电控柴油机是把电子控制技术应用在柴油机上,取代传统的机械控制系统,形成的一种新型柴油机。
说起电控柴油机,大家首先想到的就是高压共轨柴油机,毕竟现在高压共轨的电控柴油机在汽车领域有很大的应用。
船舶柴油机的厂商们从上世纪70年代开始就致力于利用电子控制技术取代传统柴油机的机械控制系统,来改善和提高柴油机的性能。
2001年,瓦锡兰的6RT-flex58T-B型柴油机顺利通过台架试验,成为世界上第一台商用大型全电控的船用低速柴油机。
它的成功也标志着船舶柴油机在电控智能化领域有了质的飞跃。
汽车发动机的高压共轨系统作为船用低速柴油机领域的两大巨头“Wärtsilä”和“MAN Diedel & Turbo”,经过这么多年的发展,在电控船用柴油机领域,都取得了不错的成绩。
而他们两家的电控技术也代表了当代电控船用柴油机领域的主流技术。
今天我们就来讲讲船用柴油机的电控燃油系统,不过因为“Wärtsilä”公司的开发的RT-flex系列电控柴油机,采用的是大家熟知的高压共轨系统,所以我们主要来讲讲“MAN Diedel & Turbo”的电控柴油机的燃油系统。
Wärtsilä RT-flex50DF“MAN Diedel & Turbo公司”在2003年以成熟的MC系列(机械控制)柴油机为原型机,开发出新的ME系列电控柴油机。
不过MAN的ME系列电控柴油机和瓦锡兰的RT-flex系列电控柴油机有很大的不同,ME系列柴油机并没有采用我们熟悉的高压共轨系统,而是采用了低压系统。
MAN B&W 7S80ME-C9下图为ME系列柴油机燃油系统的示意图,它不需要像高压共轨系统那样,提前把燃油加压到100MPa,而是只在被喷射时候再加压,这样系统的变形和泄露影响较小。
其基本原理是:燃油泵将0.7~1.0MPa的燃油送到低压燃油共轨,再分配到各个气缸的燃油增压泵(Fuel oil pressure booster),接着由液压伺服油(Servo oil)作为工作油,驱动燃油增压泵使燃油压力达到喷射压力。
液压伺服油为主机的曲轴箱油(滑油),经二次过滤后由机带液压泵或电动液压泵加压到20MPa,送至伺服油共轨,再分配到各缸的排气阀驱动器和燃油增压泵,在电磁阀的控制下,进行排气操作和喷油操作。
(注:在这里不讲排气阀)ME系列柴油机的燃油系统通过ME系列柴油机的基本原理,我们可以知道,其中最重要的是燃油增压泵和控制阀。
下图为ME系列柴油机的燃油增压泵和控制阀,该系统每个缸都设置燃油增压泵(高压油泵)。
本质上来说,燃油增压泵还是柱塞泵,只是与传统的机械控制式高压油泵相比,高压油泵的柱塞驱动不再是凸轮驱动,而是由伺服液压油驱动。
为防止压力波动,在液压控制油一侧还设置有薄膜型蓄能器。
燃油增压泵和控制阀这样我们再仔细理一遍ME系列柴油机电控燃油系统的工作原理:燃油泵将低压燃油输送至高压油泵的入口,由液压动力供给单元提供的20MPa的伺服液压油经双壁供油管道(伺服油共轨)送至液压气缸单元,通过电子燃油喷射控制阀(ELFI控制阀)控制各缸的喷油正时和喷油量。
在不需要进行燃油喷射时,由于电磁阀封闭,高压油泵不工作,低压燃油在油泵处循环流动。
当需要喷油的时候,电磁阀被触发,20MPa的液压油进入高压油泵的下方,由于油泵下方的活塞面积远远大于燃油泵的柱塞面积,在液压油的作用下,可使燃油产生60~100MPa的高压,通过高压油管送入喷油器进行喷射雾化。
ME系列柴油机的燃油系统的原理图ME系列柴油机电控燃油系统因为共轨系统的压力低,因此共轨的变形小,电磁阀的密封性能要求低,降低了加工难度。
不过从技术的角度来说,高压共轨系统要更先进一些。
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