程序发送车令，然后，这个车令和主机实际转速信号进行比较，得到偏差值，送到转速调整器（Governor）进行百分比积分微分调整或智能控制算法进行计算处理，所得信号，经过主机性能指标限制器进行对应限制，不超出限制值，把现结果输出作为当初燃油量给定值，若超出限制值，只能以限制值输出作为当初燃油量给定值指令，送到气缸控制单元（CCU），由它控制FIVA百分比阀，实现燃油量控制，使主机转速跟随车令要求，ME系列机型调速控制器功效被集成在主机控制单元（ECU）中，图14-3-6就是主机控制单元（ECU）实现调速器（Governor）功效操作界面图。图14-3-6 ME系列机型调速器界面图三、曲柄轴角度偏码器ME系列机型转速传感器是采取磁脉冲式输出转速传感器，它曲柄轴角度编码器和通常编码器有所不一样，图14-3-7为该机型曲柄轴编码器原理图。它有8个磁感应探头，分成二组A和B；A组中两个为检测转速和方向，另二个为标识位检测，一个放在0位，另一个放在90位上，而B组，也用二个探头检测转速和方向，其它二个为标识位，但和A组标识位相差45，一个放在45位上，另一个放在135位上，这么，曲轴自由端驱动一个磁性半圆环转动，在标识位上探头就会有输出电动势改变，若输出高电平为“1”，低电平为“0”，则可作出曲柄轴位置角度和四个探头输出电平高低改变表，如表15-3-114-3-1。表15-3-114-3-1 四个标识位探送输出电平高低和角度关系表位置0-4445-8990-134135-179180-224225-269270-314315-359MMA11110000MMB01111000MSA00111100MSB00011110图15-3-714-3-7 曲柄轴编码器原理图用于检测转速两个探头是正交，在时间上相差90（1/4周期）。这两组信号经过转速角度测量系统处理后送到主机控制单元（ECU）和气缸控制单元（CCU），从而推算出气缸活塞位置，做出对应控制和操作。ME系列机型智能控制系统操作软件是采取组态软件方法，界面友好，操作方便，因为篇幅有限，请参阅ME系列操作手册。智能型柴油机是柴油机第三次变革，是机电一体化设计在内燃机设计成功应用。因为智能型柴油机正处于发展壮大阶段，伴随新控制策略和方法改变，其性能和管理能力将深入提升，使智能型柴油机成为真正“智能化”。